汽车理论最新版课后答案第2章

第二章 汽车的燃油经济性

2.1“车开得慢，油门踩得小，就一定省油”，或者“只要发动机省油，汽车就一定省油”这两种说法对不对？ 答：不对。由汽车百公里等速耗油量图，汽车一般在接近低速的中等车速时燃油消耗量最低，并不是在车速越低越省油。由汽车等速百公里油耗算式（2-1）知，汽车油耗量不仅与发动机燃油消耗率有关，而且还与发动机功率以及车速有关，发动机省油时汽车不一定就省油。

2.2试述无级变速器与汽车动力性、燃油经济性的关系。

答：为了最大限度提高汽车的动力性，要求无级变速器的传动比似的发动机在任何车速下都能发出最大功率。为了提高汽车的燃油经济性，应该根据“最小燃油消耗特性”曲线确定无级变速器的调节特性。二者的要求是不一致的，一般地，无级变速器的工作模式应该在加速阶段具有良好的动力性，在正常行驶状态具有较好的经济性。

2.3用发动机的“最小燃油消耗特性”和克服行驶阻力应提供的功率曲线，确定保证发动机在最经济状况下工作的“无级变速器调节特性”。

答：由发动机在各种转速下的负荷特性曲线的包络线即为发动机提供一定功率时的最低燃油消耗率曲线，如课本图2-9a 。利用此图可以找出发动机提供一定功率时的最经济状况（转速与负荷）。把各功率下最经济状况运转的转速与负荷率表明在外特性曲线上，便得到“最小燃油消耗特性”。无级变速器的传动比i'与发动机转速n 及汽车行驶速度之间关系（0'0.377

a

nr

i i u =），便可确定无级变速器的调节特性，具体方法参见课本P47。 2.4如何从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性？

答：汽车底盘设计应该从合理匹配传动系传动比、缩减尺寸和减轻质量来提高燃油经济性。 2.5为什么汽车发动机与传动系统匹配不好会影响汽车燃油经济性与动力性？试举例说明。

答：在一定道路条件下和车速下，虽然发动机发出的功率相同，但传动比大时，后备功率越大，加速和爬坡能力越强，但发动机负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，传动比小时则相反。所以传动系统的设计应该综合考虑动力性和经济性因素。如最小传动比的选择，根据汽车功率平衡图可得到最高车速u max (驱动力曲线与行驶阻力曲线的交点处车速)，发动机达到最大功率时的车速为u p 。当主传动比较小时，u p >u max ，汽车后备功率小，动力性差，燃油经济性好。当主传动比较大时，则相反。最小传动比的选择则应使u p 与u max 相近，不可为追求单纯的的动力性或经济性而降低另一方面的性能。

2.6试分析超速档对汽车动力性和燃油经济性的影响。

答：汽车在超速档行驶时，发动机负荷率高，燃油经济性好。但此时，汽车后备功率小，所以需要设计合适的次一挡传动比保证汽车的动力性需要。

2.7已知货车装用汽油发动机的负荷特性与万有特性。负荷特性曲线的拟合公式为：

44332210e e e e P B P B P B P B B b ++++=

其中，b 为燃油消耗率[g/(kW ?h)]；Pe 为发动机净功率（kW ）；拟合式中的系数随转速n 变化。怠速油耗s mL Q id /299.0=（怠速转速400r/min ）。 计算与绘制题1.3中货车的

1）汽车功率平衡图。

2）最高档与次高档的等速百公里油耗曲线

3）利用计算机求货车按JB3352-83规定的六工况循环行驶的百公里油耗。计算中确定燃油消耗值b 时，若发动机转速与负荷特性中给定的转速不相等，可由相邻转速的两根曲线用插值法求得。

注意：发动机净功率和外特性功率的概念不同。发动机外特性功率是发动机节气门全开时的功率，计算公式为

9550

tq e T n P =

，在某一转速下，外特性功率是唯一确定的。发动机净功率则表示发动机的实际发出功率，可以根据汽车

行驶时的功率平衡求得，和转速没有一一对应关系。

解：（1）汽车功率平衡图

发动机功率在各档下的功率e P 、汽车经常遇到的阻力功率

T

W

f P P η+对车速a u 的关系曲线即为汽车功率平衡图，

其中：

)(30000

106023

kW n T n T P tq tq e ππ=??=-，00.377a g u i i n r =

——tq T 为发动机转矩（单位为m N ?）

???

? ??+=+76140360013

a

D a T T

W

f Au C Gfu P P ηη 编程计算，汽车的功率平衡图为：

2）最高档和次高档的等速百公里油耗曲线

先确定最高档和次高档的发动机转速的范围，然后利用00.377a g

rn

u i i =

，求出对应档位的车速。由于汽车是等速行驶，因此发动机发出的功率应该与汽车受到的阻力功率折合到曲轴上的功率相等，即()3600f W a

e T

F F u P η+=

。然后根据不

同的e P 和n ，用题中给出的拟合公式求出对应工况的燃油消耗率。先利用表中的数据，使用插值法，求出每个n 值所对应的拟合式系数：01234,,,,B B B B B 。在这里为了保证曲线的光滑性，使用了三次样条插值。利用求得的各个车速对应下的功率求出对应的耗油量燃油消耗率b 。利用公式： 1.02s a Pb

Q u g

ρ=，即可求出对应的车速的百公里油耗

（/100L km ）。

实际绘出的最高档与次高档的等速百公里油耗曲线如下：

从图上可以明显看出，第三档的油耗比在同一车速下，四档的油耗高得多。这是因为在同一车速等速行驶下，汽车所受到的阻力基本相等，因此e P 基本相等，但是在同一车速下，三档的负荷率要比四档小。这就导致了四档的油耗较小。

但是上图存在一个问题，就是在两头百公里油耗的变化比较奇怪。这是由于插值点的范围比节点的范围要来得大，于是在转速超出了数据给出的范围的部分，插值的结果是不可信的。但是这对处在中部的插值结果影响不大。而且在完成后面部分的时候发现，其实只需使用到中间的部分即可。

（3）按JB3352-83规定的六工况循环行驶的百公里油耗。

从功率平衡图上面可以发现，III 档与IV 档可以满足六工况测试的速度范围要求。分为III 档和IV 档进行计算。 先求匀速行驶部分的油耗

先使用()3600f W a

e T

F F u P η+=

，求出在各个速度下，发动机所应该提供的功率。然后利用插值法求出，三个匀速行驶

速度对应的燃油消耗率b 。由102a Pbs

Q u g

ρ=

求出三段匀速行驶部分的燃油消耗量（mL ）。

计算的结果如下： 匀速行驶阶段： 第一段 第二段 第三段 匀速行驶速度/(/)km h 25 40 50 持续距离/()m 50 250 250 发动机功率/()e P kw

4.7073

9.2008 13.4170 燃油消耗率/[/()]b g kW h g

三档 678.3233 563.0756 581.3972 四档 492.3757 426.5637 372.6138 燃油消耗量/()Q ml

三档 8.8681 44.9644 54.2024 四档

6.4371

34.0632

34.7380

再求匀加速阶段：

对于每个区段，以1/km h 为区间对速度区段划分。对应每一个车速a u ，都可以求出对应的发动机功率：

313600761403600a D a a T Gfu C Au mu du P dt δη?

?=++? ??

。此时，车速与功率的关系已经发生改变，因此应该要重新对燃油消耗率的拟

合公式中的系数进行插值。插值求出对应的各个车速的燃油消耗率b ，进而用367.1t Pb

Q g

ρ=求出每个速度对应的燃

油消耗率012,,,t t t tn Q Q Q Q ……。每小段的加速时间：1

3.6

t du dt

?=

。每一个小区间的燃油消耗量：(1)1

()2

n t n tn Q Q Q t -=+?。对每个区间的燃油消耗量求和就可以得出加速过程的燃油消耗量。

计算结果如下：

匀减速阶段：

对于匀减速阶段，发动机处在怠速工况。怠速燃油消耗率id Q 是一定值。只要知道匀减速阶段的时间，就可以求出耗油量：d id Q Q t =。

0.299/19.3 5.77d id Q Q t mL s s mL ==?=。

根据以上的计算，可以求出该汽车分别在三档和四档的六工况耗油量： 三档：

8.868144.964454.202438.370544.2181 5.77100100

1075

18.2692L

s Q Q s +++++=

?=?=∑

四档：

6.437134.063234.738030.100138.4012 5.77100100

1075

13.9079L

s

Q Q s +++++=?=?=∑

一、关于插值方法的讨论：

在完成本题的第二个小问题，即求等速百公里油耗曲线的时候，处理题中所给的拟合函数的时候有两种处理方法：一是先使用已经给出的节点数据，使用插值方法，得出转速插值点的对应燃油消耗率b 。然后再进而求出对应车速的等速燃油消耗量。在这里的处理方法就是这种。从得到的等速百公里油耗曲线上可以发现，曲线有比较多的曲折。估计这是使用三次样条插值方法得到的结果。因为三次样条插值具有很好的光滑性。如果改用线形内插法的话，得到的曲线虽然不光滑，但是能够体现一个大体的趋势。经比较发现，使用三次样条插值得到的曲线中部与线形内插得到的曲线十分相似。

但是使用线形内插的最大问题在于，对于超出节点两头的地方无法插值。在处理的时候，如果把头尾的转速去掉，即只考虑n从815rpm到3804rpm的时候。在完成全部的计算任务之后，得到的三、四档的六工况百公里油耗如下：三档：18.4090L（与使用三次样条插值得到的结果相比，误差为：0.77%）

四档：14.0362L（与使用三次样条插值得到的结果相比，误差为：0.92%）

因此，两种方法得到的结果十分相近。

这种对系数进行插值的方法的精度依靠于所给出的拟合公式中各个系数与n之间的关系。如果存在很好的线形关系，则使用线性内插的精度比较高。

另外一种处理方法就是，先利用给出的各个节点数据，求出了八个b值，然后利用这八个b与ua的数据，进行插值。这种处理方法插值时所用的结点数比较少，插值得出的等速百公里油耗曲线比较平缓。

二、关于加速过程的加速阻力的处理讨论：

在计算匀加速过程的时候，因为比匀速行驶的时候，增加了加速阻力，因此车速与发动机功率之间的关系已经改变了。这样，就应该使用拟合公式，重新对b进行计算，得出在加速过程中，速度对应的燃油消耗率。而且对于不同的加速阶段（加速度不同），就会得到不同的b与ua的关系。但是，这种方法仍然只是对实际情况的一种近似。因为对于加速过程，发动机是处在一个瞬时动态过程，而前面的处理方法仍然是使用稳态的时候发动机的负荷特性进行计算。也就是说把加速阶段近似为一个加入了加速阻力功率的匀速过程来看待。这必然会出现一些误差。

2.8轮胎对汽车动力性、燃油经济性有些什么影响？

答：1）轮胎对汽车动力性的影响主要有三个方面：①轮胎的结构、帘线和橡胶的品种，对滚动阻力都有影响，轮胎的滚动阻力系数还会随车速与充气压力变化。滚动阻力系数的大小直接影响汽车的最高车速、极限最大加速度和爬坡度。②汽车车速达到某一临界值时，滚动阻力迅速增长，轮胎会发生很危险的驻波现象，所以汽车的最高车速应该低于该临界车速。③轮胎与地面之间的附着系数直接影响汽车的极限最大加速度和爬坡度。

2）轮胎对燃油经济性的影响

轮胎的滚动阻力系数直接影响汽车的燃油经济性。滚动阻力大燃油消耗量明显升高。

2.9为什么公共汽车起步后，驾驶员很快换入高档？

答：因为汽车在低档时发动机负荷率低，燃油消耗量好，高档时则相反，所以为了提高燃油经济性应该在起步后很快换入高档。

2.10达到动力性最佳换档时机是什么？达到燃油经济性的最佳换档时机是什么？二者是否相同？

答：达到动力性最佳应该使汽车加速到一定车速的时间最短，换档时机应根据加速度倒数曲线确定，保证其覆盖面积最小。达到燃油经济性的换档时机应该根据由“最小燃油消耗特性”确定的无级变速器理想变速特性，考虑道路的 值，在最接近理想变速特性曲线的点进行换档。二者一般是不相同的。