发动机的选择

第四节发动机的选择一、发动机形式的选择当前汽车上使用的发动机仍然是以往复式内燃机为主。它分为汽油机、柴油机两类。与汽油机比较，柴油机具有较好的燃油经济性，使用成本低，在相同的续驶里程内，可以设置容积小些的油箱。柴油机压缩比可以达到15～23，而汽油机一般控制在8～10；柴油机热效率高达38％，而汽油机为30％；柴油机工作可靠，寿命长，排污量少。柴油机的主要缺点是：由于提高了压缩比，要求活塞和缸盖的间隙尽可能小，加工精度比汽油机要求更高；因自燃产生的爆发压力很大，因此要求柴油机各部分的结构强度比汽油机高，使尺寸和质量加大，振动与噪声大。柴油机主要用于货车、大型客车上。随着发动机技术的进步，轻型车和轿车用柴油机有日益增多的趋势。根据发动机气缸排列形式不同，发动机有直列、水平对置和V型三种。气缸直列式排列具有结构简单、宽度窄、布置方便等优点。但当发动机缸数多时，长度尺寸过长，在汽车上布置困难，因此直列式适用于6缸以下的发动机。此外，直列式还有高度尺寸大的缺点。与直列发动机比较，V型发动机具有长度尺寸短因而曲轴刚度得到提高，高度尺寸小，发动机系列多等优点。其主要缺点是用于平头车时，因发动机宽而布置上较为困难，造价高。水平对置式发动机的主要优点是平衡好，高度低。V型发动机主要用于中、高级和高级轿车以及重型货车上，水平对置式发动机在少量大客车上得到应用。根据发动机冷却方式不同，发动机分为水冷与风冷两种。大部分汽车用水冷发动机，因为它具有冷却均匀可靠、散热良好、噪声小和能解决车内供暖问题，以及加大散热器面积后，能较好适应发动机增压后散热的需要等优点。水冷发动机的主要缺点是冷却系结构复杂；使用与维修不方便；冷却性能受环境温度影响较大，夏季冷却水容易过热，冬季又容易过冷，并且在室外存放，水结冰后能冻坏气缸缸体和散热器。当选用尺寸和质量小的发动机时，不仅有利于汽车小型化、轻量化，同时在保证客厢内部有足够空间的条件下，还能节约燃料。由于天然气资源充足，在今后一个阶段内天然气汽车将得到应用。无排气公害、无噪声的电动汽车，是理想的低污染车，在解决高能蓄电池和降低成本后会在汽车上得到推广使用。太阳能汽车也是理想的低污染汽车，目前还未达到商品化阶段。二、发动机主要性能指标的选择1、发动机最大功率maxeP和相应转速pn根据所需要的最高车速maxav(km／h)，用下式估算发动机最大功率)761403600(13maxmaxmaxaDaraTevACvgfmP(1—1)式中，maxeP为发动机最大功率(kW)；T为传动系效率，对驱动桥用单级主减速器的4x2汽车可取为90％；am为汽车总质量(kg)；g为重力加速度(m／2s)；rf为滚动阻力系数，对轿车rf=O.0165x[1+O.01(av-50)]，对货车取O.02，矿用自卸车取O.03，av用最高车速代入；DC为空气阻力系数，轿车取O.30～O.35，货车取O.80～1.OO，大客车取O.60～O．70；A为汽车正面投影面积(2m)；maxav为最高车速。参考同级汽车的比功率统计值，然后选定新设计汽车的比功率值，并乘以汽车总质量，也可以求得所需的最大功率值。最大功率转速pn的范围如下：汽油机的pn在3000～7000r／min，因轿车最高车速高，pn值多在4000r／min以上，轻型货车的pn值在4000～5000r／min之间，中型货车的pn值更低些。柴油机的pn值在1800～4000r／min之间，轿车和轻型货车用高速柴油机，pn值常取在3200～4000r／min之间，重型货车用柴油机的pn值取得低。2、发动机最大转矩maxeT及相应转速Tn用下式计算确定maxeTpeenPTmaxmax9549式中，maxeT为最大转矩(N·m)；a为转矩适应性系数，一般在1.1～1.3之间选取；maxeP为发动机最大功率(kW)；pn为最大功率转速(r／min)。要求pn／Tn在1.4～2.0之间选取。三、发动机的悬置汽车是多自由度的振动体，并受到各种振源的作用而发生振动。发动机就是振源之一。发动机是通过悬置元件安装在车架上。悬置元件既是弹性元件又是减振装置，其特性直接关系到发动机振动向车体的传递，并影响整车的振动与噪声。合理的悬置不但可以减小振动、降低噪声以改善乘坐舒适性，还能提高零部件和整车寿命。因此，发动机的悬置设计越来越受到设计者的重视。发动机悬置应满足下述要求：因悬置元件要承受动力总成的质量，为使其不产生过大的静位移而影响工作，因此要求悬置元件刚度大些为好；发动机本身的激励以及来自路面的激励都经过悬置元件来传递，因此又要求悬置元件有良好的隔振性能；因发动机工作频带宽，大约在10～500Hz范围内，要求悬置元件有减振降噪功能，并要求悬置元件工作在低频大振幅时(如发动机怠速状态)提供大的阻尼特性，而在高频低幅振动激励下提供低的动刚度特性，以衰减高频噪声；悬置元件还应当满足耐机械疲劳、橡胶材料的热稳定性及抗腐蚀能力等方面的要求。传统的橡胶悬置由金属板件和橡胶组成，见图1-5。其特点是结构简单，制造成本低，但动刚度和阻尼损失角θ(阻尼损失角越大表明悬置元件提供的阻尼越大)的特性曲基本上不随激励频率变化，如图1-6所示。图1-5橡胶悬置结构图液压阻尼式橡胶悬置(以下简称液压悬置)的动刚度及阻尼损失角有很强的变频特性，见图1-6。从图1-6a看到，液压悬置的动刚度在10Hz左右达到最小，在20Hz左右达到最大，而后开始下降；在频率超过30Hz以后趋于平稳。图1-6b表明液压悬置阻尼损失角在5～25Hz范围内比较大，这一特性对于衰减发动机怠速频段内(一般为20～25Hz)的大幅振动十分有利。图1-7所示为液压悬置结构简图，图中螺纹联接杆1与发动机支承臂联接，底座8的螺孔与车身联接，液压悬置主要由橡胶主簧11、惯性通道体10、橡胶底膜7和底座8构成。惯性通道体把液压悬置分为上、下两个液室，内部充满液体。由具有节流孔的惯性通道体连通上下两个液室。通常下室体积刚度比上室低。当经发动机支承臂传至螺纹联接杆的载荷发生变化时，上室内的压力跟随变化。如果上室液体受到压缩，则液体经节流孔流人下室；当上室受到的压力解除后，液体又流回上室。液体经节流孔上、下流动过程中产生的阻尼吸收了振动能量，减轻了发动机振动向车身(架)的传递，起到隔振作用。液压悬置目前在轿车上得到比较广泛的应用。发动机前悬置点应布置在动力总成质心附近，支座应尽可能宽些并布置在排气管之前。