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  1. 汽车概论 主讲教师:王景智 Guangdong Industry Technical College

  2. 第三章 现代汽车概述 第一节 现代汽车与人类社会 一个现代化的社会如果没有汽车是不可思议的,汽车已渗透到现代社会活动的各个方面,从生产活动到日常生活,从体育竞技到军事活动,哪里也离不开汽车。现在我们主要从生产、生活、国防、环境四个方面对现代汽车在现代社会中的地位和作用作一个简单的介绍。 生产:在生产、运输、建筑等行业中,是生产资料、产品等进行传送的重要途 径。 生活:代步、娱乐休闲。 国防:运送军事物资,后勤给养,快速机动,作战武器(装甲车、坦克、火 炮) 环境:汽车造成资源大量消耗(石油,钢材等通过开源节流进行控制),废气 排放(机内机外净化三元催化转化器,无铅汽油),噪声,交通安全(汽 车本身的安全设备气囊,ABS,安全带等)

  3. 第三章 现代汽车概述 第二节 汽车的分类与性能要求 一、汽车分类 汽车的种类繁多,可按用途、动力装置、道路特征和行驶机构等进行分类。 (一)按用途分类 汽车按用途可分为运输汽车和特种汽车两大类。 1、 轿车 车身: 普通,轻便,高级,旅行,敝篷,运动型等 发动机排量:微型(<1.0L),普通级(1.0-1.6L),中级(1.6- 2.5L)中高级(2.5-4.0L),高级(>4.0L) 发动机位置: FF,FR,RR 2、 客车 车身: 长头,平头,双层,铰接式等 总长: 微型(<=3.5m),轻型(3.5-7m),中型(7-10m) 大型 (>10m) 发动机位置:前置,中置,后置

  4. 第三章 现代汽车概述 3、 货车 驾驶室结构:长头,短头,平头 货箱型式: 栏板式,自卸式,厢式,罐式,平台式,牵引-半挂车等 汽车总质量:微型(<=1.8t),轻型(1.8-6t),中型(6-14t),重型(>14t) 4、 越野汽车—非道路条件下载运人员或物质的汽车。 全轮驱动,越野轮胎 最大总质量:轻型(<=5),中型(5-13),重型(13-24),超重型 (>24) 5、 牵引汽车—半挂,全挂,列车,牵引火炮车等 6、 自卸汽车—装有液压机构,可将货物自行卸下汽车 8、 特殊用途汽车—按特种用途专门设计制造或装有专门设备,承担专 项作业的汽车 娱乐汽车:旅行车,高尔夫球场专用车等 农用车: 专门用于从事农业运输或耕作的汽车 竞赛车: 按特定竞赛规范设计,专供竞赛用的汽车 F1(Formula1)方程式竞赛规则:排量<3.5L,气缸数小于12, 只能用圆型活塞等 拉力赛(Rally)是一种长距离的汽车耐力赛

  5. 第三章 现代汽车概述 (二)按动力装置分类 内燃机 电动汽车 太阳能汽车 燃气轮机 (三)按道路分类 道路汽车 非道路汽车 (四)按行驶机构分类 轮式 其它形式(履带式,雪撬式…)

  6. 第三章 现代汽车概述 二、 汽车的性能要求 (一) 动力性 最高车速—汽车在良好路面上所能达到的最高车速。发动机最大功率越大,汽车最高车速也越大。 加速时间 百公里速度加速时间 加速到某一高速的时间 爬坡度—汽车满载时在良好路面上以一档行驶时可爬越的最大坡度 比功率—单位质量分配到的功率

  7. 第三章 现代汽车概述 二、 汽车的性能要求 (二)经济性 1、 油耗 百公里耗油(德国,法国,中国) 加仑油行驶英里数(美国,日本) 运送单位货物至单位里程所消耗的燃料量。 2、油耗测量方法 等速油耗试验 (德、法、中) 道路循环油耗测试 (美国SAE 4种道路循环试验) 汽车测功器循环油耗 美国环保局(EPA)测功器行驶循环

  8. 第三章 现代汽车概述 (三) 机动性 汽车快速运动,通过障碍的能力。 通过性尺寸指标:横、纵向通过半 径,最小离地间隙,接近角,离去 角,转弯半径,转弯通道圆 通过性支承—牵引指标: 挂钩牵引力指土壤推力与土壤阻力之差。

  9. 第三章 现代汽车概述 (四)安全性 制动性能(制动效能,制动效能的恒定性,制动方向稳定性)

  10. 第三章 现代汽车概述 (四)安全性 操纵稳定性:稳定转向特性 撞车安全性(清华大学汽车碰撞实验室) A)具有一定的吸能能力,B) 安全带,C)安全垫,D)钢化玻璃,E)转向装置塌陷,F)车锁结构,G)安全气囊 防火性 防盗安全性 其他行车安全装置 环境安全性 废气排放 汽车所使用的材料与燃料 噪声 三元催化转化器

  11. 第三章 现代汽车概述 (五)舒适性 行驶平顺性,车内噪声等 影响舒适的主要构件有悬架,车胎,车身空间等

  12. 第三章 现代汽车概述 第三节 汽车的基本构造 普通的一辆汽车由数以万计的零件装配而成,而其中有一千多个零件在同时运转。任何类型的汽车,其主要结构可分为四大部分:动力装置(发动机)、底盘、车身、电器设备。

  13. 第三章 现代汽车概述 第三节 汽车的基本构造 一 、发动机 发动机——是将液体或气体燃料与空气混合燃烧后产生的热能转化为机械能的机器。按主要构件不同可分为活塞式内燃机和燃气轮机。 活塞式内燃机按活塞运动方向分为:往复活塞式和旋转活塞式,车用发动机主要是往复活塞式内燃机。 车用发动机分类: 1)行程(四行程,二行程) 2)燃料(汽油,柴油,其他燃料) 3)燃烧方式(压燃,点燃) 4)气缸排列(直列,V型,平卧) 5)冷却方式(水冷,油冷,风冷) 6)缸数(单缸,多缸) 7)增压与否

  14. 第三章 现代汽车概述 (一)四冲程发动机工作原理 (1)发动机组成 发动机组成示意图

  15. 第三章 现代汽车概述 (一)四冲程发动机工作原理 基本术语: 上止点 下止点 活塞行程(S) 曲柄半径(R,S=2R ) 气缸工作容积—活塞上止点运动到下止点所扫过 的容积 Vh=(πD2/4)*S*10-3( L ) D—直径(cm) S—行程(cm) 发动机排量:各气缸工作容积之和V= Vh*i 燃烧室容积—活塞位于上止点时,活塞顶部与气 缸盖,缸壁围成的容积 压缩比—气体压缩前的容积与压缩后的容积之 比。汽油机(7-11)柴油(16-22) 工作循环—发动机完成进气,压缩,做功,排气 四个过程就叫一个工作循环

  16. 第三章 现代汽车概述 (2)工作原理 进气行程:进气门开,排气门关,活塞从上止点向下止点运动,吸入可燃混合气。进气有阻力,进气终了缸内气体压力略低于大气压,为(0.075-0.09Mpa),受废气与高温机件加热,温度达到370-400K。

  17. 第三章 现代汽车概述 (2)工作原理 压缩行程:进、排气门关闭,活塞由下止点向上止点运动,压缩混合气,为做功作准备。气体压力和温度不断上升,终了压力为(0.6-1.2Mpa),温度600-700K,压缩比越大,压力和温度越高,燃烧速度越快,功率越大,燃油经济性也好。但压缩比太高容易造成燃烧不完全,产生爆燃和表面点火。

  18. 第三章 现代汽车概述 (2)工作原理 做功行程:在接近上止点时,火花塞产生火花,点燃混合气,混合气燃烧产生巨大的推力将活塞从上止点往下推。燃烧产生的放出大量的热使缸内气体温度和压力急剧上升,最高压力达到(3-5Mpa),最高温度(2200-2800K),作功行程终了,气体压力降为(0.3-0.5Mpa),气体温度降为(1300-1600K)。

  19. 第三章 现代汽车概述 (2)工作原理 排气行程:接近下止点时,排气门打开,活塞上行排出废气。 四行程柴油机与四行程汽油机类似,但也有不同 吸入的不是可燃混合气,而是新鲜空气 压燃而非点燃

  20. 第三章 现代汽车概述 (二)发动机总体构造 发动机根据各部分功用,可以分成机体组,曲柄连杆机构,配气机构,燃料供给系,点火系,冷却系,润滑系,起动系几个部分。简记为一组二构五系。 (1)机体组:主要由气缸盖、气缸体、气缸垫、油底壳等组成。 1)气缸盖 • 气缸盖安装在气缸体的上面,从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触,因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套,缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。

  21. 第三章 现代汽车概述 • 缸盖上还装有进、排气门座,气门导管孔,用于安装进、排气门,还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔,而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔,用以安装凸轮轴。 • 气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成,铝合金的导热性好,有利于提高压缩比,所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。 • 气缸盖是燃烧室的组成部分,燃烧室的形状对发动机的工作影响很大,由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同,其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上,而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。

  22. 第三章 现代汽车概述 2)气缸体 气缸体一般用灰铸铁铸成 ,是发动机的最大部件。它是安装活塞、曲轴和其它附件的支承骨架。气缸体内部铸有冷却水套和润滑油道。

  23. 第三章 现代汽车概述 气缸体的上部安装活塞的各缸筒,为了提高其耐磨性常装有气缸套。气缸套有干式和湿式两种。 气缸体的下部安装曲轴。气缸体的下部与油底壳组成曲轴箱。

  24. 第三章 现代汽车概述 3)气缸垫 气缸垫装在气缸盖和气缸体之间,其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封,防止漏气,漏水和漏油

  25. 第三章 现代汽车概述 4)油底壳 油底壳受力很小,一般采用薄钢板冲压而成,其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板,以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞,通常放油螺塞上装有永久磁铁,以吸附润滑油中的金属屑,减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫,防止润滑油泄漏。

  26. 1)活塞连杆组 活塞的功用:承受气缸中的燃气压力,并将此压力通过活塞销传给连杆,以推动曲轴旋转。 活塞材料:主要是铝合金,在个别汽车柴油机上的活塞采用高级铸铁或耐热钢制造。 活塞工作条件:高温、高压、高速及高腐蚀性 活塞环:使活塞与气缸之间保持高度的密封 活塞销:由优质合金钢制成的空心圆轴,其作用是连接活塞和连杆小头,将活塞承受的气体作用力传给连杆。 第三章 现代汽车概述 (2)曲柄连杆机构 组成:活塞、连杆、曲轴、飞轮

  27. 1)活塞连杆组 连杆的作用是连接活塞与曲轴,传递两者之间的作用力,同时将活塞的往复运动转化成曲轴的旋转运动。 连杆组由连杆、连杆轴瓦、连杆衬套和连杆盖和连杆螺栓组成。连杆可分为小头、大头和杆身三个部分,连杆小头与活塞销相连,工作时,小头与销之间有相对转动,因此一般压入青铜衬套。连杆轴瓦通常用低碳钢做材料,内表面有一层减磨合金。 第三章 现代汽车概述

  28. 2)曲轴飞轮组 曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮、正时齿轮、皮带轮、起动爪、曲轴轴瓦和螺栓等 曲轴由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端突缘等组成 曲轴的支承分全支承和非全支承两种。 全支承式曲轴的优点是曲轴的刚度和强度比较大,并且可减轻主轴承的载荷。缺点是曲轴的加工表面增多,机体加长。非全支承式曲轴通常用于功率较小的发动机 曲拐由连杆轴颈和其两端的曲柄及主轴颈构成 第三章 现代汽车概述

  29. 第三章 现代汽车概述 (3)配气机构 配气机构作用:按发动机气缸发火顺序对工作循环的要求,适时开闭进排气门完 成换气。 按气门布置型式:侧置气门式、顶置气门式 按凸轮轴布置型式:顶置凸轮轴、下置凸轮轴 按凸轮轴的驱动方式:齿轮传动、链传动、齿形皮带传动

  30. 第三章 现代汽车概述 DOHC (Double Overhead Camshaft Engine)发动机有两个顶置凸轮轴放在汽缸体上,一个用于带动进气门, 一个用于带动排气门 SOHC发动机 (Single Overhead Camshaft Engine)发动机只有一个顶置凸轮轴放在汽缸体上,即带动吸气阀门又带动排气阀门。 (3)配气机构 随车用发动机性能的提高,配气机构多为顶置气门、顶置凸轮轴型式,至少采用四个气门,两个进气门,两个排气门,这样有利于提高发动机的高速性能。 顶置单凸轮轴两气门

  31. 第三章 现代汽车概述 (3)配气机构 气门组:气门、气门弹簧、气门座圈、气门导管、弹簧座、锁片 气门间隙:气门与摇臂之间的间隙,防止高温热胀造成气门的不正常开启 气门:由头部、杆部和尾部组成,为保证密封,头部均做成锥面接触

  32. 第三章 现代汽车概述 (3)配气机构 凸轮轴组成:凸轮、轴颈、偏心轮、螺旋齿轮等 凸轮的作用是控制进、排气门的开闭时间(配气定时),其布置由发动机点火顺序和各缸配气定时所确定。所图所示点火顺序为1—2—4—3 一个工作循环,曲轴转二圈,才有一次换气过程,所以曲轴和凸轮轴的转速比是2:1

  33. 第三章 现代汽车概述 凸轮轴实物 (3)配气机构

  34. 第三章 现代汽车概述 配气相位图 (3)配气机构 理论上进排气门开闭 实际上进排气门开闭 配气相位:气门从开启到关闭所经历的曲轴转角称为配气相位。 用环形图来表示的配气相位称为配气相位图。 进气门提前开启 进气门晚关 排气门提前开启 排气门晚关 气门重叠:进排气门同时开启的现象。 气门重叠角=a+d

  35. 第三章 现代汽车概述 (3)配气机构 进排气系统:空气滤清器、进、排气歧管和排气消声器 非增压(NA) 增压(Turbo) V型发动机排气系统

  36. 第三章 现代汽车概述 (4)燃料供给系(汽油机) 化油器是计量汽油,使汽油和空气按一定的比例混合并雾化成混合气的装置。 两个概念: 空燃比(A/F)—混合气空气质量与燃油质量之比。 过量空气系数—燃烧1Kg的燃油实际供给的空气量与理论所需空气量之比。

  37. 第三章 现代汽车概述 (4)燃料供给系(汽油机) 怠速和小负荷(0.6-0.8,0.7-0.9) 中等负荷(0.9-1.1) 大负荷和全负荷(0.85-0.95) 过渡工况(冷起动、暖机、加速)

  38. 第三章 现代汽车概述 (4)燃料供给系(汽油机) 为使混合气浓度满足怠速、起动、加速、全负荷等不同工况的要求,化油器中除主油系外,还设有怠速系、起动系、加速系和省油系等辅助油系。 主供油系—在部分负荷工况下,为 发动机提供经济混合气。 怠速系—保证汽油机在很小负荷 时,供给很浓的混合气。 起动系—汽油机冷起动时,在化 油器内形成极浓的混合气, 使之进入气缸燃烧。 省油系—在大负荷和全负荷时加浓 混合气,保证发动机有足够 的动力性。 加速系—在急速加大节气门开度 (加速前进或超车)时,额外 加浓混合气。

  39. 第三章 现代汽车概述 (4)燃料供给系(汽油机) 电控汽油喷射系统 与化油器相比,电控汽油喷射的优点: 任何工况政都能获得合适的可燃混合气浓度。 配制的混合气雾化、混合均匀性要好。 燃烧充分,并由此带来功率上升,油耗下降,排放污染降低。 发动机的起动性、加速性良好。 兼起点火控制功能,能使点火时刻总保持在最佳值附近。 带有自诊断功能。电控装置能不断检测各传感器和控制器的工作状况,当出现故障时能用代码的方式显示出故障名称。 安全保障功能,若各传感器输入的信号严重不正常时,电控单元能按内存固定数值维持发动机工作。 除此以外,EFI还能兼起其他控制功能,如进气增压控制、配气相位控制等。

  40. 第三章 现代汽车概述 (4)燃料供给系(汽油机) 单点喷射(SPI,TBI)—几个气缸共用一个喷油器,喷油器设在节气门体上方。 多点喷射(MPI)—每个气缸有一个喷油器。

  41. 第三章 现代汽车概述 (4)燃料供给系(汽油机)

  42. 第三章 现代汽车概述 (4)燃料供给系(柴油机) 柴油机是在压缩行程终了时才将燃油喷入缸内,因此用于燃料雾化、蒸发以及与空气混合的时间极短,要求高压喷油。通常分开式柴油机喷油压力21-35Mpa,直喷式柴油机喷油压力达80-140Mpa。 组成:燃油箱、供油泵、滤清器、高压油泵、高压油管、喷油嘴、调速器定时器等。 定时器(供油提前角自动调节器)—使供油提前角随转速的改变而变化。 调速器—在给定的油门位置上,当转速稍微升高时,自动减小供油量;反之当转速稍微下降时,自动增加供油量。把转速稳定在希望的范围内。防止高速飞车和怠速不稳。

  43. 第三章 现代汽车概述 (4)燃料供给系(柴油机) 什么是高速飞车? 不带调速器的喷油泵每次的供油量是随转速变化的。转速升高,供油量也随之加大,反之则减小。这种特性给稳定发动机转速带来很大困难。例如发动机在正常工作中,遇到负荷减小,必然升高转速,转速的升高带来供油量的增加和功率的提高,功率提高又使转速进一步升高,最后超过额定转速而失去控制。这种现象叫飞车。

  44. 第三章 现代汽车概述 (5)点火系 组成:蓄电池、点火线圈、分电器、火花塞 点火提前角静态调整靠转动分电器外壳实现,而点火提前角随负荷转速的动态调整由分电器内的离心提前器和真空提前器自动实现。

  45. 第三章 现代汽车概述 (5)点火系 离心提前器

  46. 第三章 现代汽车概述 (5)点火系 真空提前器

  47. 第三章 现代汽车概述 (5)点火系 电子点火分配器 根据发动机的运行工况确定最佳点火时刻。在微机中先存入起动、怠速、正常运行时的点火提前角数据。 起动点火提前角一般为固定值; 怠速运转时先提取点火提前角数据,再根据冷却水温和怠速运转稳定性进行修正,确定实际采纳的怠速工况点火提前角; 正常运行时根据发动机转速、进气空气量查找出适当的点提前角,再加上各类修正(冷却水温、加减速等)确定实际的点火提前角。

  48. 第三章 现代汽车概述 (5)冷却系 冷却系是吸收缸内燃料燃烧和各种运动件摩擦所产生的部分热量,使发动机保持在适当的温度范围内工作。 组成:冷却水套、水泵、风扇、节温器、散热器、百叶扇、水温表传感器、空气蒸汽阀、空气蒸汽导出管、放水开关等 节温器控制通过散热器的冷却水流量。一般水温低于70oC时,节温器全闭,冷却水只在水套与水泵间循环(小循环),高于80oC时全开,所有水都经散热器循环(大循环)

  49. 第三章 现代汽车概述 (5)冷却系 风冷发动机靠气缸和气缸盖上的散热片向空气散热来冷却发动机。 风冷式冷却系结构简单,但冷却效果不佳,故只在摩托车发动机、严重缺水的沙漠汽车或某些军事用途的汽车上使用。

  50. 第三章 现代汽车概述 (6)润滑系 发动机润滑系具有润滑、冷却、清洗、密封、防锈、防振五大功用。润滑是最主要的功用,它减小工作零件表面的摩擦阻力,减少磨损,防止滑动表面间的粘着烧结。润滑油在润滑工作表面的同时也带走了摩擦所产生的热量。在有的地方,专门通过油来冷却热负荷重的零件。润滑油的密封作用体现在活塞环与气缸壁间,油的存在减少了窜入曲轴箱的燃气。润滑油的流动带走了磨屑和杂质,油膜对减少机件表的锈蚀和降噪也有一定作用。