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1、改善汽车性能的有效途径 （第七章） 吉林大学汽车学院吉林大学汽车学院 2013.10 汽车动力匹配技术 目录目录 7.1 发动机性能的改进途径发动机性能的改进途径 7.2动力传动系统的改善动力传动系统的改善 7.3提高汽车行驶效率的途径提高汽车行驶效率的途径 7.4 驱动力的控制驱动力的控制 改善整车经济性的途径改善整车经济性的途径: 由百公里油耗：由百公里油耗： 当车轮半径当车轮半径r 和主减速比和主减速比i0一定时一定时: 即，即， bemin时，时，g100并不最佳。并不最佳。 所以，要求从设计和使用两方面考虑。所以，要求从设计和使用两方面考虑。 当发动机比油耗一定时：当发动机比油耗一定
2、时： emekhaee afbpriiiV vbNvGg4 .45210/1000 100minmin100)()(emekbpigmin0 min100)()(rpiigmek1）提高发动机性能：外特性）提高发动机性能：外特性 万有特性万有特性 2）开发利用新型动力源：混合动力）开发利用新型动力源：混合动力 代用燃料：代用燃料：H2/DME/BIO/CNG 燃料电池燃料电池 3）动力传动系统优化匹配：动力源的正确选型）动力传动系统优化匹配：动力源的正确选型 优化匹配优化匹配 4）提高汽车行驶效率：）提高汽车行驶效率： 阻力、阻力、 传动效率、轻量化传动效率、轻量化 改善整车性能的途径改善整车
3、性能的途径: 7.1 发动机性能的改进途径发动机性能的改进途径 发动机性能的改善：包括两个方面发动机性能的改善：包括两个方面 改善发动机的外特性和万有特性（部分负荷特性）改善发动机的外特性和万有特性（部分负荷特性） 外特性的改善：提高后备功率，由此提高发动机对外特性的改善：提高后备功率，由此提高发动机对 汽车的驱动能力和整车动力性；汽车的驱动能力和整车动力性； 万有特性的改善：改善汽万有特性的改善：改善汽车在常用行驶条件下的燃车在常用行驶条件下的燃油经济性和排放特性。油经济性和排放特性。 7.1.1 改善外特性的技术措施改善外特性的技术措施 1）配气相位可变技术）配气相位可变技术 充气效率随转
4、速的变化特性充气效率随转速的变化特性Ttq=f(n) 配气相位对发动机性能的影响：配气相位对发动机性能的影响： 1000 2000 3000 4000 50 60 70 80 90 0.95 0.85 0.75 0.65 n r/min Pe /kW v 进气迟关角 40 进气迟关角 60 v Pe MIVEC（Mitsubishi Innovative Valve timing and lift Electronic Control）系统）系统: 膨胀 排气 进气 压缩 72 31 BDC 35 15 17 47 TDC BDC 41 70 气门升程 9.0mm 6.8mm 高速用 低速用
5、10.0mm 5.5mm 曲轴转角 排气 进气 图 7-3 高低速凸轮的配气相位及气门升程特性 结构原理：结构原理： 高速工况 低速工况 全负荷速度特性 n r/min Ttq /Nm 图 7-4 采用 MIVEC 时的发动机输出扭矩特性 控制效果：控制效果： VVT-i（Variable Valve Timing-intelligent）系统）系统 结构特点及原理：结构特点及原理： FVVT系统系统 MIVEC系统：虽能同时改变气门升程和配气相位，但系统：虽能同时改变气门升程和配气相位，但 只能控制只能控制2段，不能随转速变化实现配气相位连续可变。段，不能随转速变化实现配气相位连续可变。 V
6、VT-i系统：虽能连续可变配气相位（进气迟关角），系统：虽能连续可变配气相位（进气迟关角）， 但气门升程不可变，且进气提前角随之变化。但气门升程不可变，且进气提前角随之变化。整个转整个转 速范围内受到来自结构上的限制。速范围内受到来自结构上的限制。 FVVT系统：全程可变配给机构系统：全程可变配给机构 结构特点及类型：结构特点及类型： 凸轮驱动式液压可变配气机构：凸轮驱动式液压可变配气机构： 无凸轮液压式可无凸轮液压式可 变配气机构变配气机构 高频电磁阀式可变配气机构：高频电磁阀式可变配气机构： 特点：特点：high speed servo valve(400Hz)控制液压控制液压 进气管长度
7、对充气效率的影响：进气管长度对充气效率的影响： 图 3-197 进气管长对充气效率的影响 100 90 80 70 1 2 3 4 5 6 7 充气效率/% 500 mm 400 mm 300 mm 发动机转速 n103/rmin-1 进气管长度 2进气管长度可变技术进气管长度可变技术 进气管对充气效率的影响体现在：进气阻力（管长）进气管对充气效率的影响体现在：进气阻力（管长） 和进气管的波动效应。和进气管的波动效应。 高速区高速区进进气阻力气阻力短短管管 低速区低速区为有效利用进气波动效应为有效利用进气波动效应长管长管 1）可变进气管长度）可变进气管长度 1-进气侧管；进气侧管；2-固定外壳
8、；固定外壳；3-旋转鼓旋转鼓 （空气分配阀）；（空气分配阀）；4-鼓的入口；鼓的入口；5-进气进气 管气流入口；管气流入口；6-密封部；密封部；7-进气管；进气管；8- 进气门；进气门；9-进气流进气流 连续可变进气系统连续可变进气系统 2）进气动态效应：惯性效应和动态效应）进气动态效应：惯性效应和动态效应 惯性效应：利用进气过程中产生的压力波，在进气惯性效应：利用进气过程中产生的压力波，在进气 门关闭之前，在进气门处出现正压波门关闭之前，在进气门处出现正压波 充气效率。充气效率。 Lcfg2进气压力波的固有频率：进气压力波的固有频率： c：进气管内气流声速；：进气管内气流声速； L：进气管当
9、量长度：进气管当量长度 进气频率为：进气频率为： 120260nnfj则，惯性效应波动次数：则，惯性效应波动次数： nLc ffq jg g601)(60nLcqg共振条件：共振条件： 由此可确定对应由此可确定对应n的的 进气管长度进气管长度L。 进气管的波动效应：进气管的波动效应： 指利用进气门关闭后进气管内所产生的压力波动来指利用进气门关闭后进气管内所产生的压力波动来 提高充气效率的方法，主要靠进气管长度来调整。提高充气效率的方法，主要靠进气管长度来调整。 进气压力波在进气管内通过进气压力波在进气管内通过2个来回完成一次振荡，个来回完成一次振荡， 所以其压力波的固有频率为所以其压力波的固有
10、频率为: Lcfb4波动次数定义为：波动次数定义为： nLc ffq jbb30当当qb=1，2，时，波动效应与进气同步时，波动效应与进气同步,负压负压 v 。 当当qb=1.5，2.5，时，进气门开启期间正压时，进气门开启期间正压 v 。 惯性效应和波动效应都是通过进气管长度来调节，惯性效应和波动效应都是通过进气管长度来调节， 所以有必要同时考虑所以有必要同时考虑可变进气系统：兼顾高低速可变进气系统：兼顾高低速。 3）惯性可变谐振增压进气系统）惯性可变谐振增压进气系统 压力脉动增压系统压力脉动增压系统ACIS： 进气 控制装置 进气控制阀 进气控制阀 进气管短 进气管长 【低速时控制阀关】【
11、低速时控制阀关】 真空室 负压切换阀 谐振管 进气歧管 【高速时控制阀开】【高速时控制阀开】 进气控制阀 ACIS-III型进气系统型进气系统 可变进气 阀全开 可变进气阀全关 执行机构 高转速区域 中低转速区域 可变惯性增压系统可变惯性增压系统VICS（Variable Inertia Charging System） 利用进气过程中各歧利用进气过程中各歧 观之间的反射波原理观之间的反射波原理 进行惯性增压的。进行惯性增压的。 特点是进气歧管之间特点是进气歧管之间 采用连接通道，并用采用连接通道，并用 控制阀来控制。控制阀来控制。 稳压箱 真空室 密封板 控制阀 控制阀 连通道 高速时高速时
12、 低速时低速时 VICS的原理：的原理： 图 3-200 VICS 的作用原理 连通部 进气阀 1 缸 2 缸 3 缸 4 缸 惯性可变谐振进气系统：惯性可变谐振进气系统： 进气谐振效果提高充气效率进气谐振效果提高充气效率 特点：特点： 1/3/5和和2/4/6缸进气管缸进气管(共振共振)、稳压箱及进气支管各自独立；、稳压箱及进气支管各自独立； 各缸进气支管长度和稳压箱，构成该气缸的惯性增压系统各缸进气支管长度和稳压箱，构成该气缸的惯性增压系统 长的进气管、稳压箱以及各气缸，构成各自的共振系统。长的进气管、稳压箱以及各气缸，构成各自的共振系统。 n Ttq Pe be 2000 3000 40
13、00 效果：效果： 长管：惯性增压长管：惯性增压 提高低速性；提高低速性； 共振系统：波动效应共振系统：波动效应 提高高速性；提高高速性； 问题：中速问题：中速TtqTtq出现低出现低 谷谷； 措施：措施：2 2个稳压箱连通个稳压箱连通 3增压中冷技术增压中冷技术 增压中冷的作用：增压中冷的作用： 回收利用废气能量，增加进气密度，提高升功率回收利用废气能量，增加进气密度，提高升功率 改善外特性，增加后备功率，提高整车动力性。改善外特性，增加后备功率，提高整车动力性。 关键技术：增压器与发动机匹配问题。关键技术：增压器与发动机匹配问题。 废气涡轮增压：不能兼顾高、低速废气涡轮增压：不能兼顾高、低
14、速如何匹配？如何匹配？ 增压器增压器=流体机械；流体机械；EG=动力机械动力机械 机械增压：可兼顾高低速，但机械损失机械增压：可兼顾高低速，但机械损失 增压效果：无中冷增压效果：无中冷 -150-100-500501001500.00.51.01.52.02.5zi /(%)i=Pe i=NOx i=CO i=HC i=BSU增压比的优化-150-100-500501001500.00.51.01.52.02.5zi /(%)i=Pe i=NOx i=CO i=HC i=BSU增压比的优化增压比增压比 1）废气涡轮增压：）废气涡轮增压： 双级直列增压：小型双级直列增压：小型/大型增压器串联；大
15、型增压器串联； 低速：小型增压器工作低速：小型增压器工作 中高速：大型增压器中高速：大型增压器 切换阀切换阀 切换阀切换阀 双级并列增压：双级并列增压： 2个小型增压器并个小型增压器并 联联兼顾高低速兼顾高低速 避免各缸排气干涉避免各缸排气干涉 A R VNT/VGS： A/R可变可变兼顾高低速兼顾高低速 2）机械增压：米勒循环与汽油机增压）机械增压：米勒循环与汽油机增压 机械增压器类型机械增压器类型: 汽油机增压难题：汽油机增压难题： 1）增压）增压Tin和和pin（ in）爆震爆震; 2）增压后）增压后 in 升功率增加，升功率增加，pzmax和和Tzmax机械负荷机械负荷 和热负荷增加和热负荷增加关键零件需强度校核。关键零件需强度校核。 3）与增压器匹配困难。因）与增压器匹配困难。因n变化范围宽，混合气质量流变化范围宽，混合气质量流 量变化大；涡轮增压器不能兼顾高低速性能。量变化大；涡轮增压器不能兼顾高低速性能。 4）当节气门突变时，增压器响应滞后，影响发动机及）当节气门突变时，增压器响应滞后，影响发动机及 整车动态响应特性；整车动态响应特性； 5）增压后汽油机排温高）增压后汽油机排温高影响涡轮机可靠性和耐久性。影响涡轮机可靠性和耐久性。 汽油机增压的目的：汽油机增压的目的： 在保
