发动机现代设计 参考书 1、汽车发动机现代设计 徐兀著人民交通出版社1995年8月第一版 2、汽车发动机设计 陆际清等著清华大学出版社1993年11月第一版 3、船舶内燃机设计 陈大荣著1994年版 4、内燃机设计 杨连生著中国农业机械岀版社1981年8月第 版
发动机现代设计 参考书 1、 汽车发动机现代设计 徐兀 著 人民交通出版社 1995年8月第一版 2、 汽车发动机设计 陆际清等 著 清华大学出版社 1993年11月第一版 3、 船舶内燃机设计 陈大荣 著 1994年版 4、 内燃机设计 杨连生 著 中国农业机械出版社 1981年8月第一 版
第一章总论 §1—1发动机设计的一般过程 发动机的设计和研制可以分为三类: 1、在原有(现有)产品基础上进行改进设计: 如改进结构提高工艺性、延长寿命;降低排放;改进 燃烧系统提髙经济性;改非增压为增压等 2、在现有发动机基础上,设计同一型式的系列化发动 机(系列化设计) 如在四缸机的基础上设计六缸机;在直列机的基础 上设计型机;在车用发动机的基础上设计工程机械用 发电用发动机等 3、设计新型的发动机(开发新机型)
第一章 总论 §1—1 发动机设计的一般过程 发动机的设计和研制可以分为三类： 1、 在原有（现有）产品基础上进行改进设计： 如改进结构提高工艺性、延长寿命；降低排放；改进 燃烧系统提高经济性；改非增压为增压等 2、 在现有发动机基础上，设计同一型式的系列化发动 机（系列化设计）： 如在四缸机的基础上设计六缸机；在直列机的基础 上设计V型机；在车用发动机的基础上设计工程机械用、 发电用发动机等 3、 设计新型的发动机（开发新机型）
发动机设计的一般过程 以新发动机的设计为例,其一般过程包括四个阶段: 计划与方案设计阶段; 样机试制与调试阶段; 技术设计阶段; 鉴定与小批试生产阶段 、计划与方案设计阶段:在调查、研究的基础上,确定 (1)发展该新产品的原因,主要用途,适用范围 (2)所设计机型的主要技术规范,包括: ①内燃机型式: 汽油机还是柴油机; 燃烧室型式; 缸径,行程(活塞排量) 缸数,气缸排列; 冲程数 冷却方式; 吸气方式(NA/TC)
一、 发动机设计的一般过程 以新发动机的设计为例，其一般过程包括四个阶段： 计划与方案设计阶段； 样机试制与调试阶段； 技术设计阶段； 鉴定与小批试生产阶段 1、计划与方案设计阶段：在调查、研究的基础上，确定 （1） 发展该新产品的原因，主要用途，适用范围 （2） 所设计机型的主要技术规范，包括： ① 内燃机型式： 汽油机还是柴油机； 燃烧室型式； 缸径，行程（活塞排量）； 缸数，气缸排列； 冲程数； 冷却方式； 吸气方式（NA/TC）
②动力性指标: 标定功率,标定转速; 最大扭矩及最大扭矩转速等 ③经济性指标:燃油耗率,机油耗率 ④强化指标:平均有效压力,活塞平均速度 ⑤运转性能:最高转速,最低怠转速,调速率和转速波 动率 ⑥重量和外形尺寸指标:净重,外形尺寸(长×宽×高 ⑦排放、噪声要求 ⑧可靠性、寿命 (3)内燃机的主要结构,包括主要零部件结构 (4)内燃机系列化和变型产品情况,进一步强化的可能性
② 动力性指标： 标定功率，标定转速； 最大扭矩及最大扭矩转速等 ③ 经济性指标：燃油耗率，机油耗率 ④ 强化指标：平均有效压力，活塞平均速度 ⑤ 运转性能：最高转速，最低怠转速，调速率和转速波 动率 ⑥ 重量和外形尺寸指标：净重，外形尺寸（长×宽×高 ） ⑦ 排放、噪声要求 ⑧ 可靠性、寿命 （3） 内燃机的主要结构，包括主要零部件结构 （4） 内燃机系列化和变型产品情况，进一步强化的可能 性 （5） 其它技术要求，如冷起动等
2、技术设计阶段 ①总体方案设计:确定主要结构参数、主要零部件结构,总体 布置、设计(纵、横剖面图),热计算与动力学计算 ②单缸试验机和主要零部件的设计、实验研究:结构设计、强 度校核与试验,配气机构、油泵试验(与凸轮有关),气道实验, 固定件刚性、强度的优化设计(重量) ③样机设计 3、样机试验与调试阶段 ①样杋试制与性能试验(性能试验前要磨合、调整) ②可靠性和耐久试验(装配前要先检验零部件,磨合以后要换 机油、清洗) ③配套试验、扩大用户试验
2、技术设计阶段 ① 总体方案设计：确定主要结构参数、主要零部件结构，总体 布置、设计（纵、横剖面图），热计算与动力学计算 ② 单缸试验机和主要零部件的设计、实验研究：结构设计、强 度校核与试验，配气机构、油泵试验（与凸轮有关），气道实验， 固定件刚性、强度的优化设计（重量） ③ 样机设计 3、样机试验与调试阶段 ① 样机试制与性能试验（性能试验前要磨合、调整） ② 可靠性和耐久试验（装配前要先检验零部件，磨合以后要换 机油、清洗） ③ 配套试验、扩大用户试验
4、鉴定与小批试生产阶段 ①样机鉴定:需提供一系列文件(设计任务书,技术文件 ,性能试验与耐久性试验报告,扩大用户试验、鉴定试验大纲等) ;提供样机供抽査、进行性能试验 ②小批试制与批量生 到此,为一轮试制完毕。 §1-2内燃机选型 、各种类型内燃机的设计要求,内燃机设计指标 1、车用发动机 (1)高的动力性能:足够的功率和良好的扭矩特性以保证车 辆的动力性(车速和牵引力)、加速性和克服突然增大的行驶阻力 的能力
4 、鉴定与小批试生产阶段 ① 样机鉴定：需提供一系列文件（设计任务书，技术文件 ，性能试验与耐久性试验报告，扩大用户试验、鉴定试验大纲等） ；提供样机供抽查、进行性能试验 ② 小批试制与批量生产 到此，为一轮试制完毕。 §1—2 内燃机选型 一、各种类型内燃机的设计要求，内燃机设计指标 1、 车用发动机 （1）高的动力性能：足够的功率和良好的扭矩特性以保证车 辆的动力性（车速和牵引力）、加速性和克服突然增大的行驶阻力 的能力
①功率:比功率(P/G,G为汽车总重) G>20t的重型货车、自卸车:47kW/t G=5-19t的汽车:7—13kW/t G<4t的汽车:1022kWt,有的轻型货车达50kW/t 轿车:5090kW/t,主要是保证加速性好,车速高 ②扭矩适应性系数与转速适应性系数 扭矩适应性系数:pM=Memx/M 转速适应性系数:/n=n/nM
① 功率：比功率（Pe /G，G为汽车总重） G>20t的重型货车、自卸车：4—7 kW/t G=5—19t的汽车：7—13kW/t G<4t 的汽车：10—22kW/t, 有的轻型货车达50kW/t 轿车：50—90 kW/t，主要是保证加速性好，车速高 ② 扭矩适应性系数与转速适应性系数 扭矩适应性系数： 转速适应性系数： M Me MeN / = max n nN nM = /
对于载重汽车:要求发动机外特性的扭矩适应性系数和转速适应性 系数都尽可能大一些。两者越大,汽车的加速性、爬坡能力和克服 突然增大的行驶阻力的能力都提高,行驶过程中换档的次数减少。 目前载重汽车的适应性系数范围大致为:1M=1.07—1.25, 1.5-2.0 适应性系数取决于Pe-1关系 对于轿车:由于比功率很高,没有必要注意发动机的外特性系 ③发动机能稳定运转的转速范围应尽可能地宽一些,并应能 迅速从怠速变换到全速全负荷
对于载重汽车：要求发动机外特性的扭矩适应性系数和转速适应性 系数都尽可能大一些。两者越大，汽车的加速性、爬坡能力和克服 突然增大的行驶阻力的能力都提高，行驶过程中换档的次数减少。 目前载重汽车的适应性系数范围大致为： =1.07—1.25, =1.5—2.0。 适应性系数取决于 — 关系。 对于轿车：由于比功率很高，没有必要注意发动机的外特性系 ③ 发动机能稳定运转的转速范围应尽可能地宽一些，并应能 迅速从怠速变换到全速全负荷。 M n e p n
(2)燃油经济性好:发动机生命周期内消耗的燃油价值为发动 机本身价值的几十乃至百余倍。车用发动机的燃油经济性有多种评 价指标。对于车用发动杋来说,不仅要考察外特性最低油耗率,还 应使低油耗率区域尽可能宽广,以降低使用油耗;发动机的的功率 配置是否合理亦影响使用油耗,不应配备过大功率的发动机。 (3)结构紧凑(结构完善性):不可太重、太高、太宽、太长 ,除外形尺寸、总质量外常用的评价指标有: ①比质量(质量功率比mp): lp=m/Pkg/k,m发动机净质量,P一标定功率 上世纪末,国外车用柴油机,3.5-5kg/kW; 国内车用柴油机,4.89.3kg/kW
（2） 燃油经济性好：发动机生命周期内消耗的燃油价值为发动 机本身价值的几十乃至百余倍。车用发动机的燃油经济性有多种评 价指标。对于车用发动机来说，不仅要考察外特性最低油耗率，还 应使低油耗率区域尽可能宽广，以降低使用油耗；发动机的的功率 配置是否合理亦影响使用油耗，不应配备过大功率的发动机。 （3） 结构紧凑（结构完善性）：不可太重、太高、太宽、太长 ，除外形尺寸、总质量外常用的评价指标有： ① 比质量（质量功率比， ）： kg/kW, m—发动机净质量，Pe—标定功率 上世纪末， 国外车用柴油机，3.5—5 kg/kW; 国内车用柴油机，4.8—9.3 kg/kW mP mP m Pe = /
②升功率(每升气缸工作容积发出的功翠) Pi=Pe/Vh kW/L 车用汽油机:4050kW/L 单位体积功率P,也称功率密度) P=P/VkW/m3,V一发动机外形尺寸所表示的体 积 (4)可靠性高,寿命长(耐久性)
② 升功率（每升气缸工作容积发出的功率， ）： kW/L 车用汽油机：40—50 kW/L ③ 单位体积功率（ ，也称功率密度）： kW/m3 ，V—发动机外形尺寸所表示的体 积 （4）可靠性高，寿命长（耐久性） PL PL Pe Vh = / PV PV = Pe /V