第1章-汽车总体构造

1、汽车发动机汽车发动机 构造构造 陈凌珊上海工程技术大学汽车工程学院上海工程技术大学汽车工程学院行驶系的的基本行驶系的的基本构成构成车架悬架车桥车轮行驶系 汽车行驶系汽车行驶系由使汽车滚动行驶的由使汽车滚动行驶的车轮车轮、连接车轮的、连接车轮的车桥车桥、支承车、支承车身的身的悬架悬架和承受各种载荷的和承受各种载荷的车架车架等构成等构成。图图 行驶系的组成行驶系的组成 1-1-车架车架 2-2-车轮车轮 3-3-车桥车桥 4-4-悬架悬架 1234567891110 从转向盘到转向传动轴这从转向盘到转向传动轴这一系列部件和零件即属于一系列部件和零件即属于转向转向操纵机构操纵机构。图图 机械转向系机

2、械转向系 1-1-转向盘转向盘 2-2-转向轴转向轴 3-3-转向器转向器 4-4-转向摇臂转向摇臂5-5-转向主拉杆转向主拉杆 6-6-转向节臂转向节臂 7-7-左转向节左转向节 8-8-左转左转向向梯形臂梯形臂 9-9-横拉杆横拉杆 10-10-右转向梯形臂右转向梯形臂 11-11-右转向右转向节节 作为减速传动装置的作为减速传动装置的转向转向器器中有中有l l2 2级减速传动副。级减速传动副。 自转向摇臂至转向梯形这自转向摇臂至转向梯形这一系列部件和零件一系列部件和零件( (不含转向节不含转向节) )都属于都属于转向传动机构转向传动机构。 在转向操纵机构中，根据在转向操纵机构中，根据需要

3、还会采用需要还会采用万向传动装置万向传动装置。机械转向系的基本构成机械转向系的基本构成 普通轿车常见的转普通轿车常见的转向传动机构如向传动机构如图图11-1411-14所示，其前桥为麦弗逊所示，其前桥为麦弗逊式独立悬架，由于采用式独立悬架，由于采用了了齿轮齿条式转向器齿轮齿条式转向器，转向器通过左右横拉杆转向器通过左右横拉杆4 4、6 6杆分别与转向立柱杆分别与转向立柱总成上的节臂总成上的节臂3 3直接相直接相连，从而使得转向传动连，从而使得转向传动机构的结构大为简化。机构的结构大为简化。转向减振器转向减振器7 7可以有效可以有效减轻来自路面的冲击减轻来自路面的冲击。转向器通过转向器通过安全转

4、向柱安全转向柱2 2与转向盘相连。与转向盘相连。 图图11-14 11-14 桑塔纳轿车转向传动机构桑塔纳轿车转向传动机构 转向传动机构 汽车行车制动系图图12-1 12-1 制动系工作原理制动系工作原理 1-1-制动踏板制动踏板 2-2-推杆推杆 3-3-制动主缸活塞制动主缸活塞 4-4-制动制动主缸主缸 5-5-制动油管制动油管 6-6-制动轮缸制动轮缸 7-7-轮缸活塞轮缸活塞8-8-制动鼓制动鼓 9-9-摩擦片摩擦片 10-10-制动蹄制动蹄 11-11-制动制动底板底板 12-12-制动蹄支承销制动蹄支承销 13-13-制动蹄回位制动蹄回位弹簧弹簧 制动力矩的产生制动力矩的产生地面制

5、动力的产生地面制动力的产生第一章第一章 发动机的工作原理发动机的工作原理 及总体构造及总体构造第一节第一节 发动机的类型发动机的类型1.1.发动机的定义发动机的定义热力发动机(热机):将热能转变为机械能的发动机.2.2.发动机的分类发动机的分类热机热机内燃机内燃机外燃机外燃机活塞式内燃机活塞式内燃机燃气轮机燃气轮机蒸汽机蒸汽机汽轮机汽轮机热气机热气机活塞式内燃机的分类活塞式内燃机的分类按活塞运动方式按活塞运动方式往复活塞式内燃机往复活塞式内燃机旋转活塞式内燃机旋转活塞式内燃机往往复复活活塞塞式式内内燃燃机机旋旋转转活活塞塞式式内内燃燃机机按燃料种类按燃料种类汽油机汽油机气体燃料发动机气体燃料发

6、动机柴油机柴油机 氢燃料发动机氢燃料发动机按冲程按冲程二冲程内燃机二冲程内燃机四冲程内燃机四冲程内燃机按冷却方式按冷却方式风冷式内燃机风冷式内燃机水冷式内燃机水冷式内燃机按进气状态按进气状态非增压非增压/自然吸气内燃机自然吸气内燃机增压内燃机增压内燃机非非增增压压式式内内燃燃机机增增压压式式内内燃燃机机第二节第二节 往复活塞式内燃机的基本结构往复活塞式内燃机的基本结构1、基本结构、基本结构1凸轮轴2气门弹簧3进气门4排气门5气缸盖6气缸7机体8活塞9连杆10曲轴11曲轴齿形带轮12张紧轮13齿形带14凸轮轴齿形带轮第二节第二节 往复活塞式内燃机的基本结构往复活塞式内燃机的基本结构上止点下止点活

7、塞行程（S）曲柄半径（R）燃烧室容积（ ）气缸工作容积（ ）气缸总容积（ ）压缩比发动机排量工作循环工况负荷2.2.基本概念和术语基本概念和术语aVsVcVcsaVVVLSDVs62104D气缸直径，单位mm； S活塞行程，单位mm； afvafvafvafvafvafvafv动态演示动态演示 压缩比压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用比，用表示表示。 例如：例如：现代化油器式发动机压缩比一般为现代化油器式发动机压缩比一般为8 811(11(轿车有的轿车有的达达1010以上以上) )。柴油机压缩比一般为为。柴油机压缩比一般为为16162222。 气

8、缸总容积；气缸总容积； 气缸工作容积；气缸工作容积； 燃烧室容积；燃烧室容积；csccscaVVVVVVV1aVsVcV工作循环工作循环 对于往复活塞式发动机，每进行一次能量转换，对于往复活塞式发动机，每进行一次能量转换，均要经过进气、压缩、作功、排气四个过程。这种周均要经过进气、压缩、作功、排气四个过程。这种周而复始的连续过程，称为发动机的一个工作循环。而复始的连续过程，称为发动机的一个工作循环。 多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量排量 ，用用表示表示 。发动机排量发动机排量 气缸工作容积气缸工作容积 （气缸排量）（气缸排量）i i 气缸

9、数目气缸数目LViVVsLsV工况工况 内燃机在某一时刻的运行状况内燃机在某一时刻的运行状况. .以该时刻内以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示燃机输出的有效功率和曲轴转速表示, ,曲轴转曲轴转速即为发动机转速速即为发动机转速负荷率负荷率(负荷负荷) 内燃机在某一转速下发出的有效功率与相内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值同转速下所能发出的最大有效功率的比值, ,以以百分数表示百分数表示. .负荷率通常简称符合负荷率通常简称符合. .汽油发动机四个行程的图示汽油发动机四个行程的图示1.1.进气行程进气行程. .压缩行程压缩行程. .作功行程作功行程4.

10、4.排气行程排气行程第三节第三节 往复活塞式内燃机的工作原理往复活塞式内燃机的工作原理1.四冲程汽油机的工作原理四冲程汽油机的工作原理1 1、进气行程、进气行程排气门关闭排气门关闭进气门开启进气门开启大气压力线大气压力线PVra示功图示功图上止点上止点下止点下止点示功图示功图：表示活塞表示活塞在不同位置时气缸内在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。气体压力的变化情况。活活塞塞下下行行温度320380K 压力0.080.09MPa2 2、压缩行程、压缩行程进气门关闭进气门关闭排气门关闭排气门关闭PVra示功图示功图大气压力线大气压力线c上止点上止点下止点下止点活活塞塞上上行行温度600750K

11、压力0.81.5 MPa3 3、作功行程、作功行程进气门关闭进气门关闭排气门关闭排气门关闭PVra示功图示功图大气压力线大气压力线cZb上止点上止点下止点下止点活活塞塞下下行行瞬时最高：温度22002800 K， 压力3.06.5MPa作功终了：温度12001500 K， 压力0.350.5 MPa 4 4、排气行程、排气行程进气门关闭进气门关闭排气门打开排气门打开PVr示功图示功图大气压力线大气压力线cZb上止点上止点下止点下止点残余废气残余废气 a 活活塞塞上上行行温度9001100 K 压力0.1050.12 MPa2.2.四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机的工作原理四行程柴油机和四四行

12、程柴油机和四行程汽油机的工作行程汽油机的工作过程相同，每一个过程相同，每一个工作循环同样包括工作循环同样包括进气、压缩、作功进气、压缩、作功和排气四个行程，和排气四个行程，但由于柴油机使用但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的油与汽油有较大的差别，差别，柴油粘度大，柴油粘度大，不易蒸发，自燃温不易蒸发，自燃温度低，故可燃混合度低，故可燃混合气的形成，着火方气的形成，着火方式，燃烧过程以及式，燃烧过程以及气体温度压力的变气体温度压力的变化都和汽油机不同化都和汽油机不同喷油器喷 油 泵进气行程进气行程压缩行程压缩行程作功行程作功行程排气行程排气行程新鲜新鲜空气空气四冲程柴

13、油机各行程示意图四冲程柴油机各行程示意图开始开始喷油喷油温度温度310340K压力压力0.0850.095 MPa温度温度7501000K压力压力35 MPa瞬时：瞬时：温度温度18002200K18002200K压力压力69 MPa69 MPa温度温度700900K700900K压力压力0.1050.12 MPa0.1050.12 MPa终了：终了：温度温度10001200K10001200K压力压力0.20.5 MPa0.20.5 MPa分析和比较四冲程汽油机、柴油机的工作分析和比较四冲程汽油机、柴油机的工作异同异同? ?首先分别看一下汽油机和柴油机的图示首先分别看一下汽油机和柴油机的图示

14、火花塞火花塞 喷油器喷油器 汽油机、柴油机的工作相同点汽油机、柴油机的工作相同点： 1 1、每个工作循环都包括进气、压缩、作功、排气四个活塞行、每个工作循环都包括进气、压缩、作功、排气四个活塞行程行程；每个工作循环曲轴转两周程行程；每个工作循环曲轴转两周, , 每一行程曲轴转半周，曲每一行程曲轴转半周，曲轴旋转两周完成一个工作循环。轴旋转两周完成一个工作循环。2 2、四个活塞行程行程中，只有一个作功行程，在发动机一个、四个活塞行程行程中，只有一个作功行程，在发动机一个工作循环中，曲轴的转速是不均匀的。工作循环中，曲轴的转速是不均匀的。 汽油机汽油机柴油机柴油机汽油与空气在缸外混合，可燃汽油与空

15、气在缸外混合，可燃混合气在气缸外部开始形成，混合气在气缸外部开始形成，并延续到进气和压缩终了，时并延续到进气和压缩终了，时间较长。间较长。进入气缸的是纯空气进入气缸的是纯空气, ,可燃混合可燃混合气在气缸内部形成，从压缩行气在气缸内部形成，从压缩行程接近终了时开始，并占小部程接近终了时开始，并占小部分做功行程，时间很短。分做功行程，时间很短。电火花点燃混合气电火花点燃混合气高温气体加热柴油自燃高温气体加热柴油自燃有点火系有点火系无点火系无点火系无喷油器无喷油器有喷油器有喷油器汽油机、柴油机的工作不同点：汽油机、柴油机的工作不同点：汽油机汽油机 温度温度 压力压力 柴油机柴油机 温度温度压力压力

16、进气行程 320-380k 0.08-0.09MPa进气行程 310-340k0.085-0.095MPa压缩行程 600-750k 0.8-1.5MPa压缩行程 750-1000k3-5MPa做功行程 2200-2800K 1200-1500K 最大：3.0-6.5MPa结束：0.35-0.5MPa做功行程 1800-2200k10001200K最大：6-9MPa结束：0.2-0.5MPa排气行程 9001100K 0.105-0.12MPa排气行程 700-900K0.105-0.12MPa汽油机与柴油机工作时各行程状态参数比较汽油机与柴油机工作时各行程状态参数比较3.3.二冲程汽油机的工

17、作原理二冲程汽油机的工作原理第一冲程：第一冲程：活塞由上止点运动到下止点； 扫气：扫气：下止点时，进气阀关闭；排气口和扫气口开启；曲轴箱内的可燃混合气经扫气口进入气缸，将废气经排气口扫出；活塞继续向上止点运动，活塞头部将扫气口关闭，停止扫气；但是排气口未关闭，废气和部分混合气继续排出。 压缩：压缩：活塞将排气口关闭，缸内的可燃混合气被压缩，直至上止点。进气：进气：活塞到达上止点之前时，曲轴箱容积随活塞上移增大，形成真空度，进气阀开启，混合气进入曲轴箱。3.3.二冲程汽油机的工作原理二冲程汽油机的工作原理第二冲程第二冲程: :活塞由上止点运动到下止点； 燃烧：燃烧：压缩过程终了时，火花塞点火，可

18、燃混合气燃烧，燃烧气体膨胀做功。此时，进气阀仍然开启，混合气被预压缩。 排气：排气：活塞打开排气口，废气排出，做功过程结束； 扫气：扫气：继而活塞又将扫气口开启，可燃混合气经扫气口进入气缸，扫除废气（扫气）。直至下一个活塞行程扫气口被关闭。4.4.二冲程柴油机的工作原理二冲程柴油机的工作原理第一冲程第一冲程: :活塞由下止点运动到上止点； 扫气：扫气：当活塞还处于下止点时，进气口和排气门均开启。扫气泵将纯净的空气增压到0 . 1 2 -0.14Mpa后，经空气室和进气口送入气缸，扫除其中的废气。废气经气缸地步的排气门排出。 压缩：压缩：当活塞上移将进气口关闭的同时，排气门也关闭，进入气缸内的空

19、气开始被压缩。活塞运动至上止点，压缩过程结束。4.4.二冲程柴油机的工作原理二冲程柴油机的工作原理第二冲程：第二冲程：活塞由上止点运动到下止点； 作功：作功：压缩行程结束后，高压柴油经喷油器喷入气缸，并自行着火燃烧。高温高压的燃烧气体推动活塞作功。 排气：排气：当活塞下移至2/3行程时，排气门开启，废气经排气门排出。扫气：扫气：活塞继续下移，进气口开启，来自扫气泵的空气经进气口进入气缸进行扫气。四冲程发动机于二冲程发动机的比较四冲程发动机于二冲程发动机的比较机体机体两两 大大机机 构构曲柄连杆机构曲柄连杆机构 配气机构配气机构五个系统燃油系统燃油系统润滑系统润滑系统冷却系统冷却系统 点火系统点

20、火系统（汽油机）（汽油机）起动系统起动系统进排气系统进排气系统及排气净化装置及排气净化装置第四节第四节 发动机总体构造发动机总体构造机体机体曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构燃料供给系统燃料供给系统润滑系统润滑系统冷却系统冷却系统点火系统点火系统起动系统起动系统动力性指标动力性指标表征发动机作表征发动机作功能力大小功能力大小经济性指标经济性指标发动机热效率发动机热效率和燃油消耗率和燃油消耗率环境性能指标环境性能指标指发动机排放品指发动机排放品质和噪声水平质和噪声水平强化指标强化指标评价发动机承受评价发动机承受热负荷和机械热负荷和机械负荷的能力负荷的能力耐久性指标耐久性指标主要零部件磨损主

21、要零部件磨损到不能继续正常到不能继续正常工作的极限时间工作的极限时间紧凑性指标紧凑性指标发动机结构发动机结构紧凑程度紧凑程度工艺性指标工艺性指标制造和维修制造和维修的方便程度的方便程度可靠性指标可靠性指标规定条件下正常规定条件下正常持续工作能力持续工作能力动力性指标动力性指标 动力性指标表征发动机作功能力的大小，主要包括有效动力性指标表征发动机作功能力的大小，主要包括有效转矩、有效功率、转速和平均有效压力；转矩、有效功率、转速和平均有效压力； 有效转矩有效转矩(Te)(Te) 指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩，指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩，通常用通常用TeTe表示，单位为表示，单位

22、为NmNm。有效转矩是作用在活塞顶部的气体压。有效转矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的转矩，并克服了摩擦，驱动附力通过连杆、传给曲轴产生的转矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净转矩。件等损失之后从曲轴对外输出的净转矩。 有效功率有效功率(Pe)(Pe) 发动机转速发动机转速(n)(n)平均有效压力平均有效压力p pmeme (MPa) (MPa)动力性指标动力性指标 有效转矩有效转矩(Te)(Te) 有效功率有效功率(Pe)(Pe) 指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用通常用PePe表示，单位为表示，单位为kWk

23、W。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效转矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以它等于有效转矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。然后用下面公式计算出有效功率。 式中：式中：Te Te 有效转矩有效转矩（NmNm） n n曲轴转速曲轴转速（r/minr/min）。）。 发动机转速发动机转速(n)(n)平均有效压力平均有效压力p pmeme (MPa) (MPa)动力性指标动力性指标 有效转矩有效转矩(Te)(

24、Te) 有效功率有效功率(Pe)(Pe) 发动机转速发动机转速(n)(n) 平均有效压力平均有效压力p pmeme (MPa) (MPa) 单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，单，单位位MPaMPa。PmePme可以看作是一个假想的、平均不变的压力作用在可以看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程所作的功，即每循环所作的活塞顶上，使活塞移动一个冲程所作的功，即每循环所作的有效功。平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。有效功。平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。1 1、有效热效率、有效热效率( (e ) )：

25、燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率；燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率；2 2、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率( (be) )： 发动机每输出发动机每输出1KW.h1KW.h有效功所消耗的燃油质量（每千瓦有效功所消耗的燃油质量（每千瓦 小小时的油耗）时的油耗）B B发动机每单位时间的耗油量（发动机每单位时间的耗油量（kg/hkg/h）, ,由试验测定；由试验测定；PePe发动机的有效功率，发动机的有效功率，KWKW。有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上

26、给出的有效燃油消耗率越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率gege是最小值。是最小值。hKWgPBbee/103经济性指标经济性指标经济性指标经济性指标 主要包括有效热效率和有效燃油消耗率；主要包括有效热效率和有效燃油消耗率；有效热效率有效热效率( (e e ) )燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率；燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率；有效热效率越高，发动机的经济性越好。有效热效率越高，发动机的经济性越好。有效燃油消耗率有效燃油消耗率( (be) ) 发动机每输出发动机每输出1KW.h1KW.h有效功所消耗的燃油质量（每千瓦有效功所消耗的燃油质

27、量（每千瓦 小小时的油耗）燃油消耗率通常用时的油耗）燃油消耗率通常用bebe表示。表示。B B发动机每单位时间的耗油量（发动机每单位时间的耗油量（kg/hkg/h）, ,由试验测定；由试验测定；PePe发动机的有效功率，发动机的有效功率，KWKW。 有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率gege是最小值。是最小值。hKWgPBbee/103强化指标强化指标升功率升功率PL 发动机在标定工况下，单位发动机排量输出

28、的有效功率；发动机在标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率；升功率大，表明每升气缸工作容积发出的有效功率大，发动机升功率大，表明每升气缸工作容积发出的有效功率大，发动机的热负荷和机械负荷都高。的热负荷和机械负荷都高。强化系数强化系数 (Pme Cm) 平均有效压力平均有效压力P Pmeme与活塞平均速度与活塞平均速度C Cm m的乘积称为强化系数；的乘积称为强化系数；活塞平均速度发动机在标定转速下，活塞往复运动速度的平活塞平均速度发动机在标定转速下，活塞往复运动速度的平均值，它与发动机转速的关系为：均值，它与发动机转速的关系为： CmCm活塞平均速度（活塞平均速度（m/sm/s） S S活塞

29、行程（活塞行程（mmmm） n n发动机标定转速（发动机标定转速（r/min)r/min)31030Sncm紧凑性指标紧凑性指标 紧凑性指标是用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标；紧凑性指标是用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标； 1 1、比容积、比容积发动机外廓体积与其标定功率的比值；发动机外廓体积与其标定功率的比值； 2 2、比质量、比质量发动机的干质量与其标定的功率的比值；发动机的干质量与其标定的功率的比值； （干质量是指未加注燃油、机油和冷却液的发动机质量干质量是指未加注燃油、机油和冷却液的发动机质量）环境指标环境指标指发动机的排放和噪声水平。指发动机的排放和噪声水平。可靠性指标可靠性

30、指标 是表征发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力是表征发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标。评价方法有多种，如首发故障行驶里程，平均故障间的指标。评价方法有多种，如首发故障行驶里程，平均故障间隔里程，主要零部件的损坏率等。隔里程，主要零部件的损坏率等。耐久性指标耐久性指标 耐久性指标是指发动机主要零部件磨损到不能继续正常耐久性指标是指发动机主要零部件磨损到不能继续正常工作的极限时间。通常用发动机的大修里程数来衡量。工作的极限时间。通常用发动机的大修里程数来衡量。工艺性指标工艺性指标 工艺性指标是指评价发动机制造工艺性和维修工艺性好工艺性指标是指评价发动机制造工艺性和维修工艺性

31、好坏的指标。坏的指标。内燃机速度特性内燃机速度特性1 1、发动机特性、发动机特性发动机性能指标随调整状况发动机性能指标随调整状况及运行工况而变化的关系。及运行工况而变化的关系。2 2、发动机速度特性、发动机速度特性发动机的有效功率发动机的有效功率PePe、有效、有效转矩转矩TeTe和有效燃油消耗率和有效燃油消耗率bebe随发动机转速随发动机转速n n的变化关系。的变化关系。 (Pe(Pe，TeTe，bebe与与n n的关系曲线的关系曲线) )）(1)(1)外特性外特性节气门全开时的节气门全开时的发动机速度特性；发动机速度特性；(1)(1)部分特性部分特性节气门部分开节气门部分开启时的发动机速度特性；启时的发动机速度特性；负荷负荷 根据发动机的速度特性，根据发动机的速度特性，可以非常方便直观地说明发动可以非常方便直观地说明发动机的负荷。机的