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汽车在行驶时是发动机的转速越低越省油吗？

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tj93

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用户： tj93
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发表于 2018-07-25 15:22

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您好，精华帖至少要有9张图片，文字不少100个字！并且是原创内容，布局合理。
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楼主电梯直达楼

多数情况下是的，但也有例外，而且这些列外对于多数人并不难遇到。

很多老司机开车的时候总喜欢尽可能早地升档，这样发动机的转速就可以尽可能的低，尤其是一些出租车司机，恨不得1000转出头就升档，我也遇到过一些开自动档车的人，但总喜欢自己用手动模式尽早升档，每次换完档都把转速落在将将高于怠速附近，并且信心满满地告诉我转速高了发动机摩擦阻力大，这么做的话更省油。

然鹅这么做真的有科学依据吗？事实到底是什么样的呢？

解答这个问题其实很简单，只需要我们相信一件事情，能量守恒。

因为 $每个时刻的瞬时油耗=你需要的动力/动力系统的转换效率$ ，在给定动力需求的情况下，动力系统转换效率越高，那个时刻的油耗就越低，所以我们只需要看动力系统的效率即可。

作为一个简单的回答，并不是在所有情况下都是转速越低越省油，而是要具体看，一般在某一个（发动机作为）动力系统的低功率区间，这个论述通常是成立的，而在中高功率区间，油耗的最优值并不是在（可实现的）最低转速取得的。

以下是详细回答。

让我们先看来一下汽车行驶时动力需求的基本情况，再看看这个需求对于发动机来说意味着什么，就可以得出我们感兴趣的结论了。

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. 我们需要的动力是什么？

2. 这意味着什么？

3. 能差多少以及永远有效？

4. 对一些潜在问题的提前回答

5. 课后习题：事情又要起变化？

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1. 我们需要的动力是什么？

对于行驶中的汽车，假设平地，我们需要的功率，

$功率=（滚阻+空阻+用于加速的力）*车速$

为了简化讨论，我们先看匀速行驶需要多少功率，即 $用于加速的力$ 为0，

（注：之所以简化，是因为不难证明，任何速度下匀速行驶的功率需求，都可以被等价成在某一个更低的速度加速时的功率需求（且速度和加速有无穷多种组合），故讨论匀速行驶即可囊括所有情况，后会举例说明）

考虑滚阻 $F_{r}$ 和空阻

其中，

是车的质量，

是重力加速度，

是滚动阻力

是空气密度，

是车行进方向投影面积，

是空租系数，

是车速均基于标准单位
按几类简单划分一下，

车辆行进方向投影面积和车重m的关系
综上，此时我们的公式里只剩下质量

和车速

是自变量，其他都是常数，所以最滚阻

和空阻

的总和就可以简化成，

再乘以速度

，就是我们关心的功率

，

如果此时我们让唯一两个自变量，质量

和车速

，

在1400kg到1600Kg再到1800kg之间变化（福克斯/明锐到帕萨特/雅阁再到E级/五系））

在我们关心的常用速度区间50km/h到100km/h之间变化
画出图来就是下图的样子，

不同质量的现代轿车，匀速行驶需要的功率，和车速的关系
如果考虑

和

潜在的变化，只需要把这个结果加减个10%，就能得到全部可能的范围，如下所示，在我们关心的主要速度区间匀速行驶，粗略地说，功率只要大概4-12kw，也就是5-16马力，需要注意的一点是，这个数值（功率）对于不同的质量（即车大或者小）不是很敏感，主要是速度的函数，

考虑滚动和空阻系数的变化，匀速行驶需要功率的大概范畴
为了简化，我们取

为0.01，

为0.25分析，此时考虑一个重约1.5吨的B级车，70Km/h平地匀速行驶时需要约5.5Kw（7马力）的动力（功率）。

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2. 这意味着什么？

为了简化问题，假设一个固定的传动效率（最后会说明为什么可以假设固定），比如90%，我们只需要让发动机的

等于这个5.5Kw的需求除以90%即可，对于我们1.5吨的B级车，就是约6Kw。

为了让扭矩乘以转速的乘积保持在这个定值（6Kw），在发动机扭矩-转速图上（纵轴扭矩/单位NM，横轴转速/单位rpm），我们只需要让扭矩和转速保持在一条反比例函数上即可，如下图所示，此时发动机的输出只要在这条紫线上的任意一点，都可以满足车辆的动力需求，

（注：如果不理解，问题其实很简单，就回想一下你骑过的变速自行车，都是一个道理，你要保持一定的速度骑上一个大坡，可以低档位，此时你输出的扭矩小但是要蹬得快，也可以高档，这样可以蹬得慢但需要使更大劲儿，即扭矩大。）

在我们感兴趣转速范围内，所有满足6Kw功率（动力）需求的扭矩-转速组合
假设我们的B级车使用的是一台2.0L自然吸气发动机，比如下图，其中等高线是发动机总效率，

马自达Skyactive-G 2.0版本实测油耗（效率）图
那么这条等功率的反比例曲线在发动机图上，就如下图紫线所示，

动力需求在发动机效率图上的位置
此时，如果我们使用的是CVT变速箱，那么紫色反比例曲线上的任意点都是可以被变速箱匹配给发动机的，实际中，多数变速箱都是有固定档位数量的非CVT变速箱，那么我们只能取紫色反比例曲线上的若干点，如下图所示，

70km/h匀速行驶，假设6档变速箱，可能的6/5/4/3/2档匹配的发动机工作位置举例
但是不管怎么样，我们都可以比较确定地说，转速越低，发动机效率越高，因为为了保持相同的功率，发动机的负荷会随着转速的降低而增加，而增加动力输出意味着发动机的效率会提升，所以转速越低（档位越高）越省油。

（注：下文为了简化，我们取CVT变速箱可覆盖的工况分析（非CVT不会定性改变结果，只是CVT取得到的点的子集））

现在如果我们把50，60，80，90km/h匀速行驶的情况都标上，基本也是没有什么大问题的，如下图所示，

50-100km/h匀速行驶发动机端功率需求示意
但是细心的人这个时候会发现一个问题，在大约80-90Km/h匀速行驶的时候，更低的转速貌似不一定能获得更低的油耗，

因为放大来看，如果一个人会看等高线的话，这么就不难发现1000rpm下的油耗此时已经不是最低的了，而是在稍高于1000rpm的时候，

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winhui

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发表于 2018-07-25 15:24

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沙发

自动挡也可以用脚控制换挡，控制油门感觉换挡时机就行，就是开的很累，油耗是蹭蹭蹭掉的....

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lin86686845

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发表于 2018-07-25 15:37

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板凳

课后附加题...选择低转速怕吵...选择高转速fun...

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tj93

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发表于 2018-07-25 15:39

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地板

lin86686845 发表于 3楼
课后附加题...选择低转速怕吵...选择高转速fun...

答对了一半呀，还有高转速的fun（驾驶性）是在油耗的代驾上的。

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HowwerZ

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发表于 2018-07-25 15:44

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地下室

贝勒爷字太大啦

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大嘴兽

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发表于 2018-07-25 15:46

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6楼

更通俗直观的解释：转速高单位时间做的活塞运动多，摩擦次数也就多，于是单位时间的热量损耗更大……

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荒野独行狼

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发表于 2018-07-25 15:49

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7楼

又拿一堆公式和图来唬人了

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lin86686845

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发表于 2018-07-25 15:55

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8楼

lin86686845 发表于 3楼
课后附加题...选择低转速怕吵...选择高转速fun...

找乐子不花点代价哪成...没开过自动挡瞎猜一下...按照上面回答的内容可以假设ECU和TCU是理智的,把转速取在曲线上最优化的某一个范围内.但是最优化的转速并不fun啊...

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lin86686845

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用户： lin86686845
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发表于 2018-07-25 15:58

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9楼

lin86686845 发表于 3楼
课后附加题...选择低转速怕吵...选择高转速fun...

顺便再猜一下,看一些测评和别人的描述,eco模式似乎通常是降低响应速度,降低降档欲望,限制最高转速什么的,但是应该还是会把巡航转速放在尽量高效率的区间里

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小马很识途

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发表于 2018-07-25 16:07

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10楼

这么好的文章怎么没人赞！提问一个与实操相关的哈，如果尽快的加速到巡航速度，是否比慢悠悠的2000转换挡要省油？我一般是2500换挡。有时2挡2500 直接自动变速箱能挂到4挡跳过3挡

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zhaoyi921

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用户： zhaoyi921
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发表于 2018-07-25 16:38

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11楼

哈哈哈，其实就是发动机负荷率和各种行驶阻力的一个博弈

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开车不如坐车

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用户： SCCDFM
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发表于 2018-07-25 16:44

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12楼

厉害，这才是原来知乎的味道！

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快乐艰苦

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发表于 2018-07-25 17:07

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13楼

1.负荷越大泵吸损失越小吗？即吸入空气越多，泵吸损失越小吗？2.看起来三个能量损失条件之中，泵吸损耗影响是占据主体的吗？3.那么厂家车标明92号汽油，自己加了95号，反而未必会省油？因为厂家是按照92号汽油的高效区标定的变速箱？4,自动挡起步车速较低，大脚油门更容易达到高效区？中高速大脚油门反而废油？另外看起来有的发动机高速或者说高功率时省油，有的发动机低速或者说低功率时省油。越是小马拉大车，越要轻踩省油，越是动力过剩，越要大脚起步。5.“举转速最低的两个点比较，一个效率30%一个25%，两者差了20%”，不是5%吗？变速箱档位越高效率越高吗？课后习题：1.小排量涡轮更不容易碰到“不是转速越低越省油”，因为上面部分被切掉了？2.ECO模式转速低负荷高，扭矩更接近上沿，所以瞬间踩油门的潜力更小？3.这个是我提问的第4个问题，小马拉大车和大马拉小车，特定工况最省油的是适合的马？

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快乐艰苦

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发表于 2018-07-25 17:19

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14楼

另外普拉多9个油同工况VV7 12个油，是不是因为普拉多发动机低功率省油高功率废油，即中低车速省油，中高车速废油。另外这种情况和涡轮还是自吸，没有什么必然关系吧？毕竟不论自吸还是涡轮，都有高效区靠左和靠右的发动机。

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南山大嘴

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发表于 2018-07-25 17:20

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15楼

大嘴兽发表于 6楼
更通俗直观的解释：转速高单位时间做的活塞运动多，摩擦次数也就多，于是单位时间的热量损耗更大……

作者这文章白写了，你压根没看懂

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tj93

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发表于 2018-07-25 17:43

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16楼

lin86686845 发表于 3楼
课后附加题...选择低转速怕吵...选择高转速fun...

不fun所以弄出个不同的驾驶模式嘛

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tj93

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发表于 2018-07-25 17:43

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17楼

lin86686845 发表于 3楼
课后附加题...选择低转速怕吵...选择高转速fun...

eco是这样的，降低响应速度就是改pedalmap

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tj93

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发表于 2018-07-25 17:44

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18楼

大嘴兽发表于 6楼
更通俗直观的解释：转速高单位时间做的活塞运动多，摩擦次数也就多，于是单位时间的热量损耗更大……

太可怕了

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tj93

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发表于 2018-07-25 17:44

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19楼

荒野独行狼发表于 7楼
又拿一堆公式和图来唬人了

又拿自己秀下限了

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