第十四章 汽车动力装置参数的确定

在选择最小传动比时，要考虑最高档（直 接档）有足够的动力性，即动力因数。
中型货车D0max 0.04 ~ 0.08
中级轿车D0max 0.1 ~ 0.15
D0 max
Ttq maxi0T
r
CD A 21.15
u2 atq
mg
最小传动比的选择，既要考虑汽车 的最高车速，也要考虑最高档的动 力因数，特别是对货车。
Pe
ua
IV档 III档
ua1
0.377
n2r ig1i0
ua1
k
n2 ig
ua2
为有效性能指标，简称有效指标。
• 有效指标被用来直接评定发动机实际工作 性能的优劣，在实践中获得广泛的应用。
有效功和有效功率
有效功和有效功率 • 有效功：发动机每循环曲轴输出的单缸功量。
• 有效功率 Pe Pi Pm
式中： Pi
指示功率
Pm 实际机械损失功
率机械损失: 发动机内部摩擦损失；
驱动附件损耗；
• 与平均指示压力相似；
• 平均有效压力是衡
• 量发动机动力性能
Pe
pmeVs ni
30
Ttp n 9550
• 的一个很重要的参数。
Ttq∝pme pme 反映了发动机单位气缸工作 容积输出转矩的大小。
有效热效率
• 有效热效率 是实际循环的有效功与为得 到此有效功所消耗的热量的比值，
et
3.6103 Pe BHu
4.88*43000=209.840 KW
发动机选型案例分析
• 此功率范围内的发动机厂家及型号有重庆康明斯公司的M11C300,NTA855-C
• 潍坊柴油机厂和杭州发动机厂的斯太尔WD615.67/77和 WD615.68/78。但是斯太尔系列发动机是为斯太尔91系列公 路用车作配套动力的。按照GB1105-74规定，对于用在公路 上行驶的大型载重卡车其发动机功率标定采用1小时功率。 由于矿用汽车工作条件恶劣，连续工作时间长，工作循环时 间短，全负荷使用频繁。因此把12小时功率作为矿用汽车正 常使用功率。
轿车由于有较高的动力性，其最大
传动比是根据加速能力确定的。
档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近功 率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力，同时 也增加了发动机在低燃油消耗率工作的机会，档 位数增加对动力性和燃油经济性均有利。
档位数还影响邻档间传动比的比值。比值过大 会造成换档困难。通常其比值要小于1.7~1.8。 最大与最小传动比值越大，档位数应越大。
• 安装，使用，保养，维修带来很大的方便 • PT燃油系统作为康明斯发动机专利与斯太尔系列发动机燃油
系统相比有较为突出的优点，PT燃油系统虽然也有燃油泵和 喷油器，但其燃油泵只是一个低压输油泵，只起油量调节的 作用，而喷油器则产生高压和保证供油时刻。由于没有高压 油管，喷油压力可以很高（约130Mpa）。各缸喷油量比较 均匀稳定和容易调整。由于喷油压力高，使燃油雾化较好， 燃烧完全，可提高柴油机的性能。由输油泵送至喷油器的柴 油只有少量部分喷入气缸。
讨论最大爬坡度时，车速很低，近似等 速，所以，Fj和Fw均可忽略。
Ft max Ff Fi max
Ttqmax ig1i0T
r
mgf cosmax
mg sin max
ig1
mg(
f
cosmax sin max Ttqmax i0T
)r
货车的最大爬坡度约为30％，约为16.7°。
Ft max
由设计任务书要求知3303整车的总质量ma=43000 kg 当满载时最高车速Vamax=50 km/h 汽车迎风面积A=(3.645-0.5)X3.15=9.90 m2 算得，Pemax=214 KW
发动机选型设计案例
上表中的比功率值求平均值： X=(5.13+4.59+4.7+5.43+3.8+5.6)/6=4.88 因此粗估新车发动机功率为Pemax=210 KW
轿车行驶车速高，比功率大，最高档后备功率 也大，最大与最小传动比的比值小。过去一般为 三个档，现在一般为五个前进档。
轻型和中型货车比功率小，一般采用五档变速
器。重型货车档位数多于六档，采用副变速器。
汽车各档传动比大体采用等比级数分配。
ig1 ig2 ........ igk1
ig2 ig3
主减速器传动比过小，会造成汽车 运行时发动机负荷率过大，反而不 利于提高燃油经济性。
适当地选择最小传动比，使得既能 保证汽车的动力性，也能有合适的 燃油经济性。
最大传动比是汽车为I档时传动系的总传 动比，因主减速器传动比是固定的，通 常汽车没有分动器和轮边减速器，因此， 只要确定I档传动比即可。
最大爬坡度、I档动力因数、附着力和汽 车最小稳定车速是最大传动比的制约因 素。
质量，是从示功图 测量计算得出的。
指示功率Pi
• 指示功率Pi ：发动机 单位时间内所作的指 示功。
若：一台内燃机的缸数i，每缸的工作容积Vs (L) ，平 均指示压力为pmi (MPa ) ，转速n(r/min)，冲程数。
Pi
pmiVs in
30
发动机的有效性能指标
• 以曲轴输出功为计算基础的性能指标，称
。由上述两项可知，货车比功率随总质 量增加而减小。通常，货车的比功率约 为7.35kW/t。
有的国家对汽车的比功率有规定，以保 证路上行驶的汽车动力性不低于一定的 水平，防止阻碍正常交通流。
发动机选型案例分析
• 考虑因素 1．动力性指标 2．耐久性指标 3．经济性指标 4．重量指标 5．先进性指标
m
Pe Pi
m
pme pmi
1
Pm Pi
1
pmm pmi
et itm
汽车动力传 汽车动力传动系
动系统主要 统参数主要包括
包括发动机、发动机功率、变
传动系的变 速器和主减 速器。
速器档位数与速 比、主减速器的
型式与速比。
对动力传动系 进行优化（折 衷），以满足 汽车对动力性 和燃料经济性 以及汽车驾驶 性的要求。
第二节 传动比的选择
一、最小传动比的选择 二、最大传动比的选择 三、档数和各档传动比
i0
Pe
i03
i02
i01
Pe ua max2
ua max3
ua max1
u p3 u p2 u p1
ua
图3－1 最小传动比与最高车速的关系
i0 5时，ua max 2 u p2 ua ua max i0• 结5论时：，ua max 1 u p1, ua max 1 ua max 2 其• 中u p1不可能达到！但后备功 率小， 动力性变差，燃油经济 性变好。 i0 5时，ua max 3 u p3 , ua max 3 ua max 2 后备功率大，动力性变 好， 燃油经济性变差。
汽车比功率＝1000Pe m
fg
3.6T
ua max
CD A
76.14mT
u3 a max
若已知f、T、C
D
及uaHale Waihona Puke Baidu
max
大致差不多， fg
3.6T
ua max
const
但是，A / m变化较大。
中型货车的比功率约为10kw/t,其中Ff约 占40％。
A/m项，m增加，A增加有限，因此， A/m随总质量的增加而减少(2～3m2)。
汽车动力传动路线
汽车动力传递路线：发动机→离合器→变 速器→副变速器→传动轴→主减速器→ 差速器→半轴→轮边减速器→车轮
1 根据最大车速uamax选择Pe
Pi 0
Pe
1
T
mgf (3600 uamax
CD A 76140
u3 a max
)
Pj 0
若给定m、CD、A、f、T，则可求出功率Pe
2 汽车比功率（单位汽车质量具有的功率）
发动机选型案例分析
• 汽车的动力性主要取决于发动机功率的大小。发动机功 率越大，整车的动力性也越好。但发动机功率选择的太
大，会造成不必要的功率浪费和燃油消耗，导致经济性 能下降。
Pe
1
T
mgf (3600 uamax
CD A 76140
u3 a max
)
若给定m、CD、A、f、T，则可求出功率Pe
低速扭矩和比较完美的瞬时反应性。使用铰接式钢制活塞，提高了可 靠性且使活塞的使用寿命延长了30%。改进了进气管形式，采用涡流
式气道缸盖，使油气混合更加充分，提高了低速动力，降低了废气排
放。采用组合式全流和旁通机油滤清器，改善了滤清效果，大大降低 了更换费用。燃油系统采用STC带分级可变正时的PT燃油系统，更精 确控制了燃油喷射量。
康明斯系列发动机的NTA-855C和M11-C300其功率都在所选范围内， NTA-855C在3305B上使用也很成熟。但作为康明斯公司的老机型 NTA-855C已不能满足日益严格的排放标准，和用户对发动机经济性 ，动力性越来越苛刻的要求，因此NTA-855C已被康明斯公司列入了 淘汰机型的日程表。同等功率的NTA-855C和M11-C300相比，首先在 个头和重量上就有明显的差距，NTA-855C的缸径为140mm, M11C300为125 mm。NTA-855C的活塞冲程为152mm，M11-C300为 147mm。可以看出M11-C300比NTA-855C升功率明显提高了，同时也 表明其强化程度和经济性能有了较大的提高了。另外NTA-855C湿重 为1348Kg而M11-C300湿重为981Kg，重量减了367 Kg这对于整车减 重指标有着重大意义。M11-C300和NTA-855C相比M11-C300对涡轮 增压器作了重新调整，采用Holset HX50 涡轮增压器提供了更强劲的
,ig 2
4
i3 g1
,
由此可倒出n档变速器的各档传动比：
q=const的优点如下：
设发动机转速n工作范围
在n1 ~ n2间变化，则
ua1
0.377
n2 r ig 1i0
,ua2
0.377
n1r ig 2i0
ua1( I档） ua（2 II档）
n1 n2 或 n2 ig1 无冲击接合
ig 2 ig1 n1 ig 2
有效燃油消耗率
• 有效燃油消耗率[g／ (kW·h)]是指单位有效
功所消耗的燃油量， 用be表示
be
B Pe
103
可见，有效燃油消耗率与有效 热效率成反比，知道其中一值后 ，可求出另一值。
be
3.6 106
et Hu
升功率
• 升功率：在标定工况下(指标定转速、标定功率)， 发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。
泵气损失等。
有效转矩
• 发动机工作时由功率输出轴输出的转矩称 为有效转矩，可由测功器测得。 [N·m]
内燃机的有效功率Pe(kW)可以利用各种型 式的测功器和转速计分别测出发动机在某一工 况下曲轴的输出转矩Ttq及在同一工况下的发动 机转速，按以下公式求得:
平均有效压力
• 发动机单位气缸工作容积所输出的有效功。
过去选择ua max
u
p或u
p稍微小于ua
。
max
现在,
则ua
max
稍微小于u
，以提高燃油
p
经济性。
0.90 ~ 1.10, 轿车uamax / up＝00..750~~0.07.,9,
1.10 ~ 1.39,
74% 17.5% 3% 5.5%
uamax / up , up , i0 燃油经济性
Ttqmax ig1i0T
r
F
通常取＝0.5 ~ 0.6
驱动力Ft
F
imax
t
g
sin
1[
Ft
(Ff mg
Fw
)
]
Ft 2 Ft3
Ft 4
Ff Fw
Ff
取ig1除了应满足要求外，还要考
虑道路的附着条件。
对于越野汽车还要考虑最低稳定 车速：
it max
0.377
nminrr ua min
第十四章 汽车动力装置参数的确定
第一节 发动机功率的选择 第二节 传动比的选择 第三节 利用燃油经济性——加速时间曲线确定动 力装置参数
第一节 发动机功率的选择
内燃机的指示性能指标是指以工质对活 塞做功为计算基础的指标，简称指示指
标。 指示指标表征工质在汽缸内部经历的循
环的完善程度，以工质在汽缸内对活塞做功为 基础，评价由燃烧到热功转换工作循环进行的
igk
ig1 ＝ig2 ＝........＝igk1 ＝q,即
ig2 ig3
igk
ig1 qig2 , ig2 qig3,...,igni qign
若n 5,且ig5 1,则
ig4 q,ig3 q2 ,ig2 q3 ,ig1 q4
q 4 ig1
ig 4
4
ig1 ,ig3
4
i2 g1
PL
Pe iVs
式中，pme为标定工况下的平均有效压力，MPa； n为标定转速，r／min。
比质量
比质量是发动机质量与所给出的标定功 率之比
me
m Pe
汽车发动机要求质量小、功率大，所以 其升功率大、比质量小。汽油机的强化程度 要比柴油机的高.
强化系数
• 强化系数
pmeCm
机械效率
• 机械效率：发动机的有效功率与指示功率之比。