内燃机构造与设计 7 汽车发动机设计总论 第三篇 发动机总体及主要零部件的设计 往复活塞式内燃机在一百多年的历史中基本构造变化并不大,但其性能及设计水平则一直在不断地提高。这主要表现为发动机的燃料经济性、升功率、紧凑性（发动机重量和体积）、制造成本、可靠性和使用寿命等主要技术指标不断得到改善。近年来为适宜环境保护法规的要求，在减少其有害排放物、减少振动与噪声等方面也在不断地进步。   内燃机设计是一项很困难的要求很高的工作。一方面因为它是一个复杂的系统，各个子系统（曲柄连杆机构、机体、配气机构、供油系、进排气管系、润滑系、冷却系----）相互制约，而且许多零件的机械负荷和热负荷很严重。另一方面是因为新设计机型的技术水平必须高于旧机型才有研制价值。一般来说新设计大多是在原设计基础上的改进。设计人员应该具备多方面的知识技能。设计课程主要是讲授发动机总体设计问题，以及发动机各主要零部件的设计问题。  7.1 汽车发动机的设计要求和技术指标 max.book118.com 对汽车发动机的要求 从汽车使用方面对发动机设计提出的要求有：有足够的功率，能在较宽的转速与负荷范围内稳定运转，燃油和机油消耗少，体积小，重量轻，工作可靠，寿命长，对环境的污染少，振动及噪声小，能适应多种使用条件，制造成本低，维修方便。  7.1 汽车发动机的设计要求和技术指标 7.1 汽车发动机的设计要求和技术指标 max.book118.com.1 对发动机动力性的要求 汽车发动机应有足够的功率和良好的扭转特性以保证汽车的动力性（车速和牵引力）、加速性和克服突然增大的行使阻力的能力。汽车的总重G越大，要求发动机的功率Ne也越大，但汽车的“比功率”（即折合到每单位汽车总重的功率，也叫吨功率）的变化范围并不太大。 除了对发动机功率有要求外，载货汽车还要求发动机外特性的扭矩适应性系数                   和转速适应性系数               都尽可能的大一些，此处              各是发动机额定功率工况的转速和扭矩，                各是最大扭矩工况的转速和扭矩。 7.1 汽车发动机的设计要求和技术指标               增大，载重汽车的加速性、爬坡能力和克服突然增大的行驰阻力的能力都提高，而行驶过程中的换档次数减少。现有载重发动机的适应性系数范围大致为：                                                                                   。对于轿车来说，由于其比功率很高，就没有必要注意发动机外特性的适应性系数了。 此外，发动机能平稳运转的转速范围要尽可能地宽一些，并应能迅速从怠速变换到全速全负荷。 max.book118.com.2 对燃料经济性的要求 汽车的燃料经济性有多种评价指标，如一定车速下的等速百公里油耗（kg/100km）；按照一定的变工况规范行驶时测得的多工况百公里油耗；以及每千克燃料行驶里程数（km/kg）等。 7.1 汽车发动机的设计要求和技术指标 发动机万有特性上的最低油耗（g/kw.h）越低，同时低油耗率工况区域又越宽，则汽车的使用油耗越低。  max.book118.com.3 对结构紧凑性的要求 汽车发动机的重量，一方面关系到原材料消耗量，即影响制造成本。另一方面关系到汽车的自重，而汽车的使用油耗大致与汽车自重成正比。因此在满足功率要求的前提下尽可能的减轻发动机的重量是一个重要设计指标。为此一方面要合理给定汽车的比功率，同时应尽可能提高发动机的升功率，即采用较小排量的发动机达到要求的功率；另一方面还要优化发动机零部件的设计，使材料的使用恰到好处。 汽车发动机的外形尺寸宜尽可能的小些。这既与发动机本体的设计有关，也与发动机各附件的尺寸和布置有关。  7.1 汽车发动机的设计要求和技术指标 max.book118.com.4 对可靠性和耐久性的要求 发动机的工作可靠性是指在设计规定的使用条件下能够持续工作，不致因故障而影响正常运行的能力。可靠性是以在保证期内（民用柴油机一般为1500h，汽油机500h ）的不停车故障数、停车故障数、更换主要零件数和非主要零件数来考核的。一般都要求在保证期内不发生主要零部件的故障，如缸体、缸盖、曲轴、连杆、轴瓦、活塞、活塞销、活塞环、凸轮轴、气门、气门弹簧等件的断或裂，以及影响喷油泵和增压器功能的主要事故。长途行驶的汽车对发动机可靠性的要求更高。 发动机的耐久性或使用寿命是指发动机从开始使用到第一次大修之前累计运行的里程数或小时数，也就是发动机的大修期。它通常决定于气缸筒和曲轴的磨损效率，一旦磨损量达到一定程度，使得 7.1 汽车发动机的设计要求和技术指标 气缸压缩压力、漏气率和机油消耗率达到不能接受的水平，发动机就必须大修。大修期既和发动机转速与负荷的强化程度有关，又决定于设计和工艺质量。 如下表，达到此极限值之前的累计运行时间和里程即为使用寿命  7.1 汽车发动机的设计要求和技术指标 max.book118.com.5 对有害排放量及噪声水平的要求 汽车发动机的有害排放物有CO，HC，Nox,Pb,碳烟和微粒。Pb是汽油机使用含Pb汽油时排放的，碳烟和微粒是柴油机排放的。实际上，微粒指的是排气中的固态及液态滤出物，其中包含了碳烟。 这些有害排放物必须限制在国家颁布的标准范围之内。超过标准范围时必须采取多种措施降低有害排放量，同时又要补偿由此引起的功率和油耗损失。使用电子控制汽油喷射与点火、三元催化转化、废气再循环等技术，可降低有害物的排放。 噪声也要限制在国家颁布的标准范围之内。对人身也有害。我国目前规定1985年以后生产的车辆加速噪声不超过82-89dB（轿车取下限，8吨以上货车取上限）。要降低汽车噪声，一靠适当的屏蔽，二靠降低动力传动系的噪声，其中主要是发动机噪声。  7.1 汽车发动机的设计要求和技术指标 max.book118.com.6 对使用方便性的要求 汽车发动机应有良好的起动性能，通常要求汽油机在         、柴油机在           的气温条件下，不采用特殊的低温起动措施就迅速可靠地起动，在更低温度下利用辅助装置也能顺利起动。汽车发动机应便于安装、操作和维修。  max.book118.com.7 关于制造成本和产品系列化 汽车发动机的制造成本与其重量、零部件数目、所用材料、附件等等有关，又与其生产批量、制造工艺等有关。一般来说，只有在大批量生产的条件下成本才能显著降低，因此发动机产品的系列化和零部件的通用化就有了重要意义。  7.1 汽车发动机的设计要求和技术指标 发动机设计工作中的“三化”——产品系列化、零部件通用化、零件设计标准化。 产品系列化：基本规格尺寸较少，通过改变气缸数、排列型式、转速、燃料、材料等方法来扩大其功率范围。通常是以某个主要用途发动机为基础，通过改变部分结构参数或结构型式来形成同一系列的多种发动机产品，以一个相当宽的功率范围，供不同型号的汽车或其它动力装置配套使用。  零部件通用化：零部件在可能的情况下尽量能够互换通用。 零件设计标准化：指进行零部件设计时应尽量遵循国家、部门或企业内部制定的种种标准来决定零部件的尺寸、结构、材料、技术条件等。 以上从七个方面概述了汽车发动机的设计要求，主要是说明这些要求的意义和相互间可能存在
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