对劲活塞式内燃机（图？-3c,除个别外一多布置成直列式。这种型式结构主要是用于 二冲强直流换气式柴油机上，它具有较好的换气品质与较小的散热损失，因而具有较高的经 济性，平省件也好，外形尺中较小，旧高度太大。英国奇伏坦中坦克上的直列6红L-60二 冲程柴油机以及瑞典S中坦克上的英国生产的直列6缸K-60二神程柴油机都是采用这种对 动活塞式的结构。英国的K-60二冲程柴油机也可用于汽车上。 对置气缸式内燃机（图2-3）相当于两台卧式内燃机的组合，这样不但高度小，还可以缩 短长度，缺点是宽度太大，维护保养不方便，目前除了法阁AMX30中坦克采用的HS-11 柴油机为对置气缸式外，其它坦克上还没有采用过。在一些汽车中，为了改善汽车的面积利 用率、视野性和机动性，也有采用对置气缸式内燃机，以便布登在底盘中部或车厢的底板下 面。在一般汽车、拖拉机、工程机成上很少采用这种型式的内燃机，农用内燃机通常不采用 这种型式。 V形内燃机（图2-3）结构凑，高度、长度和宽度都比较恰当。同样的气缸数目，由直 列式收为V形布置，除了宽度有所增加外，长度可以缩短30~40%，高度随V形的气缸夹角 的增加而降低，由于长度的缩短，曲轴和曲轴箱重量相应诚小，内燃机的结构刚度加强，曲 轴和曲轴箱材料的利用得到改善，使内燃机的比重量下降， 般可诚轻15 25%左右。同 时，由于曲轴长度缩短，扭转刚度增，提高了钮振自振的频率。因此V形内燃机的扭振不 如具有相同缸数的单列式内然机那样严。现代坦克上主要采用8缸以上的V形内燃机，现 代大功洋的汽车、迤拉机与工程机械的内燃机，除个别外， 般也都是采用V形结构个别 的2、4或6缸内燃机也有采用V形的。农用内燃机一般不采用V形的。 V形内燃机的气缸夹角影响内燃机的宽度和高度 ,当气缸直径和活塞行程不变时，由于 附件布置的关系，V形夹角从60°到45°时，宽度不 45 V60 再减小，从120°增加到180°时，高度不再降低面夹 角为90°时，内燃机横截面面积接近最小值（图2-4）。 80 从提高内燃机的单位体积功率来看，V形夹角以90°为 最好。但V形夹角的选择，还要根据气缸数的情况，综 合考遮气缸发火均匀性、内燃机的平衡性、曲轴系统的 细转板动©。生产系到刚化以及夹角空间的利用等问题 对于坦克内燃机，还要考虑内燃机在坦克上的布置情 况，纵置时要考虑采用较大的夹角以降低高度，而横置 80500120 时，则要考虑采用较小夹角以减小宽度。有些汽车内 V形夹角d 然机，有时强调降纸内燃机高度，往往采用较大的夹 角。所以V形夹角的选择，还要考虑内燃机的配套要 求 1新面面识的关 现代坦克用V形柴油机气缸数一般为8、10和12，气缸夹角常用的有60°、90°和120 三种。V型8缸柴油机除了个别外， 般都是采用90°的夹角。因为这样可以同时保证发火 间隔均匀性与平衡的可能性，并使外形尺寸比较紧读，附件布置、雏护保养以及生产系列化 一0釜干露机气红支狗对内透机气衣火均匀体内林的平债性以及黄轴系统司转養动考绵，将在本书的有关一 -33
都比较方便。例如，联邦德国生产的装在瑞士PZ61中坦克上的MB837Aa柴袖机和法国装 在改进型AMX坦克上的520S3V8柴油机等都是采用夹角为90°的V形8缸机，V形机采 用10缸的比较少。目前在坦克上采用V形10缸的只有日本ST-B1坦克上的10ZF柴袖机 和联邦德国豹【式坦克上的MB838Ca-500柴油机，这两种10缸机都是由于系列化原因面 采用了90°夹角。V形12缸机无论其夹角大小如何，都具有良好的平衡性。从发火间隔均匀 性来说，采用60”夹角比较好，而且有利于采用脉冲涡轮增压，但高度较大，并对系列化生 产不利。V形12缸机采用90°夹角时，发火向隔均匀性较差，宽度也略大 些，但如同V 形8缸机一样，外形尺寸比较紧凑，附件布瓷、维护保养以及生产系列化等都比较方便，因 此在坦克上采用较多。V形12杠机采用其它度数的夹角比较少。目前只有美国为XMI 坦克研制的AVCR-1360-2柴油机从总布置上考忠，并为了减小高度，采用了120°的夹角 现代汽车和工程机被用的V形内燃机大多数是8缸的，少数是10缸和12缸的，个别为 6缸的。如上所述，8缸和10缸V形内燃机大多数采用90°夹角：而12缸机则大多数采用 60°和90°夹角，个别采用75°夹角，6缸机一般则采用120°夹角。 必须指出，设计大批生产的系列内燃机时，为了便于组织生产，不同气缸数的V形系列 内燃机，一般采用一种V形夹角。有时为了全面满足V形8缸、V形12缸和V形16缸等系 列机的设计要求，同一系列内燃机中可以采用不同的V形夹角。例如，英国的罗尔斯-罗依 斯CV系列柴油机的V形8缸机和V形16缸机采用90°夹角，而V形12缸机划采用60°夹 X形内燃机（图2-3）可看作两台V形内燃机的组合。这种型式虽然结构很紧凑，但曲柄 连杆机构、配气机构和曲轴箱的构造复杂，而且对于下面的两列气缸的配气机构和燃油供给 系的维护保养很困难。因此，除了德国在第二次世界大战米期为虎型B重坦克设计的16缸 齐麦林克柴汕机曾采用这种结构外，以后在坦克上一直没有采用过，汽车、拖拉机和工程机 械内燃机更没有采用过这种排列型式。 星形内燃机（图2-39）主婴是过去用作为航空上的风冷式内燃机。这种内燃机在飞机上的 迎风面最大，采用风冷最方便，而且单位体积功率大，比重量轻，但是高度与宽度都太大， 除了在第二次世界大战初期，美国M3等轻坦克曾经采用过吉伯生T-2020星形风冷式航空 汽油机作为代用动力外，以后都没有采用过这种型式的内燃机， 第三节内燃机主要结构参数的确定 内燃机的主婴结构参数，是指决定内燃机总体尺寸的参数，这些参数为：话塞行程S与 气缸直径D的比值SD,曲柄半径R与连杆长度L的比值，■R/L:气缸中心距L。与 气缸直径D的比值L/D;对于V形内然机还包括气缸夹角Y。这些参数是由设计人员在总 体设计中选出内燃机型式之后，根据内燃机的具体要求、制造工厂的工艺水平以及基于对某 些同类型内燃机主要结构参数的分析或实验来确定的，在确定主要结构参数时，既婴考虑具 有先进性，又要考虑实现的可能性，次不可不经调查研究，仅凭主观想象而定。每确定一个 参数时，必须伴随若相应的措施，否则最后设计指标不能完成，不仅贻误了工作，还会造成 人力、物力的浪费，关于V形内燃机气红夹角的选择问题，上节已有论述，以下仅外别讨论 角定其它三个结构参数时应考虑的一些主问题 -34-
一、活行塞程S与气缸直径D的比值 活塞行程S与气缸直径D的比值S/D,是决定内燃机设计的基本条件，由此即可确定 气缸直径D及活騫行程S这两个主要参数。 内燃机的有数功率为 N.-P (2-1) 式中P, 平均有效压力，单位为MPa 一气缸数 个气缸的工作容积，单位为L -曲轴标定转速，单位为r/mi, :一冲程数，对于四冲程内燃机x=4,对于二冲程内燃机t=2. 因此内然机总工作容积为 w.=30×.(L) (2-2) 由式可见：在选定内燃机型式之后，冲程数：与气缸数已决定；平均有效压力P,的数位可 以参照几台原准机，并考堪所设计内燃机中可能采取的措施，先进行初步估计（所设计内燃机 的实际平均有效压力， 只能在单红试验型内燃机试验之后才能确定)，同样，再初步定出标 定转速”之后，即可根据所要求的功率N,求出每一气缸的工作容积V,由于气缸工代容积 为 =DS×10·(L) (2-3) 式中D 气缸直径，单位为mm S 一活塞行程，单位为mm。 所以同一V,的值，可以由不同的气缸直径D和活塞行程S组合而成，婴正确确定出D和S 值，必须正确确定活塞行程与气缸直径的比值S/D。这一参数的确定，对内然机结构与性能 有重大影响。当每一气缸工作容积一定时，采用较小的S/D值具有下述优点： (1)可相应地提高内燃机曲辅转速而不至于使活塞平均速度超过许可值，因而可以提高 升功率。 (2)可隆低肖列式内繁机及对动活塞式内燃机的高度，缩小卧式及对置气缸式内露机的 宽度，减小V形内燃机的高度和宽度，特别是对于对登气缸式及V形内燃机来说，其长度不 决定于气缸的大小，而是决定于曲轴各轴承所要求的最小轴向尺寸，因而可以成小外形尺寸 并相应地诚轻重量 (3)由于内燃机曲柄半径减小，曲轴主轴颈和曲柄销轴颈的重送皮则增大，因而刚度增 加，应力状态改善。同时，连杆也可以短一些，这对其强度和刚度都有利。 (4)由于内燃机的气缸直径的增大，气缸盖上的气道和配气机构的安排较容易。这样， 提高转速不仪不妨得进气，而且由于气门通道的加大还有可能改善进气条件 当采月较小的SD值时，由于气缸直径的增大，热负荷、机械负荷和噪声都加大，同 时，白于单列式内燃机的长度主要决定于气红直径，所以对于一般直列式、卧式内燃机来 说，长度将增大。此外，较小的S/D值对燃烧室设计不利，而且对直流式换气的二冲程内 一35
燃机来说，换气品质将变坏。因此，在选定S/D值时必须对具体情况作具体分析 现代主战坦克内燃机的S/D值一般在0.9~1.24之间，现代汽车、拖拉机和工程机械 内燃机的S/D值一般在0.7一1.3之间，农用内燃机的S/D值一般在0.9一1.3之同.通常 将S/D值小于或等于1的内燃机称为短行程内燃机。近年米，新设计的内然机，待别是V 形内燃机多采用短行程的，或接近于短行程的内然机。 在确定SD值之后，即可根据式(2-3)求出D与S值。必须注意，在求出D值之后，应 该使D值符合国标所规定的标准尺寸系列，而后再求S值，并且最好使S值为一整数值。最 后，根据S值与n值计算出活塞平均速度C(C=(sm/30)×X10m/s),检查此值是否在选 用范围之内。如C值超出了选用范围，可以改变m,重新计算V,值，再求D与S,使求出 C,接近许可值。现代主战坦克内燃机的气缸直径在117.5~165mm范图之内（个别为 87.3mm),目前还没有超过165mm的，现代汽车、指拉机和工程机械内燃机的气缸直径 在75160mm之间，现代农用内然机的气红直径一般在75~135mm之间。 二、曲柄半径R与连杆长度L的比值 曲柄半径R与连杆长度L的比值一R/L是决定内燃机连杆长度L的一个结构参数。因 为在活塞行程S决定之后，曲柄半径R=S2即可求出。因此，在确定参数之后，即可决 定连杆长度L的大小 对于单列式内燃机，1值愈大，连杆长度愈短，在D、S相同的条件下，内燃机的高度 或宽度也愈小，可使内燃机的外形尺寸减小，重量减轻。同时，连杆缩短后，使连杆杆身具 有较大的刚度和强度。虽然由于入加大，使往复运动质量的加速度和连杆摆角也加大©，但 因连杆重量减轻，往复惯性力与侧压力并没有什么增加。所以在设计时，为了尽可能缩小内 燃机的外形尺寸和减轻重昼，一般尽可能选取较大的1值，以使连杆的长度尽量短一些。连 杆长度的缩短，受以下三个条件的限制： （1)活塞在下止点时，裙部不应与平衡重相碰（图2-5）。 (2)活塞在上止点时，曲柄臂不应与气缸套下部相碰（图2-56）。 (3)连杆在气缸套内撄动时，连杆身不应与气缸套下部相碰（图2-5c). a (e 图5连杆长度校核 图26气缸套上开槽 国2-7括塞裙部去一包分 日见本书第章 -36
连杆长度确定之后，应该采用作图的方法进行校核。作图时，可以先用透明纸描出连杆 外形，在内燃机横剖面图上使连杆小头中心沿气缸中心线移动，同时连杆大头转动，作出连 杆在横剖面上的运动轨迹，以检查是否符合上述三个条件，面且还必须保留2~5mm的间腺。 为了缩短连杆长度，在必要时可以在气缸套上开槽（图2-6），或若将活塞裙部切去一部分（图 2-7）. 在V形内燃机中，杆有三种型式：并列连杆、叉形连杆及主连杆。当采用并列连杆 或叉形连杆时，左右排连杆长度相同，连杆长度的确定与单列式相类似，即尽量采用较大的 A值，使连杆长度尽景短一些，从而使内燃机的高度和宽度都减小，由此减小内燃机的外形 尺寸和重，增大连杆的强度和刚度。当采用主剧连杆时，左右排连杆长度测不一样，除了 按照上述原则确定主连杆长度外，还要确定另外三个结构参数，即：主连杆中心线和副连杆 销至曲柄销中心连线间的夹角、连杆销至曲柄销中心的距离以及剧连杆长度。此外，还应 该考虑副连杆按转向位于主连杆前方还是后方的问题。上述参数的确定，将在第四章及第七 章中分别论述， 现代内燃机的值一般在0.25~0.33之间。 三、气缸中心距L与气缸直径D的比值 气缸中心距L。与气缸直径D的比值L/D是决定内燃机长度尺寸的主要参数，它表征 内燃机长度尺寸的紧凑性以及内燃机重量指标的优劣。气红中心距L。的大小，主要取决于 气缸盖的型式（整体式、分体式或单体式）、气缸套型式（整体式、干式或湿式）、单列式或V 形、水冷式或风冷式，以及曲轴的结构型式及各部位的尺寸。在确定L/D值时，首先婴考虑 曲轴的主轴颈、曲柄销的长度及曲柄臂的厚度，使主轴承及连杆大头轴承有足够的承压面积， 并保证曲轴有良好的强度和刚度其次婴考虑气缸盖的型式及布置，要保证气缸盖固定螺 栓及进排气道的布置，对水冷式内燃机要保证冷却水道的布置，而对风冷式内燃机则要保证 能布置一定高度的做热片，第三要考虑气红套型式、尺寸、和水套或散热片的布置，并保证 有足够的尺寸一般说来，单列式内燃机的气缸中心距取决于气缸和气缸套的型式及其布 置，而V形内燃机则取决于曲轴的尺寸，为了缩短内燃机的长度，减轻内燃机的重量，在保 证上术要求的儿础上，现代内燃机，特别是坦克内燃机，都尽量果用较小的L,/D值。目 前，汽车、拖拉机、坦克、工程机械及农用内燃机的L,/D位，一般在1.10 1.50之间， 其中汽油机的L./D值：直列式在1.10~1.25之间；V形在1.15~1.30之间。柴油机的 L,/D直列式在1.10一1.35之间V形在125~1.50之间，个别采用主副连杆式的柴 油机L/D值小到1.17。 第四节总体布置 总体布置是根据所选泽和确定的内燃机型式、主要结构参数、主要零部件和辅助系统的 结构形式，以及主要零部件和辅助系统各机件估算的外形尺寸，由此而进行的具体的布置工 作，并绘制出内燃机纵、栈削面图和外形图。它既是总体设计工作的开始（绘制多方案评比用 的初步总体布置图)，又是总体设计工作的结束（全套施工图纸的绘制工作是以绘制一整套 完整的纵、横剖面图和外形图而告终)。 -37