第三章-汽车理论知识

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1、第三章 汽车理论知识学习要点知识点1.能正确描述发动机的有效性能指标2.能简单叙述发动机换气过程与燃烧过程3.能正确叙述汽车的行驶阻力4.能正确叙述汽车燃料经济性指标5.能正确叙述汽车跑偏与汽车侧滑的原因技术点1.会计算发动机的有效功率2.会分析汽油机负荷特性曲线3.会分析汽车燃料经济性评价指标4.会分析汽车制动性评价指标3.1 发动机工作过程和性能 发动机是汽车的动力源，是将某一种形式的能量转化为机械能的机器。汽车发动机的作用是将燃料燃烧产生的热能转变成机械能，对外输出动力。 在发动机的工作过程中，能量的转换时通过气缸内气体的压力、温度的变化来实现的。在工程热力学中，把实现热能与机械相互转化

2、的工作物质称为工质，工质可以是燃料、空气、或者是两者相混合的混合气体。3.1.1 发动机的实际循环 1.实际循环 四冲程发动机是由曲轴旋转两圈完成一个工作循环，分为进气、压缩、燃烧、膨胀、排气的五个过程。每一循环都从吸入新鲜气体，经过压缩、燃烧释放出热量，膨胀推动活塞作功，排出废气，再进行下一次循环。 通常将工质在气缸中的实际工作情况用气体压力P随气缸工作容积V而变化的图形表示，称为示功图（P-V图），当进行了一个工作循环时，则的P-V图上表示出一根封闭的曲线。（1）进气过程（ra线） 进气门开启，排气门关闭。随着活塞由上止点向下止点移动，首先是上一循环留在气缸中的残余废气（其压力Pr高于大气

3、压力Po）膨胀，压力由排气终了压力Pr降至Pr（Pr低于大气压力Po），然后新鲜气体被吸入气缸。 （2）压缩过程（ac线） 进排气门均关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质被压缩，温度和压力上升。压缩过程的作用是增大工作循环的温度差，以获得最大的膨胀比，提高热功转换效率，为迅速完成燃烧创造条件，且压缩后气体的高温是保证柴油机燃料着火的必要条件。（3）燃烧过程（cz线） 此时进排气门均关闭，活塞位于上止点附近。燃烧过程的作用是将燃料的化学能转变为热能，使工质的压力、温度升高。放热能越多，放热能时越靠近上止点，热效率越高。因此，要求燃烧过程正常、完全、及时。（4）膨胀过程(zb线) 进排气门仍关

4、闭，高温、高压气体在气缸内膨胀，推动活塞由上止点向下止点移动，气体容积不断增大，压力与温度均降低。燃烧气体所积聚的内能，在膨胀过程中被转变为机械功。（5）排气过程（br线） 进气门关闭，排气门在b点开始开启,废气迅速排出.当活塞由下止点向上止点移动时，继续将废气排出缸外。2.循环的指标功 图3-1-1或图3-1-2中的封闭曲线分别构成了两个封闭面积。bczbb表示发动机内工质对活塞做功，是正功，成为循环的指示功。而下部封闭面积brab是进、排气过程消耗的能量，是负功，或成为泵气损失。因此，通过一次循环发动机所做的有用功应当是上部阴影面积bczbb与下部面积brab之差。如果泵气损失包括在发动机

5、的机械损失内，可以只用阴影部分表示指示功。3.实际循环的热效率 燃料在发动机中燃料所放出的热量，一般只有25%-40%转化为有效功，其余的热量则以各种不同形式耗散。因此，在整个实际循环中，工质燃烧放出的热量Q不可能全部转换为指示功。所以，发动机实际循环的热效率总是小于1。发动机实际循环的热效率： i=Wi/Q 式中：Wi发动机工作循环的指示功，kJ； Q为得到指示功Wi所消耗的燃料的热量，kJ。 上述热效率称为指示热效率。 实际情况表明，发动机的热效率是不高的，它的大致范围是：汽油机i =0.25-0.40，柴油机i=0.40-0.50。3.1.2 发动机的有效性能指标 发动机的性能指标包括指

6、示性能指标和有效性能指标。发动机的指标性能指标是以工质对活塞作功为基础建立的，用来评定工作优劣的指标。发动机有效性能指标是以曲轴输出的净功率为基础建立的指标，用以评定整个发动机的性能。有效性能指标包括有效功率Pe（kW）、转矩Te（Nm）、平均有效压力Pe（kPa）、有效耗油率ge(g/kwh)、标定指标。3.2 发动机特性 发动机性能指标随调整情况和使用工况而变化的关系，称为发动机特性，通常用曲线表示，称为特性曲线。其中，发动机性能指标随调整情况而变化的关系，称为调整特性，例如汽油机的燃料调J整特性、点火提前角调整特性、柴油机喷油提前角调整特性等；性能指标随使用工况而变化的关系，称为使用特性

7、，如速度特性、负荷特性等。通过分析特性曲线表示，重点讲述发动机的使用特性（速度特性、负荷特性）。3.2.1 汽油机特性1.汽油机速度特性 研究汽油机速度特性的目的在于找出汽油机在不同的转速情况下，节气门全开及部分开启情况下，其动力性和经济性的变化规律，确定发动机的最大功率Pemax，最大转矩Temax和最小燃料消耗率gemin时的转速，从而可以确定汽油机在不同的行驶工况处于的最有利的转速范围。节气门开度保持不变，发动机有效功率Pe、转矩Te、燃料消耗率ge、随发动机转速n变化的关系叫做发动机的速度特性。表示这一关系的曲线，称为速度特性曲线。节气门全开的速度特性叫外特性。节气门在部分开度下测得的

8、速度特性，称为部分速度特性，外特性代表了发动机所能达到的最高动力性和经济性，是发动机的重要特性。发动机作外特性实验时，不装风扇、空气滤清器、散热器、消声器、空压机等。如果装上附件所作出的特性叫使用外特性。（1）外特性曲线分析 图3-2-1所示为BJ492汽油机的外特性曲线。（2）汽油机的工作范围和转矩储备系数 发动机的工作范围是指在汽车稳定行驶时，发动机的转速范围。就是说，在nm到nB区间，节气门保持某一开度不变，发动机有能力“自动”调节转矩来适应汽车外界阻力的变化，不需要驾驶员频繁地改节气门开度或换挡。 汽车的行驶阻力总是在不断变化的。为了表示汽车发动机在节气门全开情况下对外界阻力矩的适应能

9、力，常用转矩储备系数作为发动机克服外界阻力能力的评价指标： =（Temax-TB）/TB100% 式中：Temax最大转矩； TB标定工况下的转矩。 Temax愈大，TB愈小，则愈大，汽车对外界阻力的适应能力愈强。 对于载货汽车，它对各种道路条件的适应性要求高，因此应选用转矩储备系数较大和nM的数值较低的转矩特性。市内公共汽车对加速性能要求高，要求较大的转矩储备系数。对于中、高级轿车，需要增大高转速下的转矩，以提高在高车速下的超车能力，因此最大转矩Temax应出现在较高转速下。2汽油机负荷特性 发动机工作时，若转速保持一定，其经济性指标随负荷而变化的关系称为负荷特性。（1）汽油机负荷特性 当点

10、火提前角调整为最佳，汽油机保持在某一转速下工作时，逐渐改变节气门开度以适应外界负荷，每小时耗油量GT和耗油率ge随功率Pe（或Me、Pe）而变化的关系，称为汽油机负荷特性。汽油机的负荷调节是靠改变节气门开度，从而改变进入气缸的混合气数量来适应负荷的变化（称为量调节），负荷特性又节流特性。图3-2-2所示为6100Q型车用汽油机在某一转速下的负荷特性。1）GT曲线 当汽油机转速一定时，每小时燃料消耗量GT主要取决于节气门开度和混合气成分。节气门开度由小逐渐加大时，充入气缸的混合气量逐渐增加，GT随之上升；当节气门开度增大到约为全开时的80%以后，加浓装置开始工作，混合气变浓，GT上升的速度加快，

11、曲线变陡。GT是递增曲线。2）ge曲线 油耗率曲线ge与GT曲线不同，存在一个最小值。当发动机怠速运转时，机械效率m=0，功率完全用于克服发动机自身的摩擦损失，油耗率可以认为是无限大。随着负荷增加，泵气损失所占的比例减小，机械损失所占的比例也相应减小，因此使ge逐渐减小。当节气门开度接近全负荷时，由于化油器的省油器加入工作，混合气加浓，提高了有效功率，使燃烧不完全正确，ge曲线愈平坦愈好，这样在各种负荷条件下，发动机的经济性才不会差别太大。 3.2.2 柴油机特性 1柴油机速度特性 当柴油机的油量调节机构位置保持不变，柴油机的有效指标Pe、Te、ge、GT，随转速n的变化关系称为柴油机速度特性

12、。当油量调节机构固定在标定功率的供油量位置时，称为外特性。固定在小于标定功率供油量的任何位置的速度特性称为部分速度特性。东风EQ6102-1型柴油机外特性曲线如图3-2-3所示。 柴油机的转矩曲线Te都比汽油机平坦，转矩储备系数较小，为5%-10%，柴油机对外界阻力变化的适应性较差，将使换档次数增多。因此在一些车用柴油机的调速器内装有校正弹簧（转矩校正器），能在负荷增大、转速下降时，使供油量自动增加，以提高转矩。采取这样的措施后，转矩储备系数可提高到15%-20%。功率Pe曲线：由于不同转速时Te变化不大，在一定转速范围内，Pe几乎随转速n上升成正比的增加。耗油率ge曲线：柴油机外特性的ge，

13、变化趋势与汽油机相似，也是一凹形曲线，由于v随转速n的变化比较平坦，使ge曲线凹度较小；由于此致的压缩比高，其最低耗油率比汽油机的20%-30%。2柴油机调速特性 柴油机在运转中保持转速稳定是非常重要的，而只有当柴油机发出的转矩与外界阻力矩相平衡时，才能保持稳定运转。由上节中知柴油机全负荷速度特性的转矩Te=f(n)曲线比较平坦，柴油机运行时，如果保持油量节气机构位置不变，柴油机发出的转矩就按速度特性变化，当外界阻力矩R变化时，将引起转速大的变化。阻力矩由R1增大到R2时，柴油机转速将从n1降到n2，由于转速急变，使运转极不稳定。要使转速稳定，就必须人为的控制供油量来适应外界负荷变化，这不仅使

14、驾驶员疲劳，而且恢复稳定较慢。汽油机则不同，当R增大时，转速变化较小，能自动的发出较大的矩克服阻力矩，具有自动保持稳定运转的能力。由此可见，柴油机的工作稳定性较差。另一方面，当柴油机突然卸去负荷时，由于Me曲线平坦，转速急剧上升，循环供油量随n上升而增加，进一步使转速上升直至超过标定转速，使发动机失去控制发生飞车事故，造成机件损失。汽油机的转矩特性决定了其超速不会过大，且运动件轻巧，短时超速危害不大。因此柴油机上必须设置防止超速的装置。发动机的怠速运转工况是很频繁的，如起动、暖车、中途停车等。由于结构特点不同，柴油机在怠速运转时极不稳定，易熄火。汽油机的怠速较稳定。所以柴油机需设置保证怠速稳定

15、的装置。 综上所述，为保证柴油机的工作稳定性、防止 高速飞车和怠速熄火，必须装置调速器。调速器可根据负荷变化，自动调节喷油泵供油量，使柴油机在一定转速范围内稳定运转。调速器有全程式和两极式两种。调速特性是指调速器起作用时，柴油机性能指标Me、Pe、Ge、GT等随转速或负荷变化的规律。3.柴油机负荷特性 图3-2-5中GT是每小时的燃料消耗量，由每循环供油量g所决定。当转速一定时，负荷增加，供油量相应增加。因此随着输出功率的增加，GT曲线是呈上升趋势的。 3.3 汽车的动力性 汽车的动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的一种性能，它直接影响汽车的平均技术速度。汽车行驶的平均速度越高，汽车的运输生产率越高，所以要提高汽车运输生产率，首先要提高汽车的动力性。 3.3.1 车的动力性评价指标 汽车的平均行驶速度是汽车动力性的总指标。汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定，即最高车速、加速性能和上