能在1500r/min的转速下工作，不但内燃机的潜力不能发挥，而且机组也比较笨重。否则， 就必须远择工作转速为3000r/m1n的内燃机，并与具有一对磁校的发电机配套。 此外，为了保特所发电流的须率恒定，还应该使内燃机的转速不随发电机负荷的变化而 改变。特别是当发电机的负荷有突然的大幅度变化时，内燃机的转速不应有大的波动。这些 可以借安装调速器来解决。 裴有废气涡轮增压器的内燃机需妥设法解决调速上的困难。这是由于当内燃机的负载突 然加大时，如不采取特别的措施，增压器的转速却不能立即增加，使得要在滞后几秒甚至十 儿秒之片充入气红的空气登才能得到相应的增加。这就使这类柴油机所能达到的P,值受到了 限制 在大型船舶上，当柴油机是用传动轴直接联接螺旋紫时，为了使它有较高的推进效率， 转速一般为110~130r/m。 对于机械传动的汽车、拖拉机和工程机械来说，要求内燃机的最大扭矩点出现在尽量低 的转速下。最大扭矩与标定功率时扭矩的比值谓之扭矩适应性系数严。最大扭矩时的转速与 标定功时的转速之比谓之转速适应性系数。“意大，“，愈小，则车精行驶中必须换档的 次数就可念少。对干汽油机来说一般4。=1.251.35,4.=0.450.55； 对于柴油机米说 般r.≤1.15，.=0.55~0.7， 1.2,2内燃的经济性 内燃机的经济性包括：内燃机的使用价值应该尽量大，而为使用内燃机所必须付出的代 价应该尽量小。这是设计人员应该争取的重婴目标之 使用代价包括购置费、油科清耗、使用中的劳动强度、维护修理费用以及使用寿命等。 油料消耗是彩响经济性的主要部分。内燃机的燃袖消耗率通常是指标定工况时的油梵幸 (名/（么w五）)。对绝大多数使用情况来说，内燃机的工况不论是功率还是转速都是经常变 化的，所以设计时应着眼于使得常用工况下的袖耗率为最低。 另一方国，对于利用率高的内燃机来说，油耗率对经济性的关系极大，但对于利用率低 的内燃机，例如应急备用电站，则应追求起动方便、可靠，而抽耗率就不是十分重婴的问题了。 据报道①，自从出现所谓石袖危机以来，国际上出现了研制节油型内燃机的热潮。船用 中速荣油机，在节油工况下的袖耗案已降至约165g/(kW·b),船用低速柴袖机，最低记录已 达158g/(k网h),此时的有效效率，已接近50%。 一般车用内燃机的有效效率”，和油耗率名，如下表所示： 内烧机类别 .(100) K(/kW.h) 汽抽机 025-0,33 271-299 6350,40 197-w231 现代内燃机的操纵是比较简单的，但维护和修理却需婴技术。偏僻地区，维护与修理常 常成为难题。 针对这种情况，在设计现代的，尤其是大批量生产的内燃机时，如何简化维护与修理工 作，也是应该考虑的重要内容，包括减少所规定的维护工作量并使工作简易化和廷长使用说 5
明书规定的相邻两次准护之间的时间间隔等。最理想的情况是作到能够废除维护，或者把必 须的维护工作缩减成只是定射检查润滑系统或冷却系统。 所调内燃机的使用寿命可以有不同的定义，即：(1)无需进行第一次维护的累积使用 时间，(2)到必须取出活塞进行小修之前的累积使用时间，(3)到必须将机器拆散进行大 修之前的累积使用时同，(4)直到机倍进行了几次大修之后必须报废的累积使用时间，对 车用内燃机也可用行映里程来代替时间， 对于设计者来说，努力延长定义(2)的寿命，甚至使定义(2)的寿命与定义(3)的 寿命一致起来是一个应该努力的目标。同时，也应务力廷长定义(3)的寿命，后者即通常 所说的内燃机岸合 另外，应设法使内燃机的修理工作简单易行 随若机器自动化的发展，劳动生产率的提高，而修理工作的生产率总是偏低，所以在小 功率内机领城已口趋向于无大修的寿命期。 1,2.3内燃机外廊尺寸的紧凄性和质量 在许多种动力装中，为了能有更多的有用空间，希望内燃机本身占用的空间缩至最 小，即要求内燃机的设计紧凑。内燃机外的紧凑性可定义为 CBH×100% (1-5) 式中L、B和H分别为内燃机外商的长、宽和高。 当总活塞排量一定时，红数：和气缸的排列方式（直列、V型、W型、X型、星形 排列等等，如图12所示)对值有很大影响。另外，零件和总成的安排以及附属设备，如 空气滤清器、增压器、空气冷器以及管路等的合理布置，也对ǒ值的大小有重要影响， 图1-2内燃机的气缸排列 单红机的8值很小，只可达0.3~0,5%；直列式内燃机安排得好时，5=1~1.2%，V 型机有的可超过2%。如不考虑增压系统所占空间，则采用更为复杂的气红排列方式，可使 8值达到4一5%。 设计时，一方函设法使各部分的安排紧凑，另一方面也应注意到加工、装配、维护和份 理上的可能和便利。 车用内燃机和移动式内燃机，质量小（即重量轻）是一个追求目标。质益小在某种程度
上也表明所耗用的金属量较少。 对于各种用途的内燃机米说，都应设法减少每台机器的金属用量，但在争取耗用最少量 金属的闻时，必须保证内燃机的各个部分具有足够的强度和刚度，以保证工作可靠。保证貝 有足够的刚度是十分重要的，否则，在力的作用下，机器就会出现超出允许限度的变形，即 罗件失去正确的形状与相邻零件之间的正确配合关系，其后果是出现附加应力、异常磨损和 不能保证密判禁华，以致山现更严重的故障。 因此，应选用具有必要品质的材料，并讲究材料的最合理布局。内燃机是构渣复杂的机 器，工作条件十分复桑，加之工艺上的原因和材料品质不均匀，要完全怡如其分的作到金属 材料最佳分布，到目前为止还是作不到的。有这样的说法，用黑金属制成的内燃机，换算至 每升工作客积的质量G,(kg/L)如果在70~90范国内，则可以认为是合理的；如果大于90 ~100kg/L,则所用材料就过于肿了。果粗使G,低于60kg/L,那就需要采用轻金属， 并且婴或多或少地影响到机器的刚度和使用寿命。 如果在质量上没有特殊要求，但希草机器的使用寿命长和工作可靠，则可取G=70 100kg/L。最低，G,可以达到30~40kg/L,但使用寿命将减短，并且在设计过程中要进行 火量的试验研究工作。 但是，用G,值来评定材料利用率的好坏是不甚合理的，因为它没有考虑P,值的影响， 另一种衡量质量的指标是质量功率比m。它是内燃机的质量（净质量，即不包括燃油 机油、冷却水及其他不装在内燃机机体上的附属设备的质量)与标定功率之比(kgk)。 随用途的不同，此值的变化范围是很大的。 质量功率比(kg/w) 汽机 2w7 汽车用柴袖机 范拉机用荣油机 轻高柴机 1* 70 1,2.4内燃机设计的“三化”问题 所谓三化是指产品系列化、零部件的通用化和设计的标准化。 1:产品系列化。内燃机的用途虽然十分广泛，但从生产和管理的角度来看却希望产品 的类型不要过多。机型少就便于集中力量进行深入研究， 也便于组织大规慎生产。 为此目 的，国家拟定出以缸径为基本尺寸的系列型诺。型谱中同一系列的内燃机，缸径利和基本结构 相同，通过改变缸数以及其它结构上的变型来满足多方面的不同需要。同一系列内机应该 敏到多数零件或总成，尤其是易损件通用。 2。零部件通用化。意义如上述。事实上，工业中使用广泛的产品其规格已经标准化 了，所以零部件通用化也包合了凡是能采用标准件时就不采用非标准件的含产 一个产品中通用件所占的比例用零件通用化系数（标准件不计算在内）和总通用化系数 (标准件计算在内)表示。 7
3. 零件设计标准化。它是指在设计中应按国家机械制图标准绘图，并尽可能地按照有 关标准制订技术条件。 实行“三化”的目的是促进生产、满足需要，因此在设计中必须务力贯彻执行，但也应 避免机械的理解，盲目的片面追求通用化系数的数字。正确的作法是首先着最于满足需要， 努力提高所设计内燃机的技术水平。当在具体问题上与“三化”的要求出现矛盾时，则进行 具体的分析，仔细权衡利弊，决定取舍。 1,2,5内燃机的可靠性及其它 工作可靠是内燃机应该具有的起码性能，否则其它性能都将无从谈起。 所谓工作可靠，是指机器在规定的条件范围内，运转时不因出现故障或由于零件损坏而 被迫停车。在使用条件下，一旦发生这种停车事故有可能给生产，甚至是生命和财产带来重 大损失。 作为生产广对用户的种保证，常常规定出保证期，即在规定的期限内，机器可以无故 碑运转的最低累积时数。应该指出，此保证期只是机器能够确保可靠工作时数的下限。 形响可靠性的因素是多方面的：结构、工艺和材料等等。机器内部清洗不净，残留有型 砂和铁未，以及其他意想不到的事都可能是出现事故的根源。 有许多李放隐患甚至需要经过长期反复的实际运转才能逐个地发现和排除，因此积累经 验是很重要的。 内燃机应该能够迅逃而且可靠的起动，这也是一项重婴性能（详见第14章“内燃机的起 动” 内燃机运转时所产生的振动应该小（详见第2章及第3章）。 内燃机的排气对大气的污染应该尽量小。有关这方面的讨论详见“内燃机原理”课中的 有关部分。 内燃机运转中所产生的噪声应该尽量低。 经过百年来人们的不断努力，今的内燃机已无与伦比地优于早期的。与此同时，上述 各项婴求的水准也籼应提高了，而且还提出了新的要求，例如关于排放与噪声方面的要求就 是60年代后期由于内燃机的使用量增才引起注意的新要求。这就要求设计人员在现有基础 上进一步进行研究与提高。 当着手设计一台具体的内燃机时，若想使之能够完美无缺地满足所有要求，也是不可能 的，必须是有重点和有所侧蛋，否则就无从下手进行工作。正是由于这一原因，所以内燃机 也就出现了机型上的差州：“四冲程与二冲程、汽油机与柴袖机、高速机与低速机、大型机与 小型机、重型机与轻型机以及水冷机与风冷机等等。 1.3内燃机的主要结构尺寸和结构参数 内燃机的主要尺寸包括：气缸直径D、活塞行私S(或曲柄半径R)、连杆长度【和缸 心班L,等，主要结构参数包括：行程缸径比S/D、连杆比A=R/儿、缸心距缸径比L/D、气 缸数：和气缸夹角中等。 当所设计内燃机的标定功事P和转速”确定之后，根据估计的P.值由式(1-1)可得所 .8
必须的总工作客积Ψ。花估计，值时，一方面应考虑自已技术力鼠所可以达到的数茧，另 一方面也应有余地。应该注意，标定功并不是机器所能发出的极限功率。 1.3.1缸径和缸数 肩定缸数i,除了考患第2章内燃机动力学和第3章曲轴的扭转振动方阿的问题之外，还 应在意到其他一些问题，现简述如下： 1、汽油机，由于燃烧过程的特点，气缸直径不能过大， 一般不超过120mm 2,压箱点火式内燃机，同样由于燃烧过程的特点，气缸直径不能过小，一般以不小于 85mm为伴。 内燃机的缸径应符合系列型谱的规定，其尾数应该取楚数，优先选用0和5。 4.当缸径D确定后，根据关于S/D值的选择可确定行程S,从而确定了一个气缸的活 塞排量。 5缸径愈大则一个气缸的往复运动部分的质量就意大，惯性力将限制转速的提高。 6,缸数少则机器结构简单，但结构就愈不紧凑，运转中的振动大且平稳性差。 7.转速高的直列式内燃机一般最多是6个气缸，特殊情况下可多至8红。低转速的带滑 块的直列式机可多达12个气红。 8,采用星型结构的尺寸紧凑、质量小的大功率高速内燃机，最多的缸数可达56个，但 结构很复杂且维护和修理很困难，只用在特殊情况下。 1.3:2S/D 对于高速柴油机来说/D值在0.9~1.15范用内中速柴袖机为1~1,25低速柴抽机则 为1.6~2.2。汽油机的S/D值测在0.8~1.2的范围内。 S/D值小，则行稻S比较短。转速高的内燃机，采用小S/D值的原因主要是D值较大可 以便利气门的安排，S值小则当活塞平均速度C。一定时可以提高转速”。 活塞平均速度C是个重要参数。由式(1-2)可以看出，C。也是对内燃机的P值有关的 参数。由于C直接关系活塞相对于气缸壁的滑动速度，从而也就直接关系到前面1.22所述 的定义（1)的寿命和内燃机的工作可靠性。此外，C,愈，则活塞作往复运动的惯性力也 愈大，而且C愈高，则换气时流过气门的气体平均流速也愈高。所有这些都限制了采用过高 的C值 由内燃机的使用寿命和工作可靠性名，现代各类内燃机的最高C.许用值(m/s)如下 所示 高速运输用内燃机 10.0~12.5(13.5) 要R使用寿命长的高速内燃机 8.0-10.5 中被毕油规 7.08.5 低速柴油机 406.5 C选得过低是不恰当的。首先是对于具有给定工作容积的内燃机来说，所发出的功事 将过小，即每升工作容积所能发出的功率P将过低，这是不利的：其次，C过低对于象活 塞环和气红整这样的产擦副，由于在摩擦表面闻不能建立起有效的润滑油膜而使磨损加 剧