当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第五章：运行特性与整车匹配 > 5.6 发动机外特性与整车动力性 > Video
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
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
--Video
-1.2 四冲程发动机示功图分析
--Video
-1.3 二冲程发动机示功图分析
--Video
-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
--Video
-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
