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内燃机设计第6版内燃机设计第6版第1章引言内燃机是一种将化学能直接转化为机械能的装置，广泛应用于交通运输、工业生产和家庭生活等领域。
随着技术的进步和环境意识的增强，内燃机设计正面临着新的挑战和机遇。
本版《内燃机设计》旨在介绍最新的设计理念、技术和方法，以满足用户需求和环境要求。
第2章内燃机基本原理2.1 内燃机分类内燃机可分为点火式和压燃式两大类。
点火式内燃机在燃料与空气混合后，先通过点火方式引燃，然后使燃烧产生高温高压气体推动活塞运动。
常见的点火式内燃机有汽油机和柴油机。
压燃式内燃机则是在燃料与空气混合后，通过压力升高使燃料自燃，然后推动活塞产生工作。
典型的压燃式内燃机有喷气发动机和火箭发动机。
2.2 内燃机工作循环内燃机的工作循环一般分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
进气阶段是通过气门将空气和燃料引入燃烧室；压缩阶段是活塞向上行程时，将混合气体压缩成高压气体；燃烧阶段是点火引燃混合气体，产生高温高压气体推动活塞运动；排气阶段是活塞向下行程时，将燃烧产生的废气排出燃烧室。
第3章内燃机设计参数3.1 性能参数内燃机的基本性能参数包括功率、扭矩和燃料消耗率。
功率是内燃机在一定时间内所能输出的机械功率，通常用千瓦（kW）表示。
扭矩是内燃机输出的转矩，用牛顿米（Nm）表示。
燃料消耗率是指单位功率所需的燃料消耗量，用克/千瓦小时（g/kWh）表示。
3.2 几何参数内燃机的几何参数主要包括缸径、行程和缸数。
缸径是活塞直径，通常用毫米（mm）表示。
行程是活塞上下运动的距离，用毫米（mm）表示。
缸数是内燃机的气缸个数，常见的有单缸、双缸、四缸等。
3.3 材料参数内燃机所使用的材料对性能和寿命有直接影响。
活塞、气缸套等运动部件通常采用铝合金或钢材料制造，以保证强度和耐磨性。
气门、气门座等部件则采用耐高温和耐腐蚀的合金材料。
第4章内燃机燃烧过程4.1 燃烧理论内燃机的燃烧过程是燃料与空气混合后发生的化学反应。
内燃机设计一、课程说明课程编号：100115Z10课程名称（中/英文）：内燃机设计/Internal Combustion Engine Design课程类别：专业选修课B组学时/学分：32/2先修课程：内燃机原理、汽车构造、机械设计、机械制图适用专业：能源与动力工程教材、教学参考书：[1]袁兆成.内燃机设计[M]．北京：机械工业出版社,2008.[2]高志文.内燃机课程设计[M]．北京：中国水利水电出版社，2010.[3]周龙保.内燃机学[M]．北京：机械工业出版社,2011.二、课程设置的目的意义本课程是能源与动力工程专业的专业选修课程，是学生在学习了内燃机基本结构和工作原理的基础上，进一步具体地了解内燃机中各机构和零部件的设计方法和设计要点。
通过课程学习和课程设计，使学生掌握车用内燃机设计的基本方法和设计原则，理解并掌握内燃机主要系统的运动学和动力学分析方法。
三、课程的基本要求知识：了解内燃机发展简史，掌握内燃机总体的设计原理和基本概念，掌握工作过程的计算方法，掌握内燃机中主要部件包括曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、增压系统及机体缸盖等的设计要点和设计方法，了解当前汽车工业的最新进展已经应用于内燃机上的最新技术。
能力：从实践的角度掌握内燃机整机选型设计以及主要系统中关键零部件的选择和设计方法，并将知识应用于内燃机整机及零部件设计方面实际问题，培养科学文献查阅、基本的工程设计计算、科技文章写作等多方面的能力，从而培养出较系统的工程设计能力。
素质：通过课程中的分析讨论辩论培养分析沟通交流素质，建立从整体到局部的内燃机设计思路，提升理解内燃机制造工程的基本素质。
通过课程设计的模式，在具备独立思考、研究和完成部分设计内容的能力的基础上，在同组的协作交流中提高合作完成复杂工程设计问题的素质。
四、教学内容、重点难点及教学设计注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求无六、考核方式及成绩评定七、大纲主撰人：大纲审核人：。
内燃机设计袁兆成课后习题答案第6章内燃机设计西南交通大学6-1答：结构措施：1）加大曲轴轴颈的重叠度A(A增大，曲轴抗弯和抗扭刚度增加)2）加大轴颈附近的过渡圆角（可减小应力集中效应，提高抗弯疲劳强度）3）采用空心曲轴（可提高曲轴抗弯强度，同时课减轻曲轴重量和曲轴离心力）4）沉割圆角（可在增加圆角半径的同时保证轴颈的有效承载长度）5）开卸载槽（在相同载荷条件下，可使曲柄销圆角的最大压力值有所降低）工艺措施：1）圆角滚压强化（表面产生剩余压应力，抵消部分工作拉伸应力，提高曲轴的疲劳强度，还可降低圆角的表面粗糙度值，消除表面缺陷）2）圆角淬火强化（用热处理的方法是金属发生组织相变，发生体积膨胀而产生残余压应力，提高疲劳强度，还能提高硬度和表面的耐磨性）3）喷丸强化处理（属于冷作硬化变形，在金属表面留下压应力，是表面硬度提高，从而提高疲劳强度）4）氮化处理（利用辉光离子氮化或气体软氮化方法，使氮气渗入曲轴表面，由于氮的扩散作用，使金属体积增大，产生挤压应力，提高疲劳强度）6-2答：1）中碳钢：绝大多数采用模锻制造2）合金钢：在强化程度较高的发动机中采用，通常加入Cr、Ni、Mo、V、W等合金元素以提高曲轴的综合力学性能；3）球墨铸铁：球墨铸铁的力学性能和使用性能优于一般铸铁，在强度和刚度能够满足的条件下，使用球墨铸铁材料能够减少制造成本。
6-3答：优点：（1）错误！未找到引用源。
增加，可以提高曲轴刚度，增加了曲柄刚度，不增加离心力。
（2）错误！未找到引用源。
增加，可增加扭转刚度，固有频率错误！未找到引用源。
增加，转动惯量Ｉ增加不多。
缺点：错误！未找到引用源。
增加，主轴承圆周速度增加，摩擦损失增加，油温提高。
６-4答：对于每个曲拐而言，连杆轴颈是一个，主轴颈有两个。
连杆轴颈承受着由连杆传来全部载荷，而每个主轴颈则只承担一半载荷，所以主轴颈载荷小于连杆轴颈载荷。
实际设计中主轴颈D1大于连杆轴颈D2，D1/D2≈1.05～1.25，因为增加主轴颈可以增加曲轴的重叠度，提高曲轴的抗弯刚度和抗疲劳强度，同时不增加曲轴的离心载荷。
第一章：内燃机设计总论1-1根据公式 τ2785.0ZD v p P m me e = ，可以知道，当设计的活塞平均速度V m 增加时，可以增加有效功率，请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些？具体原因是什么？ 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，机油承 载能力下降，发动机寿命降低。
②惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。
③进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。
1-2汽油机的主要优点是什么？柴油机主要优点是什么？ 答：柴油机优点： 1）燃料经济性好。
2）因为没有点火系统，所以工作可靠性和耐久性好。
3）可以通过增压、扩缸来增加功率。
4）防火安全性好，因为柴油挥发性差。
5）CO 和HC 的排放比汽油机少。
汽油机优点：1）空气利用率高，转速高，因而升功率高。
2）因为没有柴油机喷油系统的精密偶件，所以制造成本低。
3）低温启动性好、加速性好，噪声低。
4）由于升功率高，最高燃烧压力低，所以结构轻巧，比质量小。
5）不冒黑烟，颗粒排放少。
1-3假如柴油机与汽油机的排量一样，都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高？为什么？答：汽油机的升功率高，在相同进气方式的条件下， ①由PL=Pme*n/30τ可知，汽油机与柴油机的平均有效压力相差不多。
但是由于柴油机后燃较多，在缸径相同情况下，转速明显低于汽油机，因此柴油机的升功率小。
②柴油机的过量空气系数都大于1，进入气缸的空气不能全部与柴油混合，空气利用率低，在转速相同、缸径相同情况下，单位容积发出的功率小于汽油机，因此柴油机的升功率低，汽油机的升功率高。
1-4柴油机与汽油机的汽缸直径、行程都一样，假设D=90mm 、S=90mm ，是否都可以达到相同的最大设计转速（如n=6000r/min ）？为什么？答：.对于汽油机能达到，但是柴油机不能。
因为柴油机是扩散燃烧形式，混合气的燃烧速度慢，达不到汽油混合气的燃烧速度，所以达不到6000r/min 的设计转速。
内燃机设计袁兆成答案【篇一：内燃机设计_袁兆成_考试要点精编_打印版】2. 组织设计组3. 调查研究4. 确定基本性能参数和结构形式。
5．拟订设计任务书。
二、设计实施阶段 1. 内燃机总布置设计，三维实体造型和虚拟装配、确定主要零部件的允许运动尺寸、结构方案、外形图。
2. 按照企业标准编制零部件图纸目录。
3. 部件三维图细致设计、零部件工作图、纵横剖面图。
三、检验阶段1. 试制多缸机样机2. 多缸机试验（磨合、调整、性能试验、耐久试pme?vh?z?npme?vm?z?d2pe??0.785(千瓦)30??验、可靠性试验、配套试验和扩大用户试验）四、改进与处理阶段a. 样机鉴定. b. 小批量生产c. 内燃机设计的“三化”，“三化”可以提高产品的质量、减少设计成本、组织专业化生产、提高劳动生产率、便于使用、维修和配件供应。
2、动力性指标：功率式中 pme—平均有效压力（mpa），3、转速 n：n 增加对提高 pe有利，但是转速增加后：⑴惯性力，导致负荷增加，平衡、振动问题突出，5、耐久性、可靠性指标：可靠性—在规定的运转条件下，规定的时间内，具有持续工作，不会因为故障而影响正常运转的能力。
耐久性—从开始使用起到大修期的时间。
6、柴油机优点：燃料经济性好；工作可靠性和耐久性好，因为没有点火系统；可以通过增压、扩缸来增加功率；防火安全性好，柴油挥发性差；co和hc的排放比汽油机少。
9、活塞平均速度vm↑的副作用是：又? (1??sin?)111?1??2sin2???4sin4???6sin6??281611．摩擦损失增加，导致热负荷增加、机油承载能力下降、发动机寿命降低。
2．惯? 1??2sin2?2性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低。
3．进排气1? x?r[(1?cos?)??sin2?2? r[(1?cos?)??(?cos2?)]2221??r[(1?cos?)??(1?cos2?)]＝x??x4对x求两次导数得到活塞速度和加速度22v?r?(sin???2sin2?) ＝v??v?a?r?2(cos???cos2?) ＝ a??a?x?a?a?a?o?ao10、中心曲柄连杆机构的运动规律?(r?l)?(lcos??rcos?)在?aob中，利用正弦定理，有 lr＝ sin?sin?rsin??sin???sin? ?－连杆比l?cos?? (1?sin?)222?(1??sin?)? x?(r?l)?[l(1??2sin2?)]活塞的运动可以用三角函数组成的复谐函数表示，既活塞的运动是复谐运动。
内燃机的基本设计思想是：根据市场（用户）对内燃机性能和价格的需求，根据企业现有的生产水平和生产能力来设计具有市场竞争能力的、具有良好的性能价格比的商品。
发动机的重要指标有：动力性指标（功率、转速、转矩），经济性指标（燃油耗、机油耗），排放指标（HC、CO、NO x、颗粒、烟度），可靠性指标，结构重量指标和使用性指标。
汽油机1）优点：转速高、升功率大、结构紧凑、比质量小、工作柔和、振动噪声小、冷启动性能好、成本低。
2）缺点：热效率低、燃油耗高、排放性能较差，功率覆盖面窄。
柴油机1）优点：热效率高、燃油耗低、可靠性好、排放性能较好，功率覆盖面广；2）缺点：振动噪声大、成本高、体积重量大，工作粗暴。
四冲程发动机工作可靠，性能指标稳定，经济性好；二冲程发动机工作频率高，摩擦损失小、升功率高、转矩均匀、结构简单，但燃油耗高、排放差、怠速不稳定，热负荷大、噪声大。
发动机的冷却方式有：水冷、风冷和油冷。
1）水冷机：冷却均匀、工作可靠、平均有效压力高，但结构复杂；2）风冷机：结构简单，但冷却不均匀、可靠性差、噪声大、排放差、适应性差；3）油冷机：结构简单，整机温差小、热变形小，但热负荷高，成本高。
提高发动机的平均有效压力的措施有：增大气门截面、增多气门数量、改善气道的气体流动性以提高充气系数；增大机体、气缸套等零件的刚度，减少活塞环和轴颈尺寸，减小零件的变形和摩擦损失，提高主要运动件的加工精度，以提高机械效率；改善燃烧和供油系，提高指示效率；采用增压中冷技术，提高进气压力，降低进气温度；对汽油机还可适当提高压缩比。
S/D对发动机的影响：当S/D减小，发动机的转速可以提高，升功率增大，整机高度降低，适用车用发动机；但压缩比难控制，不利于燃烧过程的组织；发动机的转矩减小，不利于与拖拉机和工程机械配套；燃烧室的燃热面积减小，不利于风冷发动机。
基本公式：ω=πn p30，V m=Sn p30×10−3，P ep=P me iV s n p30τ，V s=π4D2S×10−6基本单位：n P(r/min)，S(mm)，D(mm)，V s(l)，N e KW，p me MPa，V m(m/s) 内燃机主要有下列结构和系统组成：机体组、曲柄连杆机构、配气机构、供油系统、进排气系统、冷却系统、润滑系统、起动系统、（排放物后处理系统、增压系统、电控系统）第一、二章曲柄连杆机构的动力学如何计算活塞的平均速度、曲轴的旋转角速度、连杆比以及活塞的位移、速度、加速度？V m=Sn30×10−3m sω=πn30s−1；λ=RLX=R×1−cosα+λ/4×1−cos2αmmV=R×ω×sinα+λ/2×sin2α/1000(m/s)J=R×ω2×cosα+λ×cos2α/1000(m/s2)R=S/2(mm)，S mm，L mm，n p(r/min)连杆组的简化条件是：质量不变；系统的质心位置不变；系统对质心的转动惯量不变。
