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吉林大学汽车构造

吉林大学汽车构造

  • 课程分类:大学理工
  • 主讲:
  • 更新时间:2017-04-27 15:13
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    吉林大学汽车构造介绍
    主要内容包括:汽车发动机的工作原理及总体构造;机体组及曲柄连杆机构;配气机构;化油器式发动机的燃油系统;汽油喷射式发动机的燃油系统;柴油机燃油系统等。

    汽车工业的发展概况
        (一)国外汽车工业的发展
        1.汽车的诞生
        1886年,德国人Banz(本茨) 设计制造出世界上第一辆装用汽油内燃机的三轮汽车,功率为1.103kW,最高时速18km/h,并于1886年1月26日获得世界上第一项汽车发明专利,该日被人们定为汽车诞生日。
        同年,德国人Daimler(戴姆勒)设计制造出第一辆装用汽油内燃机的四轮汽车。本茨和戴姆勒也因此被誉为汽车之父。

        图1-1 卡尔.本茨和戴姆勒
        2.世界汽车工业的发展
        世界主要汽车公司(工厂)创建时间(表1-1)。
    公司
    国家
    创建时间
    公司
    国家
    创建时间
    奔驰
    德国
    1886
    戴姆勒-奔驰
    德国
    1926
    戴姆勒
    德国
    1886
    沃尔沃
    瑞典
    1927
    标致
    法国
    1889
    法拉利
    意大利
    1929
    雷诺
    法国
    1899
    保时捷
    德国
    1931
    菲亚特
    意大利
    1899
    日产
    日本
    1933
    奥迪
    德国
    1899
    大众
    德国
    1937
    福特
    美国
    1903
    丰田
    日本
    1937
    劳斯莱斯
    英国
    1904
    起亚
    韩国
    1944
    通用
    美国
    1908
    本田
    日本
    1946
    宝马
    德国
    1916
    一汽
    中国
    1953
    雪铁龙
    法国
    1919
    现代
    韩国
    1967
    马自达
    日本
    1920
    二汽
    中国
    1967
    克莱斯勒
    美国
    1925
    大宇
    韩国
    1972
        世界汽车工业发展总体经历了创建、发展、全盛、稳定、兼并改组和再发展等过程,可分为以下三个阶段。
        (1)汽车快速发展阶段(19世纪末至20世纪30年代)
        (2)汽车发展的全盛时期(20世纪30年代至70年代初)
        (3)汽车企业兼并改组,汽车产量相对稳定时期(20世纪70年代以后)
        3.汽车生产现状及发展趋势
        2008年全世界汽车保有量达9.6亿辆,其中轿车占近70%。世界平均每千人汽车拥有量为100辆,美国千人汽车拥有量达820辆,居首位,我国为不到40辆。
        2008年世界汽车年产量达7000万辆,产量前10名的国家见表1-2。我国居世界第2位。2009年前6个月,我国更是居于世界首位。
        2008年世界汽车制造商汽车产量排名见表1-3。
        表1-3 2008年世界汽车制造商汽车产量排名
    名次
    汽车制造商
    年产量/万辆
    1
    丰田
    924
    2
    通用
    828
    3
    大众
    644
    4
    福特
    540
    5
    本田
    391
    6
    日产
    340
    7
    标致-雪铁龙
    332
    8
    现代
    278
    9
    铃木
    262
    10
    菲亚特
    252
        从汽车技术发展看,围绕轿车的安全、环保、节能和防盗等重要问题,汽车电子控制、智能化日益深化和扩大,在80年代初,电子设备只占汽车成本的2%,而目前已经达到15~20%。
        电控技术:电控燃油喷射(EFI)、无分电器电子点火(DLI)、防抱死制动系统(ABS)、电子驱动力调节系统(ETS)、电子差速锁(EDS)、驱动防滑装置(ASR)、电控自动变速器(AT)、安全气囊(SRS)、电子巡航系统(CCS)、智能悬架、速度感应式转向系统(SSS)、三元催化转化系统、故障自诊断系统和各种报警装置几乎都成为现代汽车常见装置,卫星导航系统(GPS)、车载蓝牙技术和多路传输系统(CAN)、可变配气正时和气门升程电子控制装置(VTEC)等新技术也被一些汽车采用;
        汽车新结构:可变压缩比(SVC)、可变几何形状增压器和双级式涡轮增压器、自动/手动变速器、陶瓷制动盘等];
        新材料:工程塑料、玻璃钢及新型高强度钢材、铝镁合金复合材料等;
        新工艺:精密锻造、粉末冶金、无屑加工、一次成型等;
        新机型:电动汽车、混合动力汽车(HEV)、可变压缩比发动机(VCR)、缸内直喷发动机、新一代共轨柴油发动机。
        汽车的设计制造新技术:计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)、计算机辅助试验(CAT)、计算机辅助造型(CAS)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助集成制造系统(CIMS)和计算机虚拟现实系统(VR)等。
        未来世界汽车的技术发展将主要集中在:汽车设计技术和控制手段电子化、汽车驱动形式多样化、汽车生产制造柔性化、汽车材料轻量化、汽车生产组织全球化。开发更安全、舒适、无污染和节能型、智能化汽车。
        4.中国汽车工业发展与现状
        我国汽车发展总体经历如下3个阶段:
       (1)汽车工业创建成长阶段(1953年~1981年)
       (2)汽车工业改革开放阶段(1982年~1993年)
       (3)汽车工业快速增长期(1994年~2003年)
        汽车产量快速增长:从1950年到1992年化了40多年的时间,汽车年产量从0到100万辆;从100万辆到200万辆花了8年时间,从200万辆到300万辆只花了2年时间;从300万辆到400万辆只花了1年时间,2008年达到了937万辆,实现了跨越式发展。
        存在问题:汽车的品牌基本都来自国外,自主开发能力较弱。
        二、汽车类型
        汽车是由自身的动力装置驱动,有四个或四个以上车轮的非轨道承载车辆,主要用来载人,载货,或牵引载运人员或货物。
        有几种分类方式:按用途分、按动力装置类型分、按行驶道路条件分、按行驶机构特征分、按发动机位置及驱动形式分。
        (一)按用途分:(现在有两种)
        一个是原国家标准GB/T3730.1-1988,将汽车分为:普通运输车(轿车、客车、货车)、专用汽车(作业型专用汽车、运输型专用汽车)、特殊用途汽车(竞赛汽车、娱乐汽车)。
        1、普通运输汽车
        根据GB3730.1—88的规定,运输汽车可分为轿车、客车和货车等,并按照汽车的主要特征参数分级:轿车按照发动机工作容积、客车按照车辆总长度、货车按照汽车的总质量。见表1-4。
        表1-4 运输汽车分级
    (1)轿车:载送2~9个乘员,主要供私人用的汽车
    分级
    发动机工作容积/L
    示      例
    微型
    普通级
    中级
    中高级
    高级
    ≤1.0
    >1.0~≤1.6
    >1.6~≤2.5
    >1.5~≤4.0
    >4.0
    奥拓、夏利TJ7100、福莱尔
    捷达王、富康988、羚羊7130
    桑塔纳2000、奥迪100、红旗CA7220
    丰田皇冠、奔驰300、别克新世纪
    卡迪拉克、林肯、奔驰S600、奥迪A6
    (2)客车:载送9个以上乘员,供公共服务用汽车
    分级
    车辆总长度/m
    示      例
    微型
    轻型
    中型
    大型
    特大型
    ≤3.5
    >3.5~≤7
    >7~≤10
    >10~≤12
    铰接式客车与双层客车
    松花江HF6350、天津大发
    解放CA6440、金杯RZH114L
    四平SPK6900、金华BK6820LPG
    黄海DD6112H、上海SK6115KHP2
    上海SK6142铰接式客车、金陵JLY6121双层客车
    (3)货车:载送货物的运输汽车
    分级
    汽车总质量/t
    示      例
    微型
    轻型
    中型
    重型
    ≤1.8
    >1.8~≤6
    >6~≤14
    >14
    福田微卡、小卡、轻卡
    北京BJ1041、跃进NJ1060、江铃JX1030DS
    解放1091、1092、东风1090E
    黄河1171、斯太尔重型汽车
        2、专用汽车
        特种用途汽车:商业售货车、医疗救护车、公安消防车、环卫环保作业车、市政建设工程作业车、农牧副渔作业车、石油地质作业车、机场作业车等。
        3、特殊用途汽车
        竞赛汽车:F1方程式赛、拉力赛
        娱乐汽车:旅游汽车、高尔夫球场专用车、海滩游玩汽车等。
        另一个是新标准GB/T3730.1-2001,将汽车分为乘用车和商用车。乘用车:主要用于载运乘客及其随身行李物品,包括驾驶员座位在内最多不超过9个座位;商用车:主要用于商业用途,运送人员和货物。
        每大类又分若干小类(表1-5)。
    分    类
    说      明
    图  例
    车身
    车顶
    座位
    车门
    车窗
    乘 用 车
    轿 车
    普通乘用车
    封闭
    硬顶
    ≥4
    2
    4
     
    活顶乘用车
    可开启
    硬顶
    软顶
    ≥4
    2
    4
    ≥4
    高级乘用车
    封闭
    硬顶
    ≥4
    4
    6
    ≥6
    小型乘用车
    封闭
    硬顶
    ≥2
    2
    ≥2
    敞篷车
    可开启
    软顶
    硬顶
    ≥2
    2
    4
    ≥2
    仓背乘用车
    封闭
    硬顶
    ≥4
    2
    4
    ≥2
    车身后部有一仓门
    旅行车
    封闭
    硬顶
    ≥4
    2
    4
    ≥4
    多用途乘用车
    座位数超过7个,多用途
     
    短头乘用车
    短头①
    越野乘用车
    可在非道路上行驶②
     
    专用乘用车
    专门用途(救护车、旅居车、防弹车、殡仪车)
     
    商 用 车
    客 车
    小型客车
    载客,≯16座(除驾驶员座)
    城市客车
    城市用公共汽车
    长途客车
    长途客车
    旅游客车
    旅游用车
     
    铰接客车
    由两节刚性车厢铰接组成的客车
    无轨电车
    经架线由电力驱动的客车
    越野客车
    可在非道路上行驶的客车
     
    专用客车
    专门用途的客车
     
    半挂牵引车
    牵引半挂车的商用车
    货 车
    普通货车
    敞开或封闭的载货车
    多用途货车
    驾驶座后可载3人以上的货车
    全挂牵引车
    牵引杆式挂车的货车
    越野货车
    可在非道路上行驶
     
    专用作业车
    特殊工作的货车(消防车、救险车,垃圾车、应急车、街道清扫车、扫雪车、清洁车等)
    专用货车
    运输特殊物品的货车(罐式车、乘用车运输车、集装箱运输车等)
        (二)按动力装置类型分类
        1.活塞式内燃机汽车
        通常分为汽油车、柴油车,代用燃料:合成液体石油、液化石油气(LPG)、压缩天然气(CNG),醇类等。
        2.电动汽车
        以电动机为驱动机械,以蓄电池为能源的车辆。
        3.混合动力汽车
        有发动机和蓄能器两套动力源,克服了电动车续驶里程短和车速低的缺点以及内燃机汽车油耗大和排放污染严重的缺点。
        4.燃气轮机汽车
        1964年燃气轮机汽车以648.71km/h创造当时陆上车辆(靠车轮驱动)速度最高世界记录(不依靠喷气驱动)。
        5.喷气式汽车
        依靠航空发动机或火箭发动机以及特殊燃料,并以喷气反作用力驱动的轮式汽车,1997年以1227.73(超过声速)创造陆上车辆速度最高世界记录。
        (三)按行使道路条件分类
        1.公路用车
        适用于公路和城市道路上行驶的汽车
        2.非公路用车
        一类只能在矿山、机场、工地、专用道路等非公路地区使用;另一类是能在无路地面上行驶的高通过性的越 野汽车,越野汽车可以是轿车、客车、货车或其他用途的汽车,按总质量分级为轻型(≤5t)、中型(>5~≤13t)、重型(>13t)。
        (四)按行驶机构的特征分类
        1.轮式汽车
        分为非全轮驱动和全轮驱动两种类型。汽车驱动型式一般用符号“n×m”(车轮总数×驱动轮数)表示:
        4×2—非全轮驱动,如普通轿车及大多数汽车
        4×4—全轮驱动轻型越野汽车,如BJ2020型
        6×6—中型越野汽车,如EQ2080型
        2.其它型式的车辆
        如履带式、雪橇式、气垫式、步行机械式车辆等。
       (五)按发动机位置及驱动形式分
        前置发动机前驱动FF、前置发动机后驱动FR、中置发动机后驱动MR、后置发动机后驱动RR和全轮驱动nWD五种。
        四轮驱动是指汽车所有车轮都是驱动轮,一般多用于越野车。
        (六)按轿车车身形式分
        有单厢式(发动机舱、客舱和行李舱在外形上形成一个空间形态)、两厢式(发动机舱、客舱和行李舱在外形上形成两个空间形态)、三厢式(发动机舱、客舱和行李舱在外形上形成三个空间形态)。若轿车顶盖不可开启,称该车身为闭式;若客舱顶为敞篷或按需要可开闭,称该车身为开式。
        三、国产汽车产品型号编制规则
        按照国标GB9417-88,国产汽车型号应能表明汽车的厂牌、类型和主要特征参数等。该型号由拼音字母和阿拉伯数字组成,包括首部、中部、尾部。
        首部——企业代号,如CA代表一汽,EQ代表二汽,SH代表上海等。
        中部——由4位数字组成,分为首位、中间两位和末位数字三部分。其含义
        尾部——专用汽车分类或变型车与基本型的区别,如X表示厢式汽车、G表示罐式汽车等。
        示例:
        CA1092表示一汽货车,总质量9t,末位2表示在原车型CA1091上改进型。
        CA7226L表示一汽轿车,发动机排量2.2升,6表示安装5缸发动机的车型,L表示加长型。
        四、汽车的总体构造
        汽车总体构造的组成部分(如图1-2)
        图1-2 汽车的组成
        汽车通常由发动机、底盘、车身、电器与电子设备四个部分组成。
        1.发动机
        是汽车的动力,现代汽车发动机主要采用的是往复活塞式内燃机,负责将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能。它一般由机体组件、曲柄连杆机构、换气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系 统组成。
        2.底盘
        负责将发动机的动力进行传递和分配, 并按驾驶员要求进行行驶(加速、减速、转向、制动等)。它一般由传动系、行驶系、转向系、制动系等组成。
        传动系统:将发动机的动力传给驱动车轮,包括离合器、变速器、传动轴、主减速器及差速器、半轴、驱动桥等部件。
        行驶系统:使汽车各总成及部件安装在适当的位置,对全车起支承作用,以保证汽车正常行驶。包括车架、车身、悬架、车轮等部件。
        转向系统:使汽车按驾驶员选定的方向行驶,由转向操纵装置、转向器、转向传动装置组成,有的汽车还带有动力转向装置。
        制动系统:使汽车减速或停车,并保证驾驶员离去后汽车能可靠地停驻。包括供能装置、控制装置、传动装置和制动器。
        3.车身
        是驾驶员操作和容纳乘客及货物的场所。一般由车身本体、开启件(各种门、窗、行李箱和车顶盖等)、附件(各种座椅、内外饰、仪表电器、刮水器、洗涤器、风窗除霜装置、空调等)和安全保护装置(保险杠、安全带、安全气囊等)组成,货车及专用车辆还有货箱及专用设备。
        4.电器与电子设备
        电器设备包括电源、点火设备、起动设备、照明和信号装置、仪表、空调、刮水器、音像设备、门窗玻璃电动升降设备等;电子设备包括电控燃油喷射及电控点火设备、电控自动变速设备、电子防抱死制动设备等。
        五、汽车行驶的基本原理
        (一)汽车行驶的驱动力与行驶阻力
        1.汽车的驱动力
        地面对驱动轮产生反作用力推动汽车前进,称为汽车的驱动力。
        式中——作用于驱动轮上的转矩(N·m);
        r——车轮半径(m)。
        2.汽车的行驶阻力F
        汽车行驶时需要克服各种阻力.
        (1)滚动阻力
        由车轮滚动时轮胎与路面发生变形而产生的。
        式中 ——滚动阻力(N);
        ——车轮载荷(N);
        f——滚动阻力系数。
        滚动阻力系数与轮胎结构、轮胎气压、车速和路面性质等有关。
        (2)空气阻力
        汽车行驶时受到空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。空气阻力由压差阻力与摩擦阻力两部分组成。
        压差阻力是空气作用在汽车外表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力。
        摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面产生的摩擦作用的阻力。
        影响空气阻力的因素主要有汽车形状、迎风面积和车速。在汽车行驶的速度范围内,空气阻力与车速的平方成正比,当车速很高时,空气阻力是行驶阻力的主要部分。
        (3)坡度阻力
        当汽车上坡行驶时,汽车重力沿坡道的分力称为汽车坡度阻力。
        式中 G——汽车重力,G=mg(N);
        α——坡度角。
        道路的坡度是以坡高h与底长s之比来表示,即
        我国公路标准规定,高速公路平原微丘区最大坡度为3%,山岭重丘区为5%;一般四级路面山岭重丘区最大坡度为9%。当坡度不大时,cosα≈1,sinα≈tagα=i,则
        (4)加速阻力
        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。汽车的质量越大,加速阻力越大。
        3.汽车行驶方程及驱动条件
        汽车行驶的动力方程
        当汽车驱动力等于滚动阻力、空气阻力和坡度阻力之和时,汽车匀速行驶;当驱动力大于后三者时,汽车才能起步或加速行驶;当驱动力小于后三者时,则汽车无法起步或减速行驶。
        汽车的行驶的驱动条件
        (二) 汽车行驶的附着条件
        1.汽车行驶的附着条件
        附着力:地面对轮胎的切向反作用力的极限值。它与驱动轮法向反作用力成正比:
        式中 ——附着系数。
        汽车行驶的附着条件:地面切向反作用力不能大于附着力。
        驱动――附着条件
        汽车行驶必须同时满足驱动条件和附着条件,即为:
        2.汽车附着力影响因素分析
        (1)附着系数
        主要取决于路面的种类和状况、轮胎结构、气压等使用条件有关。
        硬路面的附着系数较高。但当路面有尘土覆盖或潮湿后,附着系数显著下降。
        轮胎的结构及材料对附着系数的影响也很显著。细而浅花纹的轮胎在硬路面上有较好的附着力,而在松软地面上花纹宽而深的轮胎则可获得较大的附着系数。
        低气压、宽断面和子午线轮胎,与地面接触面积大,附着系数比一般轮胎高。
        当车速提高时,附着系数下降。
        在严寒冬季冰雪路面行驶的车辆易打滑,为了增加附着力,可采用特殊花纹的轮胎或在轮胎上绕防滑链。也可以在路面撒砂等应急措施。
        (2)驱动轮的法向反作用力
        该作用力与汽车的总体布置、行驶状况及道路的坡度有关。
        对于两轮驱动的汽车,只有作用在驱动轮上的反作用力才能产生附着力。而该反作用力与汽车整体重力在两车轮上的分配比例有关。全轮驱动汽车的所有车轮都是驱动轮,附着力最大。
        后轮驱动的汽车在加速或上坡时,驱动轮的法向反作用力增加。前轮驱动的汽车相反。