汽車的整體結構及動力系統(tǒng)課件.pptVIP

,1、汽車的整體結構2、汽車動力系統(tǒng),學習目標,1、認識汽車的整體結構2、了解汽車各組成部分所處位置及作用3、了解汽車動力裝置的構造及原理4、了解大學生方程式賽車動力系統(tǒng)設計要求,汽車通常由發(fā)動機、底盤、車身、電器設備四個部分組成,汽車四大組成部分,1發(fā)動機基本功用：使供入其中的燃料燃燒而發(fā)出動力。廣泛應用往復活塞式發(fā)動機，一般由機體、曲柄連桿機構、配氣機構、供給系、冷卻系、潤滑系、點火系（汽油機）、起動系等部分組成。,2底盤基本功用：接受發(fā)動機的動力，使汽車運動并按駕駛員的操縱正常行駛。一般由傳動系、行駛系、轉向系和制動系四部分組成。,行駛系,傳動系,制動系,轉向系,3車身車身是駕駛員工作的場所，也是裝載乘客和貨物的場所。車身應為駕駛員提供方便的操作條件，以及為乘客提供舒適安全的環(huán)境或保證貨物完好無損?？蛙嚭娃I車是整體車身；普通貨車車身由駕駛室和貨箱組成。,4電器設備由電源和用電設備組成，包括發(fā)電機、蓄電池、起動系、點火系以及汽車的照明、信號裝置和儀表等。此外，在現(xiàn)代汽車上愈來愈多地裝用各種電子設備：微處理機、中央計算機系統(tǒng)及各種人工智能裝置(自診、防盜、巡航、防抱死、車身高度自調(diào)等)，顯著地提高了汽車的使用性能。,認識汽車發(fā)動機,發(fā)動機是汽車的動力裝置，被稱為汽車的“心臟”。,一、發(fā)動機的放置位置根據(jù)發(fā)動機相對車身所處的位置和自身安置的方向，我們將發(fā)動機放置按以下兩種劃分。1、發(fā)動機放置以前后軸劃分：發(fā)動機整體在前輪軸前面的稱為“前置發(fā)動機”（常用英文”F”表示），絕大部分轎車都是前置發(fā)動機。發(fā)動機整體在前后軸之間的稱為“中置發(fā)動機”（常用英文”M”表示），很多雙座的超級跑車均采用這種布置方式，例如：蘭博基尼LP640，法拉利F430等。發(fā)動機整體在后輪軸后面的稱為“后置發(fā)動機”（常用英文”R”表示），這類車型比較少，典型代表車型就是保時捷911。,布加迪威龍中置發(fā)動機,菲亞特500前置發(fā)動機,保時捷911后置發(fā)動機,前置發(fā)動機,前置發(fā)動機，即發(fā)動機位車前輪軸之前。前置發(fā)動機的優(yōu)點是簡化了車子變速器與驅動橋的結構，特別是對于占絕對主流的前輪驅動車型而言，發(fā)動機將動力直接輸送到前輪上，省略了長長的傳動軸，不但減少了功率傳遞損耗，也大大降低了動力傳動機構的復雜性和故障率。另外，將發(fā)動機置駕駛員的前方，在正面撞車時，發(fā)動機可以保護駕駛員免受沖擊，從而提高了車的安全性。,前置發(fā)動機,中置發(fā)動機,對于非常講究操控性能的性能跑車來說，通常會采取中置發(fā)動機的擺設方式，這樣布置的好處除了可以將前后軸的配重達成完美的50:50之外，更因重量最重的發(fā)動機遠離了車頭、車尾這二個偏擺力矩最大的部位，因此在過彎時，車子的操控穩(wěn)定性最高，可以用更快的速度、更流暢的姿態(tài)過彎，因此這也是速度最快的方程式賽車(F1)之標準發(fā)動機布置方式，大學生方程式賽車多數(shù)采用中置發(fā)動機后輪驅動布置。由于中置發(fā)動機車型的后座空間已經(jīng)被發(fā)動機占據(jù)了，因此這類車型的一個缺點是只能安放兩個座位，此外發(fā)動機的噪音也會比前置發(fā)動機更大，但是對于那些只為駕駛者準備的高性能跑車來說，它根本不需要擁有后座，而且車主們也會很樂意聽到高亢的引擎聲浪。,法拉利F430,說到更為少見的后置發(fā)動機，我們還得請出獨一無二的保時捷911，其后置發(fā)動機后輪驅動的搭配水平對置發(fā)動機形式更是絕無僅有。這種配置方式與前置前驅車剛好相反，由于重量集中在車尾，因此在高速過彎時會產(chǎn)生明顯的轉向過度。這種特性也使得早期的911非常難以駕馭，對駕駛員的技術要求非常高。不過隨著技術的進步，鋁質發(fā)動機、鋁質懸架的輕量化、以及多連桿懸架的新設定，新911的操控已經(jīng)變得比較理性，這使得很多駕駛技術一般的朋友也能夠感受到911的魅力所在。,保時捷911后置發(fā)動機,Smart后置發(fā)動機,后置發(fā)動機,2、發(fā)動機位置以曲軸縱橫標準劃分：發(fā)動機位置以曲軸位置為標準，我們將發(fā)動機分為橫向式（常用英文”Q”表示）和縱向式（常用英文”L”表示）兩種放置類型。,曲軸和車體方向成直角的叫橫置發(fā)動機，一般前驅車均為橫置發(fā)動機，例如：大眾速騰、標志307、豐田凱美瑞等。曲軸和車體方向平行的叫縱置發(fā)動機，一般后驅車和全驅車多數(shù)都為縱置發(fā)動機，例如：奔馳C級、寶馬3系、豐田銳志等。不過也有特例，奧迪就是典型的前驅車，但是縱置發(fā)動機。如果您站在車頭前方，如果發(fā)動機橫向放在你眼前就是橫置式發(fā)動機，縱向呈現(xiàn)在你眼前則為縱置式發(fā)動機。,橫置式發(fā)動機,縱置式發(fā)動機,2、按照工作循環(huán)不同分,（1）四沖程發(fā)動機,（2）二沖程發(fā)動機,1、按照使用燃料不同分,（1）汽油機,（2）柴油機,二、發(fā)動機的類型,3、按照冷卻方式不同分,(2)風冷式發(fā)動機,(1)水冷式發(fā)動機,4、按照汽缸數(shù)分,(1)單缸發(fā)動機,（2）多缸發(fā)動機,5、按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分,（1）自然吸氣(非增壓)式發(fā)動機,（2）強制進氣(增壓式)發(fā)動機,6、按照汽缸的排列形式分,（1）直列發(fā)動機(LineEngine)發(fā)動機所有汽缸均按同一角度肩并肩排成一個平面，氣缸是按直線排列的，我們稱這樣的發(fā)動機為直列發(fā)動機。直列發(fā)動機特點：它的優(yōu)點是缸體和曲軸結構十分簡單，而且使用一個汽缸蓋，制造成本較低，尺寸緊湊。直列發(fā)動機穩(wěn)定性高，低速扭矩特性好并且燃料消耗也較少；但缺點是隨排量汽缸數(shù)的增加長度大大增加。所以直列發(fā)動機一般都是4缸機，少數(shù)有6缸機，比如寶馬著名的直列6缸發(fā)動機。,（2）V型發(fā)動機將所有汽缸分成兩組，把相鄰汽缸以一定夾角布置一起，使兩組汽缸形成有一個夾角的平面，從側面看汽缸呈V字形，故稱V型發(fā)動機。因為V型發(fā)動機是兩組汽缸，所以汽缸數(shù)均是偶數(shù)，如常見的：V6、V8、V10、V12等，而且V型發(fā)動機排量都比較大，一般都在2.5L以上。V型發(fā)動機特點：V型發(fā)動機高度和長度尺寸小，在汽車上布置起來較為方便，也能夠為駕駛艙留出更大的空間。V型發(fā)動機汽缸對向布置，還可抵消一部分震動，使發(fā)動機運轉更平順；V型發(fā)動機的缺點則是必須使用兩個汽缸蓋，結構較為復雜、成本較高。另外其寬度加大后，發(fā)動機兩側空間較小，不易再安排其它裝置。,（3）W型發(fā)動機W型發(fā)動機是德國大眾專屬發(fā)動機技術。其原理是：將V型發(fā)動機的每側汽缸再進行小角度的錯開，簡單點說，W型發(fā)動機的汽缸排列形式是由兩個小V形組成一個大W形，嚴格說來型發(fā)動機還應屬V型發(fā)動機的變種。W發(fā)動機特點：W型比V型發(fā)動機做得更短一些，有利于節(jié)省空間，同時重量也可輕些；缺點是它的寬度更大，使得發(fā)動機室更滿。大眾旗下的輝騰6.0和奧迪的A8L6.0都采用了W12發(fā)動機，布加迪威龍則是采用了8.0LW16發(fā)動機，W型發(fā)動機一般都是大排量的發(fā)動機。,奧迪6.0LW12發(fā)動機,（4）H型水平對置發(fā)動機如果將直列發(fā)動機看成夾角為0度的V型發(fā)動機，當兩排汽缸的夾角擴大為180度，汽缸水平對置排列，就是水平對置發(fā)動機了。水平對置發(fā)動機特點：由于它的汽缸為“平放”，因此降低了汽車的重心，同時又能讓車頭設計得又扁又低。這些因素都能增強汽車的行駛穩(wěn)定性。水平對置的汽缸布局是一種對稱穩(wěn)定結構，這使得發(fā)動機的運轉平順性比V型發(fā)動機更好，運行時的功率損耗也是最小。不過由于兩排汽缸水平放置，所以造成發(fā)動機缸體很寬，使得發(fā)動機艙排列會變的比較復雜，所以很少有廠家采用。目前只有兩家公司采用水平對置發(fā)動機，分別是斯巴魯和保時捷。,三、發(fā)動機的構造,汽油發(fā)動機一般由“兩大機構、五大系統(tǒng)”組成。,柴油發(fā)動機只有“兩大機構、四大系統(tǒng)”，沒有點火系統(tǒng)。,曲柄連桿機構是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內(nèi)作直線運動，通過連桿轉換成曲軸的旋轉運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉運動轉化成活塞的直線運動。,機體組,配氣機構的功用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。配氣機構大多采用頂置氣門式配氣機構，一般由氣門組、氣門傳動組和氣門驅動組組成。,燃料供給系汽油機燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動機的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。,冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節(jié)溫器等組成。,潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。,點火系統(tǒng)在汽油機中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。,起動系統(tǒng)要使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉。發(fā)動機才能自行運轉，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的起動系。,大學生方程式賽車的動力系統(tǒng)要求,1)發(fā)動機必須為往復活塞式汽油發(fā)動機;2)發(fā)動機排量不得超過610mL;混合動力，例如使用車載儲能設備驅動的電動機是不被允許的。3)發(fā)動機的所有進氣必須流經(jīng)一個內(nèi)徑不超過20mm的進氣限制器;4)允許使用機械增壓器或渦輪增壓器，壓氣機必須布置在進氣限制器之后。5）水冷發(fā)動機必須使用水作為冷卻液。電動機、電池或者高壓電子設備可以使用水或油作冷卻液。嚴禁使用乙二醇防凍劑、水箱保護劑、任何形式的水泵潤滑劑、以及其他任何添加劑。,代表車型動力系統(tǒng)吉林大學吉速車隊Gspeed2013賽車,2019/12/15,33,可編輯,2019/12/15,34,可編輯,吉林大學吉速車隊Gspeed2013賽車發(fā)動機,2、廣東工業(yè)大學GDUTFSAE2013發(fā)動機參數(shù),賽車發(fā)動機選型CBR600發(fā)動機與CF188發(fā)動機相比，具有高轉速、大功率、大扭矩的特點，將為賽車提供更加強大的動力輸出，同時，電噴的應用將使賽車在擁有強大動力的同時，還將具有良好的燃油經(jīng)濟性。,發(fā)動機總成設計的任務發(fā)動機總成設計的任務主要是為了和整車更好匹配，使車輛具有更好的性能。車輛的綜合性能有很多方面，與發(fā)動機總成有密切關系的主要性能有：1、動力學指標：最高車速、加速能力和爬坡能力；2、燃料經(jīng)濟性：等速百公里油耗；3、運轉性能指標：排氣品質、噪聲和啟動性能。,設計中須注意的問題發(fā)動機的安裝：1、配合總布置組、傳動組確定發(fā)動機的安裝位置和安裝方式；2、保證發(fā)動機拆卸簡單、方便，發(fā)動機安裝在車上安全、可靠，振動小。,進氣系統(tǒng)（IntakeSystem）的設計1、功用:盡可能多地和盡可能均勻地向各氣缸供給空氣與燃油混合氣或純凈的空氣。2、包括:空氣濾清器、進氣管。空氣濾清器（AirFilter）“冬菇頭”學名叫高流量風格，由特殊的化學纖維制成的一種高性能空氣濾清器，利用空氣動力學里的文氏管效應，它通過氣體的壓縮從而提高進氣流速流量。它最大的優(yōu)點是在濾凈空氣的同時，使進入燃燒室的空氣流量、流速提高30%以上，比普通空氣濾清器令燃油燃燒更充分，單位效率更高。冬菇頭進氣量肯定是增加了，對車子的起步和平時加速都有的很明顯的效果，從理論來說確實能增加發(fā)動機內(nèi)的空氣流量，讓發(fā)動機艙內(nèi)的燃燒更充分，動力性能有所提升。但對北方含有大量細小沙塵的空氣來說，加大進氣量的同時也將更多的細小沙塵帶入汽缸，造成發(fā)動機的早期磨損，反而影響發(fā)動機的動力表現(xiàn)。,進氣管（AirInletPipe）在滿足規(guī)則和整車布置要求的前提下盡可能減小氣體流動阻力，提高進氣能力，而且進氣管的內(nèi)壁盡可能光滑。在設計中可以利用一些軟件進行模擬計算，以優(yōu)化進氣系統(tǒng)?？捎肎T-power或者Boost做性能計算，也可用Fire等做進排氣的三維模擬計算，主要優(yōu)化進排氣管的長度和管徑大小。,從以上表中可以看出進氣管的長度對發(fā)動機性能有一定的影響，主要利用進氣的慣性及諧振效應來提高充氣效率，從而提高發(fā)動機的性能。在中低轉速時進氣管越長性能越好，在高轉速時進氣管長度越短性能越好。依照振動學原理，在低轉速時，進氣管長度變長之后使進氣管固有頻率得以降低，與此時的低轉速氣流振動頻率接近，在高轉速時，進氣門速度的加快，進氣頻率上升，進氣管長度變短使其固有頻率升高，與此時的高轉速氣流振動頻率接近，這樣就可以提高充氣效率。對于管徑的影響也是一樣，中低轉速時管徑越小性能越好，高轉速時管徑越大，性能越好。目前的可變進氣管技術就是利用這個原理。我們可以針對賽車的工作情況，將進氣管長度和管徑達到所需的最優(yōu)值。,排氣系統(tǒng)功用：以盡可能小的排氣阻力和噪聲，將氣缸內(nèi)的廢氣排到大氣中。包括：排氣支管、排氣管、消聲器。,排氣管的設計1、盡量降低排氣系統(tǒng)的阻力，減小殘余廢氣系數(shù)，提高沖量系數(shù)；2、保證排氣管的制作和安裝簡單、方便；3、設計原則：降低排氣背壓，減小排氣噪聲。4、與進氣管一樣，排氣管也存在諧振現(xiàn)象，只不過所希望的諧振效果是使排氣門處的壓力降低，以利于排氣。排氣管的長度決定了它的適用轉速范圍。短的排氣管適合中低轉速，長的則適合高轉速。對于排氣管的長度是固定的發(fā)動機，只能將其設計成一個最適合的相對折中的轉速。,冷卻系統(tǒng)（CoolingSystem）的設計1、功用：使發(fā)動機在所有工況下都保持在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)。既要防止發(fā)動機過熱，又要防止冬季發(fā)動機過冷。2、一般水冷發(fā)動機冷卻系統(tǒng)由水泵、散熱器、冷卻風扇、節(jié)溫器、補償水桶、機體和缸蓋中的水套以及附屬裝置。3、在賽車中要我們設計和布置的主要有：散熱器、風扇、補償水桶以及一些連接水管。,冷卻液（Coolant）1、冷卻液是水和防凍劑的混合物，冷卻液用水最好是用軟水，否則將在發(fā)動機水套中產(chǎn)生水垢，使傳熱受阻，易造成發(fā)動機過熱。2、防凍劑中通常含有防銹劑和泡沫抑制劑，在使用過程中，防銹劑和泡沫抑制劑會逐漸消耗殆盡，因此，應定期更換冷卻液。散熱器(Radiator)、風扇(Fan)的選型和布置在保證總體安裝布置的前提下盡量使散熱器和風扇安裝在有利于冷卻的位置，其次還要考慮發(fā)動機散熱器和風散的散熱、冷卻能力，以保證發(fā)動機正常的工作。,補償水桶和連接水管1、補償水桶保證冷卻液不會溢失，補償冷卻系統(tǒng)中有足夠的冷卻液，還可消除冷卻系中的所有水泡。2、連接水管布置應簡潔有序，水管中液體流動阻力小。,冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的設計、布置和優(yōu)化可以利用GT-cool做一維模擬仿真，通過計算整個冷卻系統(tǒng)的流量、溫度分布情況、散熱率等來優(yōu)化發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)。汽油供給裝置1、由汽油箱、汽油濾清器、汽油泵和油管組成，作用是貯存、濾清和輸送燃油。2、在滿足規(guī)則和容量要求的前提下油箱盡量精細，安裝、拆卸、加油方便，還要保證安全。,發(fā)動機啟動問題1、在發(fā)動機一切正常的情況下，啟動機或蓄電池有故障都會使發(fā)動機難以啟動。遇此情況，首先要了解啟動機與蓄電池的使用情況，以便大致判斷故障部位。必須先弄清楚，發(fā)動機無法啟動是不是蓄電池電量不足。2、檢測啟動系統(tǒng)。發(fā)動機無法啟動，首先著手做的工作是檢測發(fā)動機啟動系統(tǒng)中的電路。啟動系統(tǒng)的電路一般包括蓄電池、啟動電機以及連接這些部件的電纜等。除此之外，點火開關、啟動機繼電器或電磁線圈。3、檢測燃油系統(tǒng)。燃油系統(tǒng)的診斷可以分為兩部分：燃油供給系統(tǒng)的診斷和噴油器電