17 单列式发动机结构简单、工作可靠、成本低、使用维修方便，能满足一般要求。而凡这 种发动桃的生产和使用已积果了半富的经验，因此目前在我国，农用劲力广泛应用单列式发 动机，其中拖拉机发动机通常为直列4红，汽车发动机为直列4缸或6缸。但是汽车制觉工 业中，汽车行驶速度不新提高，要求增大发动机的功率。载重汽车继续向诚轻自重、增大有 效载重量、提高重世利用系数的方向发展。同时，为了祥效利用车厢面积，力求缩短发动机 的长度；为了降低汽车重心和改苦车身的流线，扩大汽车司机的视野，力求降低发动机的 高度，因此，在世界范围内，越来越多池采用V型农列式发动机的结构。经验表明，从直 列6红过波到V型8红，在其他相同的条件下，可以缩照发动机的长度约30%，城轻重量约 25%。特别是在气氙排量大于5一6升的情况下，采用高转速、短冲程V型发动机，不仪结构 紧凑，而且使机体、曲轴、凸轮轴和连杆的结构刚度较大，平衡性良好，进气系统完善，外 形空间利用率高。大功率发动机一缎都制成双列V型12缸的结构，当曲轴各曲柄互成120 时，不论气缸夹角多大，往复质景和旋转新量的惯性力都能得到平衡。显然，双列式发动机 用于军用坦克也是特别语合的 水平卧式发动机的特点是高度大大降低，可以布置在底盘中部的车厢底板下面，有利于 改普汽车面积的利用率、视野性、操纵性（轴载荷分布比较合理）和机动性（前轮活动性大， 故转弯半径小)，透用于大型客车和頸型载重汽车，不过，发动机的冷却和操纵比较复杂， 维护、保养、检修需要封门设备。 第四节内燃机主要参数的选择 内燃机的主要参数反陕了产品的性能和设计的质量。因此选择主要参数必须紧密结合我 国工业生产发展的实际情况，同时还要对同类型国内外发动机的参数进行分析比较和试验 究。这样选定的参数，才能保证设计既先进又现实。 保证所要求的功率和尽可能地提高功输出（在然料经济性最佳的前提下），是对发动 机提出的基本要求之一，而发动机的有效功率可用下式表达 Ne=302=0.7834:bc(100）月 (千瓦) 式中p.一一平均有效压力（巴） 一发动机气缸数： V—一单缸工作容积（升）， 一发动机转速（转/分） 【一一冲程数（四冲程发动积：=4，二冲程发动机T=2), 一活塞平均速度（米/秒 -气缸汽径（毫米）， 从此式可知，要误高内燃机的功率，一般应从以下几方面来考虑。 一、平均有效压力 平均有效压力力是标志内燃机整个循环过程的有效性及内燃机制造完善性的指标之一。 国此力值的不断提高，是内燃机技术发展的重要标志， 平均有效压力力。与混合气形成方法、燃料的种类、燃烧和换气过程的质盘、进气压力
和混度以及机城效率等有关。具体地对汽油机来说，平均有效压力与充气系数，指示效率 和过量空气系数之比。和机械效率n。成正比。对于柴油机，除此之外还与过请空气系数 α和增压压力有关。 为了提高发动机的充气系数门，可采用合理的进气系统，诚少阻力：合理的配气机构和 配气定时（如气门顶置、多气门布置、大的进气门直径，完善的凸轮外形、最佳的气们重叠 角度等)。对汽油机还可应用多腔化油器或多个化油器、汽油喷射、适当的进气预热等以支 善混合气的形成和分配均匀性。提高汽油机的指示效率句，主要是提高压缩比6，但到=10 以后，一般好处就不大了。因为这时除要求使用价格昂贵的高辛烧值汽油外，还将引！起燥 燃、表面点火等不正常燃烧现象，以及带来工作粗、发动机运动件的负荷加大、对燃烧窄 和曲柄连杆机构的加工精度要求提高、点火系工作严重、机械效事下降等缺点。近年来，汽 油机中燃烧稀混合气的成就，对堤高部分负荷下，值具有一定的意义，但不能提高最大功 率。提高机械效率的方法是选择最住的视合间隙和摩擦材料，选择优质的机油，保持最 佳的热状况和合理地设计活寒结构，适当减小活塞裙部尺寸和轴承尺寸，减少活塞环数，改 普润滑系统的工作等等，同时还可以从工艺上保证加工精度，改善表面质量等等来提高机被 对于柴油机，除应用上述有关的原则以外，提高平均有效压力的措施，还可以通过拾当 地选用燃烧系统（燃烧室的形状和尺寸、喷油器的型式、喷孔数日和大小、喷注形状和方向、 喷涧妮律、进气渊流运动等等)，以获得完善的混合气形成与燃烧过程，使在过址空气系数 按近于1的情况下，无烟燃烧。） 提高柴油机平均有效压力的最有效猎范就是采用废气涡轮增。其优点是增压器不要机 城驱动装置，使发动机在结构改变不大、重量增加很少的惰况下，就能增加率达50%或更 多。因为轮增压利用了废气中的能量，此废气祸轮增压的柴油机，燃料经济性较好。由 于增压后气缸中的空气密度和温度丹高，着火落后潮减小，使燃烧更为柔和。此外废气涡轮 还可以降低排气噪音。当然，涡轮增压的柴油机作为变工况使用，例如用于载重汽车也是有 一定缺点的，即涡轮增压器的制造戒本较高，对柴油机的低速扭矩增加不多，在发动机从 中、高速降到低速避转时，扭矩就可能下降。此外，由于高速旋转的涡轮惯性大，在负新急 剧变化的情况下，容易产生反应迟纯的现象，如柴油机突加负荷，喷曲量加多，但是增压空 气不能立即跟上，这时柴油机就可能疗烟，因此涡轮增压柴油机的加速性能比较差。 过去增压技术一般用于大功率的柴油机。近年来，由于增压器制造的完善，在提高涡轮 增压器的效率、结构小型化、简单化方面都取得了不少成绩。结构简单、性能良好的径流式 祸轮增压器在中小功率的高速柴油机上获得了较多的应用。同时增压柴油机上还广泛采川强 制冷却活塞、组合诺塞、可变压缩比活塞、低压缩比和增压空气的中间冷却器等结构措施， 机核负荷和热负荷相对降低了。因此目前在国外矿山建筑用的理型自卸汽车100千瓦以.上的 柴油机中有50~80%都采用了增压技术。增压柒油机采用中间冷却器以后，平均效注力 可达10~16巴，个划军用的盆速柴油机采用废气涡轮增压和中冷后，中。可提高到26巴甚至 更高。但对于一般车用柴油机，出于耐久性和制造的理由，并不希望柴油机过分强化。一般 结构的柴油机平均有效压力宜控制在14巴左右。 我国自行设计制造的增压柴油机和增压器型号、品种日益增多。例如135、150系列柒油
19 机都有涡轮增压的变型，6135ZG,12V135乙，6150Z,12V150Z等，其基本结构与基型相 同，主要零部件具有较大的通用性，装用小型径流式增压器后，功率都相应提高50~60%， 做料消括率下降5人G%,单位功名重量下降35%，而外形尺计基本不变。 总之，平均有效压力力。值决定了发动机的强化程度，反映了发动机结构与制造要达到 的质量，放必须慎重地选择。进行产品设计时，平均有效压力应根据同类型发动机的实际数 据初步选定，在发动机制成后再通过试验来确定。平均有效压力中的数值范围如表1-9所示。 一、活塞平均速度 活塞平均速度。也是表征活塞式内燃机强化程度（热负荷和机械负荷）的重要参数之 一。活塞平均速度对于内燃机的性能、工作可靠性和使用寿命有很大影响。一般说来， 。增大使发动机功率增高，但活塞组的热负荷和曲柄连杆机构的惯性负荷增大，磨损加剧， 寿命下降。同时，由于进排气流速增大，进排气阻力与气流速度平方成比例地增加使充气 系数门，下隆，所以陆荐活塞平均速度的提高，就有必要增大气门通道截面，增加气门数， 选吊较好的材料、较高的加工精度，采用特殊的表面处理，设计高热负荷下工作可而结构 轻巧的活塞组等。 日前，一般认为：汽油机。不应超过15米/秒，柴油机.m不应过13米秒。现代汽 车拖拉机和农用发动机的活塞平均速度范围如表1-9所列。 随着汽车用汽油发动机转速的不断提高，在结构上出现了不断降低程径此S/D的趋势 这也是为了保持（不短过允许值的缘故。对于柴油机和二神程内燃机等则S/D不宜太低， 因为不利于燃烧和扫气等。 近代汽车发动机的S/D值一般在0,8一1.2之间，高速汽油机S/D在0.7~1范形内，近 代中速和高速柴油机S/D一般稍大于1，约为1.05~1.2。短行程发动机的基本优点是有可 能提高转速来强化发动机(c。不增大，机械效率。和充气系数1，就有保证)。其次就是 短行程结合V型布置可使结构紧凑，因为V型发动机的长度不决定于气缸大小，而是决定于 曲轴各轴所要求最小轴向尺寸。因此110千瓦以上V型8缸发动机，从长度、高度、 量等方面来看，都要比宜列式6缸结构好。意无疑问，卧式对置发动机采用短行程可以缩小 总宽度，增加结构刚度。此外，短行程在结构上还有一定好处：由于曲柄半径减小， 曲轴轴颈的重叠度增大，刚度增高，应力状态改普，连杆也可以做得短些，这对强度和刚度 都有利。 但是，短行程发动机网样也存在一定缺点：单列式发动机的长度主要决定于气缸直径D, 因而短行程机就较长较重，随着S/D值的诚小，由于减小了燃烧室的高度，柴油机混合气 形成的条件可能变差，而使工作粗暴。短行程发动机的气缸热负荷一般也有所增加。 从以上分析可知，S/D值的影响因素是多方面的，因此选定S/D值时必须对于具体情 况作具体的分析，如对竭力要求提高转速，缩小外形尺寸和降低单位马力重量的高速内燃 机，特别是采用V型结构时，选用短行程是合理的，而对大缸径的较低速发动机，对尺寸重 量没有严格要求，本身转速低，活塞平均速度也较低，就不必要再用减小S/D来降低值， 而且大缸径发动机热负荷本身较大，因此从降低热负荷，创造有利的混合气形成和燃烧条种 的角度来看，选用较大的S/D值还是较合适的。 高速发动机，除采用短行程外，在结构上还必须用其他的一些措随改进燃烧系统，以克
服高速燃烧的困雅：减轻主要运动件的唯量，以尽可能地减小因高速而增火的惯性力；尽冬 诚少活塞环数，以减少摩擦损失，采用能东受高转速高负荷的轴瓦：设计合理的凸轮外形， 诚少气门机构的重景和提高刚性，以克服高速气门机构的振动和磨损等等， 三、气红直径与气钉数 发动机的功率是与气直径D的平方成E比的。因此设计新发动机时，选月较大的缸径 也是提高功率的一种措旌。但是随着缸径的港大，发动机的转速也就相应地要选择得低一些， 发动机就可能比较笨重。在产品改进设计时，如在气缸距不变的条件下，增大气缸直径， 就可能使发动机外形尺寸不变而获得较紧凑的结构，这样，发动机的功率可增加、比重电可 演轻。但是，一般说来，缸径增大会引起发动机（红、新塞组、气缸盖、气等零件的热负 荷加重。对汽油机来说，大缸径还受到爆燃的限制，四此其红径一殷在60~110喜米的范的 内。对于中小功率高速柴油机，缸径通常为80一160亵米，大功奉的高速柴油机红径不希望 超过250毫米，因为缸径火大，往复运动件的惯性方就过大，要保证结构强度可第，势必号 致柴油机的重量增加。 气缸数与缸径D、转速：有若密切的联系。在同样功率要求下，缸数越多，缸径就可 能缩小，转速就可以提高，.这时发动机紧凑轻巧，运转均匀，平衡性改苦。 目前汽车发动机多数采用直列4红、6缸和V型8缸的结构，少数重型汽车用V型12缸 的发动机。农用发动机一般都是单列1~6缸，拖拉机发动机多数采用结构简单的单列2一4 缸，军用高速柴油机，要求更高的功率，列数可超过双列，红数有时多达数十缸。缸数增多 时，发动机的结构复杂，这对于大量生产的成本影响虽然不大，但会引起使用维修工作的发 杂化 在设计内燃机时，除气缸直径应符合国家规定的标准外，还必须考虑功率系列化的间题 所谓功率系列化，就是以气缸直径为基础，在同一系列内，保持缸径和基本结构不变，通过 改变气缸数、转速、增压度等方法来获得不同的功率，以满足各种动力装置的需要。产品的 系列化是提高劳动生产率、降低生产成本和提裔产品质量的有效措施之一，它能保延变型 快、机型多，能及时扩大使用范围，保证使用时备件的供应充足（一般活塞组、气门、缸 套、轴瓦、燃料系统等笨部件都能通用)，有利于使用保养，因而对于发展国民经济是很有 利的。使我们能在较短的时间内形成内燃机产品系列。例如中小功率的90、95、105缸径系 列柒油机，都分别有1、2、3、4缸的品种，135系列柴油机不仅有单列2、4、6缸和塑12 水冷机的产品，而且还有增压柴油机的变型。 四、评定参数 发动机型式和主要参数选择的合理性和结构的完善性，常用以下三个参数来评定。 1·强化指标。平均有效压力.和活塞平均速度，的乘积通常称为强化指标（或称强化 程度)。它是与单位活塞面积所作功率（比功率）成正比的，它一方面代表了功率和转速的强 化，另一方面义代表了发动机机被负背和玖负荷的高低。内燃机的发展趋势是强化程度的不 断提高，但是随着强化程度的提高，发动机的热负荷和机械负荷相应迅速增州，气缸内最高 燃烧压力和零件惯性力都锁之增大，例如强化指标中.m=140时，气缸的最高燃烧压力中，可 达：00~110巴，如要再进一步提高时，就不得不在结构上采用一些特殊的措施， 一般要求加 大饰柄销直径，增大曲轴的刚度，采用可变压缩比的活塞以降低最高燃烧压力，以及采用堤 早关闭进气门或排气门两次开启以降低热负荷等
2.比重量G八。比重量是单位千瓦的净重（公斤/千瓦），它表征工作过程的强化程 度和结构设计的完著程度。降低这一数维。就可以节约金属材料、降低制造成本。节约是社 会主义经济的基本原则之一。贯彻节约的原则，对于大量生产的汽车拖拉机和农用发动机来 说，具有巨大的实际意义。自重的减轻意昧着功率消耗的节约或有效载重的增加，从而提高 了运输效率。因此在设计发动机时，在保证所要求的强度、刚度和制造条件许可的情况下， 应不断地降低比重封 发动机重量分布的分析表明，铸件重金占总重量的60一70%，因此要尽量减小铸件厚 度，不允许有多余的金属堆积，不受力零件如盖板，壳等，在必要和可能情况下可用冲 件或冲瓜-焊接件来代替，也可直接采用有机玻璃件或共他工程塑料。采用轻合金铸造的机 休，气缸益、正时齿轮盏、飞轮光等，可大大减轻发动机的重过，特别是采用金属模，造 正锌或豺密，造等先进工艺方法，在大堂生产条件下具有很大的经济效采。此外，用短连 杆、短活塞、空心曲轴、选用尺寸小重量轻的新型附件、单列多缸发动机过渡到V型的结构 等等都有利于重量的诚轻。 3,升功率N./aP。升功率N,/aVh=pn/300t千瓦/升，它决定于、n和x,表征着 发动机工作过程的完善性，也可以用来丧定发动机的结构紧凑性和外形尺寸大小。现代汽车 发动机的发展趋向之一是升功率的继续提高。 国内外汽车、龙拉机农用内燃机和大功率中高速柴油机的主要参数和指标，可参见表 1-9、1-10、1-11、1-12、1-13、1-14、1-15。 表1-9现代中小功率高速内燃机的主要参数范围 数 否塞平均速度c(米) 8.5125 811 9w10 t0-13 12-15 平均有效固力P。(巴) 1020 6-8.5 71 升N。/少。(瓦/升) 1522 16-26 9-15 2130 307 比GN,(公斤T) 5.56,8 6,81 234 1.4-2.7 站这进 (转/分) 20004000 150250 1500-2500 3000400 4010-000 行缸径比S/D 0.751.2 0.9w1,3 0.911.28 0.81.2 0.71.9 对于内燃机主要参数，决不可不经过实际调查，凭主观想象选取。选定一个参数，必须 伴诧着相应的实际结构指施。侧如选择了较高的转速：或平均有效压力p。,那么就要思引 法在结构上保证达到这样的方或，否则，指标不能实现，设计也只能是纸上谈兵，一点 没有实用价值。 最后应该指出，目前所用的内燃机设计方法，一般还都是于经验设计，而不是单纯用 鼎论计算。即先)“泛地利用统计或经验数据，参考比较成功的同类型样机来具体地选择机件 的结构、尺寸和材料，有的可以经过必要的核算，通过样机试验，最后确定性能指标和树 参数