第八章發(fā)動機與整車性能匹配

整車匹配的必要性：整車的動力性、經(jīng)濟性及排放性E/G性能

E/G性能好≠汽車性能就好；汽車性能：POWERTRAIN匹配的結(jié)果。不僅具有良好的車型結(jié)構(gòu)；而且具有優(yōu)良的動力傳動系統(tǒng)及其優(yōu)化匹配。汽車的標準：優(yōu)良的車型；配優(yōu)良的發(fā)動機；匹配優(yōu)良的動力傳動系統(tǒng)發(fā)揮發(fā)動機性能的前提。當前1頁，總共42頁。§8-1汽車動力傳動裝置及主要參數(shù)的確定發(fā)動機離合器變速器主減速器差速器半軸車輪一、動力傳動裝置及其作用：汽車動力傳遞的途徑連接或斷開動力傳動；并對發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)矩進行放大適應(yīng)汽車行駛過程中對轉(zhuǎn)矩的需求。當前2頁，總共42頁。1）離合器：連接或斷開發(fā)動機的動力傳遞1718192021222324機械液壓電磁要求：可靠傳遞E/G最大扭矩；足夠的傳遞儲備（轉(zhuǎn)矩容量）；分離時要徹底、迅速；保證摘擋輕便、換擋沖擊??；接合時平順、柔和；起步時沒有抖動和沖擊性。當前3頁，總共42頁。2）變速器：將Ttq/n，通過不同傳動比進行放大適應(yīng)不同汽車行駛條件對不同牽引力的要求。678要求：足夠的變速范圍檔位數(shù)及變速比在發(fā)動機萬有特性上有選擇余地。變速比及檔位數(shù)受變速器結(jié)構(gòu)的限制

無級變速CVT有級變速當前4頁，總共42頁。3)傳動軸：傳遞變速器輸出的轉(zhuǎn)矩，要求：吸收變速器和車輪驅(qū)動軸間位置和角度的變化量。結(jié)構(gòu)：萬向節(jié)相對位置不斷變化的兩根軸之間傳遞動力。主從動軸之間的轉(zhuǎn)角傳動關(guān)系：1：主動叉所在平面與主從動軸所在平面的夾角；2：從動叉所在平面與萬向節(jié)主從動軸所在平面的夾角。當前5頁，總共42頁。瞬時角速度的傳遞關(guān)系：萬向節(jié)的轉(zhuǎn)矩傳遞關(guān)系：即，當M1,一定時，輸出轉(zhuǎn)矩隨1

（軸旋轉(zhuǎn)）周期性變化。車輛振動。

當前6頁，總共42頁。

4）主減速器：進一步增大減速比放大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；將曲軸旋轉(zhuǎn)方向改變成車輪旋轉(zhuǎn)方向。使變速器小型緊湊。123i0過大外殼尺寸增加，離地間隙，通過性.

當前7頁，總共42頁。確定主減速比時，考慮以下三個方面的因素：滿足汽車動力性和經(jīng)濟性的要求；相嚙合齒輪的齒數(shù)間沒有公約數(shù)，保證主、從動齒輪各齒之間都能正常嚙合，起到自動磨合作用；大小齒輪的齒數(shù)之和>40。保證重合系數(shù)和輪齒的抗彎強度。對轎車，一般小齒輪齒數(shù)Z1≥9；貨車Z1≥6當前8頁，總共42頁。5）差速器：汽車轉(zhuǎn)彎時，左右輪轉(zhuǎn)彎半徑不同旋轉(zhuǎn)速度不同。差動裝置就是適應(yīng)這種左右車輪的轉(zhuǎn)速差同時向車輪傳遞動力。設(shè)差速器外殼角速度0，兩個半軸角速度分別為1，2。當前9頁，總共42頁。差速器外殼受到的轉(zhuǎn)矩為T0；轉(zhuǎn)速快/慢的兩個半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩分別為T1，T2；Tr為差速器內(nèi)部摩擦力矩，則差速器的鎖緊系數(shù)K：不計差速器內(nèi)部摩擦力矩，K=0，T1=T2=0.5T0，半軸轉(zhuǎn)矩平均分配當前10頁，總共42頁?？紤]內(nèi)摩擦力矩，使K>0時，T1<T2。增大K，可較好地利用左右輪上的附著力，提高汽車的通過性。所以，現(xiàn)代汽車一般取K=0.33~0.67。當前11頁，總共42頁。二、動力傳動系統(tǒng)主要性能參數(shù)的選擇1）發(fā)動機最大功率的選擇：依據(jù)最高車速貨車：最高車速及加速性要求低，估算時，可忽略空氣阻力：當前12頁，總共42頁。2）最小傳動比的選擇：最小傳動比=最高檔位，汽車常用工況。汽車總傳動比：最高擋為超速擋iKmin時，最高檔當前13頁，總共42頁。在選擇iKmin時，主要考慮兩方面因數(shù)：①最高擋爬坡能力和加速能力具有足夠的最高擋最大動力因數(shù)：②從整車匹配觀點確定最高變速比；根據(jù)路況選定io和輪胎半徑r后，使最高檔行駛于平路時的牽引功率曲線與E/G外特性曲線交于額定功率點。當前14頁，總共42頁。

3）最大傳動比的選擇最大傳動比是根據(jù)汽車最大爬坡度、附著力和最低穩(wěn)定車速來確定。確定最大傳動比的三種方法：其中取最小iI值①根據(jù)最大爬坡度確定變速器第一檔速比。爬坡時，忽略空氣阻力，最大牽引力為：

最大坡度角當前15頁，總共42頁。②根據(jù)驅(qū)動輪與路面附著力確定第一檔速比:

車行駛時驅(qū)動輪不打滑條件：驅(qū)動力≤附著力=0.5~0.6，道路附著系數(shù)，N:驅(qū)動輪垂直反力。③根據(jù)最低穩(wěn)定車速確定第一檔速比:越野車

松軟路面上輪胎對地面的附著力最低車速amin

當前16頁，總共42頁。4）變速器各檔傳動比的確定變速器最高檔和最低檔確定后，中間各檔位初步可按幾何級數(shù)公比法確定：幾何公比，擋位數(shù)k5）輪胎的選擇主要考慮輪胎負荷系數(shù)=輪胎承受的最大靜負荷與額定負荷之比。取0.9~1.0。高速型取下限，車速低時取偏大的值，但不能大于1.2。當前17頁，總共42頁。§8-2汽車行駛基本原理及特性

：一、牽引力設(shè)整車質(zhì)量為m，汽車加速度為a，則牽引力為牽引力：Ttq經(jīng)傳動系統(tǒng)傳遞到輪胎的驅(qū)動力。汽車行駛中輪胎對路面作用力的反作用力通過車軸向車體傳遞形成推動汽車前進的推動力。牽引力和驅(qū)動扭矩：當前18頁，總共42頁。Ttq=f(n)，但其變化范圍相對汽車工況窄。為適應(yīng)復(fù)雜變化的道路阻力，需將E/G的轉(zhuǎn)矩范圍，通過變速器放大。變速時的扭矩特性

牽引力與E/G轉(zhuǎn)矩:當前19頁，總共42頁。二、汽車行駛特性汽車穩(wěn)定行駛：牽引力=汽車行駛阻力，即平坦路面上：W：汽車總重量（kg）f：輪胎的滾動阻力系數(shù)車速va時：A：汽車正投影面積m2CD：空氣阻力系數(shù)準確測量f和CD是確定穩(wěn)定行駛所需牽引力的基礎(chǔ)當前20頁，總共42頁。3）Fi：坡道阻力路面坡度傾斜角為時，克服自身重量引起的爬坡阻力：爬坡能力：在良好路面上克服Ff、FW后的余力，在等速下所能爬坡的最大坡度。爬坡行駛時汽車加速度為零，當前21頁，總共42頁。爬坡時的牽引力：最大爬坡能力：變速器1擋時的爬坡能力。此時，車速低，F(xiàn)W0

4）Fj：加速阻力：水平路面上加速運行時W：汽車總重量ΔW：旋轉(zhuǎn)部分等效重量前后車輪主減速器變速器E/G旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動慣量當前22頁，總共42頁。汽車加速時，道路的坡度角=0，汽車加速度a：最高車速：良好水平路面上，a=0，=0，則當前23頁，總共42頁。即，牽引力和車速是溝通汽車運行參數(shù)與發(fā)動機工況的“橋梁”。當前24頁，總共42頁?！?-3發(fā)動機與傳動裝置性能匹配汽車動力傳動系統(tǒng)：動力源和傳遞系統(tǒng)組合發(fā)動機性能工況有限變速器不同擋位E/G工況不同性能不同整車性能發(fā)動機和動力傳動裝置的優(yōu)化匹配一、發(fā)動機性能與汽車性能之間的關(guān)系1)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與車速、傳動比之間的關(guān)系：當前25頁，總共42頁。2)車速、牽引力與所需發(fā)動機功率之間的關(guān)系：3)汽車百公里油耗:當前26頁，總共42頁。4）傳動效率及傳動損失齒輪速比越大，轉(zhuǎn)速越高，傳動效率就越低。當前27頁，總共42頁。二、汽車萬有特性及評價發(fā)動機工作經(jīng)濟區(qū):100%bemin~110%bemin100%bemin110%bemin100%bemin線：各等功率線最低油耗點的連線車速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速n成線性關(guān)系牽引功率線：不同檔位下與道路阻力平衡線當前28頁，總共42頁。三、整車性能匹配方法1）常用工況的確定根據(jù)汽車的用途，在設(shè)計時確定。車型及其常用工況底盤及傳動比發(fā)動機的常用工況區(qū)。2）制取汽車萬有特性目的：對確定的發(fā)動機及傳動系統(tǒng)進行評價評價方法：制取發(fā)動機萬有特性；各擋位下行駛阻力=牽引力隨n的變化曲線常用擋位、車速下發(fā)動機工作區(qū)當前29頁，總共42頁。3）匹配結(jié)果評價與改進措施經(jīng)濟性評價：經(jīng)濟性匹配時，要求常用檔下行駛時E/G工作領(lǐng)域接近100%曲線，或在(100%~110%)bemin范圍內(nèi)。措施：對有級變速，盡可能用高檔；

優(yōu)化傳動比：適當減小主減速比但對Ttq放大倍數(shù)降低改善發(fā)動機常用工況區(qū)經(jīng)濟性當前30頁，總共42頁。動力性評價：動力性的評價指標最高車速：在水平良好路面上最高檔行駛時，所能達到的最高車速。最高檔位下牽引功率線與行駛阻力曲線交點所對應(yīng)的車速。汽車加速時間：原地起步加速時間與超車加速時間表示。原地起步加速時間：車速從0km/h加速到Akm/h時連續(xù)換檔加速時間表示。100km/h80km/h60km/h40km/hA=當前31頁，總共42頁。超車加速時間：直接檔行駛時從50km/h加速到Bkm/h所需要的時間。汽車的加速能力與各檔位下的后備功率有關(guān)。90km/h80km/h60km/hB=100km/h當前32頁，總共42頁。最大爬坡能力：汽車滿載時在良好的路面上所能爬坡的最大坡度來表示。直接檔最大爬坡度表示汽車的超載能力。動力因素D：評價不同類型、不同排量汽車單位質(zhì)量所能克服的道路阻力的能力和加速能力。nNnMFWPFWPTFKn當前33頁，總共42頁。排放特性：CO、HC、NOx以及煙度排放特性表示的萬有特性上評價常用檔位和常用工況下各種排放物的水平根據(jù)排放法規(guī)規(guī)定的試驗工況NEDC循環(huán)工況法：評價或預(yù)測循環(huán)工況法的排放水平。通過匹配，分析存在的問題提出改進的有效途徑和措施。當前34頁，總共42頁。當前35頁，總共42頁?！?-4

整車性能的改進途徑改善汽車百公里油耗的措施：滿足動力性的前提下，盡可能選用小排量發(fā)動機。小排量化的發(fā)展趨勢。在汽車適用范圍內(nèi)滿足牽引力及動力性要求的前提下，盡可能減小傳動比。改進發(fā)動機的性能。確定行駛條件，F(xiàn)k一定，E/G常用工況下的be是q100的重要措施相對外特性上的bemin當前36頁，總共42頁。1212123一、發(fā)動機性能的改進改善萬有特性形狀的主要措施：就是改善不同負荷下的發(fā)動機高低速性能，如可變進氣系統(tǒng)技術(shù)：可變進氣管長度可變配氣相位進氣管可變：根據(jù)不同n，改變旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)角位置達到控制目的改善高低速充氣效率。當前37頁，總共42頁。配氣相位的可變技術(shù)：充氣效率：進氣遲關(guān)角及氣門升程高低速性能MIVECMD：休缸控制VVT-i進氣遲關(guān)角：重疊角內(nèi)部EGR燃燒方式：FVVT配氣相位及氣門升程全程可變實現(xiàn)負氣門重疊角內(nèi)部EGRHCCI/CAI

當前38頁，總共42頁。增壓技術(shù)：是一種改善萬有特性形狀的最有效方法。廢氣渦輪增壓方式：不能很好地兼顧高低速性能。需優(yōu)化匹配技術(shù)

兼顧高低速性能的措施：VNT/VGT技術(shù)。汽油機增壓：難點是爆震成功的汽油機增壓技術(shù)在米勒循環(huán)+雙蝸桿耦合式機械增壓器當前39頁，總共42頁。發(fā)動機混合氣及燃燒模式的控制技術(shù)改善點燃式發(fā)動機不同工況下特性的措施：根據(jù)不同工況分別實施不同燃燒方式。提早噴油低速中小負荷區(qū)：采用混合氣分層稀薄燃燒技術(shù)壓縮后期噴油；形成上濃下稀分層混合氣;點火后能高效穩(wěn)定燃燒當前40頁，總共42頁。大負荷區(qū)：輸出最大轉(zhuǎn)矩;進氣行程中提前噴油;

實現(xiàn)均質(zhì)功率混合氣。中高速中小負荷范圍：