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同学们好

这一节课我们学习

发动机的外特性与整车动力性

我们在第3节

对汽油机和柴油机

在不同负荷条件下

速度特性曲线的变化规律

进行了分析

并指出全负荷的

速度特性曲线

即外特性曲线

是最重要的一条

速度特性曲线

因为它直接影响

发动机的动力性

进而也是决定整车动力性的

一条重要曲线

但是

到底哪一种形状走势的

外特性曲线的

动力适应性更好呢

下面对此进行分析

发动机 特别是

负荷率较高的

载货车用发动机

一般都要求低转速段的

转矩高一些

这不仅有利于

加速和爬坡能力的提高

而且在遇到短距离阻力过大时

有可能在不换挡的条件下

利用低速时较大的转矩

和整车运动件的动能

使发动机不熄火

有利于提高汽车工作效率

评价这一能力的指标有两个

一个是转矩适应系数

或转矩储备系数

另一个是转速适应系数

发动机转矩外特性线上

最大转矩与标定功率点转矩之比

称之为转矩适应系数

这里用KT表示

有时

用上述转矩差值

与标定转矩之比

来表示同一概念

我们称之为转矩储备系数

这里用μT表示

转速适应系数定义为

标定转速与外特性曲线的

最大转矩点对应转速之比

这里我们用Kn表示

发动机的转矩适应系数KT

或转矩储备系数μT越大

也就是最大转矩越大

且转速适应系数Kn也越大

也就是最大转矩对应的

转速越低时

克服阻力的能力越强

发动机的动力性越好

图所示为过同一标定点a

的三条外特性线

其中1、2两条曲线具有相同的

转速适应系数

但2线的转矩适应系数较大

而2、3曲线具有相同的转矩使用系数

但3线的转速适应系数较大

比较三条曲线克服阻力的能力

这里我们阻力用与

外特性曲线相切的

坡度阻力矩线TR表示

我们发现

3曲线克服阻力能力最强

1曲线为最弱

下面我们比较汽油机

和柴油机的动力性

在图中示意作出

具有相同标定点a的

汽油机和柴油机外特性

转矩线 图a和

有效功率线 图b

图中实线代表汽油机

虚线代表柴油机

同时我们还将汽车的总阻力线

按最高挡转换为

图上的阻力矩和阻力功率线

标定转速均设为nn

而汽油机最高稳定转速为ng

柴油机为nd

由图可以得出下述结论

首先

就同一档位的加速能力

和克服阻力能力而言

相同标定点前提下

汽油机的动力性

明显优于柴油机

因为在低于标定转速下

汽油机各点的转矩

与功率都比柴油机高

汽油机的转矩适应系数

KT=1.25～1.35

转速适用系数

Kn=1.6～2.5

而未校正柴油机的转矩适应系数

KT≤1.05

转速适用系数

Kn=1.4～2.0

远低于汽油机的转矩

和转速适应系数

其次

就最高档位可达到的

最高稳定转速而言

则是柴油机比汽油机

更远离标定转速点

这是因为汽油机

转矩线下降急剧

而柴油机比较平缓

而这恰恰是汽油机的优点

能实现自稳定

因为发动机标定转速已足够高

若最高稳定转速超越过多

就会带来发动机超速

或“飞车”危险

上述分析表明

汽油机的外特性曲线

要比柴油机的动力适应性好

所以汽油机一般不需要

进行外特性曲线的校正或调速

而柴油机往往要

在低于标定转速段处进行校正

使转矩加大

而在高于标定转速段处进行调速

以避免超速或“飞车”

需要强调的是

这里所说的柴油机

是指采用位置控制式

也就是直列泵和分配泵

燃油喷射系统的柴油机

这类柴油机需要校正和调速

而采用时间控制式

比如泵喷嘴 单体泵

电控燃油喷射系统

和采用压力-时间控制式

如高压共轨

电控燃油喷射系统的柴油机

通过燃油电控标定

可以实现较为理想的

外特性曲线

如果同学们对直列泵

和分配泵燃油喷射系统柴油机的

外特性校正和调速过程感兴趣

可以参考相关《发动机原理》教材

接下来

我们来探讨发动机速度外特性

是如何影响汽车动力性的

汽车的动力性是指

汽车在良好路面上直线行驶时

由汽车受到的纵向外力决定的

所能达到的平均行驶速度

主要由以下三方面指标加以评定

1）汽车的最高车速

指在水平良好的路面上

汽车能达到的最高行驶车速

2）汽车的加速时间

表示汽车的加速能力

常用原地起步加速时间

和超车加速时间表示

3）汽车的最大爬坡度

指用满载或某一载质量时

汽车在良好路面上1挡的

最大爬坡度

一般在汽车的

驱动力-行驶阻力平衡图

和汽车功率平衡图上

表示汽车行驶时的动力性能指标

下面我们依据

发动机的外特性曲线

确定汽车的最高车速

最大爬坡度和加速时间

图所示驱动力-行驶阻力平衡图的

横坐标为车速

纵坐标为驱动力和行驶阻力

图中标有排挡数的三条曲线是

该排挡全油门时的汽车驱动力

随车速的变化曲线

标有百分数的一系列线族

代表不同坡度时

汽车稳定车速行驶的总阻力

随车速的变化关系

此时假定风速为零

也就是不考虑风阻力

点划线所示的三条直线是

不同排挡时车速与

发动机转速的换算关系

如图所示

式中

ua为汽车行驶速度

n为发动机转速

r为驱动车轮半径

ig为变速器传动比

i0为主减速器传动比

图中决定汽车最大动力性能的

驱动力曲线

是由发动机的转矩外特性线

直接转换得到的

汽车的驱动力

与发动机的转矩按下式进行换算

式中

ηT为传动系的机械效率

根据驱动力与阻力的平衡关系

最低一条水平路面的阻力线

也就是坡度为0%

与最高挡第3挡驱动力线的交点a

就是最高稳定车速工况点

而最低挡1挡的驱动力线

与某坡度阻力线的切点b

就是能克服的

最大坡度稳定车速工况点

图例所能克服的

最大坡度值是40%

图所示汽车功率平衡图的

横坐标为车速

纵坐标是驱动功率和总阻力功率

图上实线是全负荷时

各排挡的驱动功率

随车速的变化曲线

虚线则是在水平路面上

总阻力功率随车速的变化曲线

驱动力功率线是由发动机的

功率外特性线直接转换得到的

驱动力功率与发动机的有效功率之间的

换算关系如下

式中

ηT为传动系统的机械效率

根据功率平衡原理

a点为最高车速工况点

假定各挡驱动力线的

交点也正是换挡工况点

且忽略换挡时间不计

则汽车由低速全油门

加速到最高车速时

途经的每个速度点处的

功率差值

这里用Pt-PR表示

就是该点的加速功率

Pt-PR这个功率差也称为

后备功率

整个加速过程总的后备功率

可由图上剖面线所示的

积分面积来表示

依据此面积和整车质量

可计算出由低速加速到最高车速

所需的加速时间

如果同学们对汽车动力性指标

如最高车速

最大爬坡度和加速时间等的

详细求解过程感兴趣

可以参考相关《汽车理论》教材

最后

我们来探讨发动机与

传动系统的动力性

合理匹配问题

从理论上说

传动系统实现

无级传动将使整车

具有最大的动力性能

此时

汽车加速踏板踩到底

以任何车速行驶

都可使发动机在标定功率点运转

因此

无论转矩

车速以及总后备功率

都会达到最高值

这可以从汽车有级

及无级传动的力

与功率平衡图看出来

图a有级传动最低挡的

最大驱动力点为a

而相同车速无级传动时为b

这时我们有

b点的驱动力＞a点的驱动力

有级传动最高挡的

最大车速点为c

无级传动时为d

那么我们有

d点的车速＞c点的车速

图b车速由ua加速到uc时

有级传动的总后备功率积分面积

为图上剖面线所示面积

而无级传动时的面积为图示e-c-g-b-e

显然无级传动后备功率

大于有级传动后备功率

其动力性越好

关于发动机的外特性

与整车动力性就介绍到这里

同学们 再见