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 > 5.7 发动机全特性与整车经济性 > Video
同学们好
这一节课我们学习
发动机的全特性与
整车燃油经济性
全特性是指
负荷和转速都变化时
发动机性能参数的变化规律
我们在第5节中
对发动机的全特性
进行了详细分析
全特性实质上
是在全工况面内
速度特性与负荷特性的综合
用以分析多工况的
发动机性能最为合适
本节我们重点利用
发动机全特性曲线
分析整车的燃油经济性
发动机与整车传动系统的匹配
既对汽车的动力性
有很大的影响
也对汽车的燃油经济性
有直接的影响
汽车燃油经济性指标之一
是百公里行驶油耗
这里用g100表示
有如下计算公式
式中
B为整机燃料消耗率
ρf为燃料密度
ua为车速
将整机燃料消耗率B
有效功率Pe
和车速ua的表达式
代入百公里油耗g100表达式
我们可以得到如下的
百公里油耗计算公式
式中
K是一个综合常系数
i0 ig分别是
汽车主传动比和排挡传动比
此式表明
在汽车的有关结构参数
如气缸数 冲程数
单缸工作容积
轮胎工作半径
主传动比和所用燃料密度等
确定的条件下
对于汽车的任一工况
理论上我们可以通过
合理选择排挡
也就是传动比ig
有效平均压力
也就是负荷
这里用pme表示
和有效燃料消耗率be
而使百公里油耗g100
获得最小值
这一匹配标定工作
可以基于我们下面要讨论的
汽车万有特性进行
汽车万有特性
是以发动机万有特性
为基础建立的
其做法是
在发动机等油耗
等功率线的万有特性曲线上
绘出不同档位的驱动功率线
等百公里油耗线
以及车速与发动机转速的
对应关系线
从而把发动机的万有特性
和汽车的行驶特性结合起来
以便更全面地反映
汽车的动力经济性能指标
图所示是一辆轻型载货汽车的
万有特性曲线
图的上部是发动机的
万有特性曲线
中部是不同档位的
驱动功率线以及
等百公里油耗线
这里我们用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
表示原车四个排挡驱动功率线
用Ⅰ’、Ⅱ’、Ⅲ’、Ⅳ’
为改进后的四个排挡驱动功率线
下部则是不同档位的车速
与发动机转速的对应关系线
从汽车万有特性曲线上
可以很方便地确定
发动机的运行状态点
在已知车速与档位的前提下
在汽车万有特性的
下部可确定该点位置
从而确定发动机的转速
然后从该点引垂直线向上
在中部与该档位
对应的驱动功率曲线相交
此交点就是发动机的工况点
从该点可以得到发动机的
有效燃料消耗率
功率和整车的百公里油耗
在汽车万有特性曲线上
要求各挡的常用道路阻力曲线
也就是驱动功率曲线
接近发动机低油耗区
且范围要大
这是判断整车与发动机
在经济性能匹配方面
是否成功最直接的方法
在可能的情况下
可适当减小主传动比
或略加大轮胎直径
以降低整车使用油耗
从汽车万有特性曲线上
可以看出
等百公里油耗线
与等燃料消耗率曲线
大相径庭
百公里油耗随车速增加而增加
在车速比如
我们这里取73km/h不变的情况下
两种排挡
这里是Ⅳ’挡和Ⅲ’挡
对应的百公里油耗差别较大
我们可以比较1’点和2’点的
百公里油耗
显然
在相同的车速条件下
高挡的百公里油耗低于
低档的百公里油耗
这是因为在发动机等功率线上
这里1’、2’点接近于
有效功率18kW等功率线
低挡2’点处于发动机高速
低负荷区
有效燃料消耗率约为460g/kW.h
而高档1’点则处于
发动机低速
中负荷区
有效燃料消耗率仅为350g/kW.h
大大低于2’点的油耗
因此
汽车在行驶时应尽量使用高档
在高档不能行驶时才换入低档
从图中还可以看出
由于改进前四挡的传动比分别为
5.56,2.77,1.64和1.00
各挡间隔太小
导致各挡的利用率降低
其驱动功率曲线位于
发动机万有特性曲线偏下部位
使用油耗偏高
而改进后四挡的传动比分别为
5.08,2.57,1.28和0.83
档位分布较为合理
使得百公里油耗显著降低
以四档 车速80km/h为例
改进前B’点
g100=16.8 L/100km
改进后A’点
g100=15.3 L/100km
可节油9%
由百公里油耗计算式可知
如果汽车结构参数确定了
当变速器传动比
有效平均压力和
有效燃料消耗率三者乘积
为最小时
百公里油耗可达到
整车各工况的最小值
而当有效功率和车速相同时
有效燃料消耗率最小值点
就是百公里油耗
能达到的最小值
因此
必须从整车设计
匹配和使用等环节着手
以实现整车节能
下面针对发动机
与整车传动系统的匹配优化
进行说明
汽车的每一个工况
由车速和驱动力决定
都要求发动机输出
一个确定的功率
如果实现无级传动
就可以选择在该等功率线上的
最低燃料消耗率点来配套
以实现整车的最佳燃油经济性
此时
由该点的转速和车速
来确定汽车的主减速器传动比
和变速箱传动比
发动机的等功率线就是
图中虚线所示的双曲线族
各线的有效燃料消耗率最低点
就是该等功率线与
等油耗线的切点
于是
这些切点的连线
就是实现无级传动时
发动机的最经济运行线
如图中黑点线所示
由此可见
实现无级传动
无论是整车的动力性
还是燃油经济性都能达到最优
对于大多数有级传动的车辆
合理匹配的关键是排挡数
与各挡速比
主传动比的选择与分配
汽车大多数时间以最高挡行驶
因此该挡速比应更多
从燃油经济性要求出发来选择
如果常用路面最高挡的阻力线
能更接近无级传动的
最经济运行线的话
则更符合燃油经济性的要求
排挡数愈多
愈接近无级传动
愈能获得良好的经济性
在这一点上
经济性和动力性的匹配要求
是不矛盾的
但排挡数多了
换挡就要多花时间
变速器成本也高
总的燃油经济性未必就好
至于最低挡速比的选择
更多是从动力性能的要求来考虑
各挡速比的分配则与加速性能
起动和经济性都有关系
如何使发动机的全特性曲线走向
和形状更好地满足
整车燃油经济性的要求
是合理匹配的另一个重要方面
一般来说
应该根据不同车辆行驶的特点
尽量使有效燃料消耗率
最经济圈能包容发动机
最经常运行的区域
对于车用发动机
最经济圈应该位于
最高挡阻力线中速略偏低的部位
并使等有效燃料消耗率线圈
沿横向拉长一些
如图a所示
对于拖拉机及
工程机械用发动机
其经常使用的转速
在标定点附近且负荷较大
故最经济圈宜挪到高转速
较高负荷区域
并使等有效燃料消耗率线圈
沿纵向拉长一些
如图b所示
实际上发动机很难满足这些要求
如果差距太大
可重新选择发动机或
对发动机的参数重新匹配
以改善全特性
例如
选择对转速不太敏感的
燃烧系统可以使最经济圈
沿横向扩展
降低发动机的机械损失
有利于最经济圈沿纵向扩展
关于发动机的全特性
与整车燃油经济性的匹配
就介绍到这里
同学们 再见
-0.1 总论
--Video
-0.2 车用发动机的种类
--Video
-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
--Video
-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
--Video
-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
--Video
-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
--Video
-2.3 汽油的理化特性
--Video
-2.4 柴油的理化特性
--Video
-2.5 燃料构成与理化特性
--Video
-2.6 汽油、柴油质量标准
--Video
-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
--Video
-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
--Video
-3.1 热力过程与热机循环的简化
--Video
-3.2 理论循环分类及循环热效率
--Video
-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
--Video
-3.4 工质对循环热效率的影响
--Video
-3.5 真实循环对热效率的影响
--Video
-3.6 机械损失的构成
--Video
-3.7 机械损失的测量方法
--Video
-3.8 机械效率的影响因素
--Video
-3.9 发动机的能量分配与转化效率
--Video
-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
--Video
-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
--Video
-4.2 配气相位对发动机性能的影响
--Video
-4.3 充量系数的解析式
--Video
-4.4 进气阻力对充量系数的影响
--Video
-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
--Video
-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
--Video
-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
--Video
-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
--Video
-5.1 发动机运行工况
--Video
-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）
