目錄
叢書總序
自序
推薦序
前言
第一章 動力總成綜述1
第一節 動力總成的定義與構成2
第二節 動力總成的發展簡史3
第三節 動力總成的功能、要求與未來趨勢10
第二章 內燃機原理與設計13
第一節 內燃機性能指標與參數13
一、指示性能指標14
二、有效性能指標16
三、強化程度指標19
四、經濟性指標21
五、排放性能指標21
第二節 內燃機性能指標強化與改善26
第三節 內燃機原理簡介28
一、內燃機理論循環28
二、內燃機實際循環32
第四節 內燃機熱平衡與能量管理37
第五節 內燃機曲柄連桿機構運動學與受力分析43
一、曲柄連桿機構運動學43
二、曲柄連桿機構的受力分析51
第三章 內燃機現代研究與方法56
第一節 內燃機燃燒概述57
一、汽油機燃燒過程分析58
二、不正常燃燒現象60
三、燃燒速度62
四、先進汽油機燃燒技術62
第二節 材料與製造概述63
一、鋁合金64
二、鎂合金65
三、鈦合金65
四、汽缸蓋材料研究66
第三節 CAE方法與套用69
一、CAE與內燃機70
二、內燃機工程CAE分析的常見種類71
三、內燃機工程CAE分析的具體套用73
第四章 動力總成的未來之路83
第一節 動力總成與能源和環境83
第二節 新能源動力總成路線探討與生命周期評價88
一、汽車動力總成技術中“新能源”的概念和發展88
二、生命周期評價的方法學92
三、替代燃料和新能源動力總成的生命周期評價:以溫室氣體排放為例94
第三節 新型動力總成:從實驗室到真實世界111
第四節 願景與展望114
參考文獻118
叢書總序
作為國家《中國製造2025》戰略部署的主要支點之一,汽車業持續、快速、健康的發展將為實現中國製造業強國目標奠定堅實的基礎。面對中國汽車產業大而不強的現狀,自主品牌汽車產業的發展壯大時不我待。重慶自主品牌汽車協同創新中心,依託國家“2011計畫”,立足於重慶地區汽車產業的資源和優勢,以我國自主品牌汽車發展重大需求為牽引,以體制機制創新為手段,探索我國汽車自主品牌的發展模式。中心面向國內自主品牌汽車產業,重點開展培養高端人才,匯聚優秀團隊,研發核心技術,推廣產業套用,整合優勢資源,搭建交流平台等工作。重慶自主品牌汽車協同創新中心瞄準“節能環保、安全可靠、智慧型舒適”的國際汽車三大發展趨勢,凝練學科發展方向,匯聚創新資源和汽車及相關領域的優勢學科群,建立了全面涵蓋汽車行業研究領域的創新團隊。
為了滿足汽車領域人才培養的多學科交叉性、行業化、工程化和國際化需求,重慶自主品牌汽車協同創新中心委託中心特別顧問、福特汽車亞太區技術總監韓維建博士作為本套“汽車工程專業系列叢書”的主編,組織多位具有多年國際知名汽車公司研發工作經驗的專家和國內一線汽車領域的專家組成編寫團隊,立足汽車行業現有先進技術,緊跟國際前沿,把握創新特點,遴選汽車領域最新技術成果及發展方向,編寫本套叢書。本套叢書的出版將為中國汽車領域高層次人才培養提供支撐。
書籍是知識傳播的介質,也是人才培養及創新意識傳承的基礎。正如重慶大學建校宣言“人類之文野,國家之理亂,悉以人才為其主要之因”所闡釋的,本套叢書秉承重慶自主品牌汽車協同創新中心人才培養方針,主要面向高校汽車相關學科的本科及研究生教學,同時也可為汽車行業工程人員提供參考。相信本套叢書會對我國汽車領域學科及行業產生積極良好的推動作用。
重慶自主品牌汽車協同創新中心主任
自序
中國的汽車產業發展迅速,已經成為我國國民經濟的支柱產業之一。隨著家庭平均汽車保有量的迅速增長,汽車給整個社會帶來的能源、環境、交通和安全的壓力日益加大。儘管汽車在輕量化、電動化、排放控制技術和安全技術方面已經有了長足的進步,尤其是近幾年網際網路和通信技術在汽車的獨立駕駛和智慧型化方向提供了極大的發展和創新的空間,但諸多的發展給汽車產業帶來無限的挑戰和機遇。因此,行業的快速變化亟需培養一大批不僅懂專業技術,更熟悉跨界知識的創新型人才。
重慶大學汽車協同創新中心認識到人才培養的迫切需求,組織我們為新成立的汽車學院編寫一套教材。參與這套教材編寫的所有作者都身在汽車行業的科研和技術開發的第一線,其中大部分作者是近年海歸的年輕博士。教材的選題經過專家在傳統學科和新興學科中反覆地論證和研討,遴選了汽車行業面臨緊迫挑戰性的技術和話題。第一批教材有八本,包括《汽車材料及輕量化趨勢》《汽車設計的耐久性分析》《汽車動力總成現代技術》《汽車安全的仿真與最佳化設計》《汽車尾氣排放處理技術》《汽車系統控制及其智慧型化》《中國汽車二氧化碳減排路徑》和《汽車製造系統和質量控制》。
這套教材的一個共同特點就是與國際發展同步、內容新穎。編著者對於比較傳統的學科,在編寫過程中儘可能地把最新的技術和理念包括進去,比如在編寫《汽車材料及輕量化趨勢》的過程中,不僅介紹了各種輕量化材料的特點和動向,而且強調了輕量化材料的套用必須系統地考慮材料的性能、部件的加工方法和成本。有些選題針對汽車行業發展的新的技術動向,比如《汽車安全的仿真與最佳化設計》主要介紹汽車安全仿真的模型驗證和最佳化,這是汽車產品開發採用電子認證的必經之路;而《汽車系統控制及其智慧型化》概括了汽車的主要系統及其控制,以及智慧型化技術在各個系統中的套用,這些都是汽車自動駕駛的基礎。
這套教材的另一個突出的特點是實用,比如一般汽車設計要求非磨損件的壽命是24萬公里。《汽車設計的耐久性分析》著重介紹了汽車行業用於耐久性分析的主要工具和方法,以及這些方法的理論基礎。這是進行汽車整車和零部件壽命耐久性正向設計的基礎。隨著環境保護的法規日益嚴格,汽車排放控制技術也在不斷發展提高。汽車動力技術已經形成化石燃料到其他燃料的多元化發展,《汽車尾氣排放處理技術》和《中國汽車二氧化碳減排路徑》介紹了排放控制技術的進程和法規實施的協調,以及達到法規要求的不同技術路線。汽車質量一直是熱門話題,也是一個汽車企業長期生存的關鍵問題之一。《汽車製造系統和質量控制》介紹了現代汽車製造系統與質量控制的基本概念和實踐。
本套叢書不僅對汽車專業的學生大有裨益,也可以作為汽車從業人員和所有對汽車技術感興趣者的參考讀物。由於時間有限,選題的範圍還不全面。每本書的內容也會反映出作者的知識和經驗的局限性。在此,真誠地希望廣大讀者提出意見,供我們不斷修改和完善。
推薦序
隨著我國汽車工業的快速發展,先進的汽車設計理論和技術在車身開發中越來越受到重視。同時,汽車發展遇到了環保、能源、交通等各個方面的諸多問題,在這種新形勢下,從業者掌握和熟練運用核心設計技術顯得尤為重要。
汽車的設計與製造是一個非常複雜的系統工程,需要考慮零件、子系統、系統,乃至整車等各個層面,綜合運用材料科學、能源科學、信息科學和製造科學的相關知識、理論和方法。本套“汽車工程專業系列叢書”涵蓋了汽車製造系統和質量、汽車動力總成、汽車材料及輕量化、車身耐久性、汽車安全仿真與最佳化、汽車系統控制及其智慧型化、汽車尾氣排放處理與二氧化碳減排等多個方面的內容,涉及汽車輕量化、安全、環保、電子控制等關鍵技術。
本套叢書的作者既有在汽車相關領域工作多年、經驗豐富的專家,也有學成回國、已嶄露頭角的後起之秀;內容安排上既有適合初學者學習的大量基礎理論知識,也融入了編著者在相關領域多年來的研究體會和經驗,從中我們能充分體會到現代汽車技術節能、環保和智慧型化的發展趨勢。本套叢書結合大量實例,取材豐富、圖文並茂。
本套叢書可作為汽車設計的參考工具,也可作為車輛工程、機械工程、環境工程等專業研究生的專門教材及學習參考書。相信該套書對於汽車行業相關領域的研究生、企業研發人員和科研工作者會產生重要的啟發作用,特作序推薦。
上海交通大學
前言
作為汽車專業研究生的閱讀材料,本教材將集中介紹汽車,特別是乘用車動力總成的歷史沿革、原理構造、設計方法,以及所依託的先進理論與分析手段。
與國內傳統教材相比,本教材在眾多前輩工作的基礎上,以汽車動力總成的功能描述為出發點,進而解釋內燃機的關鍵性能指標、原理、設計方法,再通過介紹相關基礎學科與開發方法,力圖建立一幅動力總成的技術全景圖。鑒於作者知識所限,本教材以汽油機為主,介紹了內燃機的主要性能參數,繼而引出內燃機的工作原理,以及相應的設計理念與方法。此外,本教材亦試圖通過能源、經濟與環境等社會因素的分析,解釋汽車動力總成的歷史、現狀與未來之路。同時,本教材通過總結理論知識,並結合若干工程套用,簡單闡述了理論在工程實踐中的套用。
本教材並不打算在具體的工程技術細節方面花費過多筆墨。關於這些內容,相信讀者一定可以找到相關書籍,並且在實踐當中不斷深化認識與套用。之所以如此安排,是希望理工科學生在專注研究工程技術的同時,能夠從巨觀層次來理解動力總成這一人類歷史的重要發明。21世紀,不但需要工程師,更加需要具備工程、經濟、社會等綜合視野的人才。本教材的目的在於拋磚引玉,為汽車相關專業研究生、工程師,以及從業人員開拓思路,提供幫助。
人類社會的進步離不開對歷史的記錄與學習,本教材的編寫也離不開前人的工作與鋪墊。在此,作者謹向那些為本教材提供參考與素材的專家與同行,致以最誠摯的謝意!
張亮
作者簡介
主編簡介
韓維建
現任美國福特汽車公司亞太區研究與技術主管。自從1995年加入福特以來,在多個國家和地區組織了眾多的研究和技術項目。他在交通可持續發展系統分析、汽車輕量化、環境、能源、道路交通安全、政策制定,以及產學研結合等諸多領域都具有豐富的經驗和研究成果。
韓維建博士在俄克拉菏馬州的塔爾薩大學獲得機械工程博士學位(1997)和工程管理碩士學位(1990),在四川大學獲得金屬材料工程學士學位(1983)。他目前是上海交通大學的兼職博士導師,並在清華大學和重慶大學聯合指導博士生。
韓維建博士在2001年4月獲太平洋地區經濟理事會環境銀獎,2002年9月獲雲南省國際合作類科技進步獎,2011年獲南京航天航空大學校長國際合作獎。韓博士在能源經濟、生命周期分析、汽車排放控制和可替代能源技術等領域,發表和發布國際性論文、演講、講座等逾60篇次。
作者簡介
張亮
吉林工業大學汽車學院學士,吉林大學動力機械及工程專業碩士,上海交通大學動力機械及工程博士。主要從事汽車發動機及整車性能研究與開發、車用能源生命周期研究,以及創新出行數據分析研究。
李文凱
南京航空航天大學能源與動力學院車輛工程專業學士、機械設計及理論專業博士學位。主要從事金屬材料的斷裂、疲勞性能研究,以及環境濕度、溫度對金屬材料壽命的影響研究。