第四章 汽車使用節能技術
第一節 汽車的駕駛與節能
相同車型,在相同使用條件下,駕駛員不同,汽車燃油消耗量相差較大。在市區道路環境下,良好的駕駛習慣和正確的駕駛方法相對于不良的駕駛技術和方法,汽車油耗的差異可達30%~50%之多,所以,提高駕駛員操縱技術是重要的節能措施。
一、發動機啟動與節油
根據發動機溫度和大氣溫度的不同,發動機啟動分為常溫啟動、冷啟動和熱啟動。當大氣溫度或發動機溫度高于5℃時,啟動發動機比較容易,一般不需要采取輔助措施,這種情況稱為常溫啟動;當氣溫或發動機溫度低于5℃時稱為冷啟動;發動機溫度在40℃以上時的啟動,稱為熱啟動。
1.常溫啟動
為了減輕發動機的磨損并減少油耗,常溫啟動后應待冷卻液溫度升至一定溫度后再起步。常溫啟動節油的操作方法為:關閉百葉窗,不關阻風門,輕踩加速踏板啟動發動機,使發動機保持低速運轉,冷卻液溫度升至40℃后再起步。
2.冷啟動
在冬季,我國大部分地區的最低氣溫均在0℃以下,北部氣溫一般為-25℃左右,東北、華北、西北地區最低氣溫在-40~-35℃。汽車在低溫條件下行駛時,發動機啟動困難,潤滑條件差,各運動機件磨損加劇,燃料消耗明顯增加。具體表現在以下幾個方面。
(1)發動機啟動困難 低溫條件下,由于潤滑油黏度增大,曲軸轉動阻力增大;內電阻增大,造成蓄電池端電壓顯著下降,甚至不能放電,即使放電,也會因為極板內層的活性物質不能被充分利用,使得輸出容量大大減小;啟動機得不到所需要的輸出功率,啟動轉速達不到要求,燃油霧化質量變差,難以形成可燃混合氣,致使啟動困難。
(2)冷卻系與蓄電池易結冰 寒冷季節,水冷式發動機在工作時應經常保持80~90℃的冷卻液溫度,發動機室空間溫度應保持在30~40℃。若發動機在低溫下運轉,不僅會增加氣缸磨損量與燃油消耗量,同時,也易凍裂散熱器。因此,冷卻系的保暖十分重要。
另外,低溫下蓄電池電解液密度不夠時,相應地電解液中的水分增加,蓄電池便有可能結冰。不同密度的電解液,化學反應后形成不同的水量,因而凍結的溫度也不同。
(3)燃油消耗量增加 低溫啟動發動機時,潤滑油從機油泵流入曲軸軸承需2~3min。這不但增加了啟動阻力,加劇了機件磨損,也增加了燃油消耗。
在低溫季節,加熱水與不加熱水對發動機升溫時間及燃油消耗影響較大。以解放CA1091汽車為例,當外界氣溫為13℃時,加冷水啟動發動機,低速運轉15min后冷卻液溫度達80℃,消耗燃油1L;當向發動機加熱水(預熱至冷卻液溫度表指示40℃)時,仍用低速運轉啟動發動機只需10min冷卻液溫度便可達80℃,消耗燃油0.6L。兩者相比,油耗相差40%。
低溫季節,外界氣溫為5℃時,不加熱水啟動發動機一次,氣缸磨損量相當于正常行駛30~40km的磨損量;在-18℃時啟動一次,氣缸磨損相當于正常行駛250km的磨損量。在一臺發動機的使用壽命中,起動所造成的氣缸磨損約占其總磨損量的50%,而冬季啟動占起動磨損量的60%~70%。
(4)行駛條件惡劣 寒冷地區的冬季,冰雪天氣比較多,在冰雪路面上行車容易溜車,通行困難;在刮風飄雪時行車,視線差,駕駛操作困難;制動效能明顯降低。這些不利因素既有礙于安全行車,又增加了燃油的消耗。
目前低溫下啟動發動機采用的節油措施如下:①起動前預熱發動機;②加熱水或蒸汽;③烘烤油底殼,以減小曲軸轉動阻力;④改善燃油的蒸發和霧化,形成良好的可燃混合氣;⑤保持蓄電池有足夠的容量與端電壓;⑥嚴寒時采用起動輔助裝置等。
(1)預熱發動機
預熱發動機包括熱水預熱法、鍋爐預熱法等。
1)熱水預熱法。當大氣溫度低于-15℃時,應在發動機起動前加入80~95℃的熱水,對發動機及冷卻系進行預熱。其方法是:先制一個三通接頭,裝在缸蓋水管軟管上,讓熱水先進入缸體水套內,然后流入散熱器。當熱水注滿冷卻系后,將放水閥打開,熱水通過冷卻系邊注邊流,待流出的水溫達30~40℃時,將放水閥關閉。熱水注入10~15min后,發動機水套里的冷卻液溫度與氣缸體的溫度逐漸趨于一致。
在嚴寒時節,采用上述熱水預熱后,還需用蒸汽或紅外線或炭火烘烤油底殼禁止用明火,并要預熱蓄電池。也可以在晚上停車后,把機油從油底殼放出,盛在清潔的容器里,待早晨啟動發動機之前,將發動機加熱至60~80℃后加入曲軸箱內。
2)鍋爐預熱法。主要采用汽車鍋爐式預熱器加熱來預熱發動機。汽車鍋爐式預熱器如圖4-1所示,汽車鍋爐式預熱器主要由油箱、鍋爐、蛇形管組成。操作時,關閉鍋爐放水閥,打開蒸汽閥,分別向油箱加油、鍋爐加水;然后關閉加水管螺塞,向油箱內打氣,使汽油霧化;再打開放油閥,霧狀汽油即經過油管進入噴油器,不斷向鍋爐噴油并使之燃燒。鍋爐里的水溫很快上升并產生蒸汽。蒸汽經蒸汽閥、蒸汽管,進入蛇形管預熱機油;再經過蛇形管的另一端進入發動機水套相連的蒸汽管,預熱發動機的機體與散熱器。當發動機預熱起動后,關閉放油閥和蒸汽閥,打開放水閥將水排出爐體,以防凍結鍋爐。

圖4-1 汽車鍋爐式預熱器
1—加水器;2—加水管;3—油管;4—油箱;5—氣缸體(預熱部分);6、9—蒸汽管;7—機油預熱管;8—發動機潤滑油槽(預熱機油);10—蒸汽鍋爐;11—預熱器噴油器
在氣溫為-35℃時,預熱發動機需10~15min就能使其溫度提高到40~60℃。
(2)改善可燃混合氣的形成條件 在嚴寒季節,除了采用輕質汽油啟動發動機(汽油車)外,另外采用較多的是預熱進氣系統。具體有螺塞式電阻點火預熱器和懸掛式電阻點火預熱器等形式。
螺塞式電阻點火預熱器適用于霧化室壁有螺塞裝置的發動機(柴油機常見)。制作時,電阻絲采用800~1200W電爐絲(截成20mm長,約30圈);搭鐵線、火線和電阻絲的連接線用直徑為1.5~2.0mm鐵絲或銅線,螺塞式電子點火預熱器如圖4-2所示。

圖4-2 螺塞式電子點火預熱器
1—化油器;2—石棉墊3—霧化室;4—進氣歧管;5—電阻絲;6—搭鐵;7—六角空心螺釘;8—火線(接開關);9—絕緣套
操作方法是在起動發動機前,先用手搖柄搖轉曲軸,將潤滑油送至主要摩擦表面,然后打開電阻點火預熱器(1~5s電流表指示放電8~10A),再踏1~2次加速踏板,當聽到“唿”的聲音時,關掉預熱開關,即可起動發動機。懸掛式電阻點火預熱器適用于霧化室壁處無螺塞的發動機,懸掛式電阻點火預熱器如圖4-3所示。它的工作原理、操作方法與螺塞式電阻點火預熱器相同。

圖4-3 懸掛式電阻點火預熱器
1—火線(接點火開關);2—絕緣墊;3—霧化室;4—搭鐵線;5—進氣歧管;6—800~1200W電爐絲,約30圈
(3)提高點火能量 蓄電池在低溫時電解液密度增大,電解液在極板空隙中的滲透能力變差,蓄電池的內阻增大,使蓄電池容量減小,汽車在行駛中充電不足,端電壓下降。試驗表明,電解液溫度每下降1℃時,蓄電池的容量將下降1.5%~10%。因此,在冬季,為保持蓄電池一定的溫度,應將蓄電池置于特制的保溫箱內。使用兩只蓄電池時,應使它們的技術狀況基本一致,并把蓄電池電解液密度提高到1.28g/cm3,還應該經常進行小電流補充充電。蓄電池容量一大一小,會導致過充電和過放電,縮短使用壽命,減小輸出電流。同時,兩個蓄電池容量差別過大,有可能使蓄電池處于不充電或充電不足狀況,這樣會因蓄電池輸出容量不足,使起動機轉速下降。
在冬季,可把發電機輸出電壓調整到額定值的上限14.8V,使其充電電流有所增加,從而改善了點火和啟動性能。但電壓過高,易引起分電器觸點燒蝕,導致起動困難,因此也不宜將電壓調得過高。
(4)增大啟動機功率 把啟動機的四個磁場繞組由串聯改為兩兩串聯后再并聯的接法,可使其功率由1.325kW增至1.472kW。啟動機在裝配過程中,除各部件要符合技術標準外,另外,要注意的是啟動機的電樞端隙不得大于2mm;電樞與磁鐵間隙不得大于2mm;不能用在磁鐵與外殼之間加墊絕緣紙的方法來減小電樞與磁鐵間的間隙,否則會使磁路磁阻增加,磁通量減小,轉矩減小,冷啟動變差。
(5)檢查清潔點火系 檢查高、低壓線是否漏電;清潔、調整斷電器與火花塞間隙。冬季火花塞間隙應當調小至規定值的最小極限。如解放CA1091型汽車使用的火花塞,在冬季其間隙應調至0.6~0.7mm。
(6)在嚴寒地區應使用啟動輔助燃料 汽油機使用輕質汽油(極易揮發);柴油機使用由70%乙醚、27%噴氣燃料、3%的10號汽油機機油配制而成的啟動輔助燃料。柴油機使用這種燃料啟動前,應使用4號稠化機油作為發動機的潤滑油,搖轉曲軸10~20轉,再從進氣管噴入啟動燃料,每次噴入2~3mL,直至發動機穩定地工作。
完成上述必做的準備工作后,啟動發動機前,還需用手搖柄搖轉曲軸10~20轉,再使用啟動機或專供啟動用的蓄電池來啟動發動機;每次使用啟動機不應超過3~5s,兩次連續啟動應間隔15s以上,以免損壞蓄電池。
3.熱啟動
表4-1是多次進行熱啟動試驗所得的油耗數據。該試驗是在大氣溫度22℃、發動機冷卻液溫度80℃情況下進行的。熱啟動一次的油耗為0.4~1.8mL,時間為1.88~4.68s。顯然比冷啟動油耗低得多(見表4-2),但所需時間沒有明顯差別。
表4-1 熱車啟動發動機油耗

表4-2 冷車啟動發動機油耗

汽車行駛過程中,常有臨時停車熄火后重新起動發動機的情況,由于這種熱啟動發動機的次數較多,所以做好熱啟動可以節省較多的燃油。為了熱啟動省油,要求更輕地踩加速踏板,且做到啟動發動機一次成功,啟動后立即進入怠速運轉。正確地調整怠速和點火提前角,可以做到不踩加速踏板啟動發動機。另外,夏季氣溫高,停車后再啟動往往會出現“氣阻”現象,需要采取局部降溫或泄放汽油蒸汽等措施后再啟動發動機。發動機啟動后,冷卻液溫度升到40℃以上才能起步行車。
二、汽車起步加速與節油
汽車起步是汽車從不動到動的必經過程。已經運轉的發動機和處于靜止狀態的汽車底盤,要依靠離合器來調節這一對動和靜的矛盾。
在水平道路上起步時,發動機發出的轉矩通過傳動系統傳到驅動車輪,用來克服地面的滾動阻力Ff和加速阻力Fj,由于空氣阻力Fw很小,可以忽略不計;在坡道上起步時,除了要克服水平道路上的阻力外,還需克服坡道阻力Fi(即汽車重力沿坡道的分力,上坡時表現為阻力,下坡時表現為助力)。汽車起步與汽車的總重G有很大的關系。理論和實踐都證明,空車起步時離合器滑磨時間短,節氣門開度小;重車起步時離合器滑磨時間長,節氣門開度相應較大。
1.起步操作
起步前,駕駛員應對車輛的油、冷卻液、輪胎及安全設施進行檢查。進入駕駛室后,要查看各儀表的工作是否正常。氣壓制動的汽車,當冷卻液溫度表達到40℃以上;氣壓表壓力高于0.4MPa;機油壓力達0.16MPa以上時方可起步。
起步時,要手腳協調,左腳要完全踩下離合器踏板,將變速桿置于低擋位置,左手穩握轉向盤,右手放松駐車制動器操縱桿。接著左腳快速抬離離合器踏板,待傳動機件稍有振抖、發動機聲音略有變化時稍停,這時右腳輕踩加速踏板,同時左腳再緩慢抬起離合器踏板,使車輛平穩起步。滿載或坡道上起步時,要注意手制動器、離合器和加速踏板三者的配合協調,即右手握住手制動器操縱桿,右腳輕踩加速踏板,使發動機轉速提高至中等轉速,同時抬離合器踏板到半接合狀態。當聽到發動機聲音發生變化時,緩慢放松手制動器,同時逐漸踩下加速踏板并慢松離合器踏板。
起步操作的要領是“快、停、輕、慢”四個連貫動作的有機配合。“快”即抬離合器踏板的前一段(分離階段)的動作要適當快一些;“停”即離合器片與飛輪即將接合時,抬離合器踏板的動作在這一位置稍做短暫停留;“輕”即當抬離合器踏板稍停時,應輕輕踩下加速踏板;“慢”即慢慢地完全松開離合器踏板。總的來說,完成這四個連貫動作要“快”且“平順”。
2.初始擋位的選擇
汽車起步一般要用低速擋,因為起步要克服車輛的靜止慣性,需要有較大的轉矩,而發動機所提供的轉矩遠遠不能直接滿足要求,這就要通過變速器的減速增矩作用來加大車輪驅動轉矩,才能達到增大驅動力的目的。小型汽車因為其發動機轉速較高,現在一般要求采用一擋起步。而大型汽車因為變速器擋位較多,有的還具有爬坡擋,這時如用最低擋起步就會提速過慢,所以大型車輛一般是用二擋起步,能達到節油的目的。在天氣良好的情況下,當第一次起步時,應在啟動發動機前,先將變速桿掛入二擋,踩下離合器,然后再啟動發動機。滿載或在坡道上起步,必須用最低擋、小節氣門開度,這樣可以克服靜摩擦力和向后滑的慣性。當汽車移動后迅速掛入高一級擋位。表4-3和表4-4是東風EQ1090型載貨汽車平路和坡道起步加速初始擋位選擇對油耗的影響。
表4-3 汽車平路起步加速初始擋位對油耗的影響

表4-4 汽車坡道起步加速初始擋位對油耗的影響

注:坡度為5.5%左右的直坡道路。
從表4-3和表4-4可以看出,在平路上起步并連續換擋加速到40km/h,用二擋起步比一擋起步節油10mL,距離縮短13.7m,總時間減少3.1s;在坡度為5.5%左右的坡道上起步時,用二擋起步比一擋起步節油19mL,時間縮短5.02s。由此表明,東風EQ1090型汽車單車滿載在以上條件采用二擋起步加速,既能滿足汽車起步加速的動力要求,又能有效地節約燃油。
汽車在平路上起步,應盡快循序換入高速擋。汽車一經發動就抬離合器,不等節氣門起就用二擋起步;汽車一旦運行起來,不等加大節氣門開度就換入三擋,這樣直至換入五擋。采用這種方法,從起步到換入五擋,行駛距離不超過60m,油耗僅34mL。而正常起步至換入五擋時需耗油50~55mL。此方法適合于停靠次數較多的城市公共汽車。值得注意的是,由于柴油發動機轉速和轉矩的輸入反應遲緩,起步后要等發動機轉速升高(比汽油機稍高)時,才能換入高一級擋位。否則,即使勉強換入高一級擋位,開大節氣門也會導致加速困難,排氣管大量冒黑煙,甚至熄火,這樣反而增加了油耗。
3.起步時控制節氣門的方法
汽車起步時,要使發動機既不熄火又能省油,關鍵在于能否正確掌握抬離合器和踩加速踏板(控制節氣門)的配合要領。如果加速踏板踩下過猛會引起車輛加速過快而向前沖,使轉動機件受損傷;若加速踏板踩地過輕,則易使發動機熄火,需要進行二次起動。總之,加速踏板踩地過猛或過輕都會費油。起步時踩下加速踏板的輕重要以發動機的聲音是否柔和為準。
起步加速踩下加速踏板的距離,要聽發動機的聲音,以聲音增高較柔和為宜。若出現發悶的吼聲,說明加速過量,應稍抬加速踏板,防止發動機短期內出現大負荷,增加油耗和磨損。一般來說,加速踏板踩地稍輕時提速較慢,但省油;加速踏板踩地稍重時則提速較快,但費油。
汽車平路起步時,節氣門開度不宜超過80%;用高擋位在平路上行駛時,節氣門開度不應超過50%。這主要是為了避免加濃系統起作用,而達到省油的目的。
4.起步時發動機冷卻液溫度對油耗的影響
冬季汽車起步加速時,冷卻液溫度對油耗有一定的影響。正確的起步,應在冷卻液溫度40℃以上時進行。表4-5是冬季起步時冷卻液溫度對油耗的影響。
表4-5 冬季起步時冷卻液溫度對油耗的影響(平路行駛5000m)

從表4-5中可以看出,起步冷卻液溫度22℃與40℃相比,平路行駛5000m,百公里油耗增加3.9L,多耗油14.03%;起步冷卻渡溫度30℃和40℃相比較,百公里油耗增加1.8L,多耗油6.47%。由此可見,冬季起步冷卻液溫度過低導致耗油率增加,這主要是由于冷卻液溫度低時,燃油霧化不良,加之潤滑油黏度過大、摩擦損失增加所致。要使發動機正常工作,必須多供給一定量的燃油。
三、汽車擋位的合理選擇與節油
變速器是用來改變汽車行駛速度的。如果發動機的轉速不變,不同的擋位,車速不同。當汽車在行駛中擋位一定時,車速與發動機的轉速成正比
(4-1)
式中 v——車速,km/h;
n——發動機轉速,r/min;
rr——車輪工作半徑,m;
i0——汽車主減速器傳動比;
i1——所用擋位的變速比。
北京BJ2022型汽車采用492Q型發動機,當汽車速度保持在36km/h時,汽車用三個前進擋行駛。由式(4-1)可計算出相應的發動機轉速。從油耗儀讀得燃油消耗情況見表4-6。由表4-6可見,在相同的情況下,正常行駛時用高速擋比用低速擋節油。
表4-6 BJ2022在不同擋位下百公里油耗對比表

在經濟車速范圍內,車速越接近上限時,其功率利用率越高,燃油消耗率越低。為此,汽車在不同道路上行駛時,駕駛員應熟悉路況,因地制宜地掌握車速,及時調整到適當的擋位,使發動機運轉在經濟車速范圍內。在平路上行駛時,盡快換入高速擋比較省油。
在汽車運行中,由于道路阻力增大或情況變化,高一擋的動力不足以維持汽車正常行駛時,就需減擋。減擋的時機以當用高一級擋位行駛、節氣門開度為全開的80%、車速下降到該擋車速最大值的30%左右時,減入低一級擋位為最佳。較早減擋不能充分發揮高一級擋位時發動機負荷率高的優勢,油耗會上升;過遲減擋會使發動機超負荷運轉,機件磨損增加,油耗也上升,甚至會因工況惡化而熄火。試驗表明,減擋過遲的汽車轉矩會迅速下降,往往減至低一級擋位仍不能維持正常行駛,而不得不減至更低一級的擋位,造成脫擋行駛,導致油耗的急劇增加。
汽車在運行中,使用變速器的原則是“吊一擋,穩二擋,充分利用高速擋”。在換擋時應及時、平穩而迅速;低擋換高擋應提前;減擋在避免脫擋行駛的前提下應盡量拖后。
在換擋時機的掌握上應力求準確。一般地講,平路二擋起步(坡道或拖掛重車時用一擋),4s內換入三擋,7s內換入四擋,9s內由四擋換入五擋,從起步至換入五擋總共不應超過20s。并注意在加擋提高車速過程中,應以緩加速為主,避免急加速;與此同時,在行駛中,只要發動機輸出功率富裕就需加擋。否則,將使油耗增加。
換擋時,應腳輕手快。腳輕是指不要猛踩加速踏板,避免節氣門全開;手快關系到換擋的動作要迅速、敏捷,與腳(加速踏板、離合器)配合要協調。起步時不要連續踩加速踏板,也不要在離合器尚未完全接合的情況下就猛踩加速踏板,使發動機高速空轉,浪費燃料。一定要輕踩加速踏板緩加油。猛踩加速踏板時,混合氣加濃,增加油耗。試驗表明,猛踩加速踏板比緩加油要多耗1/3的燃油。
在換擋方法上,采用穩加速踏板快速換擋法較節油。如在一般情況下,解放牌汽車由四擋換三擋、三擋換二擋均應在節氣門全開時仍感到汽車運行速度迅速下降之際,逐漸將加速踏板放松至全部開度的1/3~2/3(行駛阻力越大、坡度越陡,則相應的節氣門開度也應加大)處時,再穩住加速踏板;與此同時,用腳尖快踏一次半腳離合器,把變速桿移入空擋,離合器稍微往回抬一點再迅速踏下去,及時將變速桿換入低一級擋位,然后放松離合器,此方法稱之為“一腳離合器二次進擋法”。用它減擋,又快又易進擋。
隨著行駛阻力減小,低擋的動力明顯用不完時,應加高擋。如二擋需加三擋時,將加速踏板穩在其開度的1/3~1/2處,右腳(轉向盤左置式)快踏一下加速踏板,同時左腳踩下離合器,右手將變速桿快速推進三擋,這樣又快又沒有異響。
上述快速加、減擋動作適合山區行車。在一般平坦道路上遇有障礙物需換入低速擋時,當節氣門處于怠速關閉的情況下,就應先稍踩加速踏板至適當位置,然后使用快速換擋法。
四、汽車車速選擇
汽車在行駛中,車速不同,油耗也不一樣,其中,耗油最低的車速稱為經濟車速。使用不同擋位,經濟車速也不一樣。一般汽車的經濟車速,是指該車在直接擋(或超速擋)的經濟車速,圖4-4為車速與油耗的關系。

圖4-4 車速與油耗的關系
一般重型汽車的經濟車速約為25~30km/h;輕型汽車的經濟車速約為35~40km/h。通常所說的“中速行駛”,其實際車速略高于經濟車速,因為經濟車速的車速過低,影響生產效率。中速行駛照顧到了安全、油耗和生產效率各方面的要求。表4-7為東風EQ1090汽車的經濟車速及其對應的燃油消耗量。
表4-7 東風EQ1090汽車的經濟車速及其對應的燃油消耗量

汽車油耗的高低,主要取決于發動機的耗油率和克服行駛中阻力所需的功率。
發動機的耗油率主要是隨汽車發動機負荷和轉速的變化而變化。發動機的耗油率在發動機負荷為80%左右時最低。負荷小時,耗油率最大,其原因是由于此時留在氣缸內的廢氣量增多,需供給較濃的混合氣,才能保證燃燒過程的正常進行。同時,負荷小時,克服摩擦阻力的功率及附件消耗的功率所占的比重增大。
發動機的耗油率隨轉速而變化,不同轉速,耗油率不同。耗油率最低的轉速稱經濟轉速。圖4-5為發動機在全負荷時燃油消耗率與轉速的關系。

圖4-5 發動機在全負荷時燃油消耗率與轉速的關系
當車速低時,克服阻力所需的功率較小,但是發動機的負荷小而耗油率升高;反之,當車速高時,克服阻力所需的功率增大,發動機由于負荷增大而耗油率降低。但是,車速越高,行駛阻力越大,需要克服這些阻力所需功率也增大,對汽車燃料的消耗的影響,大大超過了發動機由于負荷增大耗油率降低的影響,結果使汽車燃料經濟性變差,每100km消耗的燃料增多。只有在中等速度行駛時,可以兼顧發動機的耗油率和車速對油耗的影響,汽車每100km燃料消耗量最低。
汽車經濟車速不是固定不變的。在某一特定范圍內,它將隨路況、載質量、風向、車型、氣候、使用情況的不同而發生變化。隨著道路交通的改善,汽車技術狀況及駕駛技術水平的逐年提高,尤其是高速公路和相配套的高速汽車的出現,經濟車速有了較大的提高,如解放CA1091型汽車在一般公路上的經濟車速為35~55km/h,而在高速公路上的經濟車速可提高到50~70km/h。考慮經濟車速的原則和依據是:首先應使發動機在燃油消耗率be最小時的轉速范圍內運轉,并考慮安全行車及減小空氣阻力;其次應提高發動機的功率利用率;再次是重視汽車運行中的經濟性,包括加速、減速、等速、怠速及常用車速。總之考慮的應是燃油消耗量少、運輸經濟效益高、服務質量好、行駛安全等綜合要求。這就是說經濟車速反映的是綜合指標。
一般路況好、順風、車型氣流阻力小、發動機負荷利用率高、無篷布、輕載時,其經濟車速就高;反之則低。同時,底盤相同但發動機類型不同的柴油機比汽油機的經濟車速要高30%左右。
在運行中,當汽車處于20km/h以下的低速行駛時,發動機熱損失比例大,這與以35km/h車速相比多耗油8%左右。因此,切忌用低擋、高轉速、小節氣門開度,或高擋、低轉速、大節氣門開度做長時間行駛。
空氣阻力與車速的平方成正比,燃油消耗量增多與車速過高(一般道路上超過55km/h以上)密切相關。汽車運行中保持高擋的經濟車速是節油的重點。由發動機負荷特性可知,發動機的轉速在最大功率轉速的50%~700%時最省油。而汽車在不脫擋行駛時,發動機的轉速與車速成正比,因此,汽車在最高車速的50%~70%速度范圍內行駛時最省油。柴油機可取較大值,汽油機取較小值,小客車應比上述經濟車速低5%。
汽車在運行中,駕駛員要根據實際情況,盡可能使之處于經濟車速的范圍內,把油耗控制在最低點。
五、汽車的行車溫度
汽車行車溫度包括發動機溫度、機油溫度、發動機室內空氣溫度,以及變速器和驅動橋主減速器油溫等。汽車行車溫度直接影響著行車燃料的消耗。首先進氣溫度影響燃料的霧化,冷卻液溫度又直接影響氣缸及機體各部分的表面溫度。提高冷卻液溫度將會使氣缸各部分的表面溫度升高,從而使進入氣缸的混合氣溫度提高。但溫度過高,將導致發動機產生早燃、爆燃等不正常燃燒,油耗增大;溫度過低,發動機氣鋼蓋、氣缸壁的傳熱損失增大,燃燒速率降低,導致發動機平均有效壓力下降。同時,溫度過低時,燃油不易揮發,油滴相對增多,使混合氣變稀、不易燃燒或使火焰傳播速度減慢,也導致油耗增加。試驗表明,發動機的正常冷卻液溫度應保持在80~90℃;冬季發動機室溫度應保持在20~30℃。正常的發動機冷卻液溫度和發動機室氣溫,有利于汽油霧化和進氣均勻分配,可以使發動機具有良好的動力性和經濟性,還可以使機油保持正常黏度和潤滑性能,減小摩擦阻力,從而節省燃油。冷卻液溫度在80~90℃時,發動機的燃油消耗率最低,發動機的轉矩較高。
另外,發動機溫度過低或過高,還會引起發動機磨損加劇。這是因為溫度過低時,潤滑油黏度過大,不能很好地填充到摩擦表面之間,從而加劇零件磨損;發動機溫度過高時,潤滑油黏度過低,油膜過薄,承載能力變差,磨損亦加劇。
1.發動機冷卻液溫度對功率和油耗的影響
在發動機臺架上,模擬汽車滿載等速運行工況進行試驗,發動機冷卻液溫度變化對功率、轉矩和油耗的影響見表4-8和表4-9,東風EQ6100發動機的冷卻液溫度與油耗的關系如圖4-6所示,東風EQ6100發動機的冷卻液溫度與油耗、轉矩及功率的關系如圖47所示。模擬的行車速度為45km/h,發動機轉速為1574r/min,功率為24kW,轉矩為146N·m。
表4-8 發動機功率、冷卻液溫度對油耗的影響

表4-9 發動機節氣門、冷卻液溫度變化對功率、轉矩和油耗的影響


圖4-6 東風EQ6100發動機的冷卻液溫度與油耗的關系

圖4-7 東風EQ6100發動機的冷卻液溫度與油耗、轉矩及功率的關系
注:按制造廠規定冷卻液溫度應保持在80~85℃,為防止溫度過高損壞發動機,未將冷卻液溫度升到80℃以上。
由表4-9的模擬試驗數據可以看出,冷卻液溫度由80℃降至60℃時,油耗增加3.44%,功率降低4.11%,轉矩降低2.20%;油耗增加5.74%,功率下降量6.17%,轉矩降低4.37%;降至40℃時,油耗急劇增加,功率和轉矩迅速下降。
發動機冷卻液溫度過高時,發動機過熱,會造成功率下降,油耗增加。在氣溫為36~39℃的情況下,如果道路條件差,以二擋行駛4.5km后,散熱器冷卻液溫度將升至100℃,曲軸箱油溫達90℃。發動機過熱,往往會出現充氣量下降、燃燒不正常(爆燃、早燃)、供油系統產生氣阻等情況。溫度過高,不但降低了功率,并且油耗增加。據相關資料介紹,當冷卻液溫度在100℃時,爬坡1.43km,需行駛17min,耗油1.9L;而在冷卻液溫度80℃時,爬同一段坡,只需行駛13min,耗油1.2L。兩者相比,前者比后者多耗油約60%。
2.行車溫度與汽車行駛阻力
變速器、驅動橋的潤滑油溫度較低時,黏度變大,汽車行駛阻力增加。汽車在低溫條件下使用時,傳動系統各總成的潤滑油往往不進行預熱,而提高油溫使其達到正常工作溫度是靠零件摩擦和攪油產生的熱量來保證的。由于傳動系統潤滑油溫度低、黏度大,汽車運行阻力增加,其總成在很長一段時間內負荷較大,從而使油耗增加,也引起零件磨損加劇。
在冬季,汽車起步后隨著行駛距離的增大,各部位的溫度升高,每100km油耗卻逐漸下降,待達到正常溫度時,油耗趨于穩定。
3.正確控制行車溫度
從前面的分析可知,行車中,使發動機的冷卻液溫度保持在80~90℃,冬季發動機室溫度保持在20~30℃,可以保證發動機具有良好的動力性和燃油經濟性,也可以減少磨損。因此駕駛員在行車中應注意調節百葉窗來控制汽車的行車溫度。
駕駛員在行車中,要經常觀察儀表,根據情況控制好百葉窗開度,謹防發動機散熱器“開鍋”或低溫行車。保持正常冷卻液溫度。在冬季氣溫較低時,要給發動機蓋加裝保濕套。保溫條件差時,可在百葉窗后擋上紙板或塑料布等,盡量減少冷空氣的侵入而降低行車溫度。正確地控制行車溫度,應該注意以下幾點:
①燃燒室積炭較多而未能清除之前,發動機溫度可保持在其正常溫度的下限(80℃),以防爆燃;②寒冷季節,在停車前的0.5~1.0km,可使發動機冷卻液溫度控制在90℃以上,這樣汽車在停車前一段時間內,不致使冷卻液溫度下降太多,可縮短停車后起動升溫的時間;③當發動機處于大負荷(滿載或爬坡)時可使冷卻液溫度稍低一些(80℃左右),處于小負荷(空車或下坡)時,可使發動機冷卻液溫度高一些(90℃);④在較壞路面行駛時,車速低,發動機負荷大,溫度升高快。如果預先知道行駛前方是較差路段,應提早1~2km將發動機冷卻液溫度降至80℃左右;⑤由于汽車在滑行終了時,因溫度低而使加速的油耗增加,所以在汽車滑行前應將發動機冷卻液溫度控制得偏高(90℃以上)一些。滑行中應關閉百葉窗,避免發動機過分冷卻而使冷卻液溫度降低過多。
六、汽車滑行與節油
滑行就是利用汽車的慣性行駛。滑行時發動機在怠速或強制怠速情況下工作,可以不用油或少用油,因此可以節約燃油。滑行可以在平路、下坡進行,有時上坡也可以利用滑行。
下坡滑行、加速滑行、減速滑行是提高汽車燃油經濟性、節約能源、降低運輸成本的有效途徑。
1.下坡滑行
汽車下坡時,在保證安全的前提下,應充分利用其自身慣性讓汽車滑行,從而節省燃油。在下坡的坡道小于5%、坡長超過100m的直線道路上,當車速被控制在30km/h以內時可采用下坡滑行。
汽車在下坡時自身的重力可分解為垂直于地面的法向作用力和平行于地面的切向作用力,汽車在下坡時受力如圖4-8所示,其中切向作用力是使汽車向前的力,與行駛阻力正好相抵,比行駛阻力小時能降低汽車的行駛速度,比行駛阻力大時就會使汽車加速下滑。所以,下坡時可以先將車輛加速到一定值,然后利用車輛的慣性滑行。但要合理控制好滑行的車速,如車速過高將不易控制汽車的行駛,存在安全隱患。

圖4-8 汽車在下坡時受力
汽車運行在丘陵地段,可利用連續起伏的地形成波浪滑行。下長坡時,應根據路況、氣候、交通狀況等適當滑行。
對于那些設有轉向盤鎖止機構和真空助力制動的汽車,在下坡滑行中絕對不能關閉點火開關或讓發動機熄火,以避免因轉向盤鎖止或制動力減弱而發生車禍。汽車在滑行中,若遇到制動系統發生故障或車速難以控制時,應立即接通進油口處開關和點火開關,采取快速搶擋法(一般以當時能搶到的最低擋),以便讓發動機起制動作用,確保行駛安全。
2.加速滑行
當汽車在平路上以經濟車速行駛時,發動機的負荷率一般在30%~40%之間。在這種情況下油耗率仍較高,應以加速滑行的辦法提高發動機的負荷率。加速滑行是指在平路行駛時,用暫時(瞬間)多消耗燃油來提高車速,利用加速時貯存的動能讓汽車滑行。在滑行時,發動機怠速或熄火,從而可節省一部分燃油;另外做加速時,增大了發動機負荷率,降低了油耗率。這樣通過加速滑行的方法來降低油耗。
在加速時,若使用猛加速或加速至最高車速的75%以上,滑行至最高車速的45%以下,就不能節油。因此,正確的加速滑行方法是平穩加速,使節氣門開至80%~90%為宜。
當道路條件差、滿載或拖掛運輸時,不應采用加速滑行的方法。否則,既不安全,節約油耗也不明顯,解放CA1091汽車加速滑行與等速運行時的油耗情況見表4-10。
表4-10 解放CA1091汽車加速滑行與等速運行時的油耗情況 單位:L/100km

汽車上坡時,應根據具體道路和交通條件,靈活沖坡。在上短坡而安全行車有保證時,可采用高擋加速沖坡,中間不得換擋,一鼓作氣沖上坡頂;在上長坡時,可先用高擋沖坡,上至坡中段應適時換入低擋。隨著行駛阻力的減小,動力會有所增加,增加很多時可用快速法加擋。在上陡坡時,為了減少換擋時汽車出現的瞬間停頓,保持行駛連續性和連貫性,應提前換入低擋;小丘陵連續坡,可以又沖坡又滑行,因地制宜,靈活應用。
汽車上坡前,應根據發動機運轉情況及時換擋,防止脫擋行駛。如當滿載的解放CA1091以四擋節氣門全開沖坡,車速下降至35km/h以下時,發動機會出現沉悶的響聲。轉速急劇變化時就叫脫擋行駛,此時發動機油耗率上升,并易發生早燃和爆燃,從而浪費了燃油,加速了機件的不正常磨損。由于柴油車發動機額定轉速比同類型的汽油機低,轉矩曲線相對平緩,加速反映也遲緩,轉速提高較慢,在汽車爬坡時車速下降較快。因而,在上坡時柴油車沖坡要稍猛一些,絕不允許換擋行駛。若此時勉強行車就會脫擋,即使再換入低擋,開大節氣門也難以克服上坡的阻力,這樣就不得不再減一個擋位,從而較大地降低了車速,增加了油耗。
汽車在同一擋位上坡時,以節氣門開度最小時最省油;若加大節氣門可提高一級擋位,駕駛中還是以低擋位、小節氣門開度為好。汽車沖坡時,高擋不硬撐,低擋不猛沖,盡可能避免用大功率轉速。當道路阻力減小時,及時恢復高擋行駛。
3.減速滑行
它是利用汽車在行駛中遇到特殊情況,如會車、避障等需要減速通過,或車輛需要進場、轉向、調頭、靠邊停駛等情況需要減速時,駕駛員一般都在做出正確判斷后,松加速踏板,利用車輛的初速度滑行,達到減速或停車的目的。這樣減少了汽車制動時的能量損失。汽車制動時能量損失ΔE可按下式得出。
(4-2)
式中 m——汽車質量,kg;
v1——制動開始的汽車速度,m/s;
v2——制動后的汽車的速度,m/s。
顯然,制動開始時汽車的速度v1越小,汽車的能量損失就越小,也就越省油。若是停車速度v2=0,那么能量損失就與開始制動時車速v1成正比。可見,在制動前采用減速滑行以降低制動開始的車速v1,就能減少因制動而消耗的能量,應盡量避免使用制動,特別是緊急制動。據測定,由于制動停車,每次重新起動加速至20km/h,所耗油量達60~90mL。如果采用減速通過,減少制動和停車次數,就能省下這部分燃油。所以,遇到特殊情況下,多以減速滑行代替制動,即以滑代制。
由于滑行時發動機不工作或者轉速很低,不論對氣壓制動還是液力制動(有真空加力裝置的)都可能有影響,所以,滑行的前提是確保安全,并要避免對機件的損壞。不能確保安全以及對機件有損壞的滑行應當禁止,以免造成財產和生命安全的損失。