内燃机设计(B12084)教案 课程名称 内燃机设计 授课对象 主讲教师 郭鹏江 教师所在院（部）、系（室） 选用教材 《内燃机设计》
内燃机设计（B12084）教案 课 程 名 称 内燃机设计 授 课 对 象 主 讲 教 师 郭鹏江 教师所在院（部）、系（室） 选 用 教 材 《内燃机设计》
讲稿内容 备注 内燃机设计 第一章内燃机设计总论 第二章曲柄连杆机构受力分析 第三章内燃机的平衡 第四章曲轴系统的扭转振动 第五章配气机构设计 第六章曲轴飞轮组设计 第七章连杆组设计 第八章活塞组设计 第九章内燃机滑动轴承设计 第十章机体与缸盖设计 第十一章内燃机冷却与润滑系设计 第一章内燃机设计总论 第一节内燃机设计的一般流程 计划阶段、设计实施阶段、检验阶段、改进与处理阶段 第二节内燃机的主要设计指标 一、动力性指标 1. 功率Pe Pe=P=-Vh-z-n=0.785P=:Vm-z-D ( 30x
讲 稿 内 容 备注 内燃机设计 第一章 内燃机设计总论 第二章 曲柄连杆机构受力分析 第三章 内燃机的平衡 第四章 曲轴系统的扭转振动 第五章 配气机构设计 第六章 曲轴飞轮组设计 第七章 连杆组设计 第八章 活塞组设计 第九章 内燃机滑动轴承设计 第十章 机体与缸盖设计 第十一章 内燃机冷却与润滑系设计 第一章 内燃机设计总论 第一节 内燃机设计的一般流程 计划阶段、设计实施阶段、检验阶段、改进与处理阶段。 第二节 内燃机的主要设计指标 一、动力性指标 1. 功率 Pe ( ) p V z D 0.785 30 p z P 2 me me 千瓦 = = Vh n m e
式中Pme一平均有效压力(MPa),Vm-活塞平均速度(m/s),Vh 气缸排量L),Z-气缸数，n-转速(rmin),D一气缸直径(mm),t 一冲程数，四冲程T=4,二冲程τ=2。 可见，有效功率P受到上面各参数的影响。在设计转速和结构参数 基本确定下来之后，影响有效功率的主要参数就是平均有效压力。 2.转速n n增加对提高Pe有利，但是转速增加后： )惯性力，导致负荷增加，平衡、振动问题突出，噪音增加： (2).工作频率增加一热负荷增加： 3).摩擦损失增加，导致nm下降、ge升高、磨损加剧，寿 命缩短： (4).进排气系统阻力增加，使nv变小： 3.最大扭矩Memax及nMe M.-里×3000_里×95493-31.831pm-mm T 扭矩适应性系数 Memax >1 Hm=Men 转速适应性系数 4,=”>1 me 总适应系数 μ=μmμ 二、经济性指标 1.燃油消耗率ge(克/千瓦小时) 降低ge的措施：提高ni和nm 车用汽油机 260-400
式中 Pme— 平均有效压力（MPa），Vm—活塞平均速度（m/s），Vh— 气缸排量(L)，Z—气缸数，n – 转速（r/min），D—气缸直径（mm），τ —冲程数，四冲程τ=4，二冲程τ=2。 可见，有效功率 Pe 受到上面各参数的影响。在设计转速和结构参数 基本确定下来之后，影响有效功率的主要参数就是平均有效压力。 2. 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，噪音增加； ⑵. 工作频率增加——热负荷增加； ⑶. 摩擦损失增加，导致 ηm 下降、ge 升高、磨损加剧，寿 命缩短； ⑷. 进排气系统阻力增加 ，使ηv 变小； 3. 最大扭矩 Memax 及 nMe 扭矩适应性系数 转速适应性系数 总适应系数 μ=μmμn 二、经济性指标 1.燃油消耗率 ge (克/千瓦小时) 降低 ge 的措施： 提高 ηi 和ηm 车用汽油机 260-400 P P 31.831 30000 m 9549.3 ( ) e e e h e p V M Nm n n = = =1 M M max = en e m = 1 me ne n n n
车用柴油机200—260 2.机油消耗率gm(克/千瓦小时) 1.3-2.6克/千瓦小时 三、耐久性、可靠性指标 可靠性一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。 耐久性一从开始使用起到大修期的时间。 四、重量、尺寸、外形指标 是评价设计的紧凑性和金属利用程度的指标。 比重量gw=G/Pe(kg/kw): 体积功率Pv=Pe/V(kw/m3) 五、低公害指标 1.噪音 内燃机噪音分为：燃烧噪音、进排气噪音和机械噪音 2.排污 CO破坏人体的输氧能力，麻痹呼吸器官HC破坏呼吸系 统，NOx一与水蒸气混合，在肺部生成稀硝酸。 六、制造、使用、维护指标 1)高的动力性能。功率、扭矩、使用转速范围，均适合于工作机械 的需要。 2)高的燃料经济性。汽车发动机还必须注意部分负荷和不稳定工况 下的经济性，还要求燃油经济区尽可能宽，这在混合动力中尤为重要
车用柴油机 200—260 2.机油消耗率 gm (克/千瓦小时) 1.3—2.6 克/千瓦小时 三、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。 四、重量、尺寸、外形指标 是评价设计的紧凑性和金属利用程度的指标。 比重量 gw=G/Pe(kg/kw)； 体积功率 Pv=Pe/V(kw/m3) 五、低公害指标 1. 噪音 内燃机噪音分为： 燃烧噪音、进排气噪音和 机械噪音 2. 排污 CO—破坏人体的输氧能力，麻痹呼吸器官 HC—破坏呼吸系 统， NOx—与水蒸气混合，在肺部生成稀硝酸。 六、制造、使用、维护指标 1）高的动力性能。功率、扭矩、使用转速范围，均适合于工作机 械 的需要。 2) 高的燃料经济性。汽车发动机还必须注意部分负荷和不稳定工况 下的经济性，还要求燃油经济区尽可能宽，这在混合动力中尤为重要
3)高的工作可靠性和足够的使用寿命 4)对于汽车用内燃机，还要求尽量低的振动和噪声。 第三节内燃机的选型 一、柴油机、汽油机或气体燃料发动机 现在广泛使用的内燃机主要是柴油机、汽油机和气体燃料发动 机。在选择内燃机时首先碰到的问题就是选择什么内燃机。 从两方面考虑 ·内燃机本身的技术经济特点和市场需求。 ·地区或国家对环境和能源应用分布的要求。 柴油机： ·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。 汽油机： ·空气利用率高，转速高，因而升功率高。化油器式的过量空气系数 a较高，在1.1左右，电控喷射要求a=1: ·因为没有柴油机喷油系统的精密偶件，制造成本低： ·低温起动性、加速性好，噪音低： ·由于升功率高，最高燃烧压力低，所以结构轻巧，比质量小（一般 只有柴油机的一半重量)：
3) 高的工作可靠性和足够的使用寿命。 4）对于汽车用内燃机，还要求尽量低的振动和噪声。 第三节 内燃机的选型 一、柴油机、汽油机或气体燃料发动机 现在广泛使用的内燃机主要是柴油机、汽油机和气体燃料发动 机。在选择内燃机时首先碰到的问题就是选择什么内燃机。 从两方面考虑 • 内燃机本身的技术经济特点和市场需求。 • 地区或国家对环境和能源应用分布的要求。 柴油机： • 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。 汽油机： • 空气利用率高，转速高，因而升功率高。化油器式的过量空气系数 α较高，在 1.1 左右，电控喷射要求α=1； • 因为没有柴油机喷油系统的精密偶件，制造成本低； • 低温起动性、加速性好，噪音低； • 由于升功率高，最高燃烧压力低，所以结构轻巧，比质量小（一般 只有柴油机的一半重量）；