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1、交通安全及汽车知识公共选修课程公共选修课程河南工业大学机电工程学院 2021/9/242021/9/241 1第二章第二章 汽车基础汽车基础 本章内容第一节 汽车基础知识 2.1.1 汽车导论 2.1.2 汽车基本构造与原理 2.1.3 汽车设计与制造过程 第二节 汽车性能 2.2.1 汽车使用性能 2.2.2 汽车安全性能 2021/9/242021/9/242 2第一节 汽车基础知识 2.1.1 汽车导论 2.1.2 汽车基本构造与原理 2.1.3 汽车设计与制造过程2021/9/242021/9/243 32.1.1 汽车导论 汽车自汽车自汽车自汽车自19191919世纪末诞生至今世纪末
2、诞生至今世纪末诞生至今世纪末诞生至今 100100100100余年期间。目前，余年期间。目前，余年期间。目前，余年期间。目前，全世界有全世界有全世界有全世界有 8 8 8 8亿辆汽车在陆地上行驶，并且以每年几亿辆汽车在陆地上行驶，并且以每年几亿辆汽车在陆地上行驶，并且以每年几亿辆汽车在陆地上行驶，并且以每年几千万量的速度增长。预计千万量的速度增长。预计千万量的速度增长。预计千万量的速度增长。预计2050205020502050年将达到年将达到年将达到年将达到20202020亿辆。没亿辆。没亿辆。没亿辆。没有哪种机械产品像汽车那样对社会产生如此广泛而有哪种机械产品像汽车那样对社会产生如此广泛而有
3、哪种机械产品像汽车那样对社会产生如此广泛而有哪种机械产品像汽车那样对社会产生如此广泛而深远的影响。深远的影响。深远的影响。深远的影响。2021/9/242021/9/244 4汽车发明 近代汽车发明是德国人卡尔近代汽车发明是德国人卡尔 本茨（本茨（CarlCarl BenzBenz），），在在18861886年公开试车年公开试车“ “本茨本茨1 1号号” ”样车，单缸两冲程汽样车，单缸两冲程汽油机，装载一辆三轮车上，每小时行驶油机，装载一辆三轮车上，每小时行驶1515公里。公里。2021/9/242021/9/245 5汽车大规模生产和销售 1913 1913年福特发明了汽车流水生产线，福特年
4、福特发明了汽车流水生产线，福特T T型车型车生产了生产了15001500万辆。万辆。19231923年美国年美国2/32/3的家庭拥有这款车。的家庭拥有这款车。2021/9/242021/9/246 6汽车类型 汽车是由自身的动力装置驱动，具有汽车是由自身的动力装置驱动，具有4 4个（或个（或4 4个以上）车轮的非轨道承载车辆，其主要用途是个以上）车轮的非轨道承载车辆，其主要用途是载运人员和（或）货物、牵引载运人员和（或）载运人员和（或）货物、牵引载运人员和（或）货物。货物。 汽车分类方法很多：按用途、动力装置类型、汽车分类方法很多：按用途、动力装置类型、行驶道路条件等。行驶道路条件等。202
5、1/9/242021/9/247 7 汽车按用途分类（汽车按用途分类（GB/T3730.1-1988GB/T3730.1-1988年标准）年标准） 普通运输汽车普通运输汽车 （排量、长度、总质量）（排量、长度、总质量） 轿车：个人使用、载运少量乘员（轿车：个人使用、载运少量乘员（2 29 9人）人） 微型轿车微型轿车 1.0L 1.0L 普及型轿车普及型轿车1.01.01.6L1.6L 中级轿车中级轿车1.61.62.5L 2.5L 中高级轿车中高级轿车2.52.54.0L4.0L 高级轿车高级轿车4.0L4.0L 客车：客车： 公共服务使用、载运较多乘员（公共服务使用、载运较多乘员（9 9人
6、以上）人以上） 微型客车微型客车 3.5m 3.5m 轻型客车轻型客车3.53.57.0m7.0m 中型客车中型客车7.07.010m 10m 大型客车大型客车101012m12m 特大型客车特大型客车 铰接式与双层铰接式与双层 货车：载运货物货车：载运货物 微型货车微型货车 1.8t 1.8t 轻型货车轻型货车1.81.86.0t6.0t 中型货车中型货车6.06.014t 14t 重型货车重型货车14t14t2021/9/242021/9/248 8 专用汽车（用于某种或某些专门作业任务）专用汽车（用于某种或某些专门作业任务）作业型专用汽车作业型专用汽车救护车、消防车、环卫车、电视广播车、
7、（供水、燃气救护车、消防车、环卫车、电视广播车、（供水、燃气）抢险车等。）抢险车等。运输型专用汽车运输型专用汽车冷藏车、自卸车、冷藏车、自卸车、 集装箱车、（燃油、燃气）罐车等。集装箱车、（燃油、燃气）罐车等。 特殊用途汽车特殊用途汽车竞赛汽车竞赛汽车一级方程式一级方程式F1F1赛车赛车娱乐汽车娱乐汽车旅游房车、高尔夫球场车、海滩车等。旅游房车、高尔夫球场车、海滩车等。2021/9/242021/9/249 9 汽车按用途分类（汽车按用途分类（GB/T3730.1-2001GB/T3730.1-2001年标准）年标准） 乘用车：载运乘客及乘用车：载运乘客及随身行李和临时物品、随身行李和临时物品
8、、包括驾驶员不超过包括驾驶员不超过9 9个个座位。座位。 其中其中种种 为原标准中的轿车。为原标准中的轿车。2021/9/242021/9/241010 商用车商用车 客车：客车： 载运乘客及其载运乘客及其 随身行李，随身行李， 包括驾驶员包括驾驶员 超过超过9 9座座半挂牵引车：半挂牵引车： 具有特殊装置具有特殊装置 用于牵引半挂车用于牵引半挂车 货车：载运货物货车：载运货物2021/9/242021/9/241111 汽车按动力装置类型分类：汽车按动力装置类型分类： 活塞式内燃机汽车活塞式内燃机汽车汽油车汽油车 柴油车柴油车 液化石油气车液化石油气车 天然气车天然气车电动汽车电动汽车纯电动
9、汽车纯电动汽车 混合动力汽车混合动力汽车 燃料电池汽车燃料电池汽车喷气式汽车喷气式汽车太阳能汽车太阳能汽车2021/9/242021/9/241212 2.1.2 汽车基本构造与原理一.汽车总体构造 汽车的组成部分汽车的组成部分 汽车是数以万计的零件所组成的交通工具，其汽车是数以万计的零件所组成的交通工具，其总体结构通常由发动机、底盘、车身、电器与电子总体结构通常由发动机、底盘、车身、电器与电子设备四大部分组成。设备四大部分组成。发动机：使输送进来的燃料燃烧而发出动力的部件，发动机：使输送进来的燃料燃烧而发出动力的部件，是汽车的动力装置。是汽车的动力装置。“汽车的心脏汽车的心脏”底盘：接受发动
10、机动力，使汽车运动并按照驾驶员底盘：接受发动机动力，使汽车运动并按照驾驶员的操纵而正常行驶的部件。的操纵而正常行驶的部件。车身：驾驶员工作的场所，也是装载乘客和货物的车身：驾驶员工作的场所，也是装载乘客和货物的部件。部件。电器与电子设备：汽车仪表、汽车照明与信号、汽电器与电子设备：汽车仪表、汽车照明与信号、汽车辅助电器、汽车自动控制系统等设备。车辅助电器、汽车自动控制系统等设备。2021/9/242021/9/2413132021/9/242021/9/2414142021/9/242021/9/2415152021/9/242021/9/241616 汽车的总体布置形式汽车的总体布置形式 现
11、代汽车按发动机位置分为下面几种布置形式：现代汽车按发动机位置分为下面几种布置形式：发动机前置后轮驱动（发动机前置后轮驱动（FRFR）发动机前置前轮驱动（发动机前置前轮驱动（FFFF）发动机后置后轮驱动（发动机后置后轮驱动（RRRR）发动机中置后轮驱动（发动机中置后轮驱动（MRMR）全轮驱动（全轮驱动（nWDnWD）越野汽车特有的形式，通常发动机前置越野汽车特有的形式，通常发动机前置2021/9/242021/9/241717发动机前置后轮驱动发动机前置后轮驱动: :大多数货车、部分轿车和部分客大多数货车、部分轿车和部分客车采用的形式车采用的形式发动机前置前轮驱动发动机前置前轮驱动: :现代大多
12、数轿车盛行的形式现代大多数轿车盛行的形式2021/9/242021/9/241818发动机后置后轮驱动发动机后置后轮驱动: :大、中型客车盛行的形式大、中型客车盛行的形式发动机中置后轮驱动发动机中置后轮驱动: :方程式赛车和大多数跑车采方程式赛车和大多数跑车采用的形式用的形式2021/9/242021/9/241919全轮驱动（全轮驱动（nWDnWD）越野汽车特有的形式，通常发动机前置越野汽车特有的形式，通常发动机前置2021/9/242021/9/242020 汽车行驶基本原理汽车行驶基本原理 汽车行驶必须具备两个基本条件：驱动条件和汽车行驶必须具备两个基本条件：驱动条件和附着条件。附着条件
13、。驱动条件驱动条件 汽车必须有足够的驱动力，以克服各种行驶阻汽车必须有足够的驱动力，以克服各种行驶阻力，才能正常行驶。力，才能正常行驶。驱动力：驱动力： 来自发动机的动力施加在驱动车轮上，力图使来自发动机的动力施加在驱动车轮上，力图使其旋转，车轮与路面接触处对地面施加一个作用力，其旋转，车轮与路面接触处对地面施加一个作用力，方向和行驶方向相反。车轮与路面附着作用，路面方向和行驶方向相反。车轮与路面附着作用，路面对车轮施加一个反作用力，这就是汽车行驶的驱动对车轮施加一个反作用力，这就是汽车行驶的驱动力。力。2021/9/242021/9/242121滚动阻力：由于车轮滚动时轮胎和路面两者在其接滚
14、动阻力：由于车轮滚动时轮胎和路面两者在其接触区域发生变形而产生。触区域发生变形而产生。空气阻力：汽车前后气流的压力差，以及空气与车空气阻力：汽车前后气流的压力差，以及空气与车身表面摩擦产生。（随车速增高而增大）身表面摩擦产生。（随车速增高而增大）坡度阻力：汽车在坡道上其总重力沿坡道方向的分坡度阻力：汽车在坡道上其总重力沿坡道方向的分力。（上坡为正、下坡为负、水平为零）力。（上坡为正、下坡为负、水平为零）加速阻力：加速惯性力。加速阻力：加速惯性力。（加速为正、减速为负、（加速为正、减速为负、匀速为零）匀速为零）驱动力与总阻力的关系（驱动条件）驱动力与总阻力的关系（驱动条件） 驱动力总阻力驱动力总
15、阻力 水平道路匀速行驶：水平道路匀速行驶：F F驱动驱动驱动驱动F F滚动滚动滚动滚动F F空气空气空气空气 水平道路加速行驶：水平道路加速行驶：F F驱动驱动驱动驱动F F滚动滚动滚动滚动F F空气空气空气空气F F加速加速加速加速 上坡道路匀速行驶：上坡道路匀速行驶：F F驱动驱动驱动驱动F F滚动滚动滚动滚动F F空气空气空气空气F F坡度坡度坡度坡度 上坡道路加速行驶：上坡道路加速行驶：F F驱动驱动驱动驱动F F滚动滚动滚动滚动F F空气空气空气空气F F坡度坡度坡度坡度F F加速加速加速加速2021/9/242021/9/242222附着条件附着条件 通常把车轮与路面之间的相互摩擦
16、以及轮胎花通常把车轮与路面之间的相互摩擦以及轮胎花纹与路面凸起部的作用综合在一起，称为附着作用。纹与路面凸起部的作用综合在一起，称为附着作用。 由附着作用所决定的阻碍车轮滑转的最大力称由附着作用所决定的阻碍车轮滑转的最大力称为附着力。为附着力。 F F附着附着附着附着 W W W W 法向力法向力 附着系数附着系数 附着条件：附着条件：F F驱动驱动驱动驱动 F F附着附着附着附着2021/9/242021/9/242323二.汽车发动机原理和构造总体构造总体构造机体组机体组曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构汽油机供给系统汽油机供给系统冷却系统冷却系统润滑系统润滑系统汽油机点火系统汽油机
17、点火系统起动系统起动系统2021/9/242021/9/2424242021/9/242021/9/242525 发动机工作原理和总体构造发动机工作原理和总体构造 发动机的分类发动机的分类 发动机是将某种能量直接转换成机械能并拖动发动机是将某种能量直接转换成机械能并拖动某些机械工作的机器。某些机械工作的机器。 热力发动机是将热能转换成机械能发动机。热力发动机是将热能转换成机械能发动机。 内燃机是将液体或气体燃料和空气混合后直接内燃机是将液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后将热能再转变输入机器内部燃烧而产生热能，然后将热能再转变成机械能的热力发动机。成机械能的热力发动机
18、。 汽车发动机（指汽车用活塞式内燃机）分类：汽车发动机（指汽车用活塞式内燃机）分类： 按点火方式：压燃式和点燃式按点火方式：压燃式和点燃式 按燃料：汽油机和柴油机按燃料：汽油机和柴油机 按冲程数：二冲程和四冲程按冲程数：二冲程和四冲程 按气缸数及布置形式：单缸机和多缸机按气缸数及布置形式：单缸机和多缸机 气缸中心线：立式、斜置式、卧式；气缸中心线：立式、斜置式、卧式； 汽缸排列：直列、汽缸排列：直列、V V型、对置。型、对置。2021/9/242021/9/242626四冲程发动机的工作原理四冲程发动机的工作原理基本构造基本构造气缸气缸进气门进气门排气门排气门火花塞火花塞活塞活塞连杆连杆曲轴曲
19、轴飞轮飞轮2021/9/242021/9/242727气缸的概念气缸的概念气缸气缸 上止点上止点 下止点下止点 冲程冲程 工作容积工作容积 排量排量2021/9/242021/9/242828四冲程发动机的工作过程四冲程发动机的工作过程进气行程、进气行程、 压缩行程、压缩行程、 做功行程、做功行程、 排气行程排气行程 四冲程汽油机经过进气、压缩、燃烧作功、排气四冲程汽油机经过进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程，完成一个工作循环。这期间活塞在上、下四个行程，完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，曲轴旋转了两周。止点间往复移动了四个行程，曲轴旋转了两周。2021/9/242
20、021/9/242929气缸内燃烧示意图气缸内燃烧示意图2021/9/242021/9/2430302021/9/242021/9/2431312021/9/242021/9/2432322021/9/242021/9/2433332021/9/242021/9/2434342021/9/242021/9/2435352021/9/242021/9/2436362021/9/242021/9/2437372021/9/242021/9/2438382021/9/242021/9/2439392021/9/242021/9/2440402021/9/242021/9/244141发动机的总体构造
21、发动机的总体构造 发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。汽油机：汽油机：1 1组组 2 2机构机构 5 5系统系统 （柴油机：（柴油机：1 1组组2 2机构机构4 4系统）系统）机体组：是各机构、各系统的装配基体和组成部分机体组：是各机构、各系统的装配基体和组成部分曲柄连杆机构：将往复运动变为旋转运动并输出动力曲柄连杆机构：将往复运动变为旋转运动并输出动力配气机构：使可燃混合气及时充入气缸并及时排出配气机构：使可燃混合气及时充入气缸并及时排出供给系统：提供汽油和空气比例合适的可燃混合气供给系统：提供汽油和空气比例合适的可燃混合气点火系统：保证及
22、时点燃混合气点火系统：保证及时点燃混合气冷却系统：把受热机件的热量散到大气中，保证发动冷却系统：把受热机件的热量散到大气中，保证发动机正常工作机正常工作润滑系统：润滑作相对运动的零件，减少摩擦力润滑系统：润滑作相对运动的零件，减少摩擦力起动系统：使静止发动机起动并转入自行运转起动系统：使静止发动机起动并转入自行运转2021/9/242021/9/244242发动机主要性能指标与特性发动机主要性能指标与特性动力性能动力性能有效转矩有效转矩有效功率有效功率曲轴转速曲轴转速经济性能经济性能燃油消耗率燃油消耗率 g/g/（kWkWh h）排放性能排放性能有害气体：有害气体：NONOx x、HCHC、C
23、OCO速度特性速度特性2021/9/242021/9/244343机体组机体组 机体组主要由气缸体、汽缸盖、汽缸盖衬垫机体组主要由气缸体、汽缸盖、汽缸盖衬垫以及油底壳等组成，把发动机的各种机构和系统以及油底壳等组成，把发动机的各种机构和系统组成为一个整体。组成为一个整体。气缸体气缸体汽缸盖和汽缸盖衬垫汽缸盖和汽缸盖衬垫油底壳油底壳发动机支承发动机支承2021/9/242021/9/2444442021/9/242021/9/244545曲柄连杆机构曲柄连杆机构概述概述 把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，向工作机械输出机械能。矩，向工作机械输出机械能
24、。机体组机体组活塞连杆组活塞连杆组活塞活塞活塞环活塞环活塞销活塞销连杆连杆曲轴飞轮组曲轴飞轮组曲轴曲轴曲轴扭转减振器曲轴扭转减振器飞轮飞轮2021/9/242021/9/2446462021/9/242021/9/2447472021/9/242021/9/244848 配气机构配气机构 配气机构的功用是按照发动机每配气机构的功用是按照发动机每气缸内所气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气( (汽油机汽油机) )或或空气空气( (柴油机柴油机) )得以及时进入气缸，废气得以及时
25、得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。从气缸排出。 气门式配气机构的布置及传动气门式配气机构的布置及传动 配气定时：进排气的实际开闭时刻配气定时：进排气的实际开闭时刻 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件 气门组：气门、导气门管、气门座、气门弹簧气门组：气门、导气门管、气门座、气门弹簧 气门传动组：凸轮轴、定时齿轮、挺柱、推杆、气门传动组：凸轮轴、定时齿轮、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴摇臂、摇臂轴2021/9/242021/9/244949汽油机供给系统汽油机供给系统 汽油发动机电控喷射系统主要由空气供给系汽油发动机电控喷射系统主要由空气供给系统、燃统、燃( (汽汽) )油供给系统、油供给
26、系统、ECUECU组成。组成。空气供给系统空气供给系统空气供给系统空气供给系统为发动机形成可燃混合气提供空气。为发动机形成可燃混合气提供空气。由空气滤清器、空气流量计、节气门、进气总管、由空气滤清器、空气流量计、节气门、进气总管、进气支管组成。进气支管组成。燃油供给系统燃油供给系统燃油供给系统燃油供给系统依据发动机工况、进气量为发动机依据发动机工况、进气量为发动机燃烧所需空燃比提供精确燃油量。燃烧所需空燃比提供精确燃油量。 电子控制系统（电子控制系统（电子控制系统（电子控制系统（ECUECUECUECU）根据各种传感器的信息进根据各种传感器的信息进行综合分析和处理，精确控制喷油量，使发动机行综
27、合分析和处理，精确控制喷油量，使发动机在各种工况具有最佳性能在各种工况具有最佳性能2021/9/242021/9/2450502021/9/242021/9/245151发动机冷却系统发动机冷却系统 冷却系统的功用冷却系统的功用 使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系既要防止发动机过热，也要防止冬围内。冷却系既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。在冷发动机起动之后，冷却系还季发动机过冷。在冷发动机起动之后，冷却系还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。度。组成组成 冷却液冷却液 散热器
28、散热器 冷却风扇冷却风扇 节温器节温器 水泵水泵 变速器机油冷却器变速器机油冷却器2021/9/242021/9/2452522021/9/242021/9/2453532021/9/242021/9/245454发动机润滑系统发动机润滑系统润滑系统的功用润滑系统的功用 在发动机工作时连续不断地把数量足够的洁净在发动机工作时连续不断地把数量足够的洁净润滑油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表润滑油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发力、降低功率消耗、减轻机件磨
29、损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。动机工作可靠性和耐久性的目的。润滑剂润滑剂机油泵机油泵机油滤清器机油滤清器机油冷却器机油冷却器2021/9/242021/9/2455552021/9/242021/9/245656发动机点火系统发动机点火系统概述概述 为了适应发动机的工作，要求点火系在规定的为了适应发动机的工作，要求点火系在规定的时刻，按发动机的点火次序供给火花塞以足够能量时刻，按发动机的点火次序供给火花塞以足够能量的高压电，使其两电极间产生电火花，点燃混合气，的高压电，使其两电极间产生电火花，点燃混合气，使发动机做功。能够按时在火花塞两电极之间产生使发动机做功。能够按时在火花塞
30、两电极之间产生电火花的全部装置，称为发动机点火系。电火花的全部装置，称为发动机点火系。点火系统组成与工作原理点火系统组成与工作原理点火时刻点火时刻点火控制技术点火控制技术汽车电源汽车电源2021/9/242021/9/245757发动机起动系统发动机起动系统 概述概述 为了使静止的发动机开始进入工作状态，必为了使静止的发动机开始进入工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使气缸内吸入可须先用外力转动发动机的曲轴，使气缸内吸入可燃混合气，并将其压缩、点燃，混合气燃烧、膨燃混合气，并将其压缩、点燃，混合气燃烧、膨胀产生强大的动力，推动活塞向下运动并带动曲胀产生强大的动力，推动活塞向下运动并带动曲轴
31、旋转，使发动机自动进入工作循环。发动机的轴旋转，使发动机自动进入工作循环。发动机的曲轴在外力的作用下开始转动，到发动机开始自曲轴在外力的作用下开始转动，到发动机开始自动地怠速运转的全过程，为发动机的起动过程。动地怠速运转的全过程，为发动机的起动过程。 起动机起动机2021/9/242021/9/245858汽油机的构造和工作原理2021/9/242021/9/245959柴油机供给系统柴油机供给系统柴油及其使用性能柴油及其使用性能柴油机供给系统的组成柴油机供给系统的组成发动机的进气系统发动机的进气系统发动机的排气系统发动机的排气系统2021/9/242021/9/246060发动机有害排放物的控制系统发动机有害排放物的控制系统汽车发动机的有害排放物汽车发动机的有害排放物汽油机的排放控制系统汽油机的排放控制系统其他排放物的控制系统其他排放物的控制系统柴油机的排放控制系统柴油机的排放控制系统2021/9/242021/9/246161车用发动机的增压系统车用发动机的增压系统概述概述机械增压机械增压涡轮增压涡轮增压气波增压气波增压2021/9/242021/9/246262
