提高汽车动力性与经济性的研究

提高汽车动力性与经济性的研究

中国石油大学车辆工程1001班 10047129 张爱红

摘要：汽车的动力性、经济性决定了汽车的性能是否优良。对汽车的动力性和经济性影响最大的是发动机的特性，驾驶室风阻特性及变速器各挡速比和主减速器速比。合理匹配发动机与传动系参数将显著降低汽车的燃油消耗并可获得较好的动力性。

关键词：汽车发动机动力性经济性

引言

汽车是一种高效率的运输工具，运输效率之高低在很大程度上取决于汽车的动力性。所以，动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。在保证动力性的条件下，燃油经济性好，可以降低汽车的使用费用、减少国家对进口石油的依赖性、节省石油资源；同时也降低了发动机产生的二氧化碳（温室效应气体）的排放量，起到防止地球变暖的作用。

一、整车性能分析理论

1、汽车功率平衡方程

汽车行驶时，发动机功率和汽车行驶阻力功率是平衡的。也就是说，在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失功率与全部运动阻力所消耗的功率之和。汽车运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率Ｐf、空气阻力功率Ｐ

w、坡度阻力功率Ｐi和加速阻力功率Ｐj，则汽车功率平衡方程为

其中

式中Ｐe-----发动机净功率

ή------汽车传动效率

G------汽车重力，N

f-------汽车滚动阻力系数

Ua-----汽车速度，km/h

Cd-----汽车空气阻力系数

A------汽车迎风面积，㎡

i------路面坡度

δ------汽车的旋转质量换算系数

m----- 汽车质量，kg

汽车直线行驶加速度，m/s2

2、动力性指标

从获得尽可能多的平均行驶速度的角度出发，汽车的动力性主要包括3方面指标：汽车的最高车速、汽车的加速时间、汽车的最大爬坡度。

最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车能达到的最高行驶车速。

汽车的加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车速有着很大影响，特别是轿车，对加速时间更为重视。常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。原地起步加速时间指汽车由Ⅰ挡或Ⅱ挡起步，并以最大的加速强度（包括选择恰当的换挡时机）逐步换至最高挡后到某一预定的距离或车速所需的时间。超车加速时间指用最高挡或次高挡由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。

汽车的爬坡能力是用满载（或某一载质量）时汽车在良好路面上的最大爬坡度表示的。显然，最大爬坡度是指Ⅰ挡最大爬坡度。

3、经济性指标

汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷（我国标准规定轿车为半载、货车为满载）下，以最高挡在水平良好路面上等速行驶100公里的燃油消耗量。

根据等速行驶车速及阻力功率，在万有特性图上（利用插值法）可确定相应的燃油消耗率b，从而计算出以该车速等速行驶时单位时间内的燃油消耗量（ml/s）

为

式中 b---------燃油消耗率[g/(kW/h)]

ρ--------燃油的密度（kg/L）

g--------重力加速度(m/s2)

汽油的ρg可取为6.96~7.15N/L，柴油可取为7.94~8.13N/L。

由（2）可见，若要通过发动机参数估算整车燃油消耗率，首先必须明确发动机的功率、转速和燃油消耗率，转速可以通过整车的变速比进行计算。

二、提高动力性措施

1.汽车燃料供给系统改装

汽油发动机燃油供给系统从传统化油器式燃油供给系统发展到电控燃油喷射系统的过程，其中还经历了机械式燃油喷射系统和机电混合式燃油喷射系统的发展。

电控燃油喷射系统则经历了由单点喷射到多点喷射，由缸外喷射到缸内直喷的发展过程.能够进一步增大发动机功率.

下面介绍一下改装方法：

(1)加大空气流量，降低进气阻力

换装高流量的空气滤芯可降低发动机进气的阻力，同时提高发动机运转时单位时间的进气量及容积效率。如果想达到更好的效果，还可将整个空气滤清器改装为滤芯外露式滤清器，俗称“香菇头”，以进一步降低进气阻力，增加发动机的进气量。

(2)改变进气道形状，增加进气的空气流动速度

进气道的改进可以从形状及材质2个方面来进行。改变进气道的形状，一是为了实现进气蓄压，以供急加速时节气门突然全开之需；二是增加进气的流速。

(3)采用二次进气，提高容积效率

二次进气是除了从空气滤清器吸入的空气外，另外再利用进气歧管的真空压力差，从发动机PCV（曲轴箱强制通风）管路外接另一进气装置，导入适量的新鲜空气来到达到提高容积效率的目的。

(4)改进节气门，提升进气效率

节气门的改进方式有2种：①通过更换动作更快的伺服电机对电子节气门进行改进；②将单节气门改为多节气门，这是针对跑车、赛车而言。

(5)加装废气涡轮增压装置

对于自然吸气式发动机加装废气涡轮增压装置，可以明显提升发动机扭矩及功率，使其增大20%~30%，最高可达50%。

(6)增加发动机排量

通过镗缸来加大气缸的直径，然后更换一组与之匹配的活塞。增大发动机排量可以有效提高其功率，但同时耗油量及废气排放也会增大。

(7)增大多点燃油喷射系统中的压力，提高喷油量

调压阀是多点燃油喷射系统中的压力调节器，它负责保持燃油系统为喷油器提供一个固定的压力，这个固定压力越大，喷油器在相同的时间喷出的燃油量也越多。通过调节调压阀提高喷油器的喷油压力，进而使相同喷油脉宽下的喷油量增加5%~10%。

2.提升点火系统的性能

提高点火系统的点火性能，可以有效提高发动机燃烧效率，具体方法如下。

（1）将普通高压点火线改为高能量高压点火线

为了提高发动机点火能量，零件制造商专为改装车提供一种高能量高压点火线，即“矽导线”。这种高压点火线比普通高压点火线的内阻要低很多，点火电量通过性好，可以增加点火能量。

（2）提高高压线圈的电压

通过改进线圈材质，或采用次级线圈与初级线圈匝数比值更大的点火线圈，均能产生更高的点火电压，并且能承受较高的电流输出负荷。点火电压的提高对增加点火能量有直接且正面的影响。

（3）更换高能火化塞

高能火化塞能承受较大的热负荷和机械负荷，并且可以适应更高的点火电压，使点火能量充足。

3.汽车发动机及传动系统的合理匹配

在对汽车发动机进行改进时，当汽车的总质量、质量分配、空气阻力及轮胎滚动阻力等因素确定后，发动机与动力传动系统的合理匹配，对保证汽车的动力性和燃油经济性是非常重要的。汽车的动力性是由整车动力总成的性能决定的，虽然汽车的发动机在当中扮演了非常重要的角色，但是在发动机排量和输出功率相差不大的情况下，动力总成的配合情况才是决定汽车输出动力的最核心因素。对车辆的动