汽车动力性能检测.ppt

项目二 汽车动力性能检测 1 动力性评价指标 v最高车速 v加速性能 v上坡能力 2 汽车的驱动力 3 一、滚动阻力 v 滚动阻力Ff是当车轮在路面上滚动时 ，由于两者间的相互作用和相应变形所 引起的能量损失的总称。 v滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮载荷的乘积 ： v Ff Wf 4 二、空气阻力 v 汽车直线行驶时受到的空气作用力在 行驶方向上的分力称为空气阻力。 v空气阻力分为摩擦阻力与压力阻力两部 分。 v 摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表 面产生的切向力在行驶方向上的分力； v 压力阻力是作用在汽车外形表面上的 法向压力在行驶方向上的分力。 v 压力阻力分为形状阻力、干扰阻力、 内循环阻力和诱导阻力等四部分。 5 空气阻力计算公式 6 空气阻力系数CD v CD值的大小和汽车外形关系极大，这就要求 汽车外形的流线型好。CD值可通过风洞试验测 定。根据现代空气动力学的原理，轿车车身常 采用下列方法降低CD值。 v 1）整车 v （1）在汽车侧视图上，它应前低后高 ，使车身呈l2的负迎角。这可减少流 人车底的空气量，使CD值下降，并可减 少升力。 v （2）在俯视图上，车身两侧应为腰鼓 形，前端呈半圆状，后端有些收缩。 7 8 空气阻力系数CD v 2）车身前部 v （1）发动机罩向前下方倾斜，面与面的交接处为大 圆弧的圆柱面。 v （2）挡风玻璃为圆弧状，尽可能躺平且与中部供起 的车顶盖圆滑过渡。前窗与水平线夹角为30左右时， CD值最低。 v （3）前后玻璃支柱应圆滑，窗框高出玻璃面的程度 应尽可能小。 v （4）用埋入式大灯、小灯和门把，灯的玻璃罩与车 头车尾组成圆滑的整体。 v （5）后视镜等凸出物的形状应接近流线型。 v （6）拱形保险杠与车头连成连续圆滑的整体。 v （7）在保险杠之下的车头处，安装适当长度的向前 或前下方伸出的阻流板，虽然它本身产生一定的阻力 ，但它能抑制车头处较大涡流的产生。 9 空气阻力系数CD v 3)汽车后部 v （1）在汽车侧视图上，后窗玻璃与水平线 呈25夹角以下的称为快背式车身；呈25 50夹角的称为舱背式车身。最好采用快背式 或舱背式。 v （2）在其后端装有凸起的扰流板。它具有 阻滞作用，使流过车身上表面气流的速度降低 ，从而降低了垂直于后窗表面的负压力的绝对 值，使空气阻力减小。 v （3）在外观上有行李箱的称为折背式车身 ，它的后窗玻璃与水平线尽可能呈30角，并 采用短而高的行李箱。 10 空气阻力系数CD v 4）车身底部 v （1）所有零部件在车身下应尽量齐 平，最好有平滑的底板盖住底部。 v （2）盖板从车身中部或从车轮以后 上翘约为6角，这可顺利地引导车身下 的气流流向尾部，减少在车尾后形成的 涡流，使CD值下降。 11 v 5）发动机冷却进风系统 v 恰当地选择进出风口位置、尺寸和形状，很 好地设计通风道，在保证冷却效果的前提下， 尽量减少气流内循环阻力。 v 随着汽车的速度不断提高，汽车的CD值在不 断地降低，如奥迪100型轿车在型基础 上采用优化措施，使CD值由原来的0.42降至 0.30。预计在不久的将来，轿车CD值可达0.2 。 v 随着高速公路的发展，载货汽车的外形设计 也采用了减少CD值的方法。驾驶室顶盖、挡 v 风玻璃及前胜在侧视图上具有大的圆弧，特 别是整个驾驶室装用导流板装置，可大幅度减 少CD值。 12 三 坡度阻力 v汽车上坡行驶时，汽车重力沿坡道的分力称为汽车上坡阻力F v F Gsin (在坡度较大时 ) v 道路坡度用坡道角及坡度i表示。 v 坡度是坡高h与相应的水平距离s之比，可用百分比表示的，即 ： v i = h/s = tan= sin v F G i ( 当坡度角不大时 ) v 由于坡度阻力与滚动阻力都是与道路有关的阻力，而且都和汽 车重力成正比所以可把这两种阻力合在一起考虑，称为道路阻 力，用F表示，即： v F = Ff + Fi = fG cos + G sin = Gf +Gi = G(f+i) v f + i = 称为道路阻力系数，则： v F = G 13 四、加速阻力 v 汽车加速行驶时，需要克服汽车质量加速运动时的惯性力，这 就是加速阻力FJ。 v 汽车的质量包括平移质量和旋转质量两部分，加速时平移质量产 生惯性力，旋转质量（主要是曲轴、飞轮、离合器总成和所有车轮 ）产生惯性力偶力矩。为了计算方便，通常把旋转质量的惯性力偶 力矩转化为平移质量的惯性力，计算时，用系数作为计入旋转质 量惯性力偶矩的汽车质量换算系数。因此，汽车加速时的加速阻力 为： v v v 主要和飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关。 v 14 v 汽车的行驶阻力为： v F Ff 十 Fw 十Fi 十 Fj 15 汽车的驱动力平衡方程 v 汽车行驶时，作用于汽车的外力有驱动力和行驶阻力， 它们相互平衡。表示汽车驱动力与行驶阻力之间关系的等 式，称为汽车的驱动力平衡方程，即： v v或 v v 说明汽车行驶中驱动力与各行驶阻力的平衡关系。 v 反映了汽车的结构参数与使用参数的内在联系。 v 汽车驱动力平衡方程可由严格的受力分析推导 而得。 16 汽车行驶的驱动与附着条件 v 一 、汽车行驶的 驱动条件 v 由汽车驱动力平衡方程可知： v Ft = Ff+ Fw + Fi时，汽车将 等速行驶； v Ft Ff+ Fw + Fi时，汽车将 加速行驶； v Ft Ff+ Fw + Fi时，汽车将 无法开动或减速行驶以至停车。 v 可见汽车行驶的必要条件是： 称为汽车的驱动条件。 17 二 、汽车行驶的附着条件 v 在一定的轮胎与路面条件下，当驱动力 增大到一定程度时，驱动轮将出现滑转现象 ，增大驱动轮的转矩，只能使驱动轮加速旋 转，地面明向反作用力并不增加。这表明汽 车行驶还要受轮胎与路面附着条件的限制。 v 汽车行驶的附着条件可近似地写成： v Ft F 18 三、汽车的驱动与附着条件 v 将汽车的驱动条体与附着条件联写，则得： v Ff+ Fw + Fi Ft F v 上式即汽车行驶的驱动与附着条件，也是汽 车行驶的充分与必要条件。 v 汽车行驶首先要满足驱动条件，即汽车本 身具有产生足够驱动力的必要条件。 v 保证汽车正常行驶，轮胎与地面必须有良好 的附着性能，即附着力足够大，地面才能在附着 力的限制下对驱动轮作用足够的切向反作用。 19 四、影响附着系数的因素 影响附着系数的主要因素是：路面的种 类和状况、轮胎的结构和气压，还有其他一 些使用因素。 1 路面的种类和状况 2 轮胎的结构和气压 3 使用因素 20 汽车的驱动力一行驶阻力 平衡图与动力特性图 v 一、驱动力一行驶阻力平衡图 v 前面已得到汽车的行驶驱动力方程： v Ft = Ff + Fw + Fi + Fj v 汽车驱动力方程表明了汽车行驶时驱动力和外 界阻力之间的相互关系。， v 可以确定汽车在节气门全开时可能达到的最高 车速、加速能力和爬坡能力。 21 v 汽车行驶驱动力方程通常用图解法进行 分析，比较清晰形象。 v 图解法就是在汽车驱动力图上再画上汽 车行驶中经常遇到的滚动阻力和空气阻力曲 线，作出汽车驱动力一行驶阻力平衡图，并 用来确定汽车的动力性。 v 图上既有各档的驱动力，又有滚动阻力 以及滚动阻力和空气阻力叠加后得到的行驶 阻力曲线。 22 汽车驱动力行驶阻力图 23 汽车行驶最高速度图解法 v 从图上可以清楚地看出不同车速时驱动力和 行驶阻力之间的关系。ft曲线与(FfFw)曲线的 交点便是uamax。因为此时驱动力和行驶阻力相 等，汽车处于相对稳定的平衡状态。图中最高 车速为88kmh。 v 从图上还可以看出，当车速低于最高车速时 ，驱动力大于行驶阻力。这样，汽车就可以利 用剩下来的驱动力加速或爬坡。 v 当需要在60kmh等速行驶时，驾驶员可以 减小节气门开度(图中虚线)，此时发动机只用 部分负荷特性工作，相应地得到虚线所示驱动 力曲线以使汽车达到新的平衡。 24 汽车的动力特性图 v 利用汽车的驱动力一行驶阻力平衡图，可以确定一台 汽车的最高车速、加速能力和上坡能力，可以评价同一类型 汽车的动力性，但它不能用于评价不同类型汽车的动力性。 因为汽车的道路阻力和加速阻力均与汽车重力成正比，空气 阻力则与汽车外形等因素有关，所以不能单纯根据汽车驱动 力的大小，简单地判定汽车的动力性。 v 需要有一个既考虑驱动力又包括汽车重力和空气阻力的 综合性参数。为此将汽车驱动力平衡方程进行一定的变换， 即可求得评价不同汽车的动力性参数： v 汽车的动力因数 D 25 汽车的动力特性图 26 (一)汽车的动力因数和动力特性图 v由汽车行驶驱动力方程： v v v将汽车行驶动力方程两边除以汽车重力。当 较小时，经整理得： 27 汽车的动力特性图 28 汽车的功率平衡 v 汽车行驶时，其驱动力和行驶阻力是相互平衡的 ，汽车发动机输出功率和汽车行驶的阻力功率也总是 平衡的。在汽车行驶时的每一时刻，发动机发出的功 率始终等于机械传动损失与全部运动阻力所消耗的功 率。 v 汽车功率平衡方程式： v v 29 影响汽车动力性的主要因素 v 为了提高汽车的动力性，使汽车具 有合理的动力性参数，必须对影响汽车 动力性的各种因素进行分析。影响汽车 动力性的主要因素有： v 发动机特性； v 传动系参数； v 汽车质量和使用因素等。 30 一、发动机特性 v 发动机特性受其结构型式的影响，不同种类的发 动机有不同的特性。 v 活塞式发动机的汽车在车速低时后备功率小，能提供的驱动力 也小，这是因为该发动机在低转速时功率较小，若不配备变速器 ，只能通过很小的坡度。汽车上配备的发动机的功率越大,则汽车 的动力性越好，但功率过大，会使经济性降低。 v 为了评价汽车的动力性能，可用汽车的比功率作为 指标。 v 比功率是发动机最大功率Pemax与汽车总质量m之比，即Pm ，也称功率利用系数，其值大小因汽车型式的不同而异。 v 汽车发动机的转矩特性对汽车动力性有很大影响。 v 低速发动机，其转矩变化较大，适应性系数稍高，在低速范围 内，具有较大的转矩，但转速低将导致功率下降，降低了高速行 驶时的汽车动力性。 v 高速发动机，其转矩变化较小，适应性系数稍减，但选择了适 当的传动系后，可以使转矩随转速增加而下降缓慢。 31 二、传动系参数 v 传动系对汽车动力性的影响取决于主减速器 传动比、变速器档数与传动比等。 v(一)主减速器传动比 v 对于装有一定发动机的汽车，其动力性可因 改变主减速器传动比i o而有所变化。 v 从提高汽车的加速性出发，io应尽可能大， 但若过分增大io，将使汽车最高速度uamax减小 ，并使发动机以较高转速工作，而影响其寿命 。 v 由于io加大，与之相应的主传动器外形尺寸加大， 使结构过于复杂，并减小驱动桥的离地间隙，影响汽 车的通过性。 32 三、汽车总质量 v 汽车总质量增加，则汽车动力性能下降。所 以，减轻汽车自重，会改善汽车的动力性、对 具有相同载质量的不同汽车，其自重较小者， 总质量亦较小，因而动力性较好。对于自重占 汽车总质量比例较大的轿车，减轻自重所得的 效果亦显著。 v 在货车中，为了提高运货量，采用挂车，则 汽车总质量增加，汽车动力性变差，即汽车带 上整车后的平均行驶速度将有所降低，但由于 运货量增加，只要运输生产率增加，对汽车运 输仍是有利的。 33 四、使用因素 v 汽车的动力性还在不同程度上受 到汽车运行条件的影响， v 如道路、气候、海拔高度、驾驶 技术、技术维护与调整、交通规则 与运输组织等。 v 在汽车使用过程中，加强维护， 采用正确的驾驶方法，合理的运输 组织，充分发挥汽车的动力性能， 以提高运输速度与运输生产率。 34 发动机综合性能检测 v一. 发动机综合性能检测的基本内容及特点 v 发动机是汽车的动力源，是汽车的心脏，汽车的 一些基本技术性能都直接或间接地与发动机的相关 性能相联系。所以发动机综合性能的检测对整车性 能的了解至关重要。 v 发动机技术状况变化的主要外观症状有：功率下 降，燃料与润滑油消耗量增加，起动困难，漏水、 漏油、漏气、漏电以及运转中有异常响声等。 35 发动机综合性能检测 v 发动机台架试验是发动机拆离汽车以测功机吸收 发动机的输出功率进行定量测定； v 发动机综合性能检测装置主要是在检测线上或汽 车调试站内就车对发动机各系统的工作状态，如发 动机功率、点火、喷油、电控系统和传感元件以及 进排气系统和机械工作状态等的静态和动态参数进 行分析，为发动机技术状况判断和故障诊断提供科 学依据，有专家系统的发动机综合分析仪还具有故 障自动判断功能，有排气分析选件的综合分析仪还 能测定汽车排放指标。 36 发动机综合性能检测 v 发动机台架试验是发动机拆离汽车以测功机吸收 发动机的输出功率进行定量测定； v 发动机综合性能检测装置主要是在检测线上或汽 车调试站内就车对发动机各系统的工作状态，如发 动机功率、点火、喷油、电控系统和传感元件以及 进排气系统和机械工作状态等的静态和动态参数进 行分析，为发动机技术状况判断和故障诊断提供科 学依据，有专家系统的发动机综合分析仪还具有故 障自动判断功能，有排气分析选件的综合分析仪还 能测定汽车排放指标。 37 发动机综合分析仪的基本功能： v(1)无外载测功功能即加速测功法。 v(2)检测点火系统。初级与次级点火波形的采集与处理，平列波、 并列波与重叠波和重叠角的处理与显示，断电器闭合角和开启角 ，点火提前角的测定等。 v(3)机械和电控喷油过程各参数(压力、波形、喷油、脉宽、喷油 提前角等)的测定。 v(4)进气歧管真空度波形测定与分析。 v(5)各缸工作均匀性测定。 v(6)起动过程参数(电堰、电流、转速)测定。 v(7)各缸压缩压力判断。 v(8)电控供油系统各传感器的参数测定。 v(9)万用表功能 v(10)排气分析功能。 38 发动机综合性能检测仪特点 v 发动机综合性能检测仪具有以下特点: v (1)动态的测试功能 它的传感系统和信号采集与记忆 存储系统能迅速准确地捕获发动机各瞬变参数的时间函 数曲线，这些动态参数才是刘发动机进行有效判断的科 学依。 v (2)通用性 测试过程不依据被检车辆的数据卡(即测试 软件)；只针对基本结构和各苎统的形式和工作原理进行 测试，因此它的检测结果具有良好的普遍性，其检测方 法同样也具有最广泛的通用性。 v (3)主动性 发动机综合检测仪不仅能适时采集发动机 的动态参数，而灶还能主动地发出指令干预发动机工作 ，以完成某些特定的试验程序，如断缸试验等。由动力 特性图可确定汽车的最高车速、加速能力、最大爬坡度 。 39 发动机综合性能检测仪 40 二.发动机综合性能检测装置的 基本组成 v 由信号提取系统、信息处理系统、采 控显示系统三大部分组成。 v 信号提取系统 v 信号提取系统的任务在于提取汽车被测点的参数值 ，鉴于被测点的机械结构和参数性质不同，信号提取 装置必须具有多种形式以适应不同的测试部位。 v ）接触式 v ）非接触式 41 信号提取系统 42 点火系统检测与波形分析 v (一)点火系检测 v 首先使用先进电子技术的当属点火系统，而形式结构和工作原 理更新最快的也非点火系统莫属。现用点火系统大体分为以下四 类，它们在检测时的接线有所不同，必须区别对待。 v (1)由电磁、红外或霍尔元器件构成的非接触式断电器组成的点 火系统称为无触点点火器，其放大电路又分晶体管电路和电容放 电电路两种。 v (2)ECU控制的点火系由Ecu中的微处理器根据曲轴转角传感器 的信号确定点火时刻，因而它没有断电器，只有分电器，根据 Ecu送来的信号直接控制点火线圈初级电路的通断。 v (3)无分电器点火系统是当前最先进的点火系统，曲轴传感器送 来的不仅有点火时刻信号，而且还有气缸识别信号，从而使点火 系统能向指定的气缸在指定的时刻送去点火信号。这就要求每缸 配有独立的点火线圈或两个气缸配一个点火线圈，即六缸机为一 、六缸，二、五缸和三、四缸分别共用一个点火线圈，即共有三 个点火线圈。显然每一个点火线圈点火时，总有一个缸是空点火 ，检测时应注意到这一点。 43 (二)点火波形分析 v 1传统式点火系波形 。在发动机综 合性能分析仪的操作面板上按菜单选 择和确认按钮，使采控系统进入波形 显示状态，即可得到点火波形(具体 的操作步骤需按所用仪器的使用说明 书进行)。 v 1)单缸波形 v 图3-34所示为发动机l500rmin 时的单缸标准二次波形图。 v 图中波形上各点的含义如下： v a为断电器触点打开，二次电压急 剧上升；ab为击穿电压；bc为电容 放电； v cd为电感放电，称为火花线；de 为火花消失后，剩余磁场能维持的衰 减振荡； v e点为断电器触点闭合，ef为触点 闭合导致的负电压，并引起闭合振荡 ；从左至右，ae为触点打开的全部时 间，ea为触点闭合的全部时间。 v 如果时间用分电器凸轮轴转角表示 ，则ae为断电器触点张开角，ea为 断电器触点闭合角。 44 多缸平列波形和多缸并列波形 v 多缸平列波 v 即在屏幕上从左至 右按点火次序将所有 各缸点火波形首尾相 连的一种排列方式。 六缸发动机的标准二 次平列波形如图3-36 所示。 45 多缸平列波形和多缸并列波形 v多缸并列波 v即在屏幕上从下到上 按点火次序将所有各 缸点火波形之首对齐 并分别放置的一种排 列方式，六缸发动机 的标准二次并列波形 如图3-37所示。 46 多缸重叠波形 v 多缸重叠波形 v 是将各单缸波 形之首对齐并重叠 在一起的排列方式 。六缸发动机的标 准二次重叠波形如 图3-35所示。 47 波形上的故障反映区 v 如果实波形与标准波 形相比有差异，说明点 火系有故障。传统点火 系的故障在波形上有四 个主要反映区，如图3- 38所示。 v 图中A区为断电器触 点故障反映区，B区为电 容器、点火线圈故障反 映区，c区为电容器、断 电器触点故障反映区，D 区为配电器、火花塞故 障反映区。 48 三、发动机功率的检测 v 发动机的有效功率是曲轴对外输出的功率，是一个 综合性评价指标、通过该指标可以定性地确定发动机 的技术状况，并定量地获得发动机的动力性。检测发 动机有效功率的方法，有稳态测功和动态测功两种。 v(一)稳态测功 v 稳态测功是指发动机在节气门开度一定、转速一定和其他参数 保持不变的稳定状态下，在测功器上测定功率的一种方法。 v 常见的测功器有水力测功器、电力测功器和电涡流测功器等。 测功器可测出发动机的转速和转矩，然后通过计算得出功率。 v 稳态测功时，不论发动机的工作行程数和形式如何其有效功 率Pe (kW)、有效转矩Te ，和转速n均具有下列关系： v Pe = Te n / 9550 v 式中： Te 一发动机有效转矩(Nm)； v n发动机转速(rmin)。 49 动态测功 v 动态测功是指发动机在节气门开度和转速等均为变 动的状态下，测定其功率的一种方法。动态测功时， 无需对发动机施加外部负荷，故又称为无负荷测功或 无外载测功。 v 动态测功的基本方法是： v 当发动机在怠速或处于空载某一低速下运转时，突