摩託車排量只有汽車的1/12,為什麼油耗有汽車的一半?

2020-12-24 水墨車事

看一下問題描述:

125ml踏板摩託車每公裡油耗3毛錢,1.5L排量的汽車每公裡油耗6毛錢。踏板摩託車的排量是汽車的1/12,為什麼油耗是汽車的一半呢?這個問題其實很容易理解,影響油耗的因素就那麼幾個:發動機熱效率、傳動機構效率、車重、行駛阻力。

發動機熱效率

熱效率很容易理解,燃料燃燒產生的能量轉化為驅動汽車動力的比例就是熱效率。化學能在轉化動能的時候會有各種損失:

其中有排氣損失、冷卻損失、機械損失、泵氣損失等,各種損失消耗的都是能量,因此最終輸出的有效功率只剩下1/3左右,其他的能量都被做功過程中的各種損失消耗了。如何提高熱效率呢?那就想辦法降低發動機做功時的「各種損失」,因此汽車廠家不斷的通過優化設計、應用新技術來降低各種燃燒損失,以提高發動機的熱效率。說白了就是減少燃料浪費來提高發動機的熱效率,而且汽車機艙空間相對寬裕,可以針對發動機做出更多的優化設計,外設部件多一點也沒有問題,一切以提高效率降低油耗為主。

摩託車發動機就不一樣,摩託車的發動機已經談不上技術了,僅僅是一個最簡單最基礎的四衝程汽油機而已。一個化油器供油系統用了很多年,至今還沒有被電噴系統徹底取代。沒辦法啊,摩託車用化油器供油簡單、穩定 ,不需要複雜的電子設備。但是化油器噴油控制策略是非常粗糙的,不能精確的根據工況去控制噴油數量,供永遠要大於求,否則就會出現動力不足的情況。

回頭看看汽車發動機,電噴技術早已經取代了化油器,甚至直噴技術已經全面普及。歧管噴射多點電噴很難在新款發動機上看到,直噴壓力高、汽油霧化好,甚至可以實現分層燃燒、稀薄燃燒,在ecu以及各種傳感器的控制下,每一滴汽油利用率都了最大化。

摩託車即使用上了電噴,也僅僅是歧管噴射而已。而一些汽車發動機已經用上了雙噴射系統,一套缸內直噴一套歧管電噴。

為了降低各種損失汽車發動機還應用了可變氣門升程技術,甚至可以實現阿特金森循環與奧拓循環切換。複雜的可變正時配氣機構是單缸摩託車沒有辦法做到的,空間不允許成本不允許,而且單缸發動機工況非常複雜,轉速波動大。怠速1500轉左右,換檔時5000轉也是正常的,油門拉到底轉速高達上萬轉。這麼複雜的工況,發動機很難始終在高效率區間工作。

摩託車我這種缸徑大於行程的單缸發動機是典型的犧牲燃油效率換更高的轉速,高轉速燃燒惡化,更多的熱量白白的排出去。同時高轉速也帶來高摩擦阻力,因此通過拉高轉速來提升功率,燃油經濟性沒有辦法與多缸發動機比。

摩託車風冷這種冷卻系統會損失更多的熱能,沒有辦法精確的控制缸體溫度,熱量損失也就是燃油損失。而汽車的水冷系統可以讓發動機始終在適合的溫度下工作,ecu根據水溫來精確調整噴油量,精確控制可以杜絕燃油浪費。摩託車也只能做到粗略的控制而已,因此燃油利用率低。

傳動系統效率

發動機熱效率影響最終油耗,但是傳動系統效率同樣不可小覷。好比有一雙抓錢手,沒有一個聚錢鬥一樣。發動機拼命省油,而傳動系統效率低那麼油耗也不會低的。文中開篇所說的踏板摩託車就是一個例子,每公裡油耗高達三毛錢,其實跨騎式125ml的摩託車百公裡油耗2升左右,多一點也不會超過三升。每公裡折合人民幣一毛錢左右。摩託車每公裡1毛錢才與汽車有可比性,但是踏板每公裡油耗3毛錢與汽車就沒有可比性了,最省油的小排量汽車每公裡4毛錢都夠了。

其實踏板油耗高的根本原因就是傳動系統效率低導致的。

踏板摩託車採用的是CVT變速機構,理論上CVT變速箱油耗是不會太高的,因為CVT變速箱可以更好的伺服發動機,無論發動機在哪個轉速區間工作CVT變速機構憑藉著無級變速的能力都可以吸收更多的功率,發動機功率流失少,始終在高效率區間運轉。但並不是所有的CVT變速箱都能做到這一點,至少摩託車常用的CVT變速機構就無法做到這一點,發動機功率浪費太多了!我們看一下踏板摩託車的CVT變速機構圖:

看上去就覺得很簡單吧,至少比汽車的CVT變速箱零件少了很多:

兩者之間最大的就是變速機構控制上。汽車的CVT變速機構是液力驅動的,可以隨時無條件的改變帶輪直徑,變速箱tcu可以根據工況隨時發出控制電磁閥的指令,電磁閥控制液壓油的走向。因此tcu可以根據工況來控制CVT帶輪的直徑大小,可以隨意改變直徑、兩個帶輪直徑改變後傳動比自然也就改變了,這樣才能兼顧動力與油耗。

想對比之下摩託車的CVT變速機構就簡單了很多,主動伺服是不存在的,就像畜力車一樣你不打鞭子他是不走的!我們看一下摩託車CVT機帶輪伺服機構:

這種東西叫做普利盤,與發動機輸出軸連接,內部的圓柱叫做普利珠。高速旋轉的時候普利珠在離心力的作用下滾到邊緣,這時候兩盤之間距離縮短、皮帶被擠到盤的邊緣,也就增加了帶輪的直徑提速,發動機轉速降低的時候普利珠失去離心力會滾到軸心附近,兩盤的間距增加帶輪直徑減小、這時候傳動比就會降下來。這就是典型的用發動機轉速來控制CVT變速箱的傳動比,因此會浪費很多的能量,與主動控制變速箱機構的CVT變速箱比起來差很多。

除了變速機構浪費能量,摩託車的CVT離合器也同樣的浪費能量。

這種離心式離合器同樣是通過轉速控制的,轉速增加時內部蹄塊才會甩出去。蹄塊與碗公緊密貼合後動力才會傳遞到後輪,通過轉速控制離合器開合同樣會浪費能量。

因此同排量的踏板摩託油耗比跨騎式摩託車高一倍左右,而跨騎式摩託車油耗也只有汽車的1/5左右,並沒有達到驚人的1/2。

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