不同海拔對輕型汽車油耗的影響

摘要：在高原山區(qū)對輕型汽油車進(jìn)行實(shí)際道路試驗(yàn)，通過在不同海拔點(diǎn)進(jìn)行等速油耗和統(tǒng)計(jì)油耗，分析不同海拔條件下空滿載對油耗的影響。結(jié)果表明：在同一海拔條件下，隨車速增加油耗也隨之增加，在車速大于70 km/h時增幅最大；同為滿載時，海拔3 300 m比1 300 m油耗平均多24.1%；海拔3 300 m和1 300 m滿載時比空載油耗平均增加12.2%和35.4%；滿載時高速油耗更加敏感；在車速60 km/h以下時，3 300 m等速油耗比1 300 m平均高4.1%，反之則比1 300 m等速油耗平均少5.7%。

關(guān)鍵詞：油耗；輕型汽車；高海拔

中圖分類號：U461.3 收稿日期：2023-07-17

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.10.025

1 前言

我國高海拔地區(qū)所占國土面積比例很大，大約67%的國土面積為高原，包括較多4 000 m以上超高海拔地區(qū)，海拔在2 000 m以上的地區(qū)占國土總面積的33%，有接近20個大中型城市，人口也在5 000萬以上。云南省平均海拔2 000 m左右，在云貴高原西北部與青藏高原銜接處平均海拔3 000 m，南部海拔約1 500 m，全省山區(qū)占土地面積94%，土地高低參差，縱橫起伏[1]。高原山區(qū)道路蜿蜒曲折，坡長且陡彎急，全省公路海拔最高點(diǎn)在白馬雪山埡口4 292 m，從奔子欄海拔2 000 m經(jīng)過60 km達(dá)到白馬雪山隘口，海拔變化2 200 m，平均坡度達(dá)到3.7°。

在高海拔環(huán)境下，空氣的密度減小，海拔升高引起大氣壓力、空氣密度、含氧量等下降，從而影響發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量減少，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)燃燒惡化，發(fā)動機(jī)輸出功率下降。同時海拔增加汽車空氣阻力也會發(fā)生變化。本文分別在不同海拔進(jìn)行等速油耗試驗(yàn)，分析不同海拔對油耗的影響，為企業(yè)研發(fā)服務(wù)。

2 試驗(yàn)設(shè)備和方案

2.1 試驗(yàn)車輛與設(shè)備

試驗(yàn)車輛選取某品牌N1類小貨車和SUV兩輛車，試驗(yàn)車輛已經(jīng)磨合且狀態(tài)良好，車輛參數(shù)如表1所示。使用油耗儀和VBOX采集車速和油耗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要參數(shù)如表2所示。

2.2 試驗(yàn)方法

通過在1 300 m建水、1 900 m的昆明中汽研和3 200 m的香格里拉，進(jìn)行高原整車油耗試驗(yàn)，分析海拔對車輛空滿載油耗的影響。為保證一致性所有試驗(yàn)駕駛為同一人，駕駛員是專職試驗(yàn)司機(jī)，駕駛經(jīng)驗(yàn)豐富。按照GB/T 12545.1-2008《汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法第一部分：乘用車燃料消耗量試驗(yàn)方法》中對試驗(yàn)道路的要求，在任意兩點(diǎn)之間的縱向坡度不應(yīng)該超過±2%；對于車速的限制為每次試驗(yàn)的平均速度與試驗(yàn)規(guī)定速度差不應(yīng)超過2 km/h。在不同海拔點(diǎn)尋找符合條件的測試道路，并對三條測試道路進(jìn)行初步測算坡度。水平每經(jīng)過100 m垂直方向上升的海拔為道路坡度，通過GPS對三條道路的高程數(shù)據(jù)采集，分析對三條不同海拔試驗(yàn)道路的海拔變化情況。圖1是海拔3 200 m試驗(yàn)道路相對高度變化圖，穩(wěn)定車速50 km/h，行駛距離600 m，相對高度變化2.1 m，道坡度變化0.36%，試驗(yàn)道路干凈整潔，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗(yàn)地點(diǎn)坡度和氣壓如表3所示。

在三個海拔點(diǎn)開展了從40～70 km/h以10 km/h為間隔的車輛空滿載等速試驗(yàn)。為接近于實(shí)際駕駛操作，車速在40～70 km/h時，手動變速器置于直接擋，車速80 km/h和90 km/h手動變速器位于最高擋。高速試驗(yàn)時加速段距離較長，道路長度不夠，暫未開展超高速油耗試驗(yàn)。在各試驗(yàn)車速下，保持車速穩(wěn)定后為有效數(shù)據(jù)，測量通過500 m測試路段的時間及燃油消耗量，計(jì)算等速油耗。每個試驗(yàn)車速在測試路段進(jìn)行往返測試，往返為一組，最少做三組，以滿足數(shù)據(jù)重復(fù)性要求，計(jì)算每組數(shù)據(jù)，再將三組數(shù)據(jù)取平均值。

3 海拔對油耗的影響

海拔對傳統(tǒng)燃油車的影響是幾方面綜合作用的結(jié)果，在阻力方面，空氣密度下降導(dǎo)致車輛空氣阻力減少，相同工況下車輛所需要的功率下降。但對于發(fā)動機(jī)而言，海拔較高導(dǎo)致空氣密度降低從而減少發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)缸內(nèi)燃燒惡化，油耗增加[2]。趙樹槐[3]在香格里拉對車輛進(jìn)行性能檢測時發(fā)現(xiàn)，在高原上的發(fā)動機(jī)最大輸出功率比原廠額定發(fā)動機(jī)功率下降23.5%～32%，發(fā)動機(jī)最大扭矩下降23.8%～31%。1 900 m和33 m處進(jìn)行怠速油耗試驗(yàn)，車輛怠速300 s靜態(tài)油耗，統(tǒng)計(jì)其平均流量，平均流量分別為0.526 L/h和0.536 L/h，3 300 m怠速油耗比1 900 m多2%。在1 900 m和3 300 m處進(jìn)行車輛怠速油耗試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)車輛怠速300 s的油耗，車輛平均流量分別為0.526 L/h和0.536 L/h，3 300 m怠速油耗比1 900 m多2%。

3.1 海拔對輕型貨車油耗的影響

圖2為不同海拔下輕型貨車油耗圖，分析1 300 m、1 900 m和3 300 m三個海拔點(diǎn)的空載等速油耗。在40～60 km/h，隨著海拔升高油耗增加較為緩慢，在1 900 m的油耗和1 300 m油耗相近，但3 300 m處油耗高于另外兩處海拔點(diǎn)油耗，這是因?yàn)檐囁佥^低，海拔降低導(dǎo)致的空氣阻力下降不明顯，高海拔對發(fā)動機(jī)燃燒的影響更大。車速60 km/h時3 300 m的油耗分別比1 900 m和1 300 m多5.3%和10%。為更接近實(shí)際的駕駛在低速時使用的是4擋，在70 km/h時開始換為5檔。在60～70 km/h時，油耗增加高于低速。70～80 km/h時，油耗增加較為迅速，認(rèn)為是在高速時發(fā)動機(jī)負(fù)荷率較高，但空氣阻力增加，油耗也增加，結(jié)合萬有特性曲線知道中低速為經(jīng)濟(jì)車速[4]。車速80 km/h時3 300 m的油耗分別比1 900 m和1 300 m少0.12 L/100 km和0.23 L/100 km。劉樂等[5]在環(huán)境倉進(jìn)行滑行研究時發(fā)現(xiàn)，隨海拔上升，空氣密度下降，車輛滑行阻力減小，在低速時減小不明顯，在車速120 km/h時，4 676 m比22 m滑行阻力減少31.3%。1 300 m、1 900 m和3 300 m，車速從40 km/h至80 km/h時，等速增加10 km/h平均油耗分別增加0.39 L/100 km、0.41 L/100 km和0.28 L/100 km。

圖3是1 900 m輕型貨車空載不同車速油耗對比圖，整體上是隨著車速增加，油耗值也逐漸增加，車速90 km/h時油耗較高。且車速越大油耗值波動越大，因車速較高時，車速穩(wěn)定較困難，波動比低速大，但在限制范圍內(nèi)。在車速40 km/h和50 km/h時，油耗值相對收斂，整體上波動較小，且車速在60～70 km/h時，油耗增加較為明顯。

圖4是1 300 m和3 300 m輕型貨車空滿載油耗對比圖，分析1 300 m和3 300 m兩個海拔點(diǎn)的空滿載等速油耗。在3 300 m處滿載對油耗的影響比1 300 m影響更為明顯，同為滿載時，海拔3 300 m比1 300 m油耗平均多24.1%，海拔33 00 m和1 300 m滿載時比空載油耗平均增加12.2%和35.4%?？梢园l(fā)現(xiàn)在低海拔條件下，中低車速空滿載油耗差異較大，在車速60 km/h時，滿載油耗比空載油耗多18%。在高海拔處在，整體油耗明顯高于空載，在車速70 km/h時，滿載油耗比空載油耗高52.3%，但在中速行駛時，滿載油耗差異不大。

3.2 海拔對SUV油耗的影響

圖5是1 300 m和3 300 m對SUV瞬時油耗的影響圖。在兩個海拔點(diǎn)中，均表現(xiàn)出隨車速增加而瞬時油耗增加，且在車速60 km/h 到70 km/h時，瞬時油耗增加最為明顯，在1 300 m和3 300 m時70 km/h的瞬時油耗比60 km/h分別增加25.9%和30.7%。在低速時海拔3 300 m的瞬時油耗平均比1 300 m瞬時油耗多4.1%，但在中高車速時，海拔3 300 m的瞬時油耗平均比1 300 m瞬時油耗少5.7%。認(rèn)為是在高海拔地區(qū)，燃油消耗率的部分負(fù)荷特性要優(yōu)于低海拔，另外，海拔上升使得空氣阻力降低[6]。

3.3 輕型貨車高原山區(qū)統(tǒng)計(jì)油耗

圖6是輕型貨車高原山區(qū)統(tǒng)計(jì)油耗圖。在高原山區(qū)進(jìn)行適應(yīng)性行駛統(tǒng)計(jì)油耗，從奔子欄海拔2 000 m到4 300 m的白馬雪山隘口，海拔變化2 200 m，行駛61 km，平均車速45 km/h，總油耗8.06 L，平均流量5.9 L/h。在統(tǒng)計(jì)圖中可以明顯看到在海拔變化不明顯的2 800 m附近，油耗出現(xiàn)明顯下降，坡度對油耗有較大影響，在高原山區(qū)統(tǒng)計(jì)油耗要分析高原和坡度對車輛油耗的復(fù)合影響。同時隨海拔增加，平均車速呈現(xiàn)下降狀態(tài)，但整體油耗下降不明顯。從車速和油耗分析，在高原山區(qū)彎多坡急，車輛操作頻繁，車輛油耗波動較大。

4 結(jié)語

海拔對輕型汽車油耗有較大影響，因此在高原對輕型汽車進(jìn)行實(shí)際道路試驗(yàn)，結(jié)果表明：

a.在同一海拔下，隨車速增加油耗也隨之增加，在車速70 km/h時油耗增加最明顯。

b.在車速60 km/h以下時，高海拔等速油耗比低海拔大，反之則低海拔油耗更大。

c.在高海拔車輛滿載油耗比空載油耗高52.3%；滿載時海拔3 300 m比1 300 m油耗平均多24.1%。

參考文獻(xiàn)：

[1]種鵬云，張艷，汪杰，等.高原山區(qū)“兩客一?！避囕v道路運(yùn)輸事故統(tǒng)計(jì)分析研究[J].中國公共安全（學(xué)術(shù)版），2020（1）：99-102.

[2]倪紅，趙偉，劉樂，等.不同海拔對汽油車排放與油耗影響的研究[J].汽車工程，2014，36（10）：1205-1209+1179.

[3]趙樹槐.高原行車特點(diǎn)及相應(yīng)措施淺析[J].時代汽車，2017（4）：44-45.

[4]蘭楠，龍軍，鄧高攀，等.載貨汽車等速行駛油耗特性研究[J].公路與汽運(yùn)，2018（1）：9-12.

[5]劉樂，陸紅雨，王玉偉，等.不同海拔下自然吸氣輕型汽油車性能研究[J].汽車工程，2014，36（8）：929-934+939.

[6]郭曉年.高海拔下輕型汽油車油耗及排放特性研究[D].北京：北京理工大學(xué)，2017.

作者簡介：

白朝谷，男，1988年生，工程師，研究方向?yàn)檎嚋y試技術(shù)。