1、2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章1課程說明 主講教師：姜水生 辦公地點(diǎn)：機(jī)電樓D224 聯(lián)系電話：83969624電子郵箱： 成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)考試 考試方式：開閉卷結(jié)合2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章2課程說明 課程性質(zhì)：專業(yè)主干課 課程意義內(nèi)燃機(jī)專業(yè)意義 內(nèi)燃機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀? 汽車動(dòng)力發(fā)展？2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章3內(nèi)燃機(jī)與汽車 內(nèi)燃機(jī)一直被認(rèn)為是汽車的心臟，是汽車的動(dòng)力源。 它是目前世界上熱效率最高，因而也是應(yīng)用得最為廣泛的一種熱力機(jī)械。 汽車工業(yè)的發(fā)展離不開內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的進(jìn)步，并且二者相互推動(dòng)，相輔相成。 隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)不斷壯

2、大，也為中國(guó)成長(zhǎng)為汽車大國(guó)做出了重要貢獻(xiàn)。 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章42012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章5去年我國(guó)汽車產(chǎn)量 2012年中國(guó)汽車產(chǎn)銷量雙雙突破1927萬輛，不僅蟬聯(lián)世界第一，而且創(chuàng)全球歷史新高。 國(guó)家國(guó)家/地區(qū)地區(qū)乘用車（輛）乘用車（輛）商用車（輛）商用車（輛）總和（輛）總和（輛）中國(guó)15,523,6583,748,15019,271,808美國(guó)4,105,8536,223,03110,328,884日本8,554,2191,388,4929,942,711德國(guó)5,388,456260,8135,649,269韓國(guó)4,167,089390,6494,557,7382

3、012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章6新能源汽車 1、純電動(dòng)汽車（實(shí)際上就是電瓶車），早就有； 2、混合動(dòng)力汽車，其中含有內(nèi)燃機(jī)； 3、燃料電池汽車，產(chǎn)業(yè)化還遙遙無期； 結(jié)論：在可預(yù)見的未來，內(nèi)燃機(jī)仍然是主結(jié)論：在可預(yù)見的未來，內(nèi)燃機(jī)仍然是主 要的動(dòng)力源要的動(dòng)力源2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章7鐵路機(jī)車方面 電力機(jī)車：1835年出現(xiàn)，1958年我國(guó)生產(chǎn)出第一臺(tái)電力機(jī)車。 內(nèi)燃機(jī)車：發(fā)明于20世紀(jì)初，我國(guó)從1958年開始制作內(nèi)燃機(jī)車。 目前內(nèi)燃機(jī)車占優(yōu)勢(shì)。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章8內(nèi)燃機(jī)工業(yè)現(xiàn)狀 2011年： 年產(chǎn)量達(dá)到7500萬臺(tái)（世界的四分之一） 總功率達(dá)到14億千瓦的規(guī)模（

4、為78年的60倍） 以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的機(jī)械保有量約為2億（臺(tái)、輛） 工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到3500億元 從業(yè)人員為40萬人 我國(guó)已經(jīng)成為了世界內(nèi)燃機(jī)大國(guó)， 并且正在向內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)邁進(jìn)。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章9今年內(nèi)燃機(jī)工業(yè)繼續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng) 2013年8月內(nèi)燃機(jī)行業(yè)出口總金額11.91億美元，同比增長(zhǎng)80.08%；1-8月累計(jì)出口金額86.35億美元，同比增長(zhǎng)56.40%。 8月內(nèi)燃機(jī)行業(yè)進(jìn)口總金額9.57億美元，同比增長(zhǎng)18.52%；1-8月累計(jì)進(jìn)口金額73.75億美元，同比增長(zhǎng)0.51%。 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章102012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章11課程任務(wù) 深入了解

5、內(nèi)燃機(jī)活塞組、連桿、曲軸、氣缸蓋、氣缸套、機(jī)體和配氣機(jī)構(gòu)等零部件的結(jié)構(gòu)形式、材料選用、受力情況和常見故障,同時(shí)使學(xué)生了解內(nèi)燃機(jī)的總體設(shè)計(jì)方法，以便正確合理地對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì),為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章12課程主要內(nèi)容 第一章 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論 第二章 曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析 第三章 內(nèi)燃機(jī)的平衡 第四章 軸系扭振與噪聲 第五章 配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 第六章 曲軸組設(shè)計(jì) 第七章 連桿組設(shè)計(jì) 第八章 活塞組設(shè)計(jì) 第九章 內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì) 第十章 機(jī)體與氣缸蓋設(shè)計(jì) 第十一章 內(nèi)燃機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章13第一章第一章 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總

6、論 第一節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)要求第二節(jié) 內(nèi)燃機(jī)類型的選擇第三節(jié) 內(nèi)燃機(jī)主要參數(shù)的選擇第四節(jié) 內(nèi)燃機(jī)開發(fā)的一般程序與方法第五節(jié) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)新技術(shù)概述2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章14第一節(jié) 內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)要求機(jī)動(dòng)車是內(nèi)燃機(jī)的最大用戶，其次是各種各樣工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力和小型移動(dòng)式機(jī)具的動(dòng)力，船舶和機(jī)車用內(nèi)燃機(jī)數(shù)量較小。不同用途的內(nèi)燃機(jī)有不同的要求。以下論述的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)要求以車用為依據(jù)。（）動(dòng)力性要求動(dòng)力性要求：功率、轉(zhuǎn)速、使用轉(zhuǎn)速范圍、最大轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩特性2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章15功率決定于汽車總質(zhì)量：車型噸功率備注20t47kW/t519t713kW/t4t1

7、022kW/t有的50kW/t轎車50100kW/t轉(zhuǎn)速使用范圍寬。最大轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩特性應(yīng)滿足汽車動(dòng)力性要求。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章16（）環(huán)境特性要求 環(huán)境性能是指有害排放物及運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲等，都必須滿足有關(guān)法規(guī)要求。 有害排放物指：NOx;HC;CO;SO2;微粒等2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章17（）燃料經(jīng)濟(jì)性要求 內(nèi)燃機(jī)壽命期內(nèi)的燃料消耗的價(jià)值，大約要比內(nèi)燃機(jī)本身價(jià)值高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，由此可見其重要性。評(píng)價(jià)指標(biāo)有： bp(額定功率燃油消耗率)； bpmin(外特性最低燃油消耗率)； bmin（萬有特性【絕對(duì)】最低燃油消耗率）。 汽車用內(nèi)燃機(jī)要特別注意部分負(fù)荷和低轉(zhuǎn)速下的燃油經(jīng)濟(jì)

8、性，以及非定常工況下的經(jīng)濟(jì)性。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章18燃料經(jīng)濟(jì)性要求（續(xù)） 另外，燃油經(jīng)濟(jì)性還直接與CO2排放有關(guān)，所以對(duì)其制定法規(guī)已成趨勢(shì)。 在汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性之間存在矛盾，應(yīng)作出合理折中。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章19（4）工作可靠性和使用耐久性 內(nèi)燃機(jī)的可靠性可靠性是指在設(shè)計(jì)規(guī)定的使用條件下能夠持續(xù)工作、不致因故障影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。 可靠性的考核指標(biāo)考核指標(biāo)是：保證期內(nèi)（desiel:1500h;gasline engine:500h）的不停機(jī)故障數(shù)、停機(jī)故障數(shù)、更換主要零件數(shù)和非主要零件數(shù)。一般要求在保證期內(nèi)不發(fā)生主要零部件的故障。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)

9、設(shè)計(jì) 第一章20工作可靠性和使用耐久性（續(xù)） 內(nèi)燃機(jī)的耐久性或使用壽命耐久性或使用壽命是指到首次大修或完全報(bào)廢為止累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)（車用內(nèi)燃機(jī)常用車輛里程數(shù)表示）。 一般氣缸磨損達(dá)缸徑的0.20.5%或曲軸軸頸磨損約達(dá)直徑的0.1%時(shí)，認(rèn)為已達(dá)到大修極限。 一般車用內(nèi)燃機(jī)大修里程為2050萬km，中小型高速柴油機(jī)大修壽命為500010000h。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章21（5）結(jié)構(gòu)、尺寸、質(zhì)量 對(duì)于車用內(nèi)燃機(jī)來說，其結(jié)構(gòu)要緊湊，外形尺寸要小，質(zhì)量要輕，以便于其在汽車上布置、降低原材料消耗，提高汽車有效負(fù)荷能力。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章22（6）制造工藝性及制造成本 在設(shè)計(jì)

10、中應(yīng)盡量考慮產(chǎn)品系列化、零部件通用化和零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，以利于提高產(chǎn)品的制造工藝性，降低制造成本。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章23（7）使用方便性 使用方便性是指內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)性能起動(dòng)性能、保養(yǎng)性能保養(yǎng)性能和維修性能維修性能等。 上述各要求往往互相矛盾互相矛盾，如緊湊性與耐久性，性能指標(biāo)與制造成本等。設(shè)計(jì)者的任務(wù)就在于在各種具體情況（市場(chǎng)形勢(shì)、主要用途、生產(chǎn)條件、使用環(huán)境等）下，鑒別哪些要求是基本的，必須得到最大限度滿足，再分析其它要求的滿足程度如何。內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)就是解決矛盾的過程。有優(yōu)點(diǎn)必伴隨有缺點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)具體的要求找出一個(gè)最最優(yōu)化的折中方案優(yōu)化的折中方案，使優(yōu)點(diǎn)突出，缺點(diǎn)縮小到最低限度

11、。（節(jié)末）（節(jié)末）2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章24第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)類型的選擇內(nèi)燃機(jī)類型的選擇 內(nèi)燃機(jī)可按所使用的燃料、工作循環(huán)沖程數(shù)、冷卻方式、氣缸布置、進(jìn)氣狀態(tài)等分為很多類型，選型時(shí)應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章25一、使用燃料的選擇汽油機(jī)還是柴油機(jī)對(duì)比參數(shù)汽油機(jī)柴油機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊性好差比質(zhì)量小大制造成本低高噪聲小大冷起動(dòng)性好差燃料經(jīng)濟(jì)性差好CO、HC、NOx多少微粒少多可靠性和耐久性差好單缸功率低高2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章26一、柴油機(jī)、汽油機(jī)或氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)一、柴油機(jī)、汽油機(jī)或氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī) 現(xiàn)在廣泛使用的內(nèi)燃機(jī)主要是柴油機(jī)、汽油機(jī)和氣體燃現(xiàn)在廣泛使用的

12、內(nèi)燃機(jī)主要是柴油機(jī)、汽油機(jī)和氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。在選擇內(nèi)燃機(jī)時(shí)首先碰到的問題就是選擇什么料發(fā)動(dòng)機(jī)。在選擇內(nèi)燃機(jī)時(shí)首先碰到的問題就是選擇什么內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)。 從兩方面考慮從兩方面考慮 內(nèi)燃機(jī)本身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)和市場(chǎng)需求。內(nèi)燃機(jī)本身的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)和市場(chǎng)需求。 地區(qū)或國(guó)家對(duì)環(huán)境和能源應(yīng)用分布的要求。地區(qū)或國(guó)家對(duì)環(huán)境和能源應(yīng)用分布的要求。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章27燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)：燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)：氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)主要使用壓縮天然氣（氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)主要使用壓縮天然氣（Compressed Natural GasCNG）、）、液化天然氣（液化天然氣（Liquified Natural GasLNG）、液化石

13、油氣（）、液化石油氣（Liquified Petrol GasLPG）。）?？梢云涂梢云?LPG、汽油、汽油/天然氣切換（天然氣切換（Bi-fuel兩用燃料）或天然氣兩用燃料）或天然氣/柴油混合柴油混合（Dual Fuel雙燃料），也可以單獨(dú)使用；雙燃料），也可以單獨(dú)使用；辛烷值超過辛烷值超過100，單獨(dú)使用時(shí)可以提高壓縮比以保證功率不損失；，單獨(dú)使用時(shí)可以提高壓縮比以保證功率不損失；排放指標(biāo)比較低、不冒黑煙；排放指標(biāo)比較低、不冒黑煙；一般情況下使用經(jīng)濟(jì)性較好，價(jià)格也比汽油便宜；一般情況下使用經(jīng)濟(jì)性較好，價(jià)格也比汽油便宜；可以節(jié)省石油資源；可以節(jié)省石油資源；燃料供給采用多點(diǎn)電控噴射才能使混

14、和氣比較均勻。燃料供給采用多點(diǎn)電控噴射才能使混和氣比較均勻。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章28使用燃料的選擇（續(xù)） 所以，輕型移動(dòng)機(jī)具、摩托車、小轎車、5t貨車、大客車、公共汽車、農(nóng)用運(yùn)輸車、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)車、中等以上船舶都用柴油機(jī)。 西歐和日本開始在轎車和輕型汽車上應(yīng)用柴油機(jī)。 燃?xì)鈩t有較寬的使用范圍。但是燃?xì)馄嚴(yán)m(xù)航里燃?xì)鈩t有較寬的使用范圍。但是燃?xì)馄嚴(yán)m(xù)航里程短，大部分地區(qū)加氣站不如汽、柴油加油站分程短，大部分地區(qū)加氣站不如汽、柴油加油站分布廣泛，所以燃?xì)馄嚩嘤糜诔鞘泄卉嚒⒊鞘胁紡V泛，所以燃?xì)馄嚩嘤糜诔鞘泄卉?、城市出租車。出租車?012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章

15、29二、沖程數(shù)的選擇二沖程還是四沖程 四沖程機(jī)堅(jiān)固、可靠、耐磨、經(jīng)濟(jì)性好、指標(biāo)穩(wěn)定，所以被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。 二沖程機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是升功率高、轉(zhuǎn)矩變化均勻。因此，在摩托車、摩托艇、噴霧機(jī)、割草機(jī)等應(yīng)用很廣。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章30三、冷卻方式的選擇液體冷卻、空氣冷卻、油冷 水冷內(nèi)燃機(jī)冷卻均勻穩(wěn)定、強(qiáng)化潛力大、工作可靠、所以絕大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)采用水冷。 風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)的主要困難是火花塞或噴油器以及排氣門附近局部高溫?zé)嶝?fù)荷區(qū)不易得到足夠強(qiáng)度的冷卻而影響了可靠性和耐久性，其運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲也大。但它的優(yōu)點(diǎn)是不需要冷卻液、不存在泄漏、積垢、結(jié)冰等問題。目前風(fēng)冷主要用于小功率機(jī)型，如摩托車、移動(dòng)式小型動(dòng)力機(jī)。

16、2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章31冷卻方式的選擇（續(xù)） 無冷卻或絕熱方案由于高強(qiáng)度陶瓷問題尚未突破而無法實(shí)用。 油冷方案的采用帶來了一系列好處（熱應(yīng)力得到控制、燃油耗率低、無單獨(dú)的冷卻系統(tǒng)）。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章32四、氣缸數(shù)和氣缸布置的選擇 氣缸數(shù) 優(yōu)點(diǎn)：緊湊輕巧、平衡性好、 運(yùn)轉(zhuǎn)平順、起動(dòng)容易、 加速響應(yīng)性好 缺點(diǎn)：缸徑 燃油經(jīng)濟(jì)性 零件數(shù) 可靠性 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成本 單缸機(jī)：摩托車、小型農(nóng)用柴油機(jī)； 多缸機(jī)：絕大多數(shù)內(nèi)燃機(jī)使用場(chǎng)合。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章33氣缸數(shù)和氣缸布置的選擇（續(xù)） 工程機(jī)械與農(nóng)業(yè)機(jī)械用內(nèi)燃機(jī)常用2、3、4缸結(jié)構(gòu)，大功率者用6缸結(jié)構(gòu)。

17、小轎車和輕型車除最小排量車型用2或3缸外，絕大多數(shù)用4缸結(jié)構(gòu)，少數(shù)高級(jí)轎車采用6缸結(jié)構(gòu)（V型）。 中型汽車多用4缸結(jié)構(gòu)，少數(shù)用6缸結(jié)構(gòu)。 重型汽車多用6缸結(jié)構(gòu)，少數(shù)用8缸或12缸結(jié)構(gòu)。 內(nèi)燃機(jī)車或艦艇等大功率高速柴油機(jī)多為12、16缸結(jié)構(gòu)。 在整個(gè)內(nèi)燃機(jī)中，4、6缸結(jié)構(gòu)占?jí)旱苟鄶?shù)。 6缸以下多為單列式。 單列式包含：直列式、斜置式、臥式等。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章34五、進(jìn)氣狀態(tài)的選擇自然吸氣還是增壓 增壓：無論是對(duì)于柴油機(jī)還是汽油機(jī)，都是發(fā)展趨勢(shì)。 增壓后優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)性 噪聲 有害排放 缺點(diǎn)：可靠性、耐久性 加速響應(yīng)性 汽油機(jī)爆燃傾向節(jié)末2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章

18、35第三節(jié)內(nèi)燃機(jī)主要參數(shù)的選擇內(nèi)燃機(jī)主要參數(shù)的選擇 內(nèi)燃機(jī)的主要參數(shù)（如平均有效壓力、活塞平均速度、轉(zhuǎn)速、氣缸直徑、活塞行程等）反映了內(nèi)燃機(jī)的工作性能和設(shè)計(jì)質(zhì)量。參數(shù)的選擇應(yīng)考慮先進(jìn)性和現(xiàn)實(shí)性。 內(nèi)燃機(jī)功率與主要參數(shù)之間關(guān)系:)30/(psmepepniVpP其中， ：最大有效功率（kW）； ：最大功率點(diǎn)缸內(nèi)平均有效壓力（Mpa）；i:氣缸數(shù)； ：氣缸工作容積（L）； :最大功率點(diǎn)曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）; :工作循環(huán)沖程數(shù)。epPmeppsVpn2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章36內(nèi)燃機(jī)主要參數(shù)的選擇內(nèi)燃機(jī)主要參數(shù)的選擇 或： 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是在保證燃料經(jīng)濟(jì)性最佳并滿足其它基本要求前

19、提下盡可能提高功率輸出。2)100()(895. 7DpiPmmepep2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章37一、平均有效壓力 是標(biāo)志內(nèi)燃機(jī)熱力循環(huán)進(jìn)行的有效性及內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)合理性和制造完善性最重要的指標(biāo)之一。 mepmep)/)(/()/(485. 30ssumiacmeTplHp其中， ：充量系數(shù)，采用合理的進(jìn)氣系統(tǒng)，減小流動(dòng)阻力，優(yōu)化配氣機(jī)構(gòu)和配氣定時(shí)來提高它。 ：過量空氣系數(shù)，對(duì)于柴油機(jī)來說，改善混合氣形成可以降低它。 ：對(duì)于汽油機(jī)，可以通過提高壓縮比來提高它；對(duì)于柴油機(jī)來說，須改善燃燒來提高它。 ：降低摩擦損失（如減少環(huán)數(shù)、縮小曲軸軸頸等），合理配機(jī)可以提高它。 ：通過增壓、中冷來提

20、高它。caissTp /m2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章38平均有效壓力（續(xù)）mepp機(jī)型車用汽油機(jī)車用增壓汽油機(jī)車用柴油機(jī)車用增壓柴油機(jī)強(qiáng)化增壓中冷柴油機(jī)（MPa）0.91.31.21.50.71.00.91.522012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章39二、活塞平均速度 是表征活塞式內(nèi)燃機(jī)工作強(qiáng)度最重要的參數(shù)之一，所以以它為參數(shù)進(jìn)行機(jī)型分類: 高速機(jī)： 9m/s 中速機(jī)： =69m/s 低速機(jī)： 6m/s 對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能、工作可靠性及壽命有很大關(guān)系。mmmmmm2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章401、 對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響 由前面的功率公式可知： 但進(jìn)排氣阻力 摩擦損失平均壓力 所以，

21、 因此，在提高 的同時(shí)，應(yīng)改善進(jìn)、排氣系統(tǒng)，減小活塞組的摩擦損失。mmmmepPp2mmmpmmep2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章412、 對(duì)內(nèi)燃機(jī)受力件機(jī)械應(yīng)力的影響 因此，由慣性力引起的機(jī)械應(yīng)力近似與 成正比。m)1 (2maxrmFjjD3Sn2 所以， FFj/max)/(/2223DSDSnDm 2m2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章423、 對(duì)內(nèi)燃機(jī)受熱件熱負(fù)荷的影響 缸內(nèi)單位時(shí)間發(fā)熱量與燃料燃燒發(fā)熱量成正比：mQ ueeHPbuemmeHbpD2mD2 燃燒室表面積： )/1 (22/4222DSDDSDFc所以，單位時(shí)間單位面積發(fā)熱量為cFQq/ m2012-2-14內(nèi)

22、燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章434、 對(duì)內(nèi)燃機(jī)摩擦磨損和壽命的影響 氣體力產(chǎn)生的單位時(shí)間磨損：m慣性力產(chǎn)生的單位時(shí)間磨損：所以，單位時(shí)間單位面積的磨損為：W1mgDp24mD2W2mjFmax32mDFW /)31(m 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章444、 對(duì)內(nèi)燃機(jī)摩擦磨損和壽命的影響 因此， 的提高會(huì)導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)壽命下降。應(yīng)慎重考慮。mm機(jī)型非增壓汽油機(jī)增壓汽油機(jī)非增壓柴油機(jī)增壓柴油機(jī)最大 (m/s)181514122012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章45三、氣缸直徑和氣缸數(shù) PeD2 不難證明，在 等參數(shù)不變的條件下，D的大小不影響機(jī)械應(yīng)力、機(jī)械變形和單位面積的熱負(fù)荷。 但是，比質(zhì)量 ePMM/

23、023/ DD D 氣缸容積比面積 SVFf/32/ DD 1/D mmep2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章46氣缸直徑和氣缸數(shù)（續(xù)） 所以，D 結(jié)構(gòu)笨重?zé)嶝?fù)荷增加經(jīng)濟(jì)性改善（柴油機(jī)） 當(dāng)Pe、pme 、 、S/D和不變時(shí)m iD2=const. 于是， D SD2/1/1 i2/1/1 i2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章47氣缸直徑和氣缸數(shù)（續(xù)）n1/S SVSD22/3/1 i SstiVV2/1/1 i2/1isteLVPP/2/1i所以，可得出以下結(jié)論結(jié)論：i D n SVstVLP 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章48缸徑的取值范圍（mm）：機(jī)型D下限D(zhuǎn)正常范圍D上限汽油

24、機(jī)無6090100柴油機(jī)輕型車60801001000中型車100120重型車1201402012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章49轎車用發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)統(tǒng)計(jì)轎車類型總排量 （L）缸數(shù) 普及型（低檔）1.224標(biāo)準(zhǔn)型（中檔）1.22.54豪華型（中、高檔）2.53.56超豪華型（高檔）3.5812istV生產(chǎn)廠家往往采用擴(kuò)缸進(jìn)行改型設(shè)計(jì)。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章50氣缸直徑改變之后，要做如下必要的工作：氣缸直徑改變之后，要做如下必要的工作： 計(jì)算氣缸工作容積。計(jì)算氣缸工作容積。 計(jì)算標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的扭矩計(jì)算標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的扭矩Me。估算最大扭矩。估算最大扭矩Memax和和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速

25、。對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。 壓縮比驗(yàn)算和調(diào)整、燃燒室重新設(shè)計(jì)。壓縮比驗(yàn)算和調(diào)整、燃燒室重新設(shè)計(jì)。 工作過程計(jì)算。工作過程計(jì)算。 重新選配活塞組零件，計(jì)算活塞組質(zhì)量。重新選配活塞組零件，計(jì)算活塞組質(zhì)量。 確定是否需要改變氣門直徑和氣門最大升程，是否需要重新設(shè)計(jì)確定是否需要改變氣門直徑和氣門最大升程，是否需要重新設(shè)計(jì)凸輪型線。凸輪型線。 重新曲軸平衡分析、重新設(shè)計(jì)曲軸的平衡塊及布置。重新曲軸平衡分析、重新設(shè)計(jì)曲軸的平衡塊及布置。 進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算，計(jì)算活塞側(cè)向力、連桿力、切向力、進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算，計(jì)算活塞側(cè)向力、連桿力、切向力、徑向力和單缸扭矩，計(jì)算軸頸積累扭矩。徑向力和單缸扭矩，計(jì)算軸頸積累扭

26、矩。 連桿軸承表面壓力校核。連桿軸承表面壓力校核。 曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算以確定是否要重新匹配減振措施。曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算以確定是否要重新匹配減振措施。 冷卻水流動(dòng)和散熱能力計(jì)算分析。冷卻水流動(dòng)和散熱能力計(jì)算分析。SD4V22012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章51四、行程缸徑比S/D和活塞行程S 活塞式內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)即行程缸徑比（S/D），它對(duì)內(nèi)燃機(jī)的尺寸和質(zhì)量指標(biāo)等有很大影響。1、S/D對(duì)升功率 的影響 在 不變時(shí)，S/D n 若n受限于 以外的其它因素，則以上推測(cè)不成立。LPmmLP2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章522、S/D對(duì)缸內(nèi)燃燒過程的影響 S/D 燃燒室容積比

27、ckVV燃燒難組織HC （汽油機(jī)） 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章533、S/D對(duì)散熱的影響 其它條件相同時(shí)，S/D面容比所以，風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)不宜采用短行程結(jié)構(gòu)。傳給冷卻系的熱量零件熱負(fù)荷 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章544、S/D對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)外形尺寸的影響 對(duì)單列式多缸機(jī)宜采用較大的S/D，以便減小其長(zhǎng)度。 對(duì)于雙列式機(jī)，由于長(zhǎng)度不存在問題，所以可用短行程結(jié)構(gòu)。 S/D的統(tǒng)計(jì)：機(jī)型車用汽油機(jī)高速柴油機(jī)雙列機(jī)風(fēng)冷機(jī)S/D0.91.11.01.2略小大些2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章55要改變行程要改變行程S，相應(yīng)在結(jié)構(gòu)上的必要改變和必要的，相應(yīng)在結(jié)構(gòu)上的必要改變和必要的計(jì)算包括：計(jì)

28、算包括：要重新設(shè)計(jì)曲軸，使曲軸的曲柄半徑要重新設(shè)計(jì)曲軸，使曲軸的曲柄半徑r=S/2。要重新進(jìn)行壓縮比計(jì)算和調(diào)整。要重新進(jìn)行壓縮比計(jì)算和調(diào)整。重新設(shè)計(jì)缸套長(zhǎng)度。重新設(shè)計(jì)缸套長(zhǎng)度。計(jì)算氣缸工作容積。計(jì)算標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的扭矩計(jì)算氣缸工作容積。計(jì)算標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的扭矩Me。估算最大扭矩。估算最大扭矩Memax和和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。要重新進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算、平衡計(jì)算。要重新進(jìn)行曲柄連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算、平衡計(jì)算?；钊骄俣群妥畲笏俣扔?jì)算，確定活塞與缸套的摩擦情況?；钊骄俣群妥畲笏俣扔?jì)算，確定活塞與缸套的摩擦情況。曲柄半徑改變，連桿比曲柄半徑改變，連桿比變化，要確定連桿長(zhǎng)度是否合適，

29、最大連桿擺角時(shí)桿身是否與變化，要確定連桿長(zhǎng)度是否合適，最大連桿擺角時(shí)桿身是否與缸套下沿相碰，活塞下止點(diǎn)時(shí)曲軸平衡塊是否與活塞裙部相干涉。一般情況下，如果缸套下沿相碰，活塞下止點(diǎn)時(shí)曲軸平衡塊是否與活塞裙部相干涉。一般情況下，如果活塞行程加大，連桿長(zhǎng)度也要加大。活塞行程加大，連桿長(zhǎng)度也要加大。要改變機(jī)體高度或者將曲軸中心上下移動(dòng)。要改變機(jī)體高度或者將曲軸中心上下移動(dòng)。要進(jìn)行工作過程計(jì)算等。要進(jìn)行工作過程計(jì)算等。此時(shí)曲軸軸頸的重疊度肯定要發(fā)生改變，尤其在加大沖程情況下，一定要利用有限元此時(shí)曲軸軸頸的重疊度肯定要發(fā)生改變，尤其在加大沖程情況下，一定要利用有限元方法驗(yàn)算曲軸的強(qiáng)度。方法驗(yàn)算曲軸的強(qiáng)度。扭

30、轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算分析，確定是否需要改變減震器結(jié)構(gòu)。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)算分析，確定是否需要改變減震器結(jié)構(gòu)。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章56五、綜合評(píng)價(jià)參數(shù) 升功率： )30/(/pmepstePLnpVPP它表征內(nèi)燃機(jī)工作過程的強(qiáng)化和完善程度。 單位活塞面積功率： )10/()/(mmeppePFpiFPP它可以表示內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷（一般把 稱為內(nèi)燃機(jī)的強(qiáng)化系數(shù)）。meppm其中， ：活塞頂投影面積（cm2）pF2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章57綜合評(píng)價(jià)參數(shù)（續(xù)） 比質(zhì)量： LLePPMPMM/0 升質(zhì)量： 比體積： 升體積： stLVMM/它表征內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)完善性。 LLePPVPVV

31、/0stLVVV/其中，V：內(nèi)燃機(jī)外接立方體體積（m3）； M：內(nèi)燃機(jī)凈質(zhì)量（kg）2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章58比質(zhì)量統(tǒng)計(jì)值機(jī)型汽油機(jī)柴油機(jī)M0(kg/kw)1.21.336節(jié)末2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章59第四節(jié) 內(nèi)燃機(jī)開發(fā)的一般程序與方法內(nèi)燃機(jī)開發(fā)的一般程序與方法 發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研制可以分為三類： 1、 在原有（現(xiàn)有）產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)： 如改進(jìn)結(jié)構(gòu)提高工藝性、延長(zhǎng)壽命；降低排放；改進(jìn)燃燒系統(tǒng)提高經(jīng)濟(jì)性；改非增壓為增壓等 2、 在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)同一型式的系列化發(fā)動(dòng)機(jī)（系列化設(shè)計(jì)）： 如在四缸機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)六缸機(jī)；在直列機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)V型機(jī)；在車用發(fā)動(dòng)機(jī)的基

32、礎(chǔ)上設(shè)計(jì)工程機(jī)械用、發(fā)電用發(fā)動(dòng)機(jī)等 3、 設(shè)計(jì)新型的發(fā)動(dòng)機(jī)（開發(fā)新機(jī)型）2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章60第四節(jié) 內(nèi)燃機(jī)開發(fā)的一般程序與方法內(nèi)燃機(jī)開發(fā)的一般程序與方法 內(nèi)燃機(jī)的開發(fā)過程隨著機(jī)型、設(shè)計(jì)目的、生產(chǎn)規(guī)模的不同而不同。對(duì)于大批量生產(chǎn)的中、小功率內(nèi)燃機(jī)，新機(jī)型的開發(fā)一般可分為四個(gè)階段，即方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、樣機(jī)制造和調(diào)試、鑒定和投產(chǎn)等階段。方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)樣機(jī)制造和調(diào)試鑒定和投產(chǎn)2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章61一、方案設(shè)計(jì)階段（又稱概念設(shè)計(jì)） 接受新產(chǎn)品設(shè)計(jì)試制任務(wù)調(diào)查研究和方案設(shè)計(jì)擬定技術(shù)任務(wù)書總體方案設(shè)計(jì)2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章62方案設(shè)計(jì)階段此階段由下述環(huán)

33、節(jié)組成：此階段由下述環(huán)節(jié)組成：1. 確定任務(wù)確定任務(wù) 主要是根據(jù)市場(chǎng)需要和法規(guī)需要主要是根據(jù)市場(chǎng)需要和法規(guī)需要 (進(jìn)行必要進(jìn)行必要性、可行性論證性、可行性論證)，這個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該是企業(yè)產(chǎn)品規(guī)劃中確定這個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該是企業(yè)產(chǎn)品規(guī)劃中確定的，有長(zhǎng)期規(guī)劃，也有短期規(guī)劃。的，有長(zhǎng)期規(guī)劃，也有短期規(guī)劃。 新產(chǎn)品開發(fā)的必要性新產(chǎn)品開發(fā)的必要性決定于市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的要求。通過調(diào)研，明確新產(chǎn)品的主要用途、需求的緊迫程度、預(yù)計(jì)產(chǎn)量、發(fā)展系列產(chǎn)品的可能性、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的適應(yīng)性等。 新產(chǎn)品開發(fā)的可能性新產(chǎn)品開發(fā)的可能性包括資金、技術(shù)力量、知識(shí)積累。生產(chǎn)條件和零部件專業(yè)廠的配套等。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章63方案設(shè)計(jì)

34、階段2. 組織設(shè)計(jì)組組織設(shè)計(jì)組根據(jù)任務(wù)挑選合適人選根據(jù)任務(wù)挑選合適人選 人員結(jié)構(gòu)合理人員結(jié)構(gòu)合理 技術(shù)結(jié)構(gòu)合理技術(shù)結(jié)構(gòu)合理3. 調(diào)查研究調(diào)查研究 a 訪問市場(chǎng)和用戶，征求對(duì)產(chǎn)品的要求訪問市場(chǎng)和用戶，征求對(duì)產(chǎn)品的要求 b 了解制造廠的工藝條件、設(shè)備能力以及配件供應(yīng)情況了解制造廠的工藝條件、設(shè)備能力以及配件供應(yīng)情況 c 收集同類先進(jìn)產(chǎn)品的資料，考察同類產(chǎn)品收集同類先進(jìn)產(chǎn)品的資料，考察同類產(chǎn)品 d 確定參考樣機(jī)確定參考樣機(jī)2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章64方案設(shè)計(jì)階段4. 確定基本性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式（概念設(shè)計(jì)階段）。確定基本性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式（概念設(shè)計(jì)階段）。 主要是通過主要是通過: 同類型機(jī)

35、型對(duì)比、同類型機(jī)型對(duì)比、 熱力學(xué)計(jì)算、熱力學(xué)計(jì)算、 動(dòng)力學(xué)計(jì)算和整機(jī)一維模型仿真分析。動(dòng)力學(xué)計(jì)算和整機(jī)一維模型仿真分析。5擬訂設(shè)計(jì)任務(wù)書擬訂設(shè)計(jì)任務(wù)書 說明產(chǎn)品的原因、用途、適用范圍等說明產(chǎn)品的原因、用途、適用范圍等 說明內(nèi)燃機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)說明內(nèi)燃機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo) 如：如：a. 型式（汽或柴）、氣門數(shù)、直立或臥式型式（汽或柴）、氣門數(shù)、直立或臥式 b. 沖程數(shù)沖程數(shù) （4 或或 2）、缸徑）、缸徑D、沖程、沖程S c. 冷卻方式（水冷卻方式（水 或或 風(fēng)）風(fēng)）2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章65方案設(shè)計(jì)階段（續(xù)）d. 汽缸排列方式汽缸排列方式 （直列、

36、（直列、V型）型） e. 功率功率Ne、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速n、扭矩、扭矩M f. 燃油消耗率燃油消耗率ge(克克/千瓦千瓦.小時(shí)小時(shí)) g. 機(jī)油消耗率機(jī)油消耗率gm(克克/千瓦千瓦.小時(shí)小時(shí)) h. 大修期、保用期、一般大修期是保用期的大修期、保用期、一般大修期是保用期的2倍倍 i. 重量和外型尺寸重量和外型尺寸與用途有關(guān)（大車、小車、固定）與用途有關(guān)（大車、小車、固定） j. 排污指標(biāo)（噪聲、廢氣）排污指標(biāo)（噪聲、廢氣） k. 平均有效壓力平均有效壓力 pme l. 活塞平均速度活塞平均速度Cm . 主要結(jié)構(gòu)說明主要結(jié)構(gòu)說明 燃燒室、零部件（活塞連桿、曲軸飛輪、機(jī)體缸蓋、配燃燒室、零部件（活塞連桿

37、、曲軸飛輪、機(jī)體缸蓋、配氣機(jī)構(gòu)、供油潤(rùn)滑、冷卻、起動(dòng)氣機(jī)構(gòu)、供油潤(rùn)滑、冷卻、起動(dòng)） . 產(chǎn)品系列化和變型、強(qiáng)化的可能性產(chǎn)品系列化和變型、強(qiáng)化的可能性2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章66方案設(shè)計(jì)階段（續(xù)） 新機(jī)型應(yīng)達(dá)到的技術(shù)水平反映在所確定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上。由于開發(fā)過程長(zhǎng)達(dá)35年，方案論證應(yīng)有一定的超前預(yù)見性。確定經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)時(shí)應(yīng)考慮先進(jìn)性和合理性，既有重點(diǎn)又有綜合平衡。 對(duì)于多方案的選擇，可進(jìn)行性能/效益比的評(píng)價(jià)，可采用評(píng)價(jià)矩陣法。 方案設(shè)計(jì)是很重要的決策性工作，對(duì)產(chǎn)品開發(fā)成功與否有決定性影響。 方案設(shè)計(jì)的結(jié)果是總布置草圖、技術(shù)任務(wù)書，它們作為開發(fā)和鑒定的依據(jù)。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)

38、 第一章67二、技術(shù)設(shè)計(jì)階段主要零部件初步設(shè)計(jì)單缸試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)主要零部件試驗(yàn)研究單缸試驗(yàn)機(jī)研究整機(jī)施工設(shè)計(jì)樣機(jī)試制總體方案設(shè)計(jì)2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章68技術(shù)設(shè)計(jì)階段（續(xù)） 技術(shù)設(shè)計(jì)階段對(duì)選定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行細(xì)化，最終確定內(nèi)燃機(jī)的總布置設(shè)計(jì)、所有零部件的設(shè)計(jì)以及附件的選配，完成全套圖樣和設(shè)計(jì)說明書、計(jì)算書等技術(shù)文件。 技術(shù)設(shè)計(jì)工作包括各種圖紙的繪制、各種分析和計(jì)算（動(dòng)力計(jì)算、熱計(jì)算、模態(tài)計(jì)算等），各種先期試驗(yàn)（包括單缸機(jī)試驗(yàn)）。 技術(shù)設(shè)計(jì)工作應(yīng)與各種工藝人員（鑄、鍛、焊、熱處理、機(jī)加工等）密切合作，改善零件的工藝性。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章691. 內(nèi)燃機(jī)總布置設(shè)計(jì)，確

39、定主要零部件的允許運(yùn)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)總布置設(shè)計(jì)，確定主要零部件的允許運(yùn)動(dòng)尺寸、結(jié)構(gòu)方案尺寸、結(jié)構(gòu)方案.三維實(shí)體造型和虛擬裝配、外形圖。三維實(shí)體造型和虛擬裝配、外形圖。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章70 2. 按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制零部件圖紙目錄。按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制零部件圖紙目錄。 3. 部件三維圖細(xì)致設(shè)計(jì)、零部件工作圖、縱橫剖面圖。部件三維圖細(xì)致設(shè)計(jì)、零部件工作圖、縱橫剖面圖。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章71桑塔納1.6升轎車汽油機(jī) 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章72 Audi轎車汽油機(jī) 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章73平分式鑄鐵機(jī)體整體氣缸汽油機(jī) 6110柴油機(jī) 2012-2-1

40、4內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章74龍門式機(jī)體輕型柴油機(jī) 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章75圖 1 8 奔馳增壓汽油機(jī) 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章762012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章77采用雙軸平衡機(jī)構(gòu)的1.8L奧迪FSI發(fā)動(dòng)機(jī)橫剖面 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章78大眾V10 TDI 柴油機(jī)橫剖面 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章79三、樣機(jī)制造和調(diào)試階段樣機(jī)試制樣機(jī)性能試驗(yàn)樣機(jī)可靠性、耐久性試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)配套試驗(yàn)擴(kuò)大用戶試驗(yàn)整機(jī)施工設(shè)計(jì)單缸試驗(yàn)機(jī)研究主要零部件試驗(yàn)研究樣機(jī)鑒定2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章80樣機(jī)制造和調(diào)試階段（續(xù)） 樣機(jī)制造是為了進(jìn)行整機(jī)性能調(diào)試以達(dá)

41、到預(yù)期的性能指標(biāo)?，F(xiàn)代快速成型制造技術(shù)為樣機(jī)制造提供了更快更便捷的途徑。 調(diào)試包括參數(shù)調(diào)整和零件修改，以尋求整機(jī)最佳效果。 隨后是零部件可靠性專項(xiàng)試驗(yàn)，以及整機(jī)的可靠性試驗(yàn)。 臺(tái)架試驗(yàn)后還要進(jìn)行使用試驗(yàn)（如車用內(nèi)燃機(jī)的道路試驗(yàn)等）。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章81 三、檢驗(yàn)階段三、檢驗(yàn)階段 1. 試制多缸機(jī)樣機(jī)試制多缸機(jī)樣機(jī) 2. 多缸機(jī)試驗(yàn)（磨合、調(diào)整、性能試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、配套試多缸機(jī)試驗(yàn)（磨合、調(diào)整、性能試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、配套試驗(yàn)和擴(kuò)大用戶試驗(yàn)）驗(yàn)和擴(kuò)大用戶試驗(yàn)） 3. 改進(jìn)與處理階段改進(jìn)與處理階段 a. 樣機(jī)鑒定樣機(jī)鑒定. b. 小批量生產(chǎn)小批量生產(chǎn) 4.

42、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的“三化三化” a. 產(chǎn)品系列化：基本尺寸相同，不同的排列、缸數(shù)、增壓度，達(dá)到提產(chǎn)品系列化：基本尺寸相同，不同的排列、缸數(shù)、增壓度，達(dá)到提高高Pe b. 零部件通用化：同一系列的主要零件能夠通用。零部件通用化：同一系列的主要零件能夠通用。 c. 零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化：按照國(guó)標(biāo)、部標(biāo)或企標(biāo)設(shè)計(jì)零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化：按照國(guó)標(biāo)、部標(biāo)或企標(biāo)設(shè)計(jì)“三化三化”可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少設(shè)計(jì)成本、組織專業(yè)化生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少設(shè)計(jì)成本、組織專業(yè)化生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、便于使用、維修和配件供應(yīng)產(chǎn)率、便于使用、維修和配件供應(yīng)2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章82四、鑒定和投產(chǎn)階段樣

43、機(jī)鑒定擴(kuò)大用戶試驗(yàn)小批生產(chǎn)工藝考核成批生產(chǎn)2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章83鑒定和投產(chǎn)階段（續(xù)） 樣機(jī)通過各項(xiàng)試驗(yàn)并達(dá)到技術(shù)任務(wù)書的要求后，應(yīng)按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)管理規(guī)程進(jìn)行新產(chǎn)品定型鑒定。鑒定 小批量試產(chǎn) 大批生產(chǎn) 可靠性抽檢 可靠性抽檢 可靠性抽檢是指抽取產(chǎn)品進(jìn)行全速、全負(fù)荷可靠性試驗(yàn)（汽油機(jī)100小時(shí)，柴油機(jī)250小時(shí)）。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章84鑒定和投產(chǎn)階段（續(xù)） 鑒定時(shí)設(shè)計(jì)和試制單位要提供下列文件：鑒定時(shí)設(shè)計(jì)和試制單位要提供下列文件： 設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)任務(wù)書 內(nèi)燃機(jī)研發(fā)試制總結(jié)內(nèi)燃機(jī)研發(fā)試制總結(jié) 內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性、排放特性、噪聲水內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、

44、耐久性、排放特性、噪聲水平等性能試驗(yàn)報(bào)告平等性能試驗(yàn)報(bào)告 內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)量成本盈虧分析內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)量成本盈虧分析 零部件標(biāo)準(zhǔn)審查報(bào)告零部件標(biāo)準(zhǔn)審查報(bào)告 市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)分析市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)分析 用戶使用報(bào)告用戶使用報(bào)告節(jié)末2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章85第五節(jié)第五節(jié) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的應(yīng)用 內(nèi)燃機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和工作過程的非定常性，傳統(tǒng)的研究工作大多為試驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)工作主要為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。所以新產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢。 由于計(jì)算技術(shù)及計(jì)算手段的不斷進(jìn)步，使各種數(shù)學(xué)、力學(xué)方法不斷應(yīng)用到內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中來。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章86一、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用（CA

45、D Computer aided design） 狹義CAD：產(chǎn)品圖紙電子化 廣義CAD： 產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理與管理設(shè)計(jì)方法模擬（專家數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)等）結(jié)構(gòu)分析仿真分析計(jì)算1、圖紙繪制與存儲(chǔ) 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章87計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的流程 設(shè)計(jì)目標(biāo)（總體設(shè)計(jì)要求）工程數(shù)據(jù)庫(kù)（標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、內(nèi)燃機(jī)性能、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、材料性能數(shù)據(jù)、試驗(yàn)資料數(shù)據(jù)）設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)交互設(shè)計(jì)初步方案計(jì)算分析優(yōu)化分析有限元分析疲勞強(qiáng)度分析常規(guī)計(jì)算分析可靠性分析經(jīng)濟(jì)分析動(dòng)態(tài)仿真模擬繪制工程圖、編制文檔資料圖庫(kù)制造、使用信息反饋綜合評(píng)價(jià)2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章88二、有限元方法（二、有限元方法（FEM Finite e

46、lement method）的應(yīng)用的應(yīng)用 有限元方法實(shí)際上是一種數(shù)值計(jì)算方法。它通過網(wǎng)格劃分，將無法求解的方程（組）數(shù)值化而求得數(shù)值解。 現(xiàn)代三維FEM已有很多種實(shí)用軟件可以利用，可以計(jì)算復(fù)雜零件在機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷作用下的溫度、熱流、變形、應(yīng)力、振型等參量，可以校核活塞、連桿、曲軸、機(jī)體、氣缸蓋等內(nèi)燃機(jī)主要零件的溫度、剛度、強(qiáng)度和振動(dòng)是否在允許的范圍內(nèi)。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章89有限元方法（續(xù)）有限元方法（續(xù)） 現(xiàn)在FEM尚需努力的領(lǐng)域有： 非線性問題 彈塑性問題 接觸問題 流體計(jì)算問題2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章90三、優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用 內(nèi)燃機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)是將工程設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化

47、為最優(yōu)化問題。 優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容： 建模 確定設(shè)計(jì)變量建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束方程選擇優(yōu)化方法2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章91優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用 確定目標(biāo)函數(shù) 目標(biāo)函數(shù)即優(yōu)化設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)。設(shè)計(jì)任務(wù)不同，目標(biāo)函數(shù)也不同。最優(yōu)方案就是使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小值或最大值的一個(gè)方案。 確定設(shè)計(jì)變量 一個(gè)設(shè)計(jì)方案通常包含兩種設(shè)計(jì)參數(shù)，一種是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求所確定的設(shè)計(jì)常量；另一種是需要經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算確定的設(shè)計(jì)變量。優(yōu)化設(shè)計(jì)就是調(diào)整設(shè)計(jì)變量，以得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案 確定約束條件 約束條件就是設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵守的、應(yīng)予以滿足的條件（要求）。約束條件可分為：反映設(shè)計(jì)性能或狀態(tài)要求的性能約束（包括等式約束和不等式約束）；反

48、映設(shè)計(jì)變量許可變化范圍的界限約束。兩者都是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心問題就是如何建立約束方程，這也是優(yōu)化設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章92優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用 選擇優(yōu)化計(jì)算方法并編程計(jì)算。選擇優(yōu)化方法應(yīng)依據(jù)問題的性質(zhì)。 目前優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已在工作過程、零部件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、增壓配合運(yùn)行等多個(gè)方面得到應(yīng)用。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章93應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)注意的問題： 估計(jì)尋優(yōu)的必要性和可能性 多方案比較應(yīng)全面、認(rèn)真、仔細(xì) 尋優(yōu)即決策，決策要依靠人的判斷和人對(duì)問題本身的認(rèn)識(shí)2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章94四、可靠性設(shè)計(jì)的應(yīng)用 可靠性指系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)

49、定時(shí)間內(nèi)、在規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力；可靠性設(shè)計(jì)方法即是從正常使用壽命出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法，用概率統(tǒng)計(jì)理論分析結(jié)構(gòu)問題、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用可靠性理論知識(shí)，可將系統(tǒng)或產(chǎn)品的可靠程度由一般的定性分析提高到定量分析，從可靠性角度對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，并預(yù)測(cè)其可靠度。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章95四、可靠性設(shè)計(jì)的應(yīng)用 機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)是比傳統(tǒng)的安全系數(shù)方法更科學(xué)、更合理、更實(shí)用的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法。實(shí)際零件由于負(fù)荷、加工尺寸、材料強(qiáng)度等都是隨機(jī)變量，同樣的安全系數(shù)，失效概率可能相差很多。 在可靠性設(shè)計(jì)中，將負(fù)荷、材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)幾何尺寸都看作離散變量，假定它們遵循某一分布規(guī)律。通過計(jì)算出零件應(yīng)力

50、與材料強(qiáng)度的離散分布，建立應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型，求出零件失效概率F和可靠度R=1-F。設(shè)計(jì)時(shí)，以零件可靠度不低于規(guī)定值作為結(jié)構(gòu)安全的判據(jù)。 但可靠性設(shè)計(jì)需要有符合實(shí)際的各種概率數(shù)據(jù)，包括所用材料及其熱處理等的強(qiáng)度概率分布，這需要不斷積累。本節(jié)結(jié)束本節(jié)結(jié)束2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章96第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)新技術(shù)概要 一、多氣門可變進(jìn)氣系統(tǒng) 二、電子控制燃油噴射技術(shù) 三、電控點(diǎn)火和爆燃控制 四、電控技術(shù) 五、增壓技術(shù) 六、新型燃燒技術(shù) 七、代用燃料與排氣凈化技術(shù)2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章97一、多氣門可變進(jìn)氣系統(tǒng)一、多氣門可變進(jìn)氣系統(tǒng) 提高充氣效率是提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的提高充氣效率是提高發(fā)

51、動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的重要措施。除了增壓以外，合理選擇配重要措施。除了增壓以外，合理選擇配氣相位且能隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同而變化，氣相位且能隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同而變化，以及利用進(jìn)氣的慣性及諧振效應(yīng)是提高以及利用進(jìn)氣的慣性及諧振效應(yīng)是提高充氣效率的重要途徑。充氣效率的重要途徑。 多氣門：可增加充氣系數(shù)，火花塞或噴油器好布置?？勺冞M(jìn)氣系統(tǒng)：進(jìn)氣管長(zhǎng)度、氣門升程、配氣定時(shí)、進(jìn)氣渦流等可變。 2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章98二、電子控制燃油噴射技術(shù)電子控制燃油噴射技術(shù) 在改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能方面，電控系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)。以下是常規(guī)機(jī)械調(diào)節(jié)方式所達(dá)不到的，可歸納為： （ 1）燃油經(jīng)濟(jì)性好1）空燃比控制精確，可得到更合乎理

52、想的混合氣。2）各缸的空燃比均勻。3）可提供更合乎理想的點(diǎn)火時(shí)刻與點(diǎn)火能量。4）燃油的霧化與汽化質(zhì)量高。5）可采用如部分負(fù)荷時(shí)停缸運(yùn)行、減速燃油停供等措施。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章99電子控制燃油噴射技術(shù)電子控制燃油噴射技術(shù)（2）功率輸出高1）進(jìn)氣密度提高。2）進(jìn)氣管設(shè)計(jì)優(yōu)化。3）可以采用可變頻率的進(jìn)氣諧振控制，使整個(gè)外特性上的轉(zhuǎn)矩均有所增加。 （3）降低排放1）空燃比控制精確。2）可采用閉環(huán)控制與三效催化轉(zhuǎn)換器。3）可根據(jù)需要采用專門的排放控制措施，如EGR、燃油蒸發(fā)凈化、二次空氣噴射等。4）冷起動(dòng)、暖機(jī)及冷車起步時(shí)排放控制好。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章100電子控制燃

53、油噴射技術(shù)電子控制燃油噴射技術(shù)（4）節(jié)氣門反應(yīng)快捷、及時(shí)1）在過渡工況下對(duì)空燃比與點(diǎn)火的控制能及時(shí)反應(yīng)，且能對(duì)節(jié)氣門快速變化時(shí)的充氣量滯后等問題做出適當(dāng)?shù)男拚?）進(jìn)氣管內(nèi)的濕壁與積油大大減少 （5）改善冷起動(dòng)和暖機(jī)過程 空燃比能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度ECT與進(jìn)氣溫度IAT精確設(shè)置，且霧化與汽化質(zhì)量高。形成的混合氣大有改善。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章101電子控制燃油噴射技術(shù)電子控制燃油噴射技術(shù)（6）怠速控制好1）可以根據(jù)ECT自動(dòng)確定適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定怠速，也就是說怠速時(shí)的轉(zhuǎn)速是可變的。2）可以根據(jù)怠速時(shí)內(nèi)部負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)整進(jìn)氣量，從而穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。2012-2-14內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 第一章102三、電控點(diǎn)火定時(shí)和爆燃控制電控點(diǎn)火定時(shí)和爆燃控制 電控點(diǎn)火可有