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论文写作分析-汽车变速器的传动比对汽车燃油经济性影响的研究
时间:2021-04-07 10:16:46

  在对汽车燃油经济性进行研究的时候,有各种各样的相关要素会影响到研究结果,其中传动系的影响占了很大一部分比例。为了使发动机在工作时与传动系统达到最好的效果,必须定量研究汽车燃油经济性与传动系各级工作数据之间的关系。在各种因素里边,有一项因素对燃油经济性的影响作用非常显著,也是本次论文的主要研究对象,它就是变速器的传动比。

  随着各国快速迅捷地研发出多种多样的汽车制造技术,消费者相比以往,变得更加重视良好的汽车整体性能以及各种零部件品质。所以我在本次论文写作中,着重整理了相关方面的材料,现在各大汽车厂的变速器的研究发展情况在论文中都有体现,我通过深入了解后汇总,并对各种结构进行分析,又对比确定变速器各种传动比下的燃油经济性来进行本次设计。

  在此次论文研究中,选取铃木K14B型号作为研究样本,按照铃木K14B型号车型的参数,在同等工况,且保持车速相同时,选择变速器的不同转速和档位的传动比,针对工作状态下汽车的燃油对经济性的直接影响相关问题,对其经济性进行详细的计算和剖析,从而帮助得出合理的传动比对有效地提高汽车的燃油经济性有显著作用的重要性结论。

  在此次论文写作中,首先论述了本研究题目在国内与国外的发展与研究现状,说明了汽车的燃油经济性,并且列举了如何评价汽车的燃油使用经济性,汽车燃油使用经济性相关的评价指标,以及如何正确计算汽车的燃油经济性评价指标的相关措施。

  另外,经过对铃木K14B挑取与之相匹配的各档位传动比,设计两种传动比对比方式,通过这两种方案的比较对其整车燃油经济性进行具体的运算与剖析。

  最后,综合两种方案总结出不同传动比的选定对燃油经济性的影响。

  1.1课题背景

  随着社会的进步与发展,在人们出行沟通和商业贸易等过程中,其对运输工具的需求程度也越来越明显。其中,汽车是人们日常出行时最常使用的工具,理所当然地受到普遍的关注,因此,汽车工业发展十分迅速。汽车在1886年被创造出来以后,它已逐渐成为人们生活中工作中十分重要的一部分,对人们的平时出行和国家各方面的发展提供了明显的帮助。汽车制造业在当今社会蓬勃发展,经济发展越好的国家相关产业占的比重越大,足以看出汽车已经是最重要的现代交通工具了。

  2006年,全世界生产了六千多万辆汽车,主要集中在欧美等发达国家,这些国家加起来占总量的50%,但是他们的重要性正在逐渐下降。随着经济全球化过程的加速,世界工业的发展格式同样产生了一些以前没有出现过的变动。现在人们可以在空闲时间到达任何想要去的地方,相互交流,社会对汽车的需求日益增长,使得汽车工业越来越繁荣。

  汽车虽然可以使人们的生活不再像以往一样闭塞,困居在一个地方,但同时也给人们带来了一些不曾预料到的问题。从汽车发展的角度来看,从20世纪初到20世纪末,汽车的发展是汽车发明的基本过程,从20世纪末到现在,汽车的发展史主要是一个提高性能、满足人类社会和环境要求以及多种科学技术协调发展的过程。

  近年来,随着全球石油价格、资源、环境等突出社会问题的产生和出现,汽车燃油的经济性已逐渐成为了汽车零部件制造商、汽车产品消费者和发达国家高度密切关注的一个热点话题。特别是对于世界和我国这样一个世界上汽车工业年产量持续快速增长、拥有量和利用石油资源有限的石油大国来说,建立一个更加完善的市场化汽车燃油的经济性质量评价的标准十分具有重要的意义。

  目前,汽车的动力主要来自石油和其他不可再生能源。根据目前国际能源机构的统计数据,1997年,石油消费占据了全球主要能源消费结构的95.9%,天然气消费占2.0%,电力消费占1.1%,煤炭消费占1.0%,其中国际交通运输消费占了很大的比重。2007年至2030年,运输和能源部门将占世界石油和液体燃料新能源消费量的86%,而运输消费的石油约一半将用于公路运输,在未来很长一段时间内,这一比例将继续增长。汽车和燃料工业给人类市场经济和工业化社会的生存与发展生活带来了巨大的挑战和机遇,也给我们人类和社会的发展带来了许多的负面影响,如对能源的浪费和对环境的污染。目前,大多数的燃料车辆主要使用的是由石油衍生出来的能源作为燃料产品,因此目前世界上很大一部分的石油资源被燃料车辆消耗,车辆的排放一直是我国空气污染总量增长最快的污染物来源。在发达国家,二氧化碳、二氧化氮等主要空气污染物主要排放量来自于汽车。近年来,不断出现持续飙升的国际油价和日益严重的汽车空气污染,吸引了来自世界各国社会和政府的重视和注意力,汽车燃油经济性、汽车行业和汽车消费者都受到了关注。燃油经济性的好坏直接影响到汽车的使用和消费,影响到国家进口石油的数量和节约石油资源,还可以减少发动机排放的大气污染物,也可以避免全球变暖的影响。世界上石油经济和汽车工业发达国家也相应地研究和制定了对适合本国汽车实际经济发展情况的汽车燃油利用经济性评价的方法和其相关的法规,以有效控制本国汽车的燃油经济性和汽车的燃油能源消耗量,不断地提高本国汽车的燃油经济性。

  随着我国经济的快速发展,我国GDP逐年上升,汽车的人均占有量逐渐加大,汽车已经进入了普及期。但是,虽然我国汽车总占有量大,但人均占有量比例相对较小,相比发达国家还存在很大差距,并且我国的人均普及率还不及世界平均水平的一半。根据预测,到2030年中国汽车的普及率可能达到30%以上,为了提高我国人口对汽车的平均占有量和生活质量,我国要积极发展自主产品的汽车,就是中国应该占有完全的自主知识产权,而且大部分汽车是在中国制造。当然,发展我国自主品牌的汽车也存在很多难题,例如汽车的燃油消耗量过大、技术不过关等问题。我国用自主产权技术制造高档车的难度相对较大,不仅如此,我国自主研发的中低档车的技术也不是非常成熟。自从2002年开始我国开始引进新的低碳燃油标准,国有燃油经济条例也一直被我们关注,人们一直关注它的实施。我国在引进低碳燃油标准的同时,美国、欧洲等一些国家也提出了燃油机的标准。从2009年1月份开始我国开始实行第二阶段制定的乘车燃油消耗量标准。因此,我国在现阶段需要面对的主要挑战就是如何提高汽车的燃油经济性,也是世界上众多相关科学家共同面临的重要问题。目前,在降低燃油消耗量提高汽车的燃料经济性的措施上,实施的主要有途径有:

  (1)减少汽车的总质量和缩短车桥的长度

  (2)发动机方面:1提高发动机的热效率

  2提高汽油机和柴油机的机械效率

  3增大柴油机的应用范围

  4采用发动机增压化,提高压缩比

  (3)增加了变速器的驱动档位数,这样我们就可以看到使得发动机可以有更多的时间和机会能够工作在更加经济的工况,提高了发动机的燃油效率和经济性。对于采用无级驱动的变速器,无级驱动的变速器大多可以工作在最经济、最省油的经济工况下,传统的无级变速器(CVT)能够传递较大的功率,而且还有寿命高、效率高等特点。

  (4)改变汽车轮胎类型和车身外形。改变汽车车形和轮胎类型能够使空气阻力系数在车辆工作过程中有效的减小。

  1.2燃油经济性研究的发展以及国内外现状

  当前,交通运输快速发展与基础设施建设矛盾日益突出。特别是在当前全球金融危机的严峻形势下,适应全球汽车市场需求,提高汽车的性能,促进各个汽车电子工业的快速健康发展,保持国家经济稳定的增长,是当前世界上所有国家共同面临的难题,更是一个艰巨的挑战。由于传动参数的选择对车辆的动力性能有很大的影响,所以国内外汽车学者和专家十分重视车辆、发动机和传动系统匹配的技术研究。

  从1920年初开始,国外对柴油发动机节能技术的可靠性进行了研究,通过对柴油发动机的燃烧处理过程的研究和分析,改进柴油发动机的结构,提高了燃烧的效率,从而有效地实现了节省能源。随着人们的认识逐渐现代化,人们越来越多地意识到节约能源,如对汽车燃油消耗量的研究不仅可以从提高汽车本身的性能出发,还有必要研究工作路况和周围环境对汽车燃油消耗量的影响。国外在汽车动力传动系优化匹配方面做了大量的工作,匹配的仿真计算更加完善。计算机的使用和测试方法的改进使得通过模拟计算机和实验方法的结合来研究动力传动系匹配问题成为可能。目前,国外汽车公司在这一领域做了大量的研究工作,开发了自己的仿真程序,除了通用汽车的gpsim,还有福特公司开发的操作油耗topp测试程序、康明斯公司开发的汽车任务模拟器、美国交通部开发的车辆动力学模拟器、日产公司的csvfep软件、梅赛德斯公司的trp软件、avl公司的巡航软件、sidyat公司开发的drive软件,旨在对动力总成进行匹配计算,并对各种汽车的燃油经济性能水平进行了评价。通过利用这些计算程序,可以很好地找出几种由于传动系速比和功率变化引起的整车燃油经济性能及其功率变化之间的相互关系,形成"最佳功率和燃油经济性曲线",从而找到一种改善整车性能的有效方法,可以合理地匹配所选择的发动机。

  1990年以前,我国的主要研究对象是汽车节能技术。近年来,交通运输系统燃料消耗规律的研究开始了,针对特殊国情下的公路油耗进行了建模,并结合实际道路情况,建立了平原三级公路燃料消耗的回归模型,通过对大量车辆燃油消耗量的调查,确定了高峰期的燃油消耗量和行驶速度,以微型客车和桑塔纳轿车为主要研究的对象,在两条天津市区不同的道路上对两种桑塔纳车型的实际道路燃油消耗量统计数据进行了针对性的测试,记录了大量的道路燃油消耗量统计数据,分析了这些统计数据对实际天津高速道路行驶中的燃油消耗量在提高车速、变加速等道路行驶环境特性和使用方面的重要影响,并在欧洲经委会行驶模式下进行了现场试验,即城市超速行驶实验。武汉理工大学采用的燃油消耗法和碳平衡法测量燃油消耗量,并对燃油消耗量数据进行比较,在我国汽车燃油消耗量研究中越来越受到重视。2006年武汉理工大学开始从gamma技术中购买gt-power和drive组件,将其应用于计算发动机的性能,以及发动机传动系统的控制功能设计和功率及其经济性的仿真计算,包括循环工况分析和驱动系统分析,在车辆动力系统的合理匹配方面取得了显著成绩。

  1.3研究目的及意义

  在评定汽车性能的时候,燃油经济性是一项非常重要的衡量标准,尤其是现代石油资源的匮乏,但汽车数量的增加却没有变缓,所以汽车燃油消耗的降低已被提上日程。在燃料汽车行进过程中,只有大约15%的燃料对汽车的运动起作用,剩余能量的85%用于其他方面。

  这方面的研究,在很大程度上,可以减少本国对进口石油的需求,并在防止全球变暖方面发挥作用,在一定程度上,还可以为汽车提供强大的竞争优势。

  汽车的燃油经济性的好坏是衡量汽车功能好坏的最根本的数据之一。随着近年来当代中国经济社会和国民经济的快速发展进步和不断发展,汽车车用零部件制造工业也在不断发展壮大,成为当代当今中国的一个战略性三大支柱产业之一,目前其在中国的商用燃料汽车的生产数量逐年增长,实现了快速成长增加。与此同时,驾驶者希望他们的汽车有良好的燃油经济性,以节省燃油,提高运输效率和能力。传动系统的参数是影响汽车燃油经济性的主要因素之一,传动系统对汽车燃油经济性的影响取决于主减速器的传动比、传动齿轮的数量和传动比。因此,研究主减速器和变速器的传动比对汽车燃油经济性的影响,以满足广大用户的更高要求,具有重要的社会意义。

  1.4主要研究内容

  随着经济和社会的发展,汽车在交通运输中得到了广泛的应用,因此,提高汽车的动力性,降低汽车行业的燃油消耗率已成为应对这一现象的迫切需要。变速器是汽车各个组成部件之中非常基本又非常重要的一环,变速器的质量可以从根本上影响车辆的使用性能,以及本次课题我们着重研究的燃油经济性。齿轮和传动比是决定传动性能的重要参数。传动系统效率越高,能量损失越小,燃油经济性越高。传动系统的关键部件为变速器,换档越多,发动机更容易在低油耗的情况下工作,可以让汽车的燃油经济性进一步变好,为了降低重型车辆的燃油消耗,变速器的换档范围大于10-16档。车辆的传动系统直接地影响发动机和车辆的实际燃油消耗和经济性。在相同的转速和发动机负荷的条件下,一般来说,转速越低,燃油的消耗越少,你的齿轮越多,你可以选择的传动比越大,你的油耗也就越低。

  根据汽车的实际使用工况,采用计算机MATLAB软件模拟传动系统的不同传动比下的实际燃油消耗量,对上述曲线进行综合计算、分析,对传动系统参数进行优化,设计出合理的传动系参数。

  2汽车燃油经济性评价

  燃油的经济性,是一种泛指以最小的成本利用燃油消耗完成车辆单位运输工作的经济能力,是国际上衡量通用型车辆经济性能的一个主要的指标。在一定条件下,完成单位运输所消耗的燃料越少,燃油经济性越好。常用的指标有:加速油耗、恒速油耗、多个工况的油耗、平均速度下的燃油消耗等。

  2.1汽车燃油经济性的评价指标

  常用的指标有:多个工况油耗、平均速度油耗、加速油耗、恒速油耗等。汽车经济性指标主要表现为燃油消耗量,同时它对定义车辆具体的使用性能也有着十分重要的意义。尤其是针对我国现在特有的国情,车辆燃油消耗参数有着特殊的意义。燃料消耗参数是指以单位测量的汽车行驶100公里的燃料消耗量。

  2.1.1汽车的等速油耗

  恒速行驶条件下,汽车连续行驶一百公里的时候所对应的燃油消耗,它是指在一定负荷下,在一条平坦的道路上,在恒速行驶条件下,以最高车速行驶100km时的燃油消耗量。经常测量十公里每小时或二十公里每小时间隔的恒速燃油消耗量,并在此基础上形成恒速100km燃油消耗量曲线。

  等速行驶燃油的消耗量指示线是用来保证车辆在良好的路面上等速行驶的一种燃油消耗经济性的指标。由于车辆恒速行驶的经济性是在维持汽车在城市高速公路上正常行驶的情况下定义的,而且这种经济性的油耗指标非常易于计算和测量,因此也得到了广泛的研究和应用,这个油耗指示线也在我们的国家被广泛使用。一些国产轿车驾驶手册上标明的100公里的油耗通常为车辆的恒速。但是恒速行驶的油耗往往比实际偏低,由于车辆加速、减速、制动和发动机的怠速等种种的原因,与实际的油耗有很大的差异。虽然差别比实际更大,特别要注意的是对于那些经常在城市中高速进行驾驶或者短途旅行的汽车。

  2.1.2汽车的循环油耗

  等速行驶一百公里的耗油量的行驶循环并不能完全反映车辆的实际运作情况,尤其突出的是在市区高速公路驾驶时经常出现的各种加速、减速、怠速停车及其他各种行驶方式的循环。因此,各国在对这些实际循环行驶的车辆油耗状况进行了跟踪试验和进行数据统计的技术基础上,制定了一些较为典型的循环行驶跟踪试验的方法和工况,以分析和模拟循环行驶车辆的实际加速和行驶的状况,以100kmpg油耗或mpg油耗来衡量和评价循环行驶车辆的实际燃油消耗和经济性。

  道路循环的燃油消耗量是衡量车辆按照道路上的速度和时间标准重复行驶时燃油消耗量的燃油经济性指标,也称为多循环道路循环的燃油消耗量。在速度和时间规范中,规定每个制动循环都包含不同的车辆行驶速度和动力控制条件,并分别规定了车辆加速换档的时间、制动和减速停车的时间,以及每个制动循环的车辆行驶速度、加速度和符合制动条件的减速度值。因此,用这种动力控制方法可以测得的车辆燃油的经济性非常接近于车辆的实际油耗和在运行过程中的状态。在道路循环的测定试验规范中有多个测定路况。如城市路况行车,郊区路况行车,州际55英里每小时,州际70英里每小时。在了解燃油汽车的燃油经济性时,重要的是要区分使用哪个循环来比较。

  2.1.3油耗的计算方法

  (1)理论台架油耗试验,车辆重量为满载和满功率时的重量,发动机机架在平台上,限制周围的环境因素,模拟车辆的工作情况,制作以下数据图像化:升功率、扭矩、气缸压力、进排气温度、100公里等油耗数据和图表。这时百公里的数据和其他燃料消耗数据和实际数据不一样,是供厂家挑选发动机和调试数据使用的。有的汽车推广资料的部分资料正是利用这些资料,而有些关汽车推广资料的部分资料则是根据两项权威的燃油消耗量测试结果,然后再修订100公里及其他燃油消耗量数据。人们往往会开得更高,而在顺风、顺坡的道路上,各种各样的节油方法和不准确的燃油计量可能会低于制造商宣传材料上的数字。更重要的是,燃油经济性的比赛,汽车的重量最小化,有人测试的车的重量不再是满载,这样运行的燃油消耗是毫无意义的。

  (2)在指定的试车场中,可以进行专业的测试,在满载条件下以相同的速度加载满载,并在后备箱上增加配重,使用刻度量杯、流量计等专用测量仪器,切断车辆原有的燃油供应系统,用测量仪器的量杯中的油运行数十或数百米,计算在不计算加速过程中,车辆工作过程中的的燃油消耗量。

  (3)如果是国家级别的研究,则会有专业的人员选择指定的专业场地,在有限制的湿度、气压、轮胎压力下,在满负荷的同样速度条件下载满足够重量的人并加上配重到行李箱,在使用一个特制的油箱内燃料往返100公里后,可以计算加速过程中的油耗,但不能滑行,除非实际油耗为100公里。

  (4)更麻烦的报纸和杂志上的驾驶汽车的燃料消耗测试,报刊杂志组织专人选择普通的实验路段,在同一个加油站使用同一把枪,画出前后轮在地面的停车位置后,慢慢地将汽油泵出来,可能加满或不加满,在恒速行驶100公里后,回到加油站的同一位置,再用同一把枪慢慢地加满油箱,在这种实验工况中,100公里是具加速度,少量的减速和滑行,以及个人驾驶错误等多种情况的综合,它更接近于以经济速度跑长距离的普通人的实际数字,这是有实际应用道理的。

  (5)在同一个加油站用同一把枪加满油,或者在油出来的时候慢慢停止。用燃料和里程来计算100公里的燃料消耗量。例如,跑100公里用7.3升燃料,100公里的燃料消耗是7.3升附加到燃料箱应急灯将不会打开。不管你怎么计算你的油耗,你一定是在同样的加油情况下,跑出来或跳出来的枪。这是比较接近实际使用的远程数据,利用郊区普通数据或在城市工作的交通拥堵数据,数据流畅。有道理,但这和制造商的数据不一致,这和你开车的方式,开多远,开得好不好有关。

  2.1.4中美欧燃油经济性评级指标对比及分析

  (1)在等速工况下

  中欧燃油经济性评价指标:在等速工况下,车辆燃油持续100km的消耗量,单位为L/100km。

  美国燃油经济性评价指标:在等速工况下,固定数量的燃油可以使车辆持续行驶的距离,单位为mile/Usgal。

  见图2-1。

  图2-1

  (2)在循环工况下

  1.欧洲经济委员会循环行驶实验工况

  图2-2

  图2-3

  以L/100km计的1/3混合油耗为:1/3混合=1/3*90km/h+1/3*120km/h+1/3ECE

  2.美国环境保护局循环行驶实验工况

  图2-4

  图2-5

  3.中国测量汽车燃油经济性工况图

  图2-6

  图2-7

  图2-8

  汽车燃油消耗量的小结:

  1.排量大的车,油耗高;

  2.自重大的车,油耗高;

  3.城市油耗高于公路油耗;

  4.自动挡汽车的油耗较高。

  我国燃油经济性测定方法按GB19233-2003《轻型汽车燃油消耗试验方法》执行。该标准要求在模拟城市和郊区环境中使用碳平衡法计算燃料消耗量。这项测试是在专用底盘测功机上进行的,测量的是二氧化碳、一氧化碳和气体排放量,单位是每公里克。加州大学伯克利分校的一位高级工程师说,碳平衡法的基本原理是,汽油发动机燃烧后排气中的碳总质量应等于燃烧前燃料中碳的总质量。

  汽油机:(式2-1)

  柴油机:(式2-2)

  2.2影响汽车燃油经济性的因素

  除了汽车自身的各个方面外,如:汽车的设计,各个组成部分的匹配,装备等等影响到了汽车使用燃油的经济性,除此之外,驾驶员的日常操作、汽车的日常使用环境因素,气象条件,行驶的工况,路况等对于汽车使用燃油的经济性也都具有重要的作用。

  2.2.1温度和湿度的影响

  汽车发动机所处高温环境的进气温度高低能够直接影响发动机的汽车润滑油和发动机的进气润滑制动系统以及发动机进出排水气缸的温度,从而直接影响汽车发动机燃油使用的质量和经济性。汽车处于低气温时,汽车发动机润滑油的进气量粘度比较大,发车难,导致在低温时汽车的油耗肯定实际上会大幅度的增加。汽车处于较高气温时,气体的温度也会升高,导致进气的质量随之降低,导致在高温时汽车的油耗肯定实际上会大幅度的增加。

  2.2.2发动机的影响

  发动机在车辆行驶的过程中为传动系统提供强大的驱动力,如果说变速器相当于人体的神经,那么发动机就相当于人体的大脑,汽车发动机燃油的消耗和经济性主要受其发动机的类型,结构,压缩比,排量等各种特性的直接影响。例如汽车发动机的最大输出功率,发动机与整个汽车的最大输出功率与传动系统是否完全匹配好等等因素都会直接影响整个汽车发动机的最大输出负荷率,进而间接影响整个汽车的最大燃油消耗和经济性。

  2.2.3车辆传动系的影响

  汽车的传动系统同样直接影响汽车燃油的经济性,传动系统的质量和效率水平增高,汽车正常行驶时的油耗和能量的损失也同样会随之有所降低,提高了汽车的实际燃油消耗完全度和经济性,传动系统的关键部位为起心脏作用的变速器,变速器的档位数量的多少直接影响了汽车的燃油消耗程度,如果数量较多,那么可以使汽车在大多数情况下都可以在最匹配的传动比下工作,就可以使燃油的消耗量维持在较低的水平。在相同的变速器和发动机具有相同负荷的条件下,一般的情况就是转速越低,车辆行驶的工况就越加的经济,所以为了使汽车时刻保持在最佳的经济工况下,我们就需要设置更多个档位使之相匹配。

  2.2.4风阻系数的影响

  随着现代汽车的行驶效率和速度的进一步提高,汽车的外观设计对于提高汽车燃油的经济性也是有着十分重要的作用和影响,汽车在行驶过程中,受到的风阻和本身行驶的速度成一定的比例关系,行驶的速度越快,受到的力也就越大,那么风阻也就会变大。因此,人们将更紧凑和流线型的车身设计,从而提高汽车的燃油经济性。

  2.2.5车重及轮胎影响

  对一辆燃油混合动力或者说是普通动力汽车来说燃油消耗经济性的影响最大的决定性因素之一就是它的车重。在相同的车辆行驶转速和行驶距离下,汽车的质量越大其释放的能量消耗也就越多,燃油的消耗也就就会随之增加。汽车在行驶过程中,所释放出来的能量会有很大一部分被轮胎吸收释放,所以汽车的轮胎直接散热会影响一辆汽车燃油的经济性。

  2.3提高汽车燃油经济性的措施

  2.3.1提高汽车发动机的燃油的经济性

  现在由于我国使用的高速汽车的发动机绝大部分为普通汽油的进气增压发动机,越高的发动机热效率,也就是意味着对汽车发动机燃油的排放和利用合理程度也就越高,反过来就代表了汽车油耗就越低。增加单位的汽车发动机压缩比会大大增加高速汽车的柴油或汽油发动机的热效率,结果表明每台发动机增加一个单位的进气压缩比,就可以大大提高在一定程度上的燃油发动机经济性,大大降低了发动机的油耗。另外,通过对汽车发动机化油器、空气滤清器、进气支管道等各个组成部分的经济性改进,就代表了可以大大减少发动机的油耗和进气增压阻力,提高空燃比可以通过增加发动机进气增压系统的装置,降低了对燃油的消耗量。来看看如何改善高速汽车发动机化油器的性能。

  2.3.2合理正确选择汽车润滑油

  发动机车用润滑油、汽车发动机齿轮油、变速器液、制动液和其他车用的润滑脂等均被认为是重要的汽车的发动机润滑油使用类型,按照国家的汽车润滑油使用标准和说明书规定正确合理的位置选用发动机润滑油,并在合适的使用时间合理的位置添加需要更换的润滑油,另外在保证发动机良好润滑的条件和前提下,选用润滑粘度较低的发动机润滑油,可以大大增加发动机汽车燃油的使用经济性。

  2.3.3提高驾驶员操作技术

  驾驶员的操作是一个影响高速汽车的燃油消耗经济性的最重要的因素和环节,驾驶员的日常驾驶行为、驾驶的习惯对高速车辆的动力及其燃油经济性和消耗量产生很大影响。在重刹车时,额外的制动能量减速摩擦力则是需要回收的主要自刹车部件的摩擦力,而其中的制动能量也通常都会以热量的形式浪费消耗掉。在车辆的行驶过程中,分为各种阶段,而每个阶段都有需要注意的驾驶操作习惯,在我刚开始学车的时候,就了解到了起动时要慢给油,制动时要缓刹车,这也恰恰就是最基本的也是最重要的节省燃油的手段。

  2.3.4增强汽车的维修质量及技术状况的检测

  一定要长期保持良好的汽车前后轮和发动机等汽车重要部件的状况,驾驶员要定期对自己的汽车这些部件进行保养和日常维修,让组成车辆的各部位的零构件都能维持在一个比较良好的状态,另外正确的调整对汽车前后轮的胎压进行定位,合理的燃油选择,对汽车的润滑油的选择等这些都会直接影响汽车燃油的使用经济性。最后,适当的汽车胎压调整可以有效降低汽车的油耗。所以驾驶员在行车中应该及时的关注正常行驶汽车的胎压,轮胎的工作温度和气压直接的关系到正常行驶汽车的后轮燃油使用经济性和其行驶的安全性。

  2.4本章总结

  事实证明,燃油经济性制度的准确性和合理性是调控运输部门石油化工需求,还有控制温室气体排放的实用且十分见效的手段。特别是对于我国来说,石油资源十分的有限,每年汽车的生产量却一直在增加,那么建立更加合理周全的燃油经济性评价标准就具有了重要意义。另外,研究主减速器和变速器传动比对汽车燃油经济性的影响是迎合社会大众更高的要求,具有十分重要的社会意义。

  3汽车燃油经济性的计算方法

  3.1燃油经济性计算工况标准

  在汽车研究与创新过程中,经常使用由台架实验得到的汽车的功率平衡图,还有发动机的万有特性图,来对燃油经济性进行计算,在进行燃油的经济性循环行驶实验中存在各种各样的工况,然而在各种不同的经济性行驶工况下,又可能有不同的燃油经济性消耗量的计算和方法。

  3.2等速行驶工况燃油消耗量的计算

  在对本课题进行研究时,我们需要用到万有特性曲线,在上面有等燃油消耗率曲线,按照图上表现出来的数据,我们能够确定发动机在特定速度下输出一定功率时的燃油消耗量,为了方便计算,根据速度与车速的换算关系,在横坐标上标出汽车的速度比例,此时是最高档,另外,计算还需要汽车在平坦道路上以相同速度行驶时为克服滚动摩擦和空气阻力所应提供的功率。

  根据恒速度和阻力功率,在通用特性图上进行插值,从而查找出对应的燃油消耗率,继续计算出车辆在用某一速度等速行驶工况下,单位时间内的燃油消耗量(mL/s),为:

  (式3-1)

  计算在等速行驶工况下,汽车连续行驶s距离时的燃油消耗量(mL),计算过程为:

  (式3-2)

  换算为等速百公里的燃油消耗量(L/100km),计算过程为:

  (式3-3)

  图3-1

  3.3计算时需考虑的阻力

  3.3.1滚动阻力

  ⑴产生滚动阻力的原因主要有两点

  ①当轮胎的工作环境是在路况较好的公路上时,滚动阻力主要是由轮胎变形引起的;

  ②当轮胎的工作环境是在路况较差的土路上时,滚动阻力相比于路况较好时,还添加了由路面变形引起的一部分。

  在计算滚动阻力的时候,我们需要使轮胎的承重和阻力系数相乘,即:

  (式3-4)

  只要知道滚动阻力系数,便可求得滚动阻力。

  在实际计算中,人们通常根据经验直接选用滚动阻力系数。表3-1给出了轮胎在不同的工作环境中,以较低的速度工作时和中等速度工作时,与之相对应的滚动阻力系数的部分数据。

  表3-1车轮滚动阻力系数

  路面类型滚动阻力系数路面类型滚动阻力系数

  0.010~0.018

  0.018~0.020

  0.020~0.025

  0.035~0.030

  0.035~0.050

  0.025~0.035

  0.050~0.150

  0.100~0.250

  0.100~0.300

  0.060~0.150

  0.015~0.030

  0.030~0.050

  ⑵影响滚动阻力系数的因素

  ①路面的种类

  ②轮胎的材料

  ③驱动力

  ④轮胎侧偏的影响

  ⑶计算滚动阻力的经验公式

  货车(式3-5)

  轿车

  3.3.2空气阻力Fw

  当燃油汽车沿直线方向行驶时,会受到空气阻力的影响,空气阻力主要是指车辆行驶时受到的空气带来的水平方向上的力,行驶方向上的压力感应阻力则由方向上的感应阻力、内循环感应阻力、抗干扰感应阻力和行驶方向上的形状感应阻力四者共同组成。

  (式3-6)

  式中:A—迎风面积(m2)

  ua—车速(km/h)

  CD—空气阻力系数

  由于行驶空间的限制,迎风面积很难有明显的降低,因此降低空气阻力系数值就成为了降低空气阻力的十分重要的一部分。

  3.4汽车的功率平衡

  汽车运行时,不只前进阻力和驱动力平衡,而且驱动阻力和发动机的

  功率也总是平衡的。其功率平衡方程式为

  式中:Pe—发动机的功率(kW)

  4北斗星轿车的基本信息

  4.1北斗星轿车简介

  最大的峰值扭矩108nm,其特点是油耗低、排放污染小,与先进的三元催化装置发动机配合后排放污染指标能够完全的达到step-2(欧洲ⅱ号)的要求。可有效的提高和改善柴油发动机的性能,并有效的降低由柴油发动机产生的振动和噪声。

  为保证正面碰撞和侧面碰撞时乘员的安全,车身结构进行了专门的设计,通过坚固的车体、合理的吸能结构、妥帖的安全带和SRS气囊等获得充分的被动安全保证,使碰撞发生时车身变形较小,保证乘员的安全生存空间。

  变速器基本装备为F5M41手动五档变速器(5M/T),为方便轻松驾驶,可选装两种四档自动变速器(4A/T):普通型和INVECS-Ⅱ(智能电子控制系统)型,后者可根据驾驶条件和驾驶员习惯选择最佳档位及换档时机,实现智能化控制。目前国内微型车尚未出现A/T这种高舒适性选装,而智能电子控制系统更是没有类似设计出现。

  前悬架控制系统采用三菱a型多连杆式控制臂、麦克弗逊式独立悬架。后独立悬架按不同的车型分别与三菱前悬架配用多连杆(含转向稳定杆)式独立悬架:充分利用了三菱前悬架独有的技术,通过多连杆对前悬架进行多参数、过定位精确的控制,实现了后轮转向系统理想的跳动,乘坐舒适性和车辆在行驶过程中的安全性。前悬架转向传动系统全部采用了液力助动转向装置。前悬架转向柱管采用溃缩式或套管式,减少了碰撞部件发生时的摩擦,比例阀调节前后制动力分配,同时可选装ABS防抱死制动系统。

  在抗电磁干扰方面采取了一系列措施:完善ECU(电子控制单元)抗干扰功能,注意电磁干扰源本身的防干扰设计,并采取加装电源滤波器、天线上加装扼制线圈、利用金属网屏蔽电磁干扰等,使电磁干扰得以遏制,达到当代国际水准,满足国家逐步加严的法规要求。

  4.2车身及发动机参数

  4.2.1车身参数

  ⑴基本参数

  汽车整备质量:895 kg

  最大总质量:1270 kg

  最高车速:150 km/h

  最大爬坡度:36%

  最小转弯半径:9.5m

  最小离地间隙:150mm

  外形尺寸:长:3885mm宽:1695mm高:1635mm轴距:2440mm

  内部尺寸:后排腿部最大空间:7551075mm

  ⑵底盘

  轮胎型号:165/65R13

  驱动型式:前轮驱动

  制动装置型式(前/后):前盘后鼓制动器

  离合器型式:单片,膜片弹簧式

  变速器型式:齿轮啮合式,五前进档(均有同步器),一倒退档

  前悬架类型:麦弗逊式

  4.2.2发动机参数

  ⑴基本参数

  型式:四缸、四冲程、水冷、直列、横置、顶置双凸轮轴、四气门、电控制点火、电控燃油喷射。

  气缸数:4个

  每缸气门数:4个

  额定功率:58 kW/5400r/min

  最大扭矩:108 N.m/4000r/min

  最低燃油消耗率:270 g/kW h

  额定转速:5400 r/min

  怠速转速:800 r/min

  ⑵发动机外特性参数

  下表4-1是通过台架试验测得的发动机外特性数据。

  表4-1 DA471QL发动机外特性数据

  工况(r/min)扭矩(N*m)功率(kW)耗油率(g/kW*h)

  1500 93.40 14.65 274.189

  2000 93.49 19.59 266.217

  2500 97.88 25.64 259.419

  3000 104.67 32.87 252.462

  3500 107.05 39.23 248.911

  4000 108.06 45.56 251.887

  4500 107.89 50.83 260.079

  5000 105.71 55.33 268.602

  5400 102.03 57.68 283.117

  4.3本章小结

  本章主要介绍了所选研究车型北斗星的基本信息和其相关的发动机参数,为研究本课题提供了具体而有力的数据。

  5匀速各档位燃油经济性计算

  我们知道,汽车发动机在一定的转速下能够达到最好的状态,此时发出的功率比较大,燃油经济性也比较好。因此,我们希望发动机总是在最好的状态下工作。但是,汽车在使用的时候需要有不同的速度,这样就产生了矛盾。这个矛盾要通过变速器来解决。

  我们知道减速为什么可以增扭,而增速又要怎么减扭呢,就是假设发动机在减速时输出的齿轮传动功率和扭矩不变,功率和扭矩可以用下式表示为p=wt,其中w是齿轮转动的平均角速度,t是转动的扭距。所以当p固定的时候,w与t的扭矩是可以成反比的。所以增速必减扭,减速必增扭。在车辆的行驶过程中,可能会遇到各种各样的运行工况,这就需要我们在设计变速箱时,设置尽量多的档位,用来保证车辆可以在工作过程中使发动机和传动比在最大程度上保持匹配,减少燃油的消耗,提高性能。

  一般来说汽车的手动齿轮变速器的传动比主要是划分1-4档,通常变速器设计者首先在每档中确定最低(1档)与最高(4档)的传动比后,中间各档的传动比一般按等比的级数进行分配。另外,还有一种倒档和超速档,超速档又可以统称为5档。

  从燃油经济性考虑,在设计变速器时,应该尽可能多的设置不同的传动比,并且使其保持一定的规律性,变化不宜过于剧烈,这样对应各种驾驶工况时都能保持较好的工作状态,使燃油经济性较好。然而,变速器是一种精密的工业器件,我们在设置变速箱的传动比的时候不能不加限制的无底线的叠加,如果档位设计的过多,一方面会使零件结构过于复杂,且体型十分巨大,占用过多的空间,另一方面,随着档位的增多,装配器件出现故障的概率会程几何级增长,所以,综合考虑,我们在一定限度内可以尽可能多的去设置变速器的传动比,但是要保证在一个可行的范围内,不然很难达到节省燃油的目的。

  5.1传动系参数选择方案设计

  K14B采用DABS10—4型系列前驱动变速器,其结构特点为齿轮传动、小模数小压力角、两轴式、全同步器、手动五档。

  分析DABS10—4系列变速器传动比方案,选定一种主减速器和变速器传动比预选方案,见下表5-1。

  表5-1

  档位传动比方案

  方案1

  传速比总传动比

  一挡3.416 16.072

  二挡1.894 8.911

  三挡1.28 6.022

  四挡0.914 4.3

  五挡0.757 3.562

  主减速器4.705

  5.2汽车燃油经济性计算方案

  5.2.1驱动力的计算

  当主减速器传动比为4.705时,由公式5-1,已知传动系在本次研究中的机械效率为,车轮半径为r=0.27m,通过发动机外特性参数表5-1,分别计算出变速器处于不同挡位、发动机不同转速时的最大驱动力,计算结果见表5-2;然后通过公式5-2发动机转速与车速的转换关系,计算出发动机各转速n和变速器处于不同挡位时的车速a,计算结果见表5-3,并根据上述计算结果作出汽车的驱动力曲线,如图5-1所示。

  表5-2驱动力计算结果

  转速n(r/min)1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5400

  发动机转矩T(N*m)93.40 93.49 97.88 104.67 107.05 108.06 107.89 105.71 102.03

  档位驱动力(N)

  一

  档ig1=3.416 5115 5120 5360 5732 5863 5917 5908 5789 5588

  二

  档ig2=1.894 2836 2839 2972 3178 3250 3281 3276 3210 3098

  三

  档ig3=1.28 1917 1919 2009 2148 2197 2218 2214 2169 2094

  四

  档ig4=0.914 1369 1370 1434 1534 1569 1583 1581 1549 1495

  五

  档ig5=0.757 1134 1135 1188 1270 1299 1311 1309 1283 1238

  表5-3车速计算结果

  转速n(r/min)1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5400

  档位车速(km/h)

  一

  档ig1=3.416 9.5 12.7 15.8 19.0 22.2 25.3 28.5 31.7 34.2

  二

  档ig2=1.894 17.1 22.8 28.6 34.3 40.0 45.7 51.4 57.1 61.7

  三

  档ig3=1.28 25.4 33.8 42.3 50.7 59.2 67.6 76.1 84.5 91.3

  四

  档ig4=0.914 35.5 47.3 59.2 71.0 82.8 94.7 106.5 118.4 127.8

  五

  档ig5=0.757 42.9 57.2 71.4 85.7 100.0 114.3 128.6 142.9 154.3

  由上述计算结果可作出如下驱动力曲线

  图5-1驱动力曲线

  5.2.2行驶阻力的计算

  假设汽车在路面情况较好的公路上等速行驶。在计算阻力时,首先需要求出滚动阻力系数,取,,,由表5-3车速计算结果代入公式(5-2)可以求得滚动阻力系数,已知汽车最大总质量,然后代入公式(5-3)求得滚动阻力的大小。根据公式(5-4),并查得空气阻力系数,迎风面积,计算出空气阻力,上述计算结果汇总如下表5-4。

  (式5-2)

  (式5-3)

  (式5-4)

  表5-4

  一

  档ua1 9.5 12.7 15.8 19.0 22.2 25.3 28.5 31.7 34.2

  f 0.0123 0.0124 0.0124 0.0125 0.0126 0.0127 0.0128 0.0129 0.0130

  Ff 153 154 154 155 156 158 159 160 161

  Fw 3 5 8 11 16 20 26 32 37

  二

  档ua2 17.1 22.8 28.6 34.3 40.0 45.7 51.4 57.1 61.7

  f 0.0125 0.0126 0.0128 0.0130 0.0131 0.0132 0.0135 0.0138 0.0140

  Ff 156 157 159 162 163 164 168 172 174

  Fw 9 16 26 37 50.4 66 83 103 120

  三

  档ua3 25.4 33.8 42.3 50.7 59.2 67.6 76.1 84.5 91.3

  f 0.0127 0.0129 0.0131 0.0134 0.0139 0.0147 0.0149 0.0153 0.0162

  Ff 158 161 163 167 173 183 185 190 202

  Fw 20 36 56 81 110 144 182 225 263

  四

  档ua4 35.5 47.3 59.2 71.0 82.8 94.7 106.5 118.4 127.8

  f 0.0130 0.0136 0.0139 0.0142 0.0151 0.0164 0.0176 0.0187 0.0209

  Ff 161 169 173 177 188 204 219 233 260

  Fw 40 70 110 159 216 282 357 442 514

  五

  档ua5 42.9 57.2 71.4 85.7 100.0 114.3 128.6 142.9 154.3

  f 0.0132 0.0138 0.0142 0.0154 0.0168 0.0185 0.0210 0.0243 0.0273

  Ff 164 172 177 192 209 230 261 302 340

  Fw

  58 103 161 231 315 411 521 643 750

  5.2.3汽车的功率平衡图

  在动力驱动汽车高速行驶的每一瞬间,发动机向变速器发出的综合功率始终等于汽车机械传动系统所损失的功率与全部的运动阻力所共同消耗的综合功率,这即称为汽车的发动机功率平衡。将上述方法求得的数据结果代入发动机功率平衡方程便可直接求得汽车发动机在与变速器处于不同的档位、不同行驶的车速下所同时发出的功率。

  其计算结果见表5-5。并绘制汽车的功率平衡图,如图5-2所示。

  表5-5

  一

  档0.412 0.561 0.711 0.876 1.061 1.251 1.465 1.691 1.881

  Pe 14.95 20.01 26.08 33.60 40.18 46.22 51.97 56.60 58.88

  二

  档0.783 1.095 1.469 1.896 2.371 2.919 3.583 4.361 5.038

  Pe 14.79 19.74 25.92 33.26 39.66 45.72 51.31 55.80 58.13

  三

  档1.255 1.849 2.573 3.492 4.653 6.140 7.758 9.741 11.793

  Pe 14.78 19.68 25.77 33.01 39.38 45.31 50.83 55.15 57.36

  四

  档1.982 3.140 4.654 6.627 9.292 12.784 17.040 22.200 27.477

  Pe 14.68 19.52 25.52 32.68 38.83 44.60 49.81 53.89 55.69

  五

  档2.645 4.369 6.703 10.069 14.555 20.351 27.934 37.511 46.718

  Pe 14.62 19.43 25.29 32.30 38.28 43.80 48.68 52.29 54.71

  通过前面的计算结果可以整理出下面的功率平衡图

  图5-2

  5.2.4发动机万有特性曲线

  汽车等速百公里油耗计算主要是依据汽车发动机的万有特性曲线以及汽车功率平衡图进行的。

  负荷的特性是指在一定的转速下,发动机实际运行时所输出地有效功率,与在该机规定的转速下一台发动机实际运行所能同时输出的最大有效功率系数之比(以百分数表示),负荷的特性主要是指在发动机转速一定的实际运行条件下,发动机的经济性能指标(包括单位耗油量b、燃油综合消耗率)随发动机负荷的变化而发生变化的关系,其中负荷的特性主要反映着一台发动机在不同的负荷下实际运行的各种燃料发动机经济性,它的定义是指用来讨论各种燃料发动机经济性的主要内容和依据。发动机的燃油万有特性是指发动机燃油消耗率,功率、转矩等与发动机转速之间的关系的特性。发动机的燃油万有特性与发动机的外特性、部分符合特性不同,外特性和部分万有特性只可以表示汽车发动机在某一个固定的转速下油门开度或在某一个固定的转速时发动机性能参数的变化规律,而通过发动机的万有特性图则可以全面的计算和表示得出汽车发动机在各种工况下的发动机性能变化。本文根据汽车发动机转速图和燃油万有消耗率特性图上的等燃油万有消耗率的曲面,可以直接确定汽车发动机在一定的转速、转矩的各种情况下的平均燃油万有消耗量。本文主要将发动机在单位转速和时间内的发动机燃油万有消耗量函数看做汽车发动机的转速n和发动机转矩t的二元消耗率函数,采用了燃油万有曲面计算和拟合的两种计算方法,拟合得出发动机燃油万有特性图的曲面和计算得出与燃油万有特性的关系式。

  图5-3

  利用燃油万有特性关系式可以求解发动机在任何转速、转矩时的单位时间内的燃油消耗量。其采用的数学模型可以表示为:

  (式5-5)

  g:表示单位时间内等效燃油消耗量;

  T:表示发动机的等效转矩(N.m);

  n:表示发动机转速(r/min);

  B:表示拟合关系式的各项系数;

  k:表示关系式的拟合阶数。

  5.2.5等速百公里油耗的计算

  选取车速为60km/h保持不变,选择三档,四档,五档三个传动比进行计算,对燃油消耗量进行比对。

  考虑发动机附件的功率损失,汽车的发动机功率可以根据功率平衡关系由阻力功率计算获得。

  (式5-6)

  在5.2.3中,已求出三个档位对应的功率为40kw,26kw,21kw。

  为获得一个对应于特定车速下的柴油发动机转速,需要知道柴油机速度和发动机转速的非线性关系的公式。特定的档位下柴油发动机的转速和发动机车速之间可以有一种如下的关系:

  (式5-7)

  在5.2.1中,已求出三个档位对应的发动机转速为

  在汽车发动机万有特性曲线图上,根据插值法计算可以得出的发动机功率、转矩或平均有效压力,结合对应的车速或发动机的转速,在万有特性曲线图上直接利用插值法计算即可直接确定对应的发动机燃油平均消耗率,其值为b,从而我们就可以精确地计算得出该动机在车速下等速百公里行驶时发动机在单位百公里时间内的发动机燃油平均消耗量。再根据发动机在等速百公里行驶100公里所需的燃油消耗时间长度进行了折算,即可精确地得到该动机在车速下的等速百公里行驶时的燃油平均消耗量,其值为:

  (式5-8)

  由万有特性曲线图可得出三个档位对应的燃油消耗率为260g/kw/h,257g/kw/h,250g/kw/h。

  因为是在等车速下对三个档位的百公里燃油消耗量进行对比,所以计算三个档位下各自的百公里燃油消耗量为:三档时车速为60km/h百公里燃油消耗量为23.77L,四档时车速为60km/h百公里燃油消耗量为15.27L,五档时车速为60km/h百公里燃油消耗量为11.99L。

  5.3分析结论

  在一定的道路上,汽车用不同的排挡方式行驶,燃油的消耗量也是不一样的。显然,在同一高速道路的条件与百公里的车速下,虽然汽车的发动机发出的后备功率相同,但是挡位越低,后备的功率越大,发动机的后备负荷率越低,燃油的消耗率越高,百公里车速燃油的消耗量就越大,而汽车使用高挡时的燃油消耗情况则正好相反。如果汽车在良好的路面上高速行驶,在一定的道路行驶速度和状态下,即可使用次速的最高挡,也应尽可用最高挡,但用最高挡时较节约大量的燃料。为了使汽车节约大量的燃料,在汽车节气门开度不超过90%的道路条件下,应尽可能地使用最高挡。

  5.4同工况多档位与单一档位燃油经济性计算

  汽车的发动机在一定的转速下能够达到最好的运转状态,此时汽车发出的燃油功率比较大,燃油的经济性也比较好。因此,我们一直都希望汽车的发动机总是在最好的燃油消耗状态下正常工作。但是,汽车在日常使用的很多时候,我们就需要发动机具有不同的档位和速度,这样就在速度上产生了矛盾。这个矛盾就需要通过汽车的变速器齿轮传动来帮助解决。现在的汽车手动变速器齿轮的传动就根据汽车变速变扭的齿轮传动原理,分成各个档位互相对应不同的齿轮传动比,以适应不同的汽车运行状况。手动变速器的挡数越多越好,始终使发动机保持最佳的档位,档位多相邻档间的齿轮传动比的一个主要比值是转速变化小,换档容易而且变速可以很好地应对大部分的路况。齿轮传动变速系的特点是在档位增多后,增加了一个选用传动比最适合的挡位,从而使得发动机在行驶中处于最佳的经济性和工作状况的最佳机会,有利于大幅度地提高发动机燃油的经济性。所以现在的汽车的手动和无级变速器差不多都是采用5挡或以上。而发动机采用无级档位的变速器,在任何的条件下都给发动机提供了一个使得发动机在最经济的工况下正常工作的最佳可能。所以汽车的发动机燃油消耗和经济性将显著得到提高。发动机档位的挡数越多,变速越圆滑。发动机可以更精确地适速适档,经济性自然会显著提高。

  5.4.1六工况循环测试图

  但是等速百公里油耗基本上不能反映汽车的实际行驶状况,因为汽车至少要有起步停车、制动加速等。为此,为了全面反映汽车的实际运行情况,各国在对实际行驶车辆进行跟踪测试的统计基础上,制定了典型的循环行驶试验工况。按照这种循环行驶试验工况进行的百公里油耗试验,称为工况油耗试验工况法测油耗路上试验困难,一般在室内进行测试,使用的测试设备主要是电动底盘转鼓测功机(也可以简称底盘转鼓测功试验台)和电动油耗测量仪器。底盘转鼓测功机主要可以测量和模拟电动汽车各种的行驶速度和阻力,常由电动底盘转鼓、惯性飞轮、测功设备、控制台等部分组成。

  图5-4

  5.4.2等加速工况下燃油消耗量的计算

  图5-5

  以汽车在加速度上每增加1km/h为加速间隔,将一辆汽车在加速的整个过程中加速划分,分别为若干个不同加速速度小区间,计算各个加速小区间的平均加速油耗并将其与加速平均值之比相加,即得一辆车以汽车速度加速整个过程的平均油耗。

  由于单位时间内的燃油消耗量是关于转速n转矩T的二元关系式,所以不同的转速n转矩T对应的燃油消耗量不同,因此匀加速阶段的燃油消耗量的计算需要用积分的方法求解。

  此时汽车的功率平衡方程为:

  (式5-9)

  整个加速过程的燃油消耗量为

  (式5-10)

  5.4.3等减速工况下燃油消耗量的计算

  减速行驶时,油门全松开并进行轻微制动,发动机处于强制怠速状态,其耗油量即为正常怠速油耗。减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。

  减速所需的时间为:

  (式5-11)

  减速过程中的燃油消耗量为:

  (式5-12)

  5.4.4油耗计算

  由于本次论文课题的研究对象是多档位与单档位燃油经济性的对比,所以忽略加速过程及减速过程,视六工况过程为三段等速行驶过程无缝连接在一起,然后分别选取汽车档位中的三档四档和五档在此过程工作,另外使汽车使用三档这一单一档位在此过程中工作,最后分别计算其燃油消耗量。

  首先,先确定运行工况为40km/h,50km/h和60km/h三种车速依次进行,选择三档,四档和五档进行计算。

  选取车速为40km/h保持不变,选择三档传动比进行计算,对燃油消耗量进行讨论。

  考虑发动机附件的功率损失,汽车的发动机功率可以根据功率平衡关系由阻力功率计算获得。

  (式5-13)

  在5.2.3中,已求出三档对应的功率为24/kw。

  为获得一个对应于特定车速下的柴油发动机转速,需要知道柴油机速度和发动机转速的非线性关系的公式。特定的档位下柴油发动机的转速和发动机车速之间可以有一种如下的关系:

  (式5-14)

  在5.2.1中,已求出三档对应的发动机转速为2400r/min。

  在汽车发动机万有特性曲线图上,根据插值法计算可以得出的发动机功率、转矩或平均有效压力,结合对应的车速或发动机的转速,在万有特性曲线图上直接利用插值法计算即可直接确定对应的发动机燃油平均消耗率,其值为b,从而我们就可以精确地计算得出该动机在车速下等速百公里行驶时发动机在单位百公里时间内的发动机燃油平均消耗量。再根据发动机在等速百公里行驶100公里所需的燃油消耗时间长度进行了折算,即可精确地得到该动机在车速下的等速百公里行驶时的燃油平均消耗量,其值为:

  (式5-15)

  由万有特性曲线图可得出三档对应的燃油消耗率为250g/kw/h。

  则车速为40km/h,档位选取三档时,汽车的百公里燃油消耗量为20.56L。

  按照以上计算步骤分别计算四档五档对应速度为50km/h和60km/h时的燃油消耗量和三档对应速度为50km/h和60km/h时的燃油消耗量。

  车速为50km/h,档位选取四档时,对应的功率为20kw,对应的发动机转速为2000r/min,由万有特性曲线图可得出三档对应的燃油消耗率为250g/kw/h。汽车的百公里燃油消耗量为13.71L。

  车速为60km/h,档位选取五档时,对应的功率为20kw,对应的发动机转速为2000r/min,由万有特性曲线图可得出三档对应的燃油消耗率为250g/kw/h。汽车的百公里燃油消耗量为11.42L。

  车速为50km/h,档位选取三档时,对应的功率为35kw,对应的发动机转速为3000r/min,由万有特性曲线图可得出三档对应的燃油消耗率为260g/kw/h。汽车的百公里燃油消耗量为23.26L。

  车速为60km/h,档位选取三档时,对应的功率为40kw,对应的发动机转速为3500r/min,由万有特性曲线图可得出三档对应的燃油消耗率为270g/kw/h。汽车的百公里燃油消耗量为24.68L。

  在汽车行驶过程中,选用多个档位时的行驶油耗为45.69L,选用单一档位时的行驶油耗为68.5L。