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1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配講課內(nèi)容第11章運(yùn)行特性與整車匹配
仍關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性:點(diǎn)工況線工況面工況從發(fā)動(dòng)機(jī)本身‘質(zhì)’和‘量’環(huán)節(jié)提高動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性在整車上提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能(匹配)1)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況(operatingcondition):負(fù)荷Ttq,pme(Pe)vs轉(zhuǎn)速n(1)點(diǎn)工況:抽水機(jī)①(2)線工況:發(fā)電機(jī)組②;船舶發(fā)動(dòng)機(jī)③(3)面工況:汽車;拖拉機(jī)a—最大功率限制線b—最高轉(zhuǎn)速限制線c—最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速限制線d—怠速線e—倒拖線主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配點(diǎn)工況:運(yùn)行過(guò)程中,轉(zhuǎn)速和負(fù)荷保持不變,如排灌所用的水泵的動(dòng)力點(diǎn)工況:運(yùn)行過(guò)程中,轉(zhuǎn)速和負(fù)荷保持不變,如排灌所用的水泵的動(dòng)力線工況2:其特點(diǎn)是內(nèi)燃機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速接近于冪函數(shù)關(guān)系,如圖中的曲線2示的三次冪函數(shù)()。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)作為船用主機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳時(shí),內(nèi)燃機(jī)所發(fā)出的功率必須與螺旋槳吸收的功率相等,而吸收功率又取決于螺旋槳轉(zhuǎn)速的高低,且與轉(zhuǎn)速成冪函數(shù)關(guān)系,這樣,內(nèi)燃機(jī)功率就呈現(xiàn)一種十分有規(guī)律的變化。該類工況常被稱為螺旋槳工況或推進(jìn)工況,也屬于線工況。
面工況:其特點(diǎn)是功率與轉(zhuǎn)速都在很大范圍內(nèi)變化,它們之間沒(méi)有特定的關(guān)系。汽車及其他陸地運(yùn)輸用內(nèi)燃機(jī),都居于這種工況。此時(shí),內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于行駛速度、可以從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速一直變到最高轉(zhuǎn)速;負(fù)荷取決于行駛阻力,在同一轉(zhuǎn)速下,可以從零變到全負(fù)荷。內(nèi)燃機(jī)可能的工作區(qū)域就是該種類型內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際工作區(qū)域,相應(yīng)的上況區(qū)域稱為面工況。2)發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定功率(ratedpower)標(biāo)定工況:發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上規(guī)定的最大輸出功率及其對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速所確定的工況。(1)15分鐘功率:車用發(fā)動(dòng)機(jī)(2)1小時(shí)功率:拖拉機(jī)、工程機(jī)械(3)12小時(shí)功率:排灌、電站(4)持續(xù)功率:遠(yuǎn)洋船舶、機(jī)車同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),標(biāo)定功率的時(shí)間越長(zhǎng),標(biāo)定功率越小。主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配主要內(nèi)容發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線的定義:
在一定條件下,發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)與特性參數(shù)隨各種可變因素的變化規(guī)律。1)按工作特點(diǎn)分類穩(wěn)態(tài)特性:性能參數(shù)和特性參數(shù)不隨時(shí)間變化的特性。動(dòng)態(tài)特性:性能參數(shù)或特性參數(shù)至少有一個(gè)參數(shù)隨時(shí)間變化的特性,又稱為瞬態(tài)特性。動(dòng)態(tài)空燃比變化:加速加濃;減速減稀1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配動(dòng)態(tài)過(guò)程非常復(fù)雜穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)2)按參數(shù)性質(zhì)分類調(diào)整特性:轉(zhuǎn)速和油量調(diào)節(jié)位置不變(節(jié)氣門或油量調(diào)節(jié)桿),發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整參數(shù)(ig,fj,a,,配氣相位,氣門升程,歧管長(zhǎng)度,渦輪噴嘴等)的變化規(guī)律。(目的:使發(fā)動(dòng)機(jī)性能最優(yōu))主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配上述調(diào)整參數(shù)都可以用電控技術(shù)實(shí)現(xiàn):(可變技術(shù)-Variable…)主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配2)按參數(shù)性質(zhì)分類(2)運(yùn)行特性:在一定條件下,發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)隨運(yùn)行工況參數(shù)(負(fù)荷和轉(zhuǎn)速)的變化規(guī)律(在穩(wěn)態(tài)條件下)。速度特性—油量調(diào)節(jié)部位不變,性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。負(fù)荷特性—速度不變,性能指標(biāo)隨負(fù)荷變化的規(guī)律。全(萬(wàn)有)特性—轉(zhuǎn)速和負(fù)荷都變化時(shí),性能指標(biāo)的變化規(guī)律。2)按參數(shù)性質(zhì)分類(2)運(yùn)行特性:在一定條件下,發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)隨運(yùn)行工況參數(shù)(負(fù)荷和轉(zhuǎn)速)的變化規(guī)律(在穩(wěn)態(tài)條件下)。主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配運(yùn)行特性分析方法:柴油機(jī)分析1)速度特性:每一個(gè)油量調(diào)節(jié)位置都對(duì)應(yīng)一條速度特性曲線外特性(WOT):標(biāo)定工況位置所決定的全負(fù)荷速度特性曲線。決定了發(fā)動(dòng)機(jī)和整車的最大動(dòng)力性能。主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配主要內(nèi)容
汽油機(jī)速度特性指示效率機(jī)械效率過(guò)量空氣系數(shù)充量系數(shù)汽油機(jī)特性參數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化1.指示效率ηit曲線具有中間平坦,兩頭略低。2.機(jī)械效率ηm曲線總體趨勢(shì)是隨轉(zhuǎn)速的上升而下降。3.充量系數(shù)φc曲線總體隨轉(zhuǎn)速的上升略有上升4.過(guò)量空氣系數(shù)φa曲線總體上隨轉(zhuǎn)速上升而略有下降。汽油機(jī)Ttq、Pe、bi、be指標(biāo)的速度特性1.轉(zhuǎn)矩Ttq受φc、ηm的影響,在某一較低轉(zhuǎn)速處有最大值,然后隨轉(zhuǎn)速的上升而快速下降。2.功率Pe曲線按Pe∝Ttq
Ttq?n的關(guān)系,先隨轉(zhuǎn)速n上升而增大,到一定轉(zhuǎn)速后,由于的Ttq下降率高于n的上升率,致使轉(zhuǎn)而下降。3.指示燃料消耗率bi與指示效率ηit成反比,故其速度特性曲線呈中間平坦,兩頭高4.有效燃油消耗率be∝1/(ηit
?
ηm),隨轉(zhuǎn)速的上升上翹幅度加大,節(jié)氣門開(kāi)度愈小,則彎曲愈大。1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配主要內(nèi)容
柴油機(jī)速度特性循環(huán)噴油量(柱塞泵)節(jié)流效應(yīng)一、柴油機(jī)的速度特性柴油機(jī)的速度特性。主要參數(shù)(如有效轉(zhuǎn)矩與燃油消耗率)的變化趨勢(shì),可作如下分析。由于轉(zhuǎn)矩Ttq正比于平均有效壓力pme,而pme可以表示為
式中,gb為每循環(huán)供油量。
可見(jiàn),在柴油機(jī)中,轉(zhuǎn)矩的大小取決于每循環(huán)供油量gb,指示熱效率ηit以及機(jī)械效率ηm,圖8—4給出了外特性上主要參數(shù)的變化情況,其趨勢(shì)可分別闡述如下。1)對(duì)于常用的柱塞式供油泵,當(dāng)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置固定且無(wú)特殊的油量校正裝置時(shí),隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的下降,通過(guò)柱塞與柱塞套間的燃油泄漏增多,且柱塞有效行程由了斜槽節(jié)流作用的減弱而降低,導(dǎo)致每循環(huán)供油量gb有所減少,如圖8—4中的曲線1。加裝校正裝置后的油泵,其gb隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)如圖中的曲線2和曲線3,即在轉(zhuǎn)速降低時(shí)可以保持供油量的基本不變或略有上升。曲線的具體形狀取決于校正方法。
根據(jù)機(jī)械效率的分析式,
式中,A為一常數(shù)。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時(shí),平均機(jī)械損失壓力pmm將逐漸減少,ηit及Φc有適當(dāng)?shù)脑黾?,特別是pmm的下降占主導(dǎo)地位,故機(jī)械效率ηm將隨轉(zhuǎn)速的降低而提高。
2)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)淖罡咿D(zhuǎn)速逐漸降低時(shí),柴油機(jī)的充量系數(shù)Φc由于氣流速度的下降、節(jié)流損失的降低而逐漸提高,這對(duì)改善燃燒、提高指示熱效率ηit有好處。然而,在轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí),出于不能利用氣流慣性進(jìn)行過(guò)后充氣,Φc出現(xiàn)下降趨勢(shì),會(huì)使得指示熱效率ηit下降
柴油機(jī)特性參數(shù)隨轉(zhuǎn)速變化的曲線1.循環(huán)燃料消耗量gb曲線隨轉(zhuǎn)速上升而增加。2.指示效率ηit曲線具有中間平坦,兩頭略低。3.機(jī)械效率ηm曲線總體趨勢(shì)是隨轉(zhuǎn)速的上升而下降。柴油機(jī)Ttq、Pe、bi、be指標(biāo)的速度特性1.轉(zhuǎn)矩Ttq受gb及ηm曲線有相反的變化趨勢(shì)而總體上變化較平坦。2.功率Pe隨轉(zhuǎn)速n上升而增大。由于Ttq曲線較平坦,所以達(dá)到的最大功率點(diǎn)遠(yuǎn)離最高使用轉(zhuǎn)速,即轉(zhuǎn)速n高于標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí),功率仍持續(xù)加大。3.指示燃料消耗率bi與指示效率ηit成反比,bi曲線變化規(guī)律與ηit相反,變化較平坦4.有效燃油消耗率be曲線是在曲線的基礎(chǔ)上作了
ηm修正,隨轉(zhuǎn)速的上升上翹幅度加大。柴油機(jī)與汽油機(jī)速度特性的對(duì)比汽油機(jī)速度特性1)汽油機(jī)的Ttq總體向下傾斜較大,尤其是在低負(fù)荷;柴油機(jī)的Ttq總體變化平坦,低負(fù)荷略向上揚(yáng)配套汽車時(shí)存在動(dòng)力性、穩(wěn)定性差異。2)汽油機(jī)Pe外特性的最大值往往是標(biāo)定功率點(diǎn);柴油機(jī)Pe外特性無(wú)此極值點(diǎn)。3)汽油機(jī)be線陡峭些,尤其是低負(fù)荷;柴油機(jī)be線較平坦。柴油機(jī)速度特性汽油機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性,特別適合車用的需要,也就是說(shuō),自動(dòng)適應(yīng)道路阻力變化的能力較強(qiáng),行駛速度比較穩(wěn)定。內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩與外界阻力矩在a點(diǎn)是平衡的,內(nèi)燃機(jī)將在a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速na下穩(wěn)定工作。如遇上坡等阻力增加的情況,內(nèi)燃機(jī)從工況a過(guò)渡到工況1、沿速度特性1工作的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大了ΔTtq1,轉(zhuǎn)速相應(yīng)降低了Δn1。這說(shuō)明駕駛員不用操作,發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)進(jìn)行了調(diào)整,轉(zhuǎn)速降低而轉(zhuǎn)矩增大,以克服外界阻力的變化。對(duì)于另一發(fā)動(dòng)機(jī),其速度特性如圖中曲線Ⅱ,由于其轉(zhuǎn)矩曲線較平坦,則從工況a過(guò)渡到工況2時(shí),轉(zhuǎn)速降低較多(Δn2>Δn1)而轉(zhuǎn)矩增大的幅度并不大(ΔTtq2<ΔTtq1)。這一結(jié)果說(shuō)明,內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線越陡,運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和操縱性能就越好。因此,汽油機(jī)一般不需要配備調(diào)速裝置,即使當(dāng)阻力矩突變到零時(shí),汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速也不會(huì)超速或飛車。柴油機(jī)的調(diào)節(jié)過(guò)程與裝置則與汽油機(jī)有明顯的不同,需要采用專門設(shè)計(jì)的調(diào)速器。
概念引入汽油機(jī)、柴油機(jī)外特性曲線與阻力線的平衡關(guān)系外特性的動(dòng)力適應(yīng)性1)轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)與轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)2)轉(zhuǎn)速適應(yīng)系數(shù)Question:三條轉(zhuǎn)矩外特性線,哪一條線的動(dòng)力適應(yīng)性最好?結(jié)論:KT和Kn越大,發(fā)動(dòng)機(jī)克服阻力的能力越強(qiáng)汽油機(jī):1.6~2.5柴油機(jī):1.4~2.0汽油機(jī):1.25~1.35柴油機(jī):<1.052>1,Kn1=Kn23=2,Kn3>Kn2柴油機(jī)與汽油機(jī)外特性的對(duì)比相同標(biāo)定點(diǎn)條件下,汽、柴油機(jī)動(dòng)力適應(yīng)性對(duì)比結(jié)論:同一檔位,汽油機(jī)的加速和克服阻力能力優(yōu)于柴油機(jī)。柴油機(jī)最高轉(zhuǎn)速更遠(yuǎn)偏離標(biāo)定轉(zhuǎn)速,造成“飛車”。柴油機(jī)需要低速“校正”;高速“調(diào)速”。柴油機(jī)外特性的校正虛線——煙度限制線。剖面線——可以讓外特性進(jìn)行校正而不使煙度超標(biāo)的空間。校正方法:
機(jī)械校正:加速踏板位置不變,油量調(diào)節(jié)桿位置隨轉(zhuǎn)速下降而自動(dòng)增大。校正外特性曲線——機(jī)械校正法得到的速度特性已不符合油量調(diào)節(jié)桿位置不變的定義,故稱之為校正外特性曲線。90年代的一款汽油發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線江鈴VMR425柴油機(jī)外特性曲線柴油機(jī)的調(diào)速特性1)調(diào)速器的調(diào)速模式2)全程與兩級(jí)調(diào)速器的性能對(duì)比(1)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作原理
汽油機(jī)節(jié)氣門控制負(fù)荷,向下傾斜的速度特性線具有很好的自我調(diào)節(jié)能力。
柴油機(jī)油量調(diào)節(jié)桿控制負(fù)荷,速度特性變化平坦,速度波動(dòng)大,運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)。轉(zhuǎn)速波動(dòng)大或飛車轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或熄火柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)P型直列泵柱塞軸向分配泵單體泵(UPS)共軌(CR)泵噴嘴(UIS)柴油機(jī)有哪幾種常用的燃油噴射系統(tǒng)?柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)是如何分類的?位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng):
直列泵、柱塞分配泵不改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的工作原理和基本結(jié)構(gòu),只是用電控裝置取代機(jī)械調(diào)速器和提前器,對(duì)油量調(diào)節(jié)桿(直列泵)和油量調(diào)節(jié)環(huán)套(分配泵)的位置進(jìn)行調(diào)節(jié),以實(shí)現(xiàn)油量和定時(shí)的控制。2)時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng):?jiǎn)误w泵、泵噴嘴(UIS、UPS)利用安裝在高壓油路中的高速、強(qiáng)力電磁閥直接控制噴油時(shí)刻和噴油量(泄壓電磁閥開(kāi)閉時(shí)刻)。3)
壓力-時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng):共軌系統(tǒng)(CR)噴射壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速解藕,在高壓油泵和噴油器之間加裝穩(wěn)壓腔(共軌),精確控制壓力、噴油時(shí)刻和噴油脈寬。柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)(軸向)分配泵直列泵柴油機(jī)的調(diào)速特性只有柱塞式直列泵和分配泵有調(diào)速問(wèn)題!柴油機(jī)的調(diào)速特性1)調(diào)速器的調(diào)速模式2)全程與兩級(jí)調(diào)速器的性能對(duì)比(2)柴油機(jī)的調(diào)速模式
全程調(diào)速:所有轉(zhuǎn)速起作用。加速踏板不直接控制油量調(diào)節(jié)桿,而是控制彈簧預(yù)緊力。調(diào)速前,油量調(diào)節(jié)位置處于最大供油轉(zhuǎn)速增加,飛錘張開(kāi),推動(dòng)滑套右移擺動(dòng)擺桿9,通過(guò)牽引桿10帶動(dòng)從動(dòng)桿11,使油量調(diào)節(jié)桿17往右移減油;反之加油。飛錘離心力(支持力)當(dāng)量彈簧恢復(fù)力操縱桿轉(zhuǎn)角位置彈簧恢復(fù)力E取決于滑套位置z和操縱桿位置ψ滑套位移柴油機(jī)的調(diào)速特性1)調(diào)速器的調(diào)速模式2)全程與兩級(jí)調(diào)速器的性能對(duì)比(2)柴油機(jī)的調(diào)速模式
全程調(diào)速:所有轉(zhuǎn)速起作用。加速踏板不直接控制油量調(diào)節(jié)桿,而是控制彈簧預(yù)緊力。注意:
每一個(gè)踏板位置只對(duì)應(yīng)一條調(diào)速特性線;
每條曲線都是從低速時(shí)的外特性平線開(kāi)始,到了各自的調(diào)速轉(zhuǎn)速后才變?yōu)橄陆档恼{(diào)速特性線;
加速踏板位置越大,調(diào)速轉(zhuǎn)速越高。柴油機(jī)的調(diào)速特性1)調(diào)速器的調(diào)速模式2)全程與兩級(jí)調(diào)速器的性能對(duì)比(2)柴油機(jī)的調(diào)速模式
兩級(jí)調(diào)速:標(biāo)定轉(zhuǎn)速和低速起作用。中間轉(zhuǎn)速由駕駛員直接控制油量調(diào)節(jié)桿。彈簧恢復(fù)力飛錘離心力(支持力)操縱桿轉(zhuǎn)角位置彈簧恢復(fù)力E只取決于滑套位置z,與操縱桿位置ψ無(wú)關(guān)。有突變。滑套位移減油加油柴油機(jī)的調(diào)速特性1)調(diào)速器的調(diào)速模式2)全程與兩級(jí)調(diào)速器的性能對(duì)比(2)柴油機(jī)的調(diào)速模式
兩級(jí)調(diào)速:標(biāo)定轉(zhuǎn)速和低速起作用。中間轉(zhuǎn)速由駕駛員直接控制油量。注意:
兩級(jí)調(diào)速特性具有階梯狀變化特點(diǎn);
每一個(gè)加速踏板位置均在固定的低速n1和標(biāo)定轉(zhuǎn)速nn調(diào)速;
加速踏板位置越大,曲線由下向上移動(dòng)。柴油機(jī)的調(diào)速特性1)調(diào)速器的調(diào)速模式2)全程與兩級(jí)調(diào)速器的性能對(duì)比性能全程調(diào)速兩級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)速控制各工況均可控制高速和怠速可控,中間轉(zhuǎn)速由駕駛員控制過(guò)渡過(guò)程加減速時(shí)有不平穩(wěn)和前后顛簸的感覺(jué)過(guò)渡工況平穩(wěn)操作直接控制調(diào)速?gòu)椈?,較費(fèi)力;負(fù)荷變化時(shí)轉(zhuǎn)速變動(dòng)小,不必經(jīng)常踩換油門位置操作輕便,但轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷變化較大,需要經(jīng)常變換加速踏板位置排放加速時(shí)易冒黑煙除全負(fù)荷加速外,其余工況煙度較小作業(yè)效率滿負(fù)荷減速時(shí),只須減小加速踏板位置,不必頻繁換檔,作業(yè)效率高減小加速踏板位置也使油量和轉(zhuǎn)矩下降,只能換低檔,作業(yè)效率低全程:A-C-D-B兩極:A-C’-B提高汽車動(dòng)力性的措施1.選擇合適的發(fā)動(dòng)機(jī)2.配套合適的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線3.汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的合理匹配2)負(fù)荷特性:反映發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性柴油機(jī):Pen:標(biāo)定點(diǎn)功率Pes:冒煙界限Pemax:極限功率主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配
同負(fù)荷條件下,汽油機(jī)be>柴油機(jī)be
中、低負(fù)荷時(shí),汽油機(jī)be>>柴油機(jī)be汽油機(jī)特性參數(shù)隨負(fù)荷的變化1.指示效率ηit曲線在高、低負(fù)荷兩端均呈下降趨勢(shì),總體上則隨負(fù)荷減小而變小。2.指示效率ηm曲線總體是隨負(fù)荷Pe的增加而上升,中等負(fù)荷后漸趨平坦。3.充量系數(shù)φc曲線隨節(jié)氣門開(kāi)度加大,流動(dòng)損失減小,φc大致成正比上升,在大負(fù)荷工況,隨著負(fù)荷加大,進(jìn)氣溫度上升,φc增幅略有下降。4.過(guò)量空氣系數(shù)φa曲線在大負(fù)荷供給功率混合氣φc=0.85-0.9,中負(fù)荷供給經(jīng)濟(jì)混合氣φa=1.05-1.1.低負(fù)荷φa=0.9-0.6.帶氧傳感器和三效催化轉(zhuǎn)化器的汽油機(jī),大部分負(fù)荷φa=1.0汽油機(jī)Ttq、Pe、bi、be指標(biāo)的負(fù)荷度特性1.指示燃料消耗率bi與指示效率ηit成反比,總體上呈兩端上翹形狀,在中、低負(fù)荷區(qū),隨負(fù)荷上升而下降2.有效燃油消耗率be是bi曲線疊加ηm影響。怠速時(shí),be為無(wú)窮大,之后負(fù)荷上升而急劇下降,約80%-85%負(fù)荷時(shí)達(dá)到最低值,此后隨負(fù)荷繼續(xù)增大由于混合氣加濃又有所上升。3.整機(jī)燃油消耗率B曲線,B正比于φc/φa,主要受曲線的影響而呈凹升的趨勢(shì)。柴油機(jī)特性參數(shù)隨負(fù)荷變化的曲線1.循環(huán)燃料消耗量gb曲線隨加大近似線性增加,但高負(fù)荷后,由于燃燒惡化,gb會(huì)迅速增加。2.指示效率ηit曲線高、低負(fù)荷兩頭均呈下降趨勢(shì),總體上隨負(fù)荷降低而增加,此趨勢(shì)與汽油機(jī)相反。3.指示效率ηm曲線變化趨勢(shì)與原因與汽油機(jī)相同。柴油機(jī)B、bi、be指標(biāo)的負(fù)荷度特性1.指示燃料消耗率bi與指示效率ηit成反比,總體上隨負(fù)荷上升而加大,兩頭呈上翹趨勢(shì),大功率時(shí)增長(zhǎng)較大。2.有效燃油消耗率be是bi曲線疊加ηm影響??傮w趨勢(shì)與汽油機(jī)有相似之處。但值得注意的是,由于ηit曲線和ηm曲線的總變化趨勢(shì)正好相反,因此在中、低負(fù)荷區(qū)有較寬的平坦段。在接近80%-90%負(fù)荷率處達(dá)到最低值,此后隨負(fù)荷繼續(xù)增大燃燒惡化而又有所上升。3.整機(jī)燃油消耗率B曲線:由于gb曲線與負(fù)荷基本保持線性關(guān)系,所以B曲線的大部分區(qū)段近似線性變化,但大負(fù)荷后呈凹升趨勢(shì)。柴油機(jī)與汽油機(jī)負(fù)荷特性的區(qū)別1)汽油機(jī)的燃油消耗率普遍較高,且在從空負(fù)荷向中、小負(fù)荷段過(guò)渡時(shí),燃油消耗率下降緩慢,仍維持在較高水平,燃油經(jīng)濟(jì)性明顯較差。2)汽油機(jī)排溫普遍較高,且與負(fù)荷關(guān)系較小。3)汽油機(jī)的燃油消耗量曲線彎曲度較大,而柴油機(jī)的燃油消耗量曲線在中、小負(fù)荷段的線性較好。特性差別的解釋(1)造成汽油機(jī)與柴油機(jī)燃油消耗率差異的主要原因就在于指示熱效率的差異。由于柴油機(jī)的壓縮比比汽油機(jī)高出較多,其過(guò)量空氣系數(shù)也要比汽油機(jī)大,燃燒大部分是在空氣過(guò)量的情況下進(jìn)行的,所以柴油機(jī)的指示熱效率要比汽油機(jī)要高。這樣,從數(shù)值上看,汽油機(jī)的燃油消耗率數(shù)值高于柴油機(jī)。另一方面,從指示熱效率曲線的變化趨勢(shì)上來(lái)看,兩者也有比較明顯的差異。在轉(zhuǎn)速不變的前提下,柴油機(jī)進(jìn)人氣缸的空氣量基本上不隨負(fù)荷大小而變化,而每循環(huán)供油量則隨負(fù)荷的增大而增大,這樣過(guò)量空氣系數(shù)就隨負(fù)荷的增大而減小,因此,指示熱效率也就隨負(fù)荷的增大而降低;汽油機(jī)采用定質(zhì)變量的負(fù)荷調(diào)節(jié)方法,在接近滿負(fù)荷時(shí)采取加濃混合氣導(dǎo)致指示熱效率明顯下降,而在低負(fù)荷時(shí),由于節(jié)氣門開(kāi)度小,殘余廢氣系數(shù)較大,燃燒速率降低,需采用濃混合氣,加之當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)泵氣損失增大,導(dǎo)致指示熱效率下降。這樣,汽油機(jī)的燃油消耗率在中、小負(fù)荷區(qū)遠(yuǎn)高于柴油機(jī)。特性差別的解釋(2)
排氣溫度曲線的差異也可以用上述原因來(lái)解釋。汽油機(jī)的壓縮比比柴油機(jī)低,相應(yīng)的膨脹比也低,排溫就要比柴油機(jī)高出許多。在負(fù)荷變化時(shí),盡管由于混合氣總量的增加引起加入氣缸總熱量的增加,使排溫隨負(fù)荷的提高而上升,但由于在大部分區(qū)域內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)保持不變,故排溫上升幅度不大。在柴油機(jī)中,隨著負(fù)荷的提高,過(guò)量空氣系數(shù)隨之降低,排溫顯著上升。3)全特性:全工況面內(nèi),速度特性與負(fù)荷特性的綜合,用以分析多工況的性能。倒拖線下坡-0+Ttqpme轉(zhuǎn)矩外特性線Pe=constbeminPemax道路阻力曲線be=constnPnminnmaxn上坡l四條重要的特性曲線:(1)轉(zhuǎn)矩外特性線(2)等油耗線(3)等功率線(4)道路行駛阻力線主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配(一)萬(wàn)有特性的繪制方法
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)類型的不同,萬(wàn)有特性有兩種繪制方法,即負(fù)荷特性法和速度特性法。對(duì)于柴油機(jī),一般是依據(jù)不同轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性,用作圖法求出;對(duì)于汽油機(jī),則根據(jù)不同節(jié)氣門位置的速度特性,用作圖法求得。近年來(lái),由于計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)以及計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用,也可采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸及等值線的插值運(yùn)算,從而直接得到萬(wàn)有特性。1、負(fù)荷特性法(等油耗線作法)1)將各種轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性以平均有效壓力pme為橫坐標(biāo),be為縱坐標(biāo),以同一比例尺繪出特性曲線若干張。2)根據(jù)內(nèi)燃機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍,標(biāo)出萬(wàn)有特性橫坐標(biāo)n的標(biāo)尺,縱坐標(biāo)pme的標(biāo)尺則與整理得到的負(fù)荷特性上的pme標(biāo)尺相同。
3)將某一轉(zhuǎn)速的負(fù)荷特性旋轉(zhuǎn)90。后置于萬(wàn)有特性縱坐標(biāo)軸的左側(cè),使同樣是平均有效壓力的兩個(gè)坐標(biāo)對(duì)齊。在負(fù)荷特性圖上引若干條等燃油消耗率線與be線相交,每條線各有一至二個(gè)交點(diǎn);再?gòu)拿恳粋€(gè)交點(diǎn)引水平線至萬(wàn)有特性上與負(fù)荷特性線相同轉(zhuǎn)速的位置上,獲得若干新交點(diǎn)。在每一交點(diǎn)上標(biāo)注出燃油消耗率的數(shù)值。
4)然后,更換另一轉(zhuǎn)速下的內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷特性,按照與上述同樣的方法,得到另—轉(zhuǎn)速位置下的若干交點(diǎn)。在交點(diǎn)上同樣標(biāo)上相應(yīng)的燃油消耗率數(shù)值。
5)所有轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性都經(jīng)過(guò)這樣的轉(zhuǎn)換后,依次將be值相等的點(diǎn)連成光滑曲線,即可得到萬(wàn)有特性上的等燃油消耗率線。1、負(fù)荷特性法
(等功率線作法)等功率曲線是根據(jù)式(8—1)的變化形式
作出,其中K對(duì)于一個(gè)給定的內(nèi)燃機(jī)為常數(shù),這樣,在pme—n坐標(biāo)中,等功率曲線是一族雙曲線。將內(nèi)燃機(jī)全負(fù)荷的速度特性線pme=f(n)的關(guān)系畫在萬(wàn)有特性圖上,就構(gòu)成了萬(wàn)有特性的上邊界線。2、速度特性法1)在第一象限中繪出不同節(jié)氣門開(kāi)度下的速度特性上的轉(zhuǎn)矩曲線(以平均有效壓力pme,表示),在曲線尾端標(biāo)出相應(yīng)的節(jié)氣門開(kāi)度。2)在第四象限繪出相應(yīng)節(jié)氣門開(kāi)度下的燃油消耗率be曲線,同樣注明節(jié)氣門開(kāi)度的百分?jǐn)?shù)。
3)在be的坐標(biāo)軸上,引若干條等燃油消耗率的水平線與曲線相交,每一水平線與be曲線族均有一組交點(diǎn)。通過(guò)交點(diǎn)引鉛垂線向上至第一象限,與相應(yīng)開(kāi)度的轉(zhuǎn)矩曲線相交,得到一組新交點(diǎn),并注明燃油消耗率數(shù)值。此時(shí),同—組交點(diǎn)的be值是相等的。4)將等be值的各點(diǎn)連成光滑的等值線,并標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)值,從而得到萬(wàn)有特性上的等燃油消耗率曲線。這樣,不同節(jié)氣門開(kāi)度下的速度特性全部反映在一張圖中,這對(duì)于車用發(fā)動(dòng)機(jī)而言,應(yīng)用十分方便。汽油機(jī)與柴油機(jī)萬(wàn)有特性的對(duì)比如何識(shí)別汽油機(jī)與柴油機(jī)的MAP圖?(1)最低燃油耗率(2)最高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)與工作機(jī)械的匹配本節(jié)重點(diǎn)介紹內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力機(jī)械匹配過(guò)程中應(yīng)遵循的基本原則和主要方法。由于工作機(jī)械的形式各異、方式不同,匹配的方法也不盡相同。其中,汽車的運(yùn)行工況比較復(fù)雜,其匹配問(wèn)題在內(nèi)燃機(jī)與工作機(jī)械的匹配中具有一定的代表性,所以本節(jié)介紹的重點(diǎn)是汽車與發(fā)動(dòng)機(jī)的合理匹配。
一、車用內(nèi)燃機(jī)的匹配(一)動(dòng)力性匹配(二)經(jīng)濟(jì)性匹配(一)動(dòng)力性匹配內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩Ttq在汽車驅(qū)動(dòng)輪上產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力Ft為:內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速n與汽車車速的關(guān)系:ik、i0分別為汽車變速器、主減速器傳動(dòng)比;ηt為傳動(dòng)系效率,r為驅(qū)動(dòng)輪工作半徑。于是,可以得到發(fā)動(dòng)機(jī)外特性轉(zhuǎn)矩曲線Ttq(n)得出變速器不同檔位汽車驅(qū)動(dòng)特性曲線。1)發(fā)動(dòng)機(jī)外特性與整車動(dòng)力性汽車排擋傳動(dòng)比汽車主傳動(dòng)比
無(wú)級(jí)傳動(dòng)使整車具有最大的動(dòng)力性能:
最大驅(qū)動(dòng)力ab
最大車速cd
檔位越高,覆蓋的車速范圍廣儲(chǔ)備功率主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配不同檔位驅(qū)動(dòng)力最大爬坡度最高車速最高使用轉(zhuǎn)速后備驅(qū)動(dòng)力用于加速(二)燃油經(jīng)濟(jì)性匹配汽車的使用油耗g100(L/100km)可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷(功率Pe或阻力Fr)和燃油消耗率be計(jì)算由上式可見(jiàn),在其他條件不變的條件下,汽車的使用油耗g100與
成正比,只有當(dāng)其乘積為最小時(shí),
g100才能達(dá)到最小。發(fā)動(dòng)機(jī)在bemin下工作時(shí),汽車的g100不一定最低,只有在車速和功率都不變,汽車的g100才與發(fā)動(dòng)機(jī)的be變化趨勢(shì)相同。單純改變傳動(dòng)比,使發(fā)動(dòng)機(jī)在pme較高而be較低的工況運(yùn)行,并不能降低汽車的g100。應(yīng)該設(shè)法使發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性的最低油耗區(qū)移至中等轉(zhuǎn)速、較低符合區(qū)域,即設(shè)法是發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)區(qū)位于常用檔位、常用車速區(qū)。這就要求選擇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí),對(duì)其特性提出具體要求,或設(shè)法改變特性,適應(yīng)與汽車匹配的要求。汽車用不同的變速器檔位行駛時(shí),g100差異較大。在同一道路條件與車速下,雖然發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率不變,但檔位越低(傳動(dòng)比越大),后備驅(qū)動(dòng)力越大,發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率越低,be越高,
g100也越大。使用高檔位的情況則與此相反。因此增加變速器的擋位,加大通過(guò)選用合適擋位使發(fā)動(dòng)機(jī)處于經(jīng)濟(jì)工況的概率,有利于汽車的節(jié)油。近年來(lái),汽車變速器檔位有逐漸增加的趨勢(shì),轎車變速器已有5擋,重型貨車甚至達(dá)10擋以上。自動(dòng)控制的無(wú)級(jí)變速在這方面可達(dá)到最優(yōu)化。汽車在中低速行駛時(shí),
g100最低。高速行駛時(shí)雖然發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率較高,但汽車行駛阻力由于空氣阻力與扎成正比而急劇增大,導(dǎo)致g100上升。但低速行車造成生產(chǎn)率下降,所以真正的經(jīng)濟(jì)車速應(yīng)使小g100
/va最小。2)發(fā)動(dòng)機(jī)全特性與整車燃油經(jīng)濟(jì)性百公里油耗(L/100km):結(jié)論:對(duì)于汽車任一工況,理論上可以合理選擇i0,ik,pme和be值,使g100最小。主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配2)發(fā)動(dòng)機(jī)全特性與整車燃油經(jīng)濟(jì)性對(duì)無(wú)級(jí)傳動(dòng)(CVT),選擇發(fā)動(dòng)機(jī)等功率線上最低燃油耗率(黑點(diǎn))來(lái)匹配,可以使汽車燃油經(jīng)濟(jì)性最佳。主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配汽車萬(wàn)有特性
g100隨車速的增加而增大。
車速不變(u1),不同檔位使用油耗差別很大(1’點(diǎn)和2’點(diǎn))。汽車行駛時(shí),盡量使用高速擋。
改進(jìn)前速比(前三擋間隔太小):Ⅰ:Ⅱ:Ⅲ:Ⅳ=5.56:2.77:1.64:1
改進(jìn)后速比:Ⅰ’:Ⅱ’:Ⅲ’:Ⅳ’=5.08:2.57:1.28:0.83480km/h,四檔節(jié)油效果(B→A):9%
各檔速比的選擇不僅是動(dòng)力性匹配問(wèn)題,也與汽車的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。主要內(nèi)容1.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況2.發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線分類3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性4.發(fā)動(dòng)機(jī)與整車匹配3)改善整車經(jīng)濟(jì)性匹配的途徑(小結(jié))
發(fā)動(dòng)機(jī):設(shè)法使發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的低油耗區(qū)位于常用排擋、常用車速區(qū)。檔位:在同一道路和車速條件下,盡可能使用高檔;檔位越多,增加了發(fā)動(dòng)機(jī)處于經(jīng)濟(jì)性工作狀態(tài)的機(jī)會(huì),有利于提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性(如采用CVT)。
行駛車速:接近于中等車速,使用油耗最低。
適用車速=(g100/u)min。既可節(jié)油,又可提高生產(chǎn)率。降低機(jī)械損失燃燒系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速不敏感1、決定平面工況MAP圖的特征曲線;額定功率的確定。2、特性曲線的分類;運(yùn)行特性曲線的分類;萬(wàn)有特性的特征曲線。3、汽油機(jī)速度和負(fù)荷特性與柴油機(jī)速度和負(fù)荷特性的差異及形成差異的原因。4、柴油機(jī)外特性的校正與調(diào)速。5、發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性與整車動(dòng)力性的關(guān)系及其匹配;發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性與整車燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系及其匹配。6、自學(xué)混合動(dòng)力系統(tǒng)及其運(yùn)行特性。小結(jié)混合動(dòng)力系統(tǒng)及其運(yùn)行特性混合動(dòng)力汽車(HybridElectricalVehicle,簡(jiǎn)稱HEV)是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力來(lái)源——熱動(dòng)力源(由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生)與電動(dòng)力源(電池與電動(dòng)機(jī))的汽車。通過(guò)在混合動(dòng)力汽車上使用電機(jī),使得動(dòng)力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控,而發(fā)動(dòng)機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作,從而降低油耗與排放混合動(dòng)力減少怠速工作狀態(tài)。汽車遇紅燈時(shí),可通過(guò)控制系統(tǒng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),消除怠速運(yùn)轉(zhuǎn),起步時(shí)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)迅速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。制動(dòng)能量回收。制動(dòng)時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)工作模式,回收能量?!簞P雷德混動(dòng)版』『思域混動(dòng)版』『一汽豐田普銳斯』現(xiàn)代-“先鋒”HEV空車重量:1320kg
最高速度:175km/h
加速性能:12.0sec.(0->100km/h)
耗油量:28km/t
引擎:1500cc汽油
發(fā)動(dòng)機(jī):BrushlessDC
電池:Ni-MH6.5Ah現(xiàn)代-“城市”HEV空車重量:5640kg
最高速度:85km/h
加速性能:7.2sec.(0->40km/h)
耗油量:10km/t
效果:降低了20%的燃料費(fèi)用
排氣量:減少30%
生產(chǎn)時(shí)間:2000年2月
發(fā)動(dòng)機(jī):AC感應(yīng)器
電池:Ni-MH
發(fā)電機(jī)AC感應(yīng)器
引擎:1500cc汽油主要混合動(dòng)力汽車豐田4WDPrirusHEV馬自達(dá)4WDMXSportsTourerHEV主要混合動(dòng)力汽車日野DUTOROHybridTOWNDELIVERY串聯(lián)構(gòu)型一是串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,產(chǎn)生的電能通過(guò)控制單元傳到電池,再由電池傳輸給電機(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,最后通過(guò)變速機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車。在這種聯(lián)結(jié)方式下,電池就象一個(gè)水庫(kù),只是調(diào)節(jié)的對(duì)象不是水量,而是電能。電池對(duì)在發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量和電動(dòng)機(jī)需要的能量之間進(jìn)行調(diào)節(jié),從而保證車輛正常工作。這種動(dòng)力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多,轎車上很少使用。
串聯(lián)串聯(lián)混合動(dòng)力汽車能量流動(dòng)1.蓄電池驅(qū)動(dòng)模式。2.發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池聯(lián)合工作模式3.制動(dòng)能量回收模式4.停車充電模式并聯(lián)構(gòu)型二是并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng):傳統(tǒng)的內(nèi)燃
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