详解汽车档位.牵引力.行驶速度和发动机转速

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1、浅谈汽车档位.牵引力.行驶速度和发动机转速各类高中物理练习册在《机械能》一章中都要涉及到有关汽车功率、牵引力、行驶速度的问题，笔者查阅了有关资料并向汽车驾驶员请教后，就下列几个问题谈一些肤浅认识，望能起到抛砖引玉的作用。　　一、汽车发动机 发动机是一般汽车总体构造四大部分（发动机、底盘、车身和电气设备）的核心部分。发动机是汽车的动力装置，其作用是将所供入的燃料燃烧，使热能转变为机械能而发出动力，并通过汽车的传动系统驱动汽车行驶。发动机的技术指标主要有动力性指标（有效扭矩、有效功率、转速等）、经济性指标（燃油消耗率）以及运转性能指标（冷起动性能、噪声和排气品质等）。下面谈谈与本文有关的技术

2、指标。　　（1）有效扭矩 发动机通过飞轮对外输出的扭矩称为有效扭矩，用Me表示，单位为N•m．发动机的扭矩是由于燃烧气体作用在活塞上的力通过连杆椎动曲柄而产生的。　　（2）有效功率 发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率，用Pe表示，单位为kW。它是发动机克服了各部分摩擦阻力和驱动各种辅助装置（如水泵、机油泵等）所消耗的功率后所得到的净功率。有效功率的计算公式为:                   （3）转速 发动机的转速影响其结构形式与性能，提高发动机的转速可以使功率提高，但转速的提高受到许多条件的限制。　　（4）燃油消耗率（比油耗）发动机要发出1KW有效功率，在1小时内所消耗的燃

3、油质量（g），称燃油消耗率，用ge表示，单位为g/kW•h。ge越小，经济性越好。发动机的速度特性是指发动机的功率、扭矩和燃油消耗率随曲轴转速变化的规律。当油门开到最大时，所得到的速度特性称为发动机外特性，如图1所示。发动机外特性代表了发动机在使用中允许达到的最高性能，因此最为重要。一般发动机的铭牌上标明的功率Pe，扭矩Me及其相应的转速n，最低燃油消耗率ge等都是以外特性为依据的。发动机功率的大小，均标明产生该功率时曲轴的相应转速。如解放CA-10B型载重汽车，最大功率/转速为70千瓦/2800转/分，东风EQ-240型越野汽车最大功率/转速为99千瓦/3000转/分。一般习题中所说的

4、汽车额定功率就是指的最大有效功率。由图1可知，在n1～n2范围内，因Me和n都是逐渐增加的，故Pe是随n的增加而增加的。在n2～n3范围内，n虽然继续增加，但Me却逐渐降低，故Pe是缓慢地增加，到n3时Pe达最大值。转速超过n3时，虽然n是增加的，但由于Me下降很快，故Pe也逐渐下降。发动机最小燃油消耗率的相应转速为n5，它的数值一般介于n2和n3之间。因此，一般发动机工作时所使用的范围应尽可能在最大功率转速与最大扭矩转速之间，即提倡所谓的中速行车”，这样方可保证发动机在最佳动力性与经济性情况下工作。车速过高和过低，都将增加燃油的消耗。                          

5、  二、变速器 变速器是实现变速、传递和改变扭力的大小、改变汽车进退方向及使驱动车轮脱离发动机影响的传动装置。变速器一般由变速传动机构和变速操纵机构组成。变速传动机构的作用是改变转速及扭矩的数值和方向；操纵机构的作用是实现变速器传动比的变换——换档。发动机与变速器之间是离合器，离合器保证发动机的动力与传动机构可靠接合和彻底分离。　　变速器传动速度改变的大小，用传动速比i来表示。传动速比等于主动齿轮的转速n主与从动齿轮的转速n从之比；也等于从动轮的齿数Z从与主动轮的齿数Z主之比，即                       i=n主/n从=Z从/Z主 （2）　　变速器扭矩的改变：在略去变

6、速器传动摩擦损失的情况下，输入功率P入应等于输出功卒P出。由（L）式可知发动机的功率Pe主要取决于发动机的转速n和输出扭矩Me，故由P入=P出得:               即有              n入/n出=M出/M入 （3）　　   （3）式表明，在发动机输入的n入、M入不变时，变速器输出的n出降低多少，则输出的M出就增大多少；反之，n出增高多少，M出就减少多少。由（2）、（3）式得变速器传动比也等于从动轮上的扭矩M从与主动轮上的扭矩M主之比。这说明传动比既是降（增）速比，也是增（降）扭比。     三、如何改变速度和牵引力　　汽车的牵引力        F牵=M驱/r驱=

7、Me i•i主•ηm/r驱 （4）(4)式中的M驱为驱动扭矩；r驱为轮胎滚动半径； i主为主减速器速比。主减速器的作用是降低传动轴传来的转速，同时增大扭矩，并改变力的传动方向90°。nm为传动机构效率。由（4）式可知，当Me、nm、r驱一定时，速比越高，M驱和F牵越大。　　汽车变速亦称换档。一般汽车的档位分为低速档、中速档和高速档，如解放CA1091型汽车以一、二档为低速档，三档为中速档，四、五档为高速档。变速的实质是改变发动机的转