04汽车文化第四章

汽车文化,第四章,汽车构造,一、概述,现代汽车一般由发动机、底盘、车身、电气设备四部分组成，如右图所示。,第一节汽车发动机,二、发动机,发动机一般是指热力发动机(简称热机)，而这又有外燃机和内燃机之分。内燃机与外燃机相比，具有热效率高、体积小、质量小、便于移动以及起动性能好等优点。右图为发动机示意图。,（一）发动机的分类,车用内燃机根据其将热能转变为机械能的主要构件的形式，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。,四冲程发动机：凡活塞往复四个单程完成一个工作循环。二冲程发动机：活塞往复两个单程即完成一个工作循环。,根据所用燃料种类区分，有汽油发动机(简称汽油机)和柴油发动机(简称柴油机)。根据冷却方式的不同，可分为水冷式和风冷式两种。按其气缸数分类，仅有一个气缸的称为单缸发动机，有两个以上气缸的称为多缸发动机。,（二）内燃机型号编制规则,根据GB/T725-2008，内燃机型号依次包括下列四部分，表示方法如右图。,（1）柴油机型号G12V190ZLD12缸、形、四冲程、缸径190mm、冷却液冷却、增压中冷、发电用（为系列代号）。R175A单缸、四冲程、缸径75mm、冷却液冷却（R为系列代号、A为区分符号）。YZ6102Q六缸直列、四冲程、缸径102mm、冷却液冷却、车用（YZ为扬州柴油机厂代号）。（2）汽油机型号IE65F/P单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型。492Q/P-A四缸、直列、四冲程、缸径92mm、冷却液冷却、汽车用（A为区分符号）。,（三）四冲程发动机的工作原理,四冲程汽油发动机的一个工作循环包括四个活塞行程，即进气行程、压缩行程、做功（膨胀）行程和排气行程，如下图。,双缸水冷汽油转子发动机的结构示意图,（四）转子发动机,气缸体的内壁表面是由双弧长短幅圆外旋轮线构成的特殊型面。气缸体的两个端面分别被前端盖和中间隔板封闭。气缸体、前后端盖及中间隔板是固定件。气缸内装有弧边的三角转子。在转子的一个端面上固定着与转子同心的内齿圈，而与内齿圈相啮合的外齿轮则固定在端盖上。发动机的主轴是偏心轴，其主轴颈支承在与外齿轮同心的主轴承上，而偏心轴颈则套在与内齿圈同心的转子轴承内。,当发动机运转时，转子上的内齿圈围绕固定的外齿轮啮合旋转，做行星运动，即转子不仅绕固定的外齿轮中心(主轴承中心)公转，同时又绕其自身的回转中心(偏心轴颈中心)自转。由于内、外齿轮的齿数比为3:2，因此，转子自转速度与公转速度之比为1:3，即主轴的转速为三角转子的自转转速的3倍。,三角转子的三个角顶与气缸型面紧密接触。三个弧面与气缸型面之间形成三个工作腔。转子转动时工作腔的容积发生变化，其变化规律恰好符合四冲程内燃机对气缸容积变化的要求。在气缸体的一侧装置火花塞，另一侧设置进气孔和排气孔。当发动机工作时，气体的爆发压力通过转子传给偏心轴颈并推动主轴旋转。,（五）燃气涡轮发动机,双轴汽车燃气轮机的基本构造如下图。,燃气轮机作为汽车动力，与往复活塞式发动机相比，具有下列优点：燃气轮机没有往复运动件，因而平衡性好，振动轻微。转速高（一般为2500040000r/min），单位功率质量不超过0.5kg/W。当功率相同时，在外形尺寸及质量方面都优于往复活塞式发动机。摩擦接触面小，机械效率高（可达0.920.94）。摩擦表面不与燃气接触，使润滑问题简化，润滑油消耗率低。燃料适应性好，可以燃用气体燃料和各种液体燃料。起动性能好，用功率较小的起动装置可以在环境温度为-50的情况下顺利起动。排气中有害排放物少，在带负荷工作时，仅为柴油机的1/71/3。转矩特性好，可以减少汽车变速器的挡数，在汽车行驶时可以减少换挡次数。汽车燃气轮机缺点：加速性能差、突然减小负荷时有超速危险、空气消耗量大、对空气纯净度要求高。,（六）斯特林发动机,福特汽车公司设计及制造的汽车斯特林发动机的结构及气缸布置示意图，如右图。发动机有两种不同的类型：单作用式和双作用式。,斯特林发动机的主要优点：,可燃用多种燃料。热效率高。排气污染小。噪声水平低。运转特性好。工作可靠，使用寿命长，燃油消耗率低。,斯特林发动机都是双作用式的。双作用式斯特林发动机的每一个气缸内只有一个做往复运动的活塞。活塞顶以上的工作腔为膨胀腔，活塞底以下的工作腔为压缩腔。膨胀腔与相邻气缸的压缩腔通过加热器、回热器及冷却器相互连通，共同构成一个封闭的循环系统。一台四缸双作用式斯特林发动机有四个气缸、四个活塞及四个加热器、回热器及冷却器，构成四个封闭循环系统。,三、汽油机电子燃油喷射系统,发动机燃油喷射系统可按控制方式、喷射位置、空气量的计量方式和喷射方式的不同而分类。按控制方式分：机械控制式燃油喷射系统、机电结合式燃油喷射系统、电子控制式燃油喷射系统。按喷射位置分：进气管喷射系统、缸内喷射系统。按对空气量的计量方式分：D型电控燃油喷射系统（检测进气压力）、L型电控燃油喷射系统（检测空气流量）。按喷射方式分：连续喷射、间歇喷射。,连续喷射方式：在发动机运转期间，汽油连续不断地喷射在进气道内，且大部分汽油是在进气门关闭时喷射的。间歇喷射方式：在发动机运转期间，将汽油间歇地喷入进气道内。按各缸喷油器的喷射顺序又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射。,同时喷射,分组喷射,顺序喷射,（1）D型电控燃油喷射系统的工作原理D型电控燃油喷射系统利用绝对压力传感器检测进气管内的绝对压力，控制单元根据进气管内的绝对压力和发动机转速推算出发动机的进气量，再根据进气量和发动机转速确定基本喷油量，如下图。,（2）L型电控燃油喷射系统的工作原理L型电控燃油喷射系统利用空气流量计直接测量发动机的进气量，控制单元不必进行推算，即可根据空气流量计信号计算与该空气量相应的喷油量。由于消除了推算进气量的误差影响，其测量的准确程度高于D型，故对混合气浓度的控制更精确，如下图。,目前汽车上应用的电控燃油喷射系统一般都是进气管喷射。按喷油器的数量不同，可分为单点喷射（SPI）系统（左图）和多点喷射（MPI）系统（右图）。,电控燃油喷射系统按有无反馈信号可分为开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统按预先设定在控制单元中的控制规律工作，只受发动机运行工况参数变化的控制，简单易行。但其精度直接依赖于所设定的基准数据和喷油器调整标定的精度。闭环控制系统可达到较高的空燃比控制精度，并可消除因产品差异和磨损等引起的性能变化，工作稳定性好，抗干扰能力强。但是，为了使排气净化达到最佳效果，只能运行在理论空燃比14.7附近。,开环控制示意图,闭环控制示意图,四、柴油机电子燃油喷射系统,“共轨”：该系统中有一条各喷油器共用的保持恒定高压的公共油轨。“喷射”：该系统中各缸喷油器的喷油时刻和喷油量以电子方式控制。共轨燃油喷射系统组成：燃油低压系统、共轨压力控制系统、燃油喷射控制系统三个子系统，如右图。,燃油低压系统主要由油箱、输油泵、滤清器和低压回油管等组成。其作用是向高压油泵供给0.25MPa的清洁燃油。共轨压力控制系统主要由高压泵、高压油管、共轨、共轨压力传感器以及提供安全保障的安全溢流阀和流量限制阀组成。其作用是向各喷油器提供保持恒定高压（120160MPa）的清洁燃油。燃油喷射控制系统主要由加速踏板传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量传感器、ECU和电子喷油器等组成。其作用是ECU根据各传感器检测信号和控制程序计算各喷油器每次的喷油时刻和喷油脉宽，驱动电子喷油器在最佳时刻直接向燃烧室喷入最适量燃油。,第二节汽车底盘,一、传动系统,机械式传动系统示意图,离合器：固定于发动机飞轮后端面，并与变速器相连，处于常接合状态。变速器：设有空挡、若干个前进挡及一个倒挡，各挡传动比都不相同。万向传动装置：位于变速器和驱动桥之间。驱动桥：由主减速器、差速器、半轴和桥壳组成。,01,传动系统的一般布置形式如下图。汽车上广泛采用的传动系统布置形式：发动机前置后轮驱动（英文简称FR）、发动机前轮置前驱动（FF）、发动机中置后轮驱动（MR）、四轮驱动（4WD）等。,二、自动变速器和无级变速器电子控制系统,电控自动变速器又称电控液压自动变速器，采用电控液压方式使行星齿轮变速器自动换挡，各挡位具有固定的传动比。,电控自动变速器组成：液力变矩器、行星齿轮变速器、液压控制装置、ECU和操纵机构等部分，如右图。,前轮驱动的电控自动变速器将自动变速器和差速器组成一体，捷达轿车01N型电控自动变速器的液力变矩器、行星齿轮变速器以及差速器等的结构布置，如右图。,电控无级变速器采用电控液压自动控制，传动比在一定范围内可连续变化。电控无级变速器主要组成：电磁离合器（或液力变矩器）、无级变速机构、液压系统、控制系统和前进倒车机构等，如下图。,V形钢带是CVT的关键部件之一，由带V形斜面的金属片和柔性的钢带组成，如右图。工作时靠V形金属片的推力传递动力，而柔性钢带则只起支承与保持作用。,三、行驶系统,汽车行驶系统的功用：接收由发动机经传动系统传来的转矩，并通过驱动轮与路面间的附着作用而产生路面对汽车的牵引力，以保证整车正常行驶。行驶系统的组成及部分受力情况，如下图。,轮式汽车行驶系统组成：车架、前悬架、后悬架、驱动桥、从动桥、前轮及后轮。其结构及受力情况，如左图。,四、转向系统,汽车转向系统：用来改变或保持车辆行驶方向的机构。按转向能源的不同可分为机械转向系统和动力转向系统两大类。机械转向系统组成：转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分。动力转向系统：兼用驾驶人体力和发动机动力为转向能源的转向系统。,各种转向系示意图,车轮定位示意图,五、电控动力转向系统,电控动力转向系统（EPS或ECPS）：可根据车速、转向情况等对转向助力实施控制，使动力转向系统在不同的行驶条件下都有最佳的放大倍率。液压式EPS：在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和ECU等，ECU根据检测到的车速信号，控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低速时的转向助力要求。电动式EPS：在传统的机械式转向系统的基础上，利用直流电动机作为动力源，ECU根据转向参数和车速等信号，控制电动机转矩的大小和转动方向。采用电动式EPS的汽车比采用液压式EPS的汽车具有更好的燃油经济性。,六、制动系统,制动系统的作用：使行驶中的汽车减速或停车，或使已停驶的汽车保持不动。四个基本部分组成：供能装置、控制装置、传动装置和制动器。一般的液压制动系统的工作原理示意图，如右图。,七、防抱死制动系统,ABS根据传力介质不同，可分为气压式和液压式两类。气压式ABS是利用压缩空气作为传力介质的，一般用在货车和大型客车上。液压式ABS是利用制动液作为传力介质的，主要用在轿车、小型客车上。轿车ABS的组成，如右图。,根据ABSECU所控制通道的数量，ABS可分为三通道ABS与四通道ABS等类型。三通道ABS中，ECU对三路制动压力进行独立的调节控制。三通道ABS的基本布置形式如图。四通道ABS的ECU电控单元对四路制动压力进行独立调节，分别控制四个车轮的制动滑移率。四通道ABS的基本布置形式如图。,三通道ABS的基本布置形式,四通道ABS的基本布置形式,制动滑移率S的定义公式为：,车轮制动滑移率的数值在0100的范围内。在非制动状态下，滑移率为0；在车轮完全抱死时，滑移率为100。,干燥硬实路面上轮胎的附着系数与滑移率的关系，如下图。,一、汽车电气系统,第三节车身电气设备,汽车电气系统组成,.汽车电气系统的组成及特点,汽车电气系统特点,各电子控制系统相对独立运行,单线制和负极搭铁,采用低压直流电路,汽车电源设备和用电设备采用并联连接方式,2.汽车组合仪表及指示器符号,汽车组合仪表板,汽车组合仪表指示器符号,二、车身,轿车车身分类,安全气囊系统简称SRS或SIR。安全带和安全气囊系统是汽车重要的被动约束系统。,.安全气囊系统(SRS),三、汽车上的其他电子控制系统,正面碰撞和侧面碰撞安全气囊系统的布置,安全气囊保护驾驶人和前排乘员的安全,2.汽车防盗系统,汽车防盗系统的控制目标是对无授权进入车内、启动汽车和拆卸防盗系统的企图进行监测。,汽车防盗系统的基本组成和布置,四、车载网络,汽车上的应用电子控制装置,(一)CABBUS系统,目前汽车上的网络连接方式通常采用两条CAN一条用于驱动系统的高速CAN，传输速度达到500kb/s，另一条用于车身系统的低速CAN，传输速度是100kb/s。,CAN总线典型的总线结构(多终端结构),采用CAN总线控制的汽车信息系统的结构,局部连接网络是一个汽车底层网络协议其目的是提供一个价格低廉、性能可靠的低速网络，在汽车网络层次结构中作为低端网络的通用协议，并逐渐取代目前各种各样的低端总线系统。,LIN网络结构,(三)MOST网络,汽车多媒体设备、信息设备的MOST网络是媒体信息传送的网络标准。,车上多媒体设备、信息设备的MOST网络应用,一、汽车驱动防滑转系统,第四节汽车新技术,汽车驱动防滑转系统的作用是防止汽车在启步、加速和滑溜路面上行驶时驱动轮滑转，特别是要防止汽车在非对称路面或在转弯时驱动轮的滑转，以保持汽车的方向稳定性和操纵性并维持最佳驱动力。,ASR系统的作用,二、电控稳定程序,当前轮承受的离心力超过其横向附着力时，前轮就会向外侧滑，当后轮承受的离心力超过其横向附着力时，后轮就会向外侧滑。在转向行驶过程中出现不足转向或过度转向都会影响汽车的方向稳定性，ESP在防抱死制动控制系统和驱动防滑控制系统的基础上发展而来，使汽车能保持良好的方向稳定性。,汽车转向情况,a)不足转向b)过度转向,三、自适应定速巡航控制系统,自适应定速巡航控制系统(速度控制系统或自动驾驶系统)是为了减轻驾驶人劳动强度，提高行驶舒适性，保证汽车和发动机都能在有利速度范围内运行的自动控制装置。,ESP的典型工况,a)不足转向b)过度转向,四、电子控制悬架系统,全主动悬架,空气式悬架,半主动悬架可以对悬架阻尼参数进行自动调整，为无源控制，不能对悬架的刚度和阻尼进行有效的控制，主动悬架能同时满足汽车平顺性和稳定性等各方面的要求，全主动悬架是一种有源控制悬架。,五、发动机增压,1.机械增压,机械增压,机械增压的压缩机直接被发动机的曲轴带动，它的优点是响应性好但是它本身需要消耗一部分能量，因此机械增压不能产生特别强大的动力。,.进气压力波增压,利用进气流的压力波来提高进气压力，是现代电控发动机用以提高发动机动力性，减少排气污染物的技术措施之一。,一些汽油机采用废气涡轮增压其作用就是使发动机在工作中能达到最佳的增压值，提高进气量，增大发动机输出功率。,.废气涡轮增压,废气涡轮增压,六、汽油直接喷射,汽油直接喷射,汽油直接喷射就是指直接往气缸内喷射汽油,七、可变配气相位,气门开启相位、气门开启持续角度和气门升程这三个特性参数对发动机的性能、油耗和排放有重要影响，通常将气门开启相位和气门开启持续角度统称为气门正时。随着发动机负荷和转角的改变，这三个特性参数的最佳选择是根本不同的，为了提高标定功率，要提早开启、推迟关闭进气门，并提高进气门升程