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1、北京工商大学硕士学位论文基于机动车比功率（VSP）的油耗模型研究姓名：贺新申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：王岐东20070501北京工商大学硕士学位论文摘要本论文采用一套车载实验系统，对6 种不同车型机动车在实际道路上行驶时的速度、油耗、排放和高度等参数进行实时检测，研究了机动车油耗与排放的关系，引入了比功率V S P ( v e h i c l es p e c i f i cp o w e r ) 这一参数，对北京市机动车实际行驶时的V S P 分布进行了分析，得出了机动车油耗与V S P 的关系，合成出了机动车基于V S P 的油耗模型。对油耗和排放数据进行分析处理，得到了4
2、种车型机动车单位油耗与四种排放污染物( C 0 2 、C O 、C H 和N O x ) 的关系。结果表明：C 0 2 的排放速率与单位油耗线性相关程度较高，捷达电喷、富康电喷、夏利电喷和公共汽车的回归直线斜率分别为0 6 4 0 6 、0 6 2 4 3 、0 7 0 7 2 和0 5 4 3 8 。由此得到了四种车型机动车基于油耗的C 0 2 排放模型。对速度、油耗和高度数据进行综合分析处理，得到了六种车型机动车实际行驶百公里油耗与速度的关系。结果表明：实际行驶百公里油耗随速度的增加先下降后有上升的趋势，最低百公里油耗一般出现在速度5 0 “ 6 0 k m h 处。此速度范围可看成是机动
3、车行驶的经济速度。通过计算得到了四种车型机动车每个V S P 区间内样本点的频数分布图。结果表明：机动车实际行驶过程中，其V S P 处于一2 6 k W a ：的情况比较频繁，超过9 0 的时间内，其V S P 介于6 1 0 k W t 。通过五种车型机动车各V S P 区间内的平均单位油耗与V S P 的关系图看出，当V S P 捷达电喷 富康电喷 公共汽车。在燃油密度和碳的质量分数一定的情况下，消耗等量的燃油排放的碳的质量是一定的，因此可以得出结论：C O 排放量的大小排列顺序为：公共汽车 富康电喷 捷达电喷 夏利电喷，公共汽车出现富燃状况的比例较高。这与公共汽车的高使用率和保养情况差
4、有关。3 6 本章小结本章通过对机动车单位油耗与四种主要污染物C O z ，C O 、H C 和N O x 排放速率关系的研究，利用线性回归分析得出具体结论如下：( 1 ) 除了c 0 2 的排放速率与单位油耗线性相关程度较高外，其它三种污染物的排放速率与单位油耗相关程度都较低；( 2 ) 得出了四辆实验用车基亍滴耗的c 0 2 素放模型；( 3 ) 从画归出的西神车型单位拓耗与C 0 2 的译放运率的关系式可以得出消耗等量的燃油，西神车型C 0 2 的勇；放量的大J 、群死顺序为：夏氰黾喷 捷达电基于机动车比功辜( V S P ) 的油耗模型研究喷 富康电喷 公共汽车；“) 消耗等量的燃油四
5、种车型C O 排放量的大小排列顺序为：公共汽车 富康电喷 捷达电喷 夏利电喷，公共机动车出现富燃状况的比例较高。北京工商大学硕士学位论文第四章机动车油耗与行驶特征的关系4 1 机动车实际行驶百公里油耗与速度的关系速度对油耗的影响在于当速度增加后，一方面，机动车行驶阻力消耗功率，尤其是空气阻力消耗的功率会显著增加，但另一方面，由于车速高时，机动车行驶时的档位也较高，使得发动机的转速不一定很高，加上速度高时机动车的行驶时间缩短，因此百公里油耗并不是一定随车速的增加而增加【8 】。将速度以l O k m h 为间隔分成若干个区间，然后分别计算机动车以每个速度区间内的速度行驶时的百公里油耗。由于车速受
6、实际道路交通状况的限制，每次实验时车速能达到的最大速度不一样，因此分得速度区间数可能不一样。图4 - 1 铴给出了六种车型的实际行驶百公里油耗与速度的关系图。墨省誊量冒暑军营季官罾 gg墓g要墓董gr “- ，h )图4 1 捷达电喷车速度对油耗的影响亘再冒军官冒罾 g曼建茸掌基菪Y O r e h )图4 3 捷达化油器车速度对： 函耗的影响冒画画军罾孽暮冒 g要匿g要墓童gV ( J a J h )图4 2 富康车速度对油耗的影响1 3E ，一冒百季冒暮吾冒喜 萝兰gg要g妻是 r ( h h )图4 - 4 公共汽车速度对滴耗的影响基于机动车比功率( V S P ) 的油耗模型研究2暑雩
7、882霉dood璃d。o尊oo8So r ( h ，吣冒冒百冒百百冒 gg韪g要墓gr ( k a h )图4 5 金杯车速度对油耗的影响图4 6 夏利车速度对油耗的影响从图4 - 1 4 - 6 可以看出，实际行驶百公里油耗随速度的增加先下降后有上升的趋势，最低百公里油耗一般出现在速度5 0 6 0 k m h 处。出现这种情况有以下几方面的原因：( 1 ) 速度越小，行驶1 0 0 公里所用的时间就越长，油耗量就会越多。此外，低速往往伴随着频繁地加减速和怠速，加速时需要加大油门，发动机燃料不完全燃烧，也会增加油耗；( 2 ) 虽然随着速度的增加空气阻力消耗的功率会增加，但是车速高时，机动车
8、行驶时的档位也较高，此时发动机的转速不一定很高，加上速度高时机动车行驶1 0 0 公里所用时间缩短，使得百公里油耗随着速度的增加而减少；( 3 ) 当速度较大时，空气阻力会显著增加，消耗的功率也会显著增加，从而使油耗有所增加。此外，通过计算还可得出，捷达电喷车最低行驶百公里油耗为5 2 L ，捷达化油器车为7 6 L ，富康车为5 3 L ，公共汽车为2 5 7 L ，金杯车为8 2 L ，夏利车为、5 3 L 。通过比较可以看出，捷达电喷车比捷达化油器车的最低行驶百公里油耗低。由此可得出结论：电喷技术除了在改善机动车污染物排放方面有贡献外，还可使燃油经济性有所提高。4 2 机动车行驶单位油耗
9、与速度、加速度的关系菡4 7 给出了捷达电喷车某同一盯问段内的速度、单位油耗和加速度随时间的变化情况，从图中可以看出，单位泊耗最大和最小的酊刻大体上对应于速度与加速度最高和最低的时刻。这说萌它仍三者的变亿趋势有很大的相似性，即单位油耗和速度、加速度有一定的相关性。21 51裔o 5 0 q - 0 5一l一1 5- 2l1 12 13 14 15 16 17 18 19 1t ( s )11 12 13 14 15 16 17 l8 19 lt ( s )t ( s )图4 - 7 捷达电喷车某段时间内的速度、单位河耗和加速度的变化情况图舢8 给出了公共汽车瞬时速度为零的不同时刻单位油耗的分布
10、情况。可以看出，相同的瞬时速度对应的单位油耗分布很不规则，没有统计性。加O t 1 1 占8765432lO 1 ) 鏊基于机动车比功率( V S P ) 的油耗模型研究2 0 -1 8 1 6 1 4 1 2 一1 0 一图4 8 公共汽车瞬时速度为零的不同时刻单位油耗的分布图4 9 给出了公共汽车加速度为0 5 m s 2 的不同时刻单位油耗的分布情况。可以看出，相同的加速度对应的单位油耗虽然大部分集中在1 5 1 _ h 附近，但离散程度较大。因此，单独考虑加速度对油耗的影响也存在缺陷。3 5 3 0 一三2 5 琵1 。：a = O 5t ( s )图4 9 公共汽车加速度为O - s
11、 m s 2 的不同时刻单位油耗的分布4 3 机动车V S P 的定义按照前面所述，机动车行驶单位油耗和机动车速度与加速度存在一定的对应关系，但单独用速度或加速度采对油耗规律进行讨论都存在不足。因此，迫切需要寻找蓟另外一个郎与速度有关又与加速度有关的参数，呆舸i 面耗规律进行研究。北京工商大学硕士学位论文一般研究认为，影响机动车油耗的因素有三十多种，概括起来主要是三大类，即机动车自身特性、道路交通条件和自然环境。机动车消耗燃料最根本的目的就是做功，因此做功的多少直接影响油耗的大小。在机动车技术水平一定的情况下，机动车的实际行驶特征( 如速度、加速度变化情况) 以及道路特征( 如坡度) 可以用一
12、个参数来衡量，即机动车比功率V S P ( v e h i c l es p c x i f i c1 ) O W C l “ ) 。其表达式为0 S S R C ，2 0 0 4 ) 为：V S P = z ， 1 1 a + 9 8 1 x ( at a n ( s i n u 力) + 0 1 3 2 3 + 0 0 0 0 3 0 2I ，3式中，V S P 表示机动车比功率，k W t ；p 为速度，m s ；4 为加速度，m s 2G 为道路坡度。图4 - 1 0 4 - 1 2 显示了三种车型的单位油耗与V S P 的关系。可以看出，单位油耗F C 随着V S P 的增大而增大，
13、呈一定的线性关系。在预测机动车油耗的建模过程中，通过用一个参数来反映影响机动车油耗的几个因素，可以减少变量，简化计算。因此，在本研究中，尝试引入V S P 这一参数。图4 - 1 0 捷达电喷车U F C 与V S P 的关系匿4 - 1 1 富康车U F C 与V S P 约关系3 5基于机动车比功率( V S P ) 的油耗模型研究图4 - 1 2 夏利车U F C 与V S P 的关系4 4 机动车V S P 的分布特征有研究表明，车辆V S P 能够更真实地反映车辆运行工况与污染物排放量之间的关系( Ji m c n e z P M a c i o u s ，1 9 9 9 ：K u
14、h n s 甜a 1 ，2 0 0 4 ；潘汉生等，2 0 0 5 ) 。因此，在I V E 模型中引入车辆V S P ，并用它对机动车基本排放因子进行修正。I V E模型将发动机瞬态的工作状态分成6 0 个V S P 区间，每个V S P 区间对应1 个排放水平，据此建立发动机瞬时工作与排放的分段对应关系。根据V S P 区间的时问分布以及各区间与排放的对应关系，I V E 计算得到机动车在不同行驶工况下的排放因子1 4 3 。每个区问对应着不同的修正因子，对机动车的基本排放因子进行修正。在本研究中结合I V E 模型的思路，考虑对I V E 排放模型进行油耗方面的补充，将V S P 以4
15、k w t 为间隔分为若干个区间，计算每个区间内对应的单位油耗( U F C )的平均值。图4 - 1 3 4 1 6 为四种车型每个V S P 区间内样本点的频数分布图。：i ：；呈琶琶兰量量量誊；曼曼是兰宝宝g 邑邑兰毽邑舌4 一1 3 捷达亿沿器车每个V S ? 区简内样本点豹频数分布蝣蚰；乌；8坫加0o0 0 裁蚕北京工商大学硕士学位论文4 03 53 0童2 5 豢2 0 蚕1 51 050i一嘲蚕il I I - 一冒冒富雩暑冒冒冒冒冒= 冒冒冒百l N一-占茁上一茹2 = 霉器G8 焉胬兰= 7 山V一一Vo 占上上上山。 v s P B i n图4 - 1 4 捷达电喷车每个V
16、 S P 区间内样本点的频数分布4 03 53 0；2 5 藏2 0 暴1 f i1 050l一曩蚕i! 蚕_主罨琶主董詈登置V S P B i n图4 - 1 5 公共汽车每个V S P 区间内样本点的频数分布6 05 04 0邑 蔌3 0 爨 2 01 008+ oo鼍璧售要喜号枣要宝V毫o 。巴V S P B i n画4 - 1 6 富康车每个V S P 区简内祥卒点刍勺频数分布守+邑一9 6 一) c 0 。竺)号I 曼_ ) B 一d 2曰q 口H - ) 9 哗0 - )一9 古一山 0 I 哥I )曰1 苎)曰I d 2冒哔9 2雷叶0 )基于机动车比功率( V S P ) 的油耗模型研究可以看出，机
