汽车发动机与变速器的匹配研究

汽车发动机与变速器的匹配研究
摘要：随着科技的发展，各种新技术在汽车上的应用，汽车已经成为一种集先进技术于一体的产品，不仅仅是一种交通工具。

人们越来越重视汽车的安全性、操纵性、动力性等，因此发动机与变速器的合理匹配问题显得就更加重要。

本文从汽车动力性与经济性的角度切入，深入研究发动机与变速器的匹配原则，希望能促进实践中汽车发动机与变速器的匹配趋于更加合理化。

关键词：发动机；变速器；匹配
现代汽车技术的发展使得汽车在动力性以及燃油经济性都得到了飞跃式的提高。

动力的传递对于整车的燃油经济性至关重要，合理选择发动机、动力传递系统的参数，同时合理匹配是其中的关键。

发动机与传动系统的匹配深刻影响汽车的动力性发挥，发动机最高车速、比功率、最大功率要满足动力性要求。

汽车在城区拥堵的前提下，基本上以低挡位行驶，此时最小传动比选择较大时，后备功率大，动力性较好，但发动机负荷率较低，燃油经济性较差。

当最小传动比选择较小时，后备功率较小，发动机负荷率较高，燃油经济性较好，但动力性差。

同时，最大传动比的选择越小，汽车通过性会降低；若选择过大，则变速器传动比变化范围较大，档数多，结构复杂。

挡位数越多，提高了发动机发挥高功率的机会，从而增加加速与爬坡能力；此外档位数越多，增加了发动机工作在最小燃油消耗转速区域的机会，改善燃油经济性。

合理选择发动机、传动系统的布置形式如汽车的驱动形式等，合理设计传动系统参数如档位的布置以及传动比的设计，变速箱的结构设计等可以优化传动系统的匹配。

一、汽车的动力性匹配研究
1. 匹配原理
匹配是指系统中二个以上的体系和运动形式的参数和运行价格良好的特性。

从上述的定义中我们可以看到系统的配备也是一种优化系统的过程。

总系统下存在多个需要匹配的子系统，而这些子系统也只有以较好的形式进行匹配才可以使得总体的系统发挥较好的功能。

2. 发动机特性
作为汽车的心脏，它具有自己的特性。

发动机的特性参数有着内在的关系，这个关系是分析发动机特性的主要基础（有效功率Pe、有效输出转矩Ttq、耗油率be、发动机每小时耗油量B 等），也是了解发动机特性曲线的主要依据。

3. 发动机速度特性
（1）发动机速度特性，是指发动机在油量调节机构保持不变的情况下，主要性能指标随着发动机的转速变化规律。

当汽车沿着阻力变化的道路行驶时，如果节气门的位置不发生变化，转速就会因为路况的变化而发生变化，这时发动机就是沿着速度特性工作的。

（2）速度特性的分类。

外特性和部分速度特性是速度特性的两大分类。

当油量控制机构在最大位置时，所测试出来的特性就是发动机的全法和速度特性，也称为外特性。

油量低于最大位置时，所测试出的特性就是发动机的部分负荷速度特性。

外特性所反映的是发动机所能达到的最大性能，它对发动机十分重要，所以这是所以发动机厂家在发动机出厂时必须提供的特性。

二、发动机与变速器的匹配原则
1.以变速器的种类匹配发动机
变速器一般情况下可分为疏齿比和密齿比，发动机分为小功率和大功率。

对
于大功率发动机而言，它的速度特性曲线中扭矩不只有一个峰值，最高扭矩出现
在后端，我们以两个峰值为例，第一峰值出现较早大约2000 转，第二峰值出现
在末端大约6000 转。

对于小功率发动机来说，往往只有一个峰值且维持转速区
间较大。

根据变速器的工作特性，传动比越小工作转速区间越窄，对于疏齿比变
速器而言，各个档位工作转速区间较大，换挡后需要较长时间加速来发挥发动机
的扭矩，因此更适合小功率发动机。

对于密齿比变速器而言，各个挡位的工作转
速区间较窄，不需要太长加速时间就进行换挡，需要换挡之后存在一个较大的扭矩。

因此，密齿类变速器更适合匹配高功率发动机。

例如跑车、越野车。

对于疏
齿比的变速器而言，更适合小功率发动机，各挡位加速时间与发动机扭矩峰值出
现时间恰好匹配。

例如宝来、吉利帝豪等小型车。

综上所述，密齿类变速器匹配
高功率发动机，疏齿比变速器匹配小功率发动机。

2.以发动机扭矩曲线匹配变速器
汽车性能能否充分发挥，根本上是看发动机与变速器的匹配合理与否。

发动
机定型生产以后，生产厂家通常以扭矩曲线来匹配变速器。

汽车的动力性主要看
加速能力和最高车速，即发动机扭矩和最高功率的大小。

从发动机扭矩曲线来看，发动机可以分为单峰值、多峰值。

对于这两种不同的发动机速度特性曲线，结合
实际情况匹配合适变速器来发挥整车性能。

对于多峰值的发动机速度特性曲线而言，匹配密齿型变速器。

密齿型———在总的传动
比差一定的情况下，使挡位数更多，让公差更小。

可以充分利用速度特性曲线中的扭矩上升段，将加速性能发挥到最高。

对于单峰值发动机速度特性曲线而言，扭矩相对呈一条直线，
即在一定范围内不变，动力区间稳定且范围大，匹配疏齿型变速器将更合适。

疏齿型变速器
各挡位转速区间大，不必频繁换挡。

对于密齿型变速器而言，增加挡位数，可以保障加速能
力和最高车速；而对于疏齿型变速器，即使一台3 速或4 速变速器同扭矩要足够的大发动机
匹配，同样能获得不错的性能。

变速器的工作特点是保证车辆在不同工况下都有足够的地面驱动力，只有这样车辆才能
正常起步、爬坡、加速，不同挡位数的变速器，其传动比疏密度是不一样的。

汽车起步、爬
坡或低速行驶时，需要更大的地面驱动力来克服行驶阻力，此时变速器传动比越大动力性越好。

在高速行驶时，车辆主要的行驶阻力来源于空气阻力、滚动阻力，此时地面驱动力则不
要很大，需要更高的车速来发挥发动机的功率。

此时需要更小的传动比，发挥发动机功率使
汽车速度更快。

换挡就是为了实现上述目标，当需要地面驱动力较大时选择大传动比，当需
要提高车速时就用小传动比。

总结
通过以上系统的理论研究，汽车车发动机与变速器的匹配主要是从客观实际的使用条件
出发，同时综合考虑汽车的动力性和经济性要求。

兼顾以下两方面：高转速发动机应匹配密
齿类变速器也就是挡位数较多的，低转速大扭矩发动机应匹配挡位数较少的；要按照发动机
的动力输出曲线，确切说是扭矩曲线来匹配变速箱。

参考文献
[1]张俊红,马正颖.汽车发动机动力性和经济性的优化匹配[J].农业机械学报,2010,06.
[2]吴雅莉.液力变矩器与发动机匹配及变速器档位优化研究[D].武汉理工大学,2009.
[3]张建刚.重型自卸车动力传动系统匹配与优化[D].吉林大学,2013.
[4]徐进军.汽车自动变速传动匹配研究[D].华南理工大学,2002。