发动机万有特性曲线看油耗，省油是怎么来的

清雅轩

本文概要：发动机万有特性看经济性、空挡带档行驶、变速器如何操作省油。
提到燃油经济性，大家最直观体验就是在开车的时候，烧了多少油，花了多少人民币，今天cartech8从专业的角度来分析一下燃油经济性。
目前世界上评论汽车燃油经济性一般用耗油量或油行程来表示。汽油的燃油经济性指标与发动机的特性和汽车的自重、车速及各种运动阻力如空气阻力、滚动阻力和爬坡阻力等大小、传动系的效率及减速比等都有关系，因而在数值上往往与实际情况有差别。


要了解燃油经济性，我们先了解几个概念。
油耗率：
通常以“克(燃油)/(千瓦•小时)”来表示，以一千瓦的功率工作一小时的燃油消耗量多少克。
有效燃油耗率（BSFC）、指示燃油耗率（ISFC）两种，两者之间差了两个字，前一个有效燃油耗率意味着“现在实际是多少”，是实际。指示燃油耗率意味着“原本可以有多少”，是潜力。不同的时候得到关注的不一样，一般情况下，还是有效燃油耗率用的比较多。
发动机万有特性曲线：
横坐标为发动机转速，纵坐标为平均有效压力（单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，单位为bar）。平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。这个平均有效压力，可能有点费解，我们就直接把它理解为发动机的负荷率。
发动机负荷率=（某点的扭矩/相同转速下最大扭矩）*100%，你也可以理解为特定转速下油门开度的百分比。在万有特性曲线上，越高的点负荷率越高，到最高点(外特性）时就是100%负荷了。
发动机万有特性曲线的等油耗线主要反映的是：在不同的发动机转速和负荷情况下的油耗率，就是下图一圈一圈标有数字的曲线，这些曲线叫等油耗线。数值越小表示油耗率越低，经济性越好。在图上你会看到一个油耗最低的区域206，这个圈太小，发动机很难工作于该区域，我们就不讨论这个区域。我们看210这条曲线，它说明发动机可以达到210g/kw•h的油耗率，对应的发动机工作区域是转速大概在1900-2300r/min之间，平均有效压力14-16bar。在这个区域发动机的热效率高，所以油耗低。一般情况下负荷率越小，发动机热效率也越小，油耗就高。                        

自然吸气发动机万有特性
在看看上图，是一台自然吸气发动机的万有特性曲线，随便看一个转速点吧，比如3000rpm。随着负荷增加比油耗是减少的，因为我们脚踩的油门实际上控制的是[color=rgb(68, 68, 68) !important]节气门（这个问题我们在cartech8的另一篇文章《动力性匹配之几张表就能搞定一辆车的动力性？》中讨论个这个问题，有兴趣的可以去看看），负荷小节气门开度就小，进气也少，对应喷的油就没那么多，燃烧就不剧烈，输出功就少,而发动机的阻力损失中的泵气损失反而因节气门开度小而大，因此燃油效率偏低。反过来大负荷工况需要很多功的时候，节气门开度就大，进气越多油喷的越多，因工作于理论空燃比，每滴油能为我们所用的能量，也就越多了，所以经济性越好。
节气门中间是一个阀片，电机驱动阀片开启到任意角度，全开的时候就当没有这个阀片。部分开度的时候挺影响进气，有一个节流损失，作为泵气损失的一部分它不算多，但影响进气效率……这个节流损失就理解为当节气门部分开启时，阻碍了气体的顺畅流动，增加了阻力，影响了发动机的进气量。

对这个问题举一个不是特别恰当的例子：如果耗油多少可以看做是我们去逛商场，预算花500还是1000，看起来500没有1000那么多；那么经济性就可以看做充会员卡，充500就得到500的购买力，而充1000，商场就给1500的购买力。这时候500确实花费的比1000少，但花费1000更实惠。

如果我们把油门踩到底，发动机转速从低加速到最大转速，就得到了一条外特性曲线，外特性是指节气门全开，也就是全负荷时候的工况，在这里就是万有特性最上方的一条曲线了。图一为红色虚线，是一台增压发动机。图二用黑色粗实线表示，为自然吸气的发动机，自然吸气发动机呈M型，在3000rpm~4000rpm的样子因为气流谐振的缘故，略有下降（上图确实是M型，但不是太明显，为了美观另外做处理，看不出M的趋势了），增压发动机的曲线是一条快速陡增，然后一条直线。

另外还需要提及的一个问题是空燃比，汽油发动机理论空燃比为14.7:1，也就是烧1公斤燃油需要14.7公斤空气，两者刚好完全燃烧，燃油略多的时候输出功多，动力性更好，一般浓5%到15%时，动力性最佳。空气略多时，燃油更容易完全燃烧（生产物二氧化碳的比例更多，一氧化碳和谈情化合物的比例更少），经济性更好。有的网友会问，既然空气略多，经济性好，为啥不采用这种空气略多的模式呢？排放问题，发动机长期研究的结果显示，理论空气燃油比下，排放最好，处理排气污染问题的费用更低。现在有缸内直喷了，采用的是稀薄燃烧，确实能省油，花在技术和废气处理上的费用大大增加了。
在普通非缸内直喷发动机部分负荷的时候，一般追求经济性，空燃比14.7左右，在外特性附近追求动力性，空燃比在12.5左右，也就是说，外特性上没法得到完全燃烧的燃油比例会更大，经济性更差。

另外还有，在高转速，大负荷区域如果采用理论空气燃油比工作，发动机的排气温度会非常的高，有时有可能烧坏排气管中的催化器，发动机的热负荷太高也可能损坏发动机。一般发动机超过4000rpm，大油门开度区域可能被加浓，目的降低排温，保护发动机。这个问题在汽车工程师之家论坛上有过深入的讨论，有兴趣的朋友可以去看看。
下图可以看到大的空气流量时，系统空燃比被加浓目的就两个，要么降排温，要么增加动力性。

另外，在1500~3500这个区间，是驾驶员常用工作区间，匹配工程师在标定匹配阶段会重点考虑这个区域，在这个区域尽量降低比油耗，而生产厂家的设计规范里也会重点考核这个区域，因此一般车辆这个区域的经济性是最好的，使用启动技术、VVT，缸内直喷、增压器什么七七八八的技术，很多时候也是为了扩展和优化这个区域，让发动机在更广泛的区域内都有极好的经济性。
变速器对油耗动力性的影响：
什么时候换挡好呢？对于高转速自然吸气发动机，它扭矩曲线往往有两个峰值，假设第一个峰值出现在2000转左右，第二个峰值出现在最大转速附近6000。一般驾驶都会在2500转左右换挡，换完之后正好落在2000转这个峰值上，可以保证换挡以后车辆加速有力， 换挡后不要猛踩油门，使得发动机工作于偏大一点负荷区，这是汽车运行在最佳经济区。不猛加油门的目的，减少发动机瞬态燃油补偿。因为每个车什么时候换挡，可以看看各个厂家的外特性曲线，一般宣传资料上都会有的。不过上面说的偏理论，实际情况跟厂家变速器选型和匹配有关，cartech8今后会和大家一起讨论。

空挡滑行和带档滑行那个省油：
1.        空挡滑行，空挡滑行发动机处于怠速运行，油耗为怠速油耗大概0.4-0.8/h左右吧（跟排量有关），由于没有动力输出，比油耗无穷大因此比油耗没有意义。不建议空挡滑行，发动机熄火容易没刹车。
2.        带档滑行，肯定省油，因为很多情况发动机熄火的，发动机不工作是有条件是：变速器在档，发动机转速超过1600-1800，没踩油门，当发动机转速落到1000-1200左右，会再次供油，发动机重新工作。这种模式安全，虽然发动机熄火，但发动机被车轮拖着转，发动机有真空，刹车没有问题。下坡用带档滑行能减少刹车长期使用而热衰。

驾驶习惯：
不想多说，勤换档、忌猛踩油门。堵车时，走走停停时可不踩油门采用怠速行车（怠速行车是标定工程师匹配过程中很重要的一个驾驶性工作），但可能被别人卡位，很多人也不习惯这种方式，我也不习惯。
这次cartech8就和大家交流这么多了，本来经济性还有很多可以说的，今后会继续和大家交流，欢迎大家关注我们，关注汽车工程师之家。

SXY123

领教了，谢谢！

CCC72

好文章，受教了

一棵大菠菜

这个解释，容易明白。。比课本上的生动

茄子鱼22

谢谢，讲的很清楚