空調(diào)制冷狀態(tài)對輕型汽車燃料消耗量的影響研究

劉 爽 唐興貴 王益民 顧王文 閔 浪 許卿云

（中汽研汽車檢驗中心（昆明）有限公司 云南 昆明 651701）

引言

隨著汽車使用量的提升，汽車的使用時間越來越長，燃料消耗量的重要性也逐漸凸顯。一來隨著油價的變化，人們越來越關(guān)心汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，其已成為人們購車和用車時考慮的一個重要因素。二來燃料消耗量數(shù)值直接關(guān)系到汽車尾氣中CO2的含量，眾所周知CO2是一種溫室氣體，關(guān)乎我們賴以生存的環(huán)境。

2020 年6 月2 日國家市場監(jiān)督管理總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布的GB/T 19233-2020《輕型汽車燃料消耗量試驗方法》中規(guī)定了“開啟空調(diào)制冷狀態(tài)下燃料消耗量試驗方法”[1]。方法中指出可以使用WLTC（全球統(tǒng)一輕型車輛測試循環(huán)）[2]或者CLTC（中國輕型汽車行駛工況）循環(huán)，由于之前研究獲得CLTC 循環(huán)更加符合我國實際駕駛情況[3-6]，因此本文選用CLTC-P[7]循環(huán)進(jìn)行相關(guān)試驗。本文通過實際試驗數(shù)據(jù)研究開啟空調(diào)制冷狀態(tài)對輕型汽車燃料消耗量的影響，以期引起足夠的重視。

1 試驗方案

1.1 測試流程

本次選用2 個車型（分別為轎車及SUV），各進(jìn)行3 次開啟和關(guān)閉空調(diào)制冷狀態(tài)條件下的燃料消耗量試驗。單次試驗流程簡圖如圖1 所示。

圖1 燃料消耗量試驗流程

1）開啟空調(diào)條件下車輛燃料消耗量（FCON）測量方法

a）打開全部車窗，汽車空調(diào)空氣循環(huán)開關(guān)置于外循環(huán)位置，風(fēng)量調(diào)節(jié)開關(guān)置于中間位置（向高擋位取整），此過程中壓縮機(jī)始終處于關(guān)閉狀態(tài)；

b）車輛以（90±2）km/h 等速行駛20 min；

c）關(guān)閉發(fā)動機(jī)和全部車窗。設(shè)定太陽輻射強(qiáng)度為（850±45）W/m2，車輛靜置30 min；

d）設(shè)定車輛空調(diào)后，立即進(jìn)行燃料消耗量試驗（采用CLTC-P 循環(huán)）；

e）試驗過程中，以1 Hz 的采集頻率實時連續(xù)記錄乘員艙溫度測量點的溫度變化。

2）關(guān)閉空調(diào)條件下車輛燃料消耗量（FCOFF）測量方法

a）關(guān)閉太陽輻射，按照04-1、04-2 進(jìn)行操作；

b）關(guān)閉車輛空調(diào)和全部車窗后，立即進(jìn)行燃料消耗量試驗（采用CLTC-P 循環(huán)）。

1.2 試驗環(huán)境條件

試驗環(huán)境條件如下：

溫度：（30±2）℃；

濕度：（50±5）%rel.H.；

太陽輻射強(qiáng)度：車輛浸車和開啟空調(diào)制冷狀態(tài)下燃料消耗量試驗過程中（850±45）W/m2。

1.3 試驗設(shè)備

試驗過程中所用的主要設(shè)備見表1。

表1 主要試驗設(shè)備

1.4 試驗結(jié)果處理

油耗測試每個車型每組試驗（開啟空調(diào)和關(guān)閉空調(diào)試驗各一次為一組）進(jìn)行3 次，滿足重復(fù)性檢驗要求后的試驗數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)。

按照GB 18352.6-2016 的要求進(jìn)行道路載荷測量與測功機(jī)設(shè)置，進(jìn)行排放量計算（按照附錄CE 的規(guī)定計算CO2、CO、HC 排放量）。

用上述方法得到的CO2、CO、HC 排放量，分別計算各速度段綜合燃料消耗量。采用式（1）計算燃料消耗量，單位為L/100 km。

式中：FC 為燃料消耗量，單位為L/100 km；HC 為測得的碳?xì)渑欧帕?，單位為g/km；CO 為測得的一氧化碳排放量，單位為g/km；CO2為測得的二氧化碳排放量，單位為g/km；D為288 K（15 ℃）條件下試驗燃料的密度，單位為kg/L。

按式（2）計算3 次試驗結(jié)果的第95 百分位分布的標(biāo)準(zhǔn)差σ，并將3 次測量結(jié)果中最大燃料消耗量與最小燃料消耗量之差ΔQmax與σ 值進(jìn)行比較：

如ΔQmax不大于σ，則視為通過重復(fù)性檢驗；否則為沒有通過。

式中：σ 為第95 百分位分布的標(biāo)準(zhǔn)差，單位為L/100 km；為3 次試驗所測得燃料消耗量的算術(shù)平均值，單位為L/100 km。

注：需分別對開啟空調(diào)和關(guān)閉空調(diào)試驗結(jié)果進(jìn)行重復(fù)性檢驗。

2 試驗結(jié)果與分析

開啟空調(diào)后整車油耗的增幅為：

2.1 綜合燃料消耗量試驗結(jié)果分析

某轎車綜合燃料消耗量試驗結(jié)果如圖2 所示。

由圖2 可以看出對于試驗轎車來說空調(diào)開啟時燃料消耗量增幅約為36%。

圖2 某轎車綜合燃料消耗量試驗結(jié)果

某SUV 綜合燃料消耗量試驗結(jié)果如圖3 所示。

圖3 SUV 綜合燃料消耗量試驗結(jié)果

由圖3 可以看出對于試驗SUV 來說空調(diào)開啟時燃料消耗量增幅約為20%。

雖然不同車輛性能表征會有所差異（即使是同一車型的不同車輛表征也會有所差異），但是就目前試驗數(shù)據(jù)來看空調(diào)開啟狀態(tài)時的燃料消耗量較空調(diào)關(guān)閉狀態(tài)時的燃料消耗量均有較大增幅，且增幅均在15%以上，最大的時候可達(dá)到40%以上。由此可見空調(diào)對于油耗的影響十分顯著。

上述研究內(nèi)容重點針對綜合（即整個CLTC 循環(huán)）燃料消耗量，但是CLTC 循環(huán)分為低速、中速、高速3 個階段，分別對應(yīng)平時我們駕車時的市區(qū)、市郊和高速3 種場景。為了更加明顯地區(qū)分空調(diào)開啟狀態(tài)對燃料消耗量影響出現(xiàn)在哪種速度區(qū)間，下面會依次對各速度區(qū)間進(jìn)行分析，以期得到空調(diào)對油耗影響最大的速度區(qū)間。

2.2 低速段燃料消耗量試驗結(jié)果分析

低速段主要特征如表2 所示。

表2 低速段主要特征

某轎車低速段燃料消耗量試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 某轎車低速段燃料消耗量試驗結(jié)果

由圖4 可以看出對于試驗轎車來說，在低速段空調(diào)開啟時燃料消耗量增幅約為63%。

某SUV 低速段燃料消耗量試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 SUV 低速段燃料消耗量試驗結(jié)果

由圖5 可以看出對于試驗SUV 來說，在低速段空調(diào)開啟時燃料消耗量增幅約為36%。

2.3 中速段燃料消耗量試驗結(jié)果分析

中速段主要特征如表3 所示。

表3 中速段主要特征

某轎車中速段燃料消耗量試驗結(jié)果如圖6 所示。

圖6 某轎車中速段燃料消耗量試驗結(jié)果

由圖6 可以看出對于試驗轎車來說，在中速段空調(diào)開啟時燃料消耗量增幅約為38%。

某SUV 中速段燃料消耗量試驗結(jié)果如圖7 所示。

圖7 SUV 中速段燃料消耗量試驗結(jié)果

由圖7 可以看出對于試驗SUV 來說，在中速段空調(diào)開啟時燃料消耗量增幅約為17%。

2.4 高速段燃料消耗量試驗結(jié)果分析

高速段主要特征如表4 所示。

表4 高速段主要特征

某轎車高速段燃料消耗量試驗結(jié)果如圖8 所示。

由圖8 可以看出對于試驗轎車來說，在高速段空調(diào)開啟時燃料消耗量增幅約為18%。

圖8 某轎車高速段燃料消耗量試驗結(jié)果

某SUV 高速段燃料消耗量試驗結(jié)果如圖9 所示。

圖9 SUV 高速段燃料消耗量試驗結(jié)果

由圖9 可以看出對于試驗SUV 來說，在高速段空調(diào)開啟時燃料消耗量增幅約為12%。

由上述結(jié)果可以看出低速段油耗的影響最為顯著，那主要影響出現(xiàn)在什么時候呢？下面就低速段秒采數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨分析。

2.5 轎車低速段燃料消耗量秒采分析

轎車低速段燃料消耗量試驗結(jié)果如圖10 所示。

圖10 轎車低速段燃料消耗量試驗結(jié)果

由圖10 可以看出對于試驗轎車來說，各秒采點空調(diào)開啟時燃料消耗量較關(guān)閉時燃料消耗量正增長的點位約占96%，相當(dāng)于基本整個低速段油耗都處在正增長范圍，其中最大的增長出現(xiàn)在630 s 速度37 km/h 時，約增長200%以上。

2.6 綜合分析

燃料消耗量統(tǒng)計結(jié)果如表5 所示。

表5 燃料消耗量統(tǒng)計

綜合上述試驗數(shù)據(jù)可知，不管是轎車還是SUV，在開啟空調(diào)制冷時油耗均會有所增加，且在低速段反應(yīng)最為強(qiáng)烈，增幅可達(dá)35%以上。引起上述問題的主要原因是：

1）低速段（市區(qū)）時車輛換擋頻繁，轉(zhuǎn)速波動較大，發(fā)動機(jī)驅(qū)動空調(diào)所需的額外功率更多，導(dǎo)致對應(yīng)的燃料消耗量更高[4-5，8]；

2）低速段多怠速，然而在空調(diào)開啟后，為了提高怠速穩(wěn)定性并為發(fā)動機(jī)起步提供一定的儲備，需要適當(dāng)提高發(fā)動機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速，從而導(dǎo)致對應(yīng)的燃料消耗量提高；

3）低速段與中速段和高速段相比，冷凝器換熱效率更低（由于速度偏低），從而導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)的燃料消耗量增高。

3 結(jié)論

本文主要通過試驗研究開啟空調(diào)制冷狀態(tài)對輕型汽車燃料消耗量的影響，得出結(jié)論如下：

1）開啟空調(diào)制冷時的燃料消耗量較空調(diào)關(guān)閉時的燃料消耗量有較大增幅，增幅在15%以上，最大的時候可達(dá)到40%左右。由此可見空調(diào)對于油耗的影響十分顯著。

2）開啟空調(diào)制冷時的油耗增加在低速段時反應(yīng)最為強(qiáng)烈，增幅可達(dá)35%以上。由此可見考慮燃油經(jīng)濟(jì)性及溫室氣體污染時應(yīng)該減少在市區(qū)行駛時的空調(diào)使用量。