择达到系统整体最优化的途径。 在系统工程的价值分析中，“价值”的藏念具有特定的含义，接近于人们日常用语中的价 值的概念，与值得不值得、合算不合算有相似之处。例如，有两种产品，性能完全一样，而 价格却不同，从价值分析的观点认为价格低的产品价值高，因为可用低的成本取得大的功 能。所以价值的高低是评价产品好坏的一种重要标雅 所谓价值，从用户角度来说，是指产品的主要功能与成本之比，即取决于提供可靠功能 的最低费用。从生产者的立场来讲，则指投入的资金（成本）与所取得的收益相比。因此设 计内燃机时，必须从用户的需求来提高产品的价值，把企业的价值和用户的价值统一起来考 虑。同时，在价值分析中的成本，是指产品从研制、设计、制造、使用维修整个过程的成本 之和（称为产品寿命周期成本），而不是指传统习惯贯的购买成本。对内燃机而言，也就是在 进行价值分析时，内燃机的成本不是只指出售内燃机时的制造成本，而还必须考底内燃机在 使用过程中的燃油与机油的消耗量、维修费用、人工费用、管理费用等使用成木。 产品寿命周期成本的高低与功能有内在的联系。一般说来，在技术经济条件不变的情况 下，髓产品功能的提高，则制造成本上升，使用成本下降，产品寿命周期成本呈马教形变 化，产品寿命周期成本有一个最低点，功能对应有一个最适宜水平。功能过高则产品寿命周 期成本也偏高，只有功能适当才有最低的成本。价值分析的目的，就是使产品寿命周期成本 降至最低点，产品功能达到最适宜的水平。 在系统工程中，价值分析考虑两个因素，即既致力于降低成本，又致力于提高功能。与它 成本管理不同，成本管理一般只着眼于成本的降低，而且降低成本的措也往往侧重于增加 产量或加强生产过程消耗定额的管理，并不致力于产品功能上的问题。同时，它与质量管理 也不同，质量管理虽然也致力于功能的提高， 但它着重于技术措施多，不者重于解决成本降 低问题。价值分析是兼顾功能和成本两方面，综合提高产品价值。在设计内燃机时，就应该 重视价值分析工作，因为设计阶段对生产阶段和使用阶段的质量和成本影响较大。它可以在 投产前，通过合理确定结构、工艺、材料、外协和生产组织形式等， 把内燃机的功能与成本 建立在最优的选择基础上而为投产后的质量和成本创造良好的条件。据国外统计，一般产品 成本的70一80%是由研制阶段决定的， 产品投产后再大橱度降低成本是很困难的，因为它牵 涉的因素很多，改变起来代价很高，会造成原有生产能力和资金利用上的巨大损失 从价值分析中可看出，产品的成本与产品的可靠性有很密切的关系。另外在系统工程 中，把人看成系统的一个组成部分，同时系统工程的最后目的是要使所设计系统达到最优 化，因此，在设计内燃机时，必须重视采用可靠性设计方法，并在可靠性设计中要考虑人-机 工程学问题，最后采用优化设计方法使系统达到最优化。关于可靠性设计问题，在可靠性设 计中如何考虑人机工程学同题以及优化设计方法，前已作了介绍，此处不再重复。 将系统工程方法用于内燃机没计，应该通过对各个设计阶段的研究，为设计工作建立 整套完整的数据、资料、程序和可供选择的典型方案，并进一步研究人-机对话的计算机相助 设计，再发展为内燃机设计的自动化系统。然后将自动化系统和工艺过程自动化控制系统以 及企业自动化管理系统结合起来，使产品设计、工艺设计、生产组织和管理部门结成一个整 体，这样，内燃机设计人员不仅可以根据结构完善的准则来论证自己的设计方案，而且还可 以从工艺和经济观点，通过电子计算利用企业自动化管理系统的集中规范业务来评价自已 的设计方案，从而便可以从众多方案中选择出最优方案，达到最优设计的目的。 -23
近年来，我国内燃机设计工作者总结了多年的实践经验，所采用的设计方法，虽然有不 少符合系统工程的思想和方法，但并不是有意识地应用系统工程，因而存在不少间题，例如， 产品性能有很大随机性、产品综合性能差、本高、使用维修不方便、一些主要零郭件寿命 不均衡、研制周期长等。在内燃机设计中，要想得到技术上先进、经济上合算、时间上最省 的结果，就必须科学地、有意识地应用系统工程方法来指导设计工作， 六、关于设计的系列化、通用化和标准化问题 内燃机设计的产品系列化、零部件通用化和零件标准化的“三化”问题，对于合理组织 企业生产，提高劳动生产率，提高产品质量，降低成本，便利使用、维修和配件供应，起着 重要的作用，因此也直接对工农业生产和国民经济的发展有巨大而深远的影响。 (1)产品系列化这是指以尽可能少的内燃机机型品种，进行合理的变型以满足各种用 途的需婴。凡内燃机主要结构不同，不能互换一些主要零件的，即称为一个机型品种。凡同 一机型品种的内燃机，通过改变缸数、转速，进行增压，以及为了适应不同用途增减附件， 从而形成许多型号的内燃机，这些则称为变型产品，变型产品之间的大多数零件，特别是一些 主要零件之间，是可以互换的。因此，产品系列化的含义，从大的方而说，就是针对某一种 用途或几种用途，确定设计和生产儿个机型品种来满足要求的问题，从小的方而说，是指针 对某一个机型品种，以尽可能多的变型来扩大其用途的问题 (2)零郝件通用化这是指设计时应使同一系列产品的零部件尽可馆互相通用。而不同 系列产品的设计也应考虑某些零部件的相互通用，例如高压系、喷油器、调速器、起动电动 机、机油系、机油滤清器、燃油滤清器、空气滤清器、风扇、散热器等。由于零部件有通用 性，则便于组织零部件专业化的大批量生产和配件的供应。零部件通用化程度，通常以下列 参数来表征，即 零件通用化系数二总零行用深售标雅件】 军件品种通用化采数一区平件希漫深君禁整行磊勒 总通用化系数一酷被包标件 (3)零件桥准化这是指零件设计时，应该按照国家标准和部领标准来决定零件的有关 :尺寸、公差及配合、材料、技术条件，并按国家机成制图标准绘制零件图，这样就便于组织 外购和外协件、工夹具供应等，也便于企业管理和组织大批量生产。 一24
第二章内燃机的总体设计 第一节总体设计的任务 内燃机总体设计是指各个设计阶段中有关内燃机总体方面的设计工作，这一工作贯穿在 各个设计阶段之中 在样机总体方案设计中，总体设计的任务是：根据技术任务书的要求，在充分论证的基 础上洗择内燃机的型式，确定主要结抽参数，洗定主要多部件与捕助系统的结构型式，对各 主要零部件和轴助系统各机件的外形尺寸进行粗咯估算，然后进行初步的总体布置，绘制几 种不同方案的总体布置图，用以进行方案分析与论证。在儿种方案评比的基础上，最后确定 一种总体方案图，并完成热力计算、动力计算、主要系统草图及方案设计说明书等有关技术 文件。然后，提出对各主要零部件和轴助系统在钻构方面的主婴没计要求，以便进行各主要 零部件和辅铺助系统各机件的初步设计与单缸试验机设计，进行先期研究工作，协调和解决各 主要零部件和助系统各机件在空间位置上的矛盾，使内燃机能正常地动作，并充分注意到 拆装和维修的可能性和方便性。随后根据各主要零部件和铺助系统各机件初步设计结果，修 正初始方案，园整总体布骨，绘制较详细的总体布置图。 在样机施工设计中，总体设计的任务是：根据先期研究工作的结果，修正设计：进一步 协调和解决各零部件和辅助系统在空间位置上的矛盾，保证内然机各零部件在安装和运转时 不发生相互干涉的情况！详细检在内燃机拆装和维修的可能性和方便性，并设计必须的专用 工具绘制内燃机的正式总体布置图，包括纵横剖面图、前后端视图、左右铡祝图、俯祝图 与安装图等，确定外形尺寸，完成各项详细的技术文件， 必须注意，在总体设计中一定要充分考虑到产品系列化、零部件通用化和零件标准化的 “三化”问题。前已指出，在进行总体方案设计时，还要考虑和绘制系列产品和各种变型产 品的总布置图，以便统一考虑产品的系列化和变型等问题，从而扩大内燃机的用途。必要 时，可进一步修改总体方秦设计。 总体设计工作，是从样机总体方案设计开始，到完成样机施工图纸的绘制而结束，这是 内燃机设计中的一个十分重要的工作。本章主要阐述内燃机的选型、主要结构参数的确定以 及总体布置的原则等。关于热力计算、燃油供给系与增压系的选型与设计向题已在《内然机 原理”中论述，关于动力计算、主要琴部件的选型、结构设计与计算以及其它辅助系统的选 型、主要机件参数的选定等问题，则分别在本书有关章节中论述。 第二节内燃机的选型 内燃机的型式很多，按其工作过程的特点来分，有汽油机或柴油机、二冲程或四冲程内 然机、不增压或增压内燃机等，按照结构特点来分，有水冷式或风冷式内燃机、单缸或多缸 内燃机、单列或多列内燃机等。各种型式的内燃机有其不同的优续点。内燃机的用途不同， -25
选型时考虑问题的着眼点也就不一祥。因此在选择内燃机的型式时，不能仅仅满足于一般的 分析比较，而必须对具体情况作具体的分析。下面从各类用途内燃机的主要设计要求出发， 分析比较不同型式内燃机的优缺点，以此作为总体设计选型时的参考。 一、汽油机与柴油机 与汽油机比较，柴油机的主要优点是 (1)燃油消耗率低，在变工况情况下，燃油消耗率的变化比较小，而且柴油比汽油价格 便宜，所以采用柴油机比较经济。 (2)柴油的比重大于汽油，因此，在相同的油箱容积内可以贮存较多的柴油。 由于柴油机然泊消耗率低，且柴油比重大，在车辆上采用柴油机时，可以使其具有较大 的最大行程（在相同油箱容积下，车辆采用柴油机时的最大行程约为采用汽油机时的1,3~1,6 倍)。 (3)柴油的闪点高于汽油，在运输与贮存过程中，火灾危险性较小。对干坦克，当采用 柴油机时，可以减小作战中火灾的危险性。 (4)可以采用废气涡轮增压或复合增压进行强化，进一步提高燃油经济性与升功率。 (5)采用柴油燃料时，排气污染少，因此比较容易满足废气净化的规定。 除此之外，柴油机还可以政成采用多种燃料工作的多撚料内然机。这对组克来说，在被 争条件下，可以就地取材，筒化后勤油料的供应工作。 柴油机的缺点是 (1)柴油机的外形尺寸和重量较大，这主要是因为：一般不增压柴油机平均有效压力较 低，且柴油机的转速也较低，柴油机的最大然气压力比汽油机高得多，由此，为保证零件的 强度与刚度而不得不增大尺寸和重量。 (2)柴油机的扭炬特性、起动性和加速性均比汽油机差。 (3)柴油机的制造成本较高。这是因为柴油机每千瓦的金属用量较多，重要零件还要采 用较好的合金钢：柴油机上的高压泵、喷油器等精密部件的制造工时多，工艺水平要求也较 。 (4)柴油机工作粗暴，噪声较大 由于采用柴油机的车辆具有较大的最大行程等优点，因此，目前世界各国的主成坦克全 部采用柴油机，而且绝大部分都是采用多燃料的内燃机。由统计资料表明，二次世界大战前 的坦克有71%左右是采用汽油机，只有29%左右采用柴油机。通过两次世界大战的实践考 验，证明丁坦克上采用柴油机比采用汽油机优越，所以在第二次世界大战后期，各国所生产 的坦克逐渐改用柴油机。特别是近年来，随着科学技术的发展，柴油机上采用废气涡轮增压 的技术取得丁很大的成就，不仅燃油经济性不断提高，外形尺寸和重量指标也随之不新改善， 同时柴油机采用多燃料的研究工作，也取得了很大的成就，因面，目前世界各国主战坦克已 全部采用柴油机，只有轻型和超经型坦克，为了使外形尺寸小、重量较轻才采用汽油机。 近代的重型载重汽车、拖拉机、工程机械与农用内燃机（爱求尺寸小、重量轻的农用拉 保机被除外)，因为考虑耗油省与价格低廉，绝大多数采用柴油机：小轿车要求内燃机的尺 寸小、重量轻、起动性与加速性好，则广泛采用汽油机，在中、轻型栽重汽车中既有采用柴 油机的，也有采用汽油机的。目前，有些国家因为考虑省油与减少排汽污染等原因，中、轻 -26-
型我重汽车也愈来愈多地采用柴油机，甚至在一些小轿车上也有采用柴泊机的， 二、二冲程与四冲程内燃机 由于二冲程汽油机在换气时有一部分新鲜可燃混合气随同废气排出，经济性差，所以除 了摩托车、小排量汽车和农用植保机械和割草机用的内燃机外，一毅都不采用二冲程汽油 机。而在二冲程柴拍机中。在换气时随同废气排出的只是空气，虽然这些扫气空气也消耗部 分能经，但比汽油机经济性好，因此二冲程柴油机比二冲程汽油机应用广泛， 与四冲程柴油机相比较，二冲程柴油机的优点是： （1)升功率高。二冲程柴油机单位时间内的工作循环数是四冲程的两倍，虽然由于有换 气损失与机械效率低等原因，二冲程柴油机的升功率还是比四冲程柴油机高50一70%。在相 同功案条件下，二冲程柴油机的外形尺寸及重量均较小。 (2)当采用对置活塞式或壁孔式换气时，无需专门的配气机构及其动零件，结构较为 简单，制造与修理较方便， (3)曲轴每转作功一次，工作平稳性较好，由此可用较小的飞轮，并且易于起动。 (4)曲柄连杆机构零件所受负荷的冲击性以及所受变负截的幅度都较小，疲劳强度的安 全系数较大。 (5)二冲程柴袖机的散热损失较小，冷起动容易，改进成为多然料内燃机也较容易。 二冲程柴油机的缺点是： (1)二冲程柴油机的热负荷比较高，特别是活塞组的热负荷比较高（活塞顶的平均温度 比四冲程油机约高50一60℃)，而且气红内压力总是大于一个大气压，使活塞环在环中 活动性减小，积关不易排除，容易使活塞环失去工作能力，由于作用在轴承上的负荷是单向 的，这对润滑不利。因此如不采取适当措施，二冲程柴油机的使用可靠性与寿命则不如四冲 程柴油机。 (2)换气质量较差，使燃烧条件变差，同时带动换气系也需要消耗一部分功率，因此燃 油经济沙比较差 （3)二冲程柴油机热负荷较高，因而对机油质量要求也较高由于机油容易窜入扫气孔 和排气孔边缘，随气流进入气缸燃烧或从搓气管排出，因此机油的消耗率较大。 （4)高压泵与喷油器的工作较繁重，寿命较短。 此外，二冲程柴油机的噪声、排气污染等都比四冲程柴油机严重。 由于上述原因，曾有人认为：与其用二冲程来提高50%升功率，还不如发展废气祸轮增 压的柴油机。因而，过去采用二冲程荣油机远不如采用四冲程柴油机普遍。后来，随着二冲 程柴油机的研制工作不断发展，在使用可靠性与寿命上都有所提高，特别是二冲程柴油机增 压和复合增压的发展，高了机械放率。改善了经济性、使综合性能也不断提高，因此英国 和美国在50年代就开始研制战斗车辆用的二冲程柴油机，日本在60年代末期也为其新型 坦克设计了二冲程柴油机。例如，英国就曾经传门为“奇伏坦”中坦克设计了L60二冲程 对置活塞式柴油机，同时还生产了K-B0二冲程对登活赛式柴油机，作为装甲运输车的动力 装置，并用于瑞典的S中坦克上，作为与然气轮机联合组成双机的动力。美国发展了风冷式 与水冷式两种车用二冲程柴油机，其中风冷的AVM系列(V-4,V-6和V-8三种)中的V形 8AVM625二冲程柴油机装在轻型坦克上，水冷GM53和71系列中的V形6缸的6V-53 27