第一章內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)總論

內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)必須根據(jù)具體的用途，從內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)出發(fā)，按一定的設(shè)計(jì)試制過

程及方法進(jìn)行。在設(shè)計(jì)工作中，最重要的是總體設(shè)計(jì)，既首先進(jìn)行正確選型，確定主要結(jié)構(gòu)參數(shù)與

總布置，然后進(jìn)行主要零部件與輔助系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)。本章主要介紹內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)指標(biāo)、

設(shè)計(jì)試制過程與一般設(shè)計(jì)方法，以及內(nèi)燃機(jī)零件強(qiáng)度計(jì)算的基礎(chǔ)知識(shí)。

第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)主要設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)指標(biāo)與一般設(shè)計(jì)方法

一、內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)要求

內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足使用和制造方面的一系列要求。這些要求是：動(dòng)力性滿足使用要求；燃油

及機(jī)油消耗率要低；工作應(yīng)安全可靠，壽命要長(zhǎng)；外形尺寸小，重量應(yīng)輕；工作適應(yīng)性好；起動(dòng)應(yīng)

迅速可靠；使用維修應(yīng)簡(jiǎn)便；排放污染應(yīng)少，噪聲要小；工藝性好，制造應(yīng)方便；造價(jià)應(yīng)低廉等。

事實(shí)上，一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)要滿足上述所以要求是很困難的。因?yàn)槠渲杏行┮笙嗷ッ堋Ｍ瑫r(shí)，內(nèi)

燃機(jī)具體用途不同，這些要求的重要性也不相同。因此，必須根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的具體勝任，在得保證主

要設(shè)計(jì)要求前提下，盡量滿足其它要求。

（-）汽車、拖拉機(jī)等車用內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)要求

車輛內(nèi)燃機(jī)是車輛的心臟，車輛性能的好壞，在很大程度上決定于內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)良與否。

這些內(nèi)燃機(jī)的共同特點(diǎn)，都是大批量生產(chǎn)，功率范圍和結(jié)構(gòu)布置都比較相近，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和總

布置設(shè)計(jì)時(shí)，許多考慮都是共同的。

要求盡可能采用一般鋼材，零部件的工藝性要好，要適合于大量生產(chǎn)。附屬系統(tǒng)（供油系、起

動(dòng)機(jī)、三濾、散熱器等），往往都是專業(yè)化生產(chǎn)的，就更符合“三化”（產(chǎn)品系列化、零部件通用化、

零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化）的現(xiàn)實(shí)，并根據(jù)工作情況的需要改變其標(biāo)定功率、標(biāo)定轉(zhuǎn)速，同時(shí)來適應(yīng)汽車、

拖拉機(jī)等各種需要，來實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用”。如135系列。

具體要求：

①高的動(dòng)力性能。功率、扭矩、使用轉(zhuǎn)速范圍，均適合于工作機(jī)械的需要。

②高的燃料經(jīng)濟(jì)性。必須注意部分負(fù)荷和不穩(wěn)定工況下的經(jīng)濟(jì)性。

③高的工作可靠性和足夠的使用壽命。

汽車（運(yùn)輸）內(nèi)燃機(jī)：30一60萬公里。

拖拉機(jī)：6000—10000小時(shí)。

④結(jié)構(gòu)緊湊，外形小，重量輕。

此外，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)性和制造工藝性以及使用維修方便性的要求也是很重量的。

設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)措施應(yīng)在保證滿足主要要求的前提下，盡可能地照顧到其他要求。

（二）工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)要求

工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)是使用地域廣闊，氣候差異甚大，使用條件，隨配套機(jī)械而不同，對(duì)于

工作環(huán)境惡劣，承受沖擊力和急劇的變速，變負(fù)荷以及經(jīng)常超負(fù)荷下工作的機(jī)械，一般采用專門設(shè)

計(jì)的內(nèi)燃機(jī)；對(duì)于工作條件較好的，可采用汽車、拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)經(jīng)變型后使用。

對(duì)專用的工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)的主要要求，除了與汽車、拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)相同之外，還要求能夠在斜

坡上安全作業(yè)，在寒帶工作能保證起動(dòng)，在熱帶工作應(yīng)不產(chǎn)生過熱，并能適應(yīng)高原工作。在城市作

業(yè)，特別是在坑道作業(yè)的工程機(jī)械的內(nèi)燃機(jī)，還要求其排放污染少，噪聲小。

二、內(nèi)燃機(jī)主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

(一)動(dòng)力性指標(biāo)

內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性指標(biāo)是指內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定功率，標(biāo)定轉(zhuǎn)速，活塞平均速度，平均有效壓力及扭矩,

這些指標(biāo)是根據(jù)配套的使用要求而確定的。

1、標(biāo)定功率：

內(nèi)燃機(jī)的有效功率按以下公式計(jì)算：

PeVhin,,、

Ne=-------(kw)

300-T

內(nèi)燃機(jī)有效功率的標(biāo)定隨用途和使用技術(shù)的不同，按內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

(GB1105-74)規(guī)定分以下四種：

(1)15分鐘功率--內(nèi)燃機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15分鐘的最大有效功率。適用于汽車，摩托車，摩托

艇等的功率標(biāo)定。

(2)1小時(shí)功率標(biāo)定一一內(nèi)燃機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)的最大有效功率。適用于工業(yè)拖拉機(jī)工程機(jī)

械，內(nèi)燃機(jī)車，船舶。

(3)12小時(shí)功率一一內(nèi)燃機(jī)允許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12小時(shí)的最大有效功率，適用于農(nóng)用拖拉機(jī)，農(nóng)

用排灌動(dòng)力，內(nèi)燃機(jī)車，內(nèi)河船舶等的功率標(biāo)定。

(4)持續(xù)功率一一內(nèi)燃機(jī)允許長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大有效功率，適用于船舶，電站，農(nóng)業(yè)排灌

動(dòng)力等功率標(biāo)定。

由此，汽車內(nèi)燃機(jī)功率是按15分鐘功率的；工業(yè)拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)功率是按1小時(shí)功率的；農(nóng)業(yè)

拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)功率是按12小時(shí)功率的；工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)功率是1小時(shí)功率標(biāo)定，而農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)則

隨具體配套機(jī)械的不同，按照12小時(shí)的功率或持續(xù)功率標(biāo)定。

現(xiàn)代汽車內(nèi)燃機(jī)，為了滿足在較大范圍內(nèi)變速，變負(fù)荷，以及要求具有良好的加速性，一般汽

車噸功率為4.4--51.5kw0其中重型重汽車功率一般4.4--7.4kw而中.輕型汽車，特別是小汽車，

噸功率可達(dá)到51,5kw甚至更大。汽車內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定功率一般在15—370kw左右。

拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定功率是根據(jù)拖拉機(jī)具體用途而確定的。手扶，小四輪拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)一般在

2.2—8.8kw;大型輪式拖拉內(nèi)燃機(jī)一般在58--88kw左右;連式拖拉機(jī)一般在25.7--88.3kw左右。

一般工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定功率在14.7—58.9kw左右，由于目前工程規(guī)模不斷擴(kuò)大，建設(shè)周期

要求縮短，因此需要高工效的工程機(jī)械。工程機(jī)械正向著大型化、高速化、高功率化方向發(fā)展。如

單斗挖掘機(jī)容量以達(dá)8nA功率為588.8kw。推土機(jī)已有88噸級(jí)，功率為467.4kw,120噸刮土機(jī)

的功率達(dá)到515.2kw。目前368—736kw的工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)已很多。

農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定功率，隨配套機(jī)具而不同，一般從1.18kw到110.4kw的都有。

2、標(biāo)定轉(zhuǎn)速和活塞平均速度。

內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)速和活塞平均速度是內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速和活塞平均速度。提高內(nèi)燃機(jī)

的標(biāo)定轉(zhuǎn)速與活塞平均速度是提高內(nèi)燃機(jī)單位體積功率有效措施之一。（內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速影響其結(jié)構(gòu)

形式與性能。）但內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和活塞平均速度的是提高內(nèi)燃機(jī)單位體積功率有效措施之一。（內(nèi)燃機(jī)

的轉(zhuǎn)速影響其結(jié)構(gòu)與性能。）

（1）提高轉(zhuǎn)速使活塞平均速度升高。運(yùn)動(dòng)件的慣性力增加，使內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械負(fù)荷增大，工作

頻率增加，工作循環(huán)次數(shù)增加，使活塞、氣缸蓋、氣缸套、排氣門等零件的熱負(fù)荷增加，受熱程度

增加。

（2）提高轉(zhuǎn)速內(nèi)燃機(jī)摩擦損失功率增加，機(jī)械效率低，因而使燃油消耗升高。在液體摩擦和

半液體摩擦中，摩擦阻力與速度成正比，即與活塞的平均速度成比例。同樣的轉(zhuǎn)速下，當(dāng)行程較短

時(shí)，活塞平均速度較低，同時(shí)運(yùn)動(dòng)件的慣性力較小，故轉(zhuǎn)速較高的內(nèi)燃機(jī)往往采用較短的行程。

（3）提高轉(zhuǎn)速時(shí)活塞平均速度增加，作用于曲柄連桿機(jī)構(gòu)零件的慣性力增加，加速磨損，特

別是活塞環(huán)和氣缸套的磨損加劇，縮短使用壽命。

（4）提高轉(zhuǎn)速使內(nèi)燃機(jī)的平衡和震動(dòng)問題更加突出，噪音也隨之增大。

（5）提高轉(zhuǎn)速使進(jìn)排氣阻力增加，使充氣系數(shù)下降。柴油機(jī)還受到過后燃燒的限制，渦流和預(yù)

燃室柴油機(jī)中燃燒速率較高，汽油機(jī)是一種擾流燃燒。轉(zhuǎn)速愈高擾流速度也越高，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍?/p>

加，故汽油機(jī)轉(zhuǎn)速提高受過后燃燒的限制較小，加上汽油機(jī)由于防止爆震的原因。氣缸直徑一般做

得比柴油機(jī)小，故汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速一般比柴油機(jī)高。

采用短沖程而提高轉(zhuǎn)速，使活塞平均速度在不至于過高的情況下，來提高內(nèi)燃機(jī)的單位體積功

率。

現(xiàn)代汽車內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)速在2000—3000r/min之間，（個(gè)別小排量短行程汽車內(nèi)燃機(jī)可提高轉(zhuǎn)

速達(dá)到此為止400/min）,活塞平均速度一般在場(chǎng)7.5~12.5m/min之間。現(xiàn)代拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)

速在案1500—2500r/min之間。活塞平均速度在場(chǎng)7-llm/min。農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速范圍較大，為

400-6000r/min之間。

3、平均有效壓力

內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定功率時(shí)的平均有效壓力表示內(nèi)燃機(jī)整個(gè)工作過程完善性和熱力過程強(qiáng)烈程度的

重要指標(biāo)之一。它決定于混合氣的形成方法、燃料的種類、混合氣的形成的過程、燃燒過程、與換

氣過程的質(zhì)量、機(jī)械效率、進(jìn)氣壓力和溫度以及內(nèi)燃機(jī)的冷卻方式和沖程數(shù)等。提高平均有效壓力

是目前提高內(nèi)燃機(jī)單位體積功率的有效措施。目前提高內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力的方法。除了改善混合

氣形成過程、燃燒過程、換氣過程以及較少內(nèi)燃機(jī)機(jī)械損失、等之外。柴油機(jī)采用增壓方式。由于

提高平均有效壓力的同時(shí)必須解決一系列技術(shù)上的困難，因此平均有效壓力的大小在一定程度上反

映了所設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)的先進(jìn)程度。

汽車、拖拉機(jī)在標(biāo)定功率時(shí)平均有效壓力一般在此期間0.5~0.9叫^之間；工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)一

般在0.7—0.8之間。農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)一般在此期間0.5—0.7mpa之間.

4、扭矩

內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)數(shù)確定之后，在標(biāo)定工況下的扭矩也就確定了。

NPNP

Me=--------x30000=9550x--（牛頓/米）

3?14〃n

汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械和部分農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)除對(duì)功率和轉(zhuǎn)數(shù)有要求外，還要求具有一定的扭矩

儲(chǔ)備，即要求具有較好的扭矩特性。

扭矩特性一般用扭矩儲(chǔ)備系數(shù)又稱扭矩適應(yīng)性系數(shù)。1Hm和轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)Kn及兩者的乘積

--總適應(yīng)系數(shù)K或總彈性系數(shù)*

Me

11m=_Memax最大扭矩MN標(biāo)定工況下的扭矩

MeN

Nn=%nN標(biāo)定轉(zhuǎn)速nMemax最大扭矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速

nMemax

扭矩適應(yīng)性系愈大，內(nèi)然機(jī)適應(yīng)外界阻力變化的能力愈強(qiáng)。對(duì)車輛可減少換檔的次數(shù)，輕駕

駛員的疲勞程度。轉(zhuǎn)速適應(yīng)系數(shù)愈大，工作愈穩(wěn)定，對(duì)車輛，可減少機(jī)械傳動(dòng)變速的排檔數(shù)，從而

簡(jiǎn)化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

（二）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)是指生產(chǎn)成本，運(yùn)轉(zhuǎn)中的消耗，（燃油.機(jī)油）以及維修費(fèi)用等，這些通常都

是以燃油消耗率和機(jī)油消耗率，特別是燃油消耗率作為內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo)。

1、燃油消耗率

內(nèi)燃機(jī)的燃油消耗率是隨運(yùn)轉(zhuǎn)工況不同而變化的，一般常以標(biāo)定工況時(shí)每千瓦有效功率每小時(shí)

所消耗的燃油的克數(shù)作為衡量指標(biāo)。燃油消耗率，主要與內(nèi)燃機(jī)的工作過程，燃燒室的結(jié)構(gòu)，以及

機(jī)械效率等有關(guān)。

汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械、汽油機(jī)的燃油消耗率一般在ge=265~340g/kw-h之間；柴油機(jī)

ge=215~270g/kw-h;農(nóng)用汽油機(jī)ge=270~400g/kw,h;柴油機(jī)ge=220~260g/kw-h。

2、機(jī)油消耗率

內(nèi)燃機(jī)的機(jī)油消耗率是以內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定工況時(shí),每千瓦時(shí)所消耗的機(jī)油量的克數(shù)來表示。它與

活塞的密封性以及軸承的設(shè)計(jì)有密切的關(guān)系。

內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定工況下的機(jī)油消耗率為0.8~4g/kwh。

（三）緊湊性指標(biāo)

內(nèi)燃機(jī)的緊湊性指標(biāo)通常是指內(nèi)燃機(jī)的重量和外形尺寸指標(biāo)，它是評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊性和金

屬材料利用程度的一個(gè)指標(biāo)。各種類型的內(nèi)燃機(jī)對(duì)重量和外形尺寸指標(biāo)的要求不同：汽車內(nèi)燃機(jī)對(duì)

重量和外形尺寸的要求是盡量小，而拖拉機(jī)、工程機(jī)械和一般農(nóng)用機(jī)械內(nèi)燃機(jī)則可以稍大一些。

比重量（衡量?jī)?nèi)燃機(jī)重量的指標(biāo)）

gw=容（kg/kw）

G:內(nèi)燃機(jī)凈重，即不包括燃油機(jī)油.冷卻水以及其它不裝在內(nèi)燃機(jī)本體上的附屬設(shè)

備重量。

汽車柴油機(jī)gw=1.5-3kg/kw,汽車汽油機(jī)gw=1-3kg/kw,拖拉機(jī)與工程機(jī)械柴油機(jī)gw=4-5

kg/kw,農(nóng)用柴油機(jī)gw=7.6kg/kw.

衡量?jī)?nèi)燃機(jī)外形尺寸的指標(biāo)：?jiǎn)挝惑w積功率N

N包

V-V（kw/m5）V內(nèi)燃機(jī)外形體積

N絲

V-小X--Ni.x--Ni.-k（kw/m3）

VV

單位體積功率決定于升功率NL、排量V”、外形體積V。

K稱為總布置緊湊系數(shù)。

要提高單位體積功率，除了必須提高升功率外，還應(yīng)該盡量提高總體布置結(jié)構(gòu)的緊湊性，內(nèi)燃

機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊性，除了與內(nèi)燃機(jī)主要機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的布置方案直接有關(guān)外，并與附件的大小和布置有很

大的關(guān)系，所以設(shè)計(jì)時(shí)不僅要注意內(nèi)燃機(jī)主要機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊性，還應(yīng)該注意研制結(jié)構(gòu)尺寸小而性

能好的附件。

單位體積功率對(duì)一般內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)不是十分重要。

（四）可靠性與耐久性指標(biāo)

內(nèi)燃機(jī)的可靠性是指內(nèi)燃機(jī)在設(shè)計(jì)規(guī)定的使用條件下，具有持續(xù)工作，不致因故障而影響內(nèi)燃

機(jī)正常工作的能力。在我國(guó)，可靠性指標(biāo)通常是以在保證期內(nèi)（有的稱為險(xiǎn)期），不停車故障次數(shù),

停車故障次數(shù)，以及更換零件和非主要零件的數(shù)目來表示。

主要零件是指：氣缸蓋、活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦、連桿螺桿、曲軸、機(jī)體、

曲軸箱、凸輪軸、進(jìn)排氣門、氣門彈簧、搖臂、調(diào)速?gòu)椈伞⒄{(diào)速飛錘、銷子，高壓泵凸輪軸與柱塞

精密偶件、出油閥偶件、機(jī)油泵、齒輪、驅(qū)動(dòng)輪、增壓器等。

汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)的保證期一般在1500—2000小時(shí),農(nóng)用柴油機(jī)的保證期為出廠

后一年內(nèi)保證使用1500小時(shí)，汽油機(jī)為500小時(shí)。

汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械和農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)在保證期內(nèi)不便換主要零件。

根據(jù)可靠性理論，對(duì)內(nèi)燃機(jī)這類可修復(fù)產(chǎn)品，通常采用可靠度、準(zhǔn)確度、有效度、故障率、修復(fù)

率、平均故障間隔式平均無故障時(shí)間，平均修復(fù)時(shí)間，可靠壽命，使用壽命等作為衡量可靠性的指

標(biāo)。但目前一般還只采用保證期中的故障情況，以及使用壽命作為衡量?jī)?nèi)燃機(jī)可靠性指標(biāo)。并以使

用壽命作為衡量?jī)?nèi)燃機(jī)耐久性的指標(biāo)。

使用壽命是指內(nèi)燃機(jī)從開始使用，到第一次大修前累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的小時(shí)數(shù)，式車輛行駛的公里數(shù)。

載重汽車柴油機(jī)的使用壽命一般為（30—60）x101m,（約750（F15000h）;工程機(jī)械柴油機(jī)的

--

使用壽命一般為600015000h,農(nóng)用柴油機(jī)的使用壽命為60008000ho

（五）適應(yīng)性指標(biāo)

內(nèi)燃機(jī)的適應(yīng)性指標(biāo)提指適應(yīng)不同地理?xiàng)l件,不同氣候條件的工作能力以及適應(yīng)多種燃料的能

力。

適應(yīng)不同地理?xiàng)l件的能力，通常是指內(nèi)燃機(jī)適應(yīng)高原工作的能力，適應(yīng)風(fēng)砂泥濘等惡劣環(huán)境的

能力，以及在傾斜路面運(yùn)轉(zhuǎn)所能達(dá)到的坡度等。汽車、拖拉機(jī)要求能在前、后傾斜20°―30°側(cè)向傾

斜20°左右的情況下正常工作。

適應(yīng)不同氣候的工作能力，是指內(nèi)燃機(jī)在高溫地區(qū)不會(huì)過熱，在高寒地區(qū)能夠迅速起動(dòng)。汽車、

拖拉機(jī)，工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)一般要求能夠在正負(fù)40°氣溫范圍內(nèi)良好地工作。

適合多種燃料的能力，是指內(nèi)燃機(jī)能夠使用柴油、汽油、煤油等不同燃料來工作。

（六）運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)

內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)，主要是指操縱使用是否方便，運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)，起動(dòng)性與加速性的好壞等。

操縱使用方便，指使用人員不需要很特別的專門技能，即可容易地操作，而且維護(hù)保養(yǎng)方便。

運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)是指內(nèi)燃機(jī)平衡良好，振動(dòng)小。

起動(dòng)性好，即指內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)風(fēng)速可靠，一般內(nèi)燃機(jī)要求在-5℃氣溫下不附加任何輔助裝置就

能順利起動(dòng)，而在更低的溫度下（低到-40匕）利用一些輔助裝置也能迅速起動(dòng)。

內(nèi)燃機(jī)加速性的好壞，一般是以內(nèi)燃機(jī)從惰轉(zhuǎn)加速到全負(fù)荷的時(shí)間長(zhǎng)短來表示。車用內(nèi)燃機(jī)要

求愈短愈好。汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)一般為510s。

（七）低公害指標(biāo)一一人類環(huán)境保護(hù)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的要求

低公害指標(biāo)，是指噪聲與排氣污染。

噪聲對(duì)人體有害。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）提出，為保護(hù)聽力，每天工作8h,允許噪聲為90dB。

工作時(shí)間減少一半，允許值可提高5dB。在任何情況下，不允許超過115dBo內(nèi)燃機(jī)噪聲一般為

85~110dB,通常汽油機(jī)噪聲較柴油機(jī)低。規(guī)定汽車噪聲的允許值，不超過90dB。嚴(yán)格一些的國(guó)家,

規(guī)定不超過75dB或80dBo

為防止大氣污染，很多國(guó)家對(duì)汽車內(nèi)燃機(jī)排放出的廢氣中的有害成份都有明確限制。我國(guó)汽車

內(nèi)燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)，已于1980年開始進(jìn)行，主要制訂了《汽油機(jī)點(diǎn)速時(shí)，Co,HC排放濃度限值》、《柴

油機(jī)自由加速煙度排放》、《汽車柴油機(jī)全負(fù)荷排放》和《汽車柴油機(jī)全負(fù)荷煙度排放》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

三、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)工作中的“三化”

內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn)品系列化，零部件通用化，零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)稱為內(nèi)燃機(jī)和設(shè)計(jì)的“三化”。內(nèi)燃

機(jī)的“三化”是屬于產(chǎn)品質(zhì)量管理問題。它對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本，發(fā)展新產(chǎn)品，合理組

織企業(yè)生產(chǎn)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，便于使用，維修和配件供應(yīng)。零件互換等都是具有重要的作用。

（一）產(chǎn)品系列化

內(nèi)燃機(jī)的系列化是指以極少的基本規(guī)格尺寸，（一般以氣缸直徑和沖程）為內(nèi)燃機(jī)通過改變氣

缸數(shù)目及其排列形式、增壓度、轉(zhuǎn)速、燃料、零件材料或增加若干附件等方法來擴(kuò)大其功率范圍，

改變其輪廓尺寸等。發(fā)展品種繁多變型，同一系列的內(nèi)燃機(jī)要求主要結(jié)構(gòu)相同，主要零件盡可能通

用，易損件要能互換，否則不能稱為同一系列的內(nèi)燃機(jī)。

以135系列柴油機(jī)為例，在135基本型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了48種型號(hào)柴油機(jī)成批生產(chǎn)。其中基本

型4種，基本型增壓3種，專用4種，工程機(jī)械9種，船舶主輔機(jī)13種，農(nóng)用排灌動(dòng)力6種，電

站動(dòng)力5種，柴油發(fā)電機(jī)組4種。功率范圍從29~300KW。

（二）零部件通用化

零部件通用化是指一系列的機(jī)型中，各機(jī)型的零部件能夠互換通用并盡量要用標(biāo)準(zhǔn)件，不同類

別的柴油機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮某些零部件在可能的情況下盡量與別系列的機(jī)型可以相互通用，如:

起動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)，高壓油泵，機(jī)油泵'化油器，機(jī)油濾清器，煤油濾清器，空氣濾清器，水箱，風(fēng)

扇等。

表征內(nèi)燃機(jī)系列產(chǎn)品的通用化程度：

通用零件數(shù)

零件通用化系數(shù)=

總零件數(shù)（不包括標(biāo)準(zhǔn)件）

通用零件品種數(shù)

零件品種通用化系數(shù)=

總零件品種數(shù)（不包括標(biāo)準(zhǔn)件）

通用零件數(shù)+標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)

總通化系數(shù)=

總零件數(shù)（包括標(biāo)準(zhǔn)件）

以135為例，2135G,4135G,12Vl35G總通用化系數(shù)分別達(dá)到90.9%,95.5%,75.9%.

（三）零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化是指在進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部標(biāo)準(zhǔn)式廠標(biāo)來決定零部

件的尺寸，結(jié)構(gòu)，材料，技術(shù)條件等。并按照標(biāo)準(zhǔn)繪制零件圖，部件圖。遵照國(guó)家規(guī)定的使用名詞

和術(shù)語等。

第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的一般程序和方法

一、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的一般程序

內(nèi)燃機(jī)的種類繁多，其主要設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)指標(biāo)及生產(chǎn)批量等相差懸殊，因此具體的設(shè)計(jì)試制

過程也各不一樣，對(duì)于批量生產(chǎn)的新型內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)試制的主要過程，大體為四個(gè)階段。

（一）方案調(diào)查和擬定技術(shù)任務(wù)書階段

接受新產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)后，進(jìn)行廣泛的調(diào)查研究并收集有關(guān)資料，其內(nèi)容如下：

1、調(diào)查使用和生產(chǎn)單位，廣泛聽取他們對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能操作使用，維護(hù)保養(yǎng)等方面的意見，經(jīng)

驗(yàn)和要求。

2、調(diào)查生產(chǎn)單位的工藝條件，技術(shù)水平和設(shè)備情況，使新產(chǎn)品設(shè)計(jì)能符合生產(chǎn)實(shí)際。

3、廣泛收集國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的性能參數(shù)，結(jié)構(gòu)方案，材料，工藝水平，以及產(chǎn)品發(fā)展和生產(chǎn)

過程中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，必要時(shí)可選擇適當(dāng)內(nèi)燃機(jī)作為設(shè)計(jì)原準(zhǔn)機(jī)（即可參考內(nèi)燃機(jī)）。

在調(diào)查研究收集資料的基礎(chǔ)上，可擬定技術(shù)任務(wù)書。技術(shù)任務(wù)書的內(nèi)容，由于具體情況不同，

有的可能定的比較細(xì)致而具體，有的只定幾項(xiàng)主要指標(biāo)，在技術(shù)任務(wù)書中內(nèi)容有：

1、新產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)的來源（發(fā)展該產(chǎn)品的原因）

2、新產(chǎn)品的主要用途合適應(yīng)范圍，能否條化和擴(kuò)大用途。

3、新產(chǎn)品的主要技術(shù)要求與主要指標(biāo)。（主要技術(shù)規(guī)范）

大批生產(chǎn)新型內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)試制過程：

接受設(shè)計(jì)試制任務(wù)］

調(diào)查研究收集資料）方案調(diào)查和擬定技術(shù)任務(wù)書階段

擬定技術(shù)任務(wù)書

總體方|案設(shè)計(jì)一

主要零部件初步塔計(jì)單缸實(shí)驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)樣機(jī)總體方案

設(shè)計(jì)和先期的

零部件改進(jìn)研究階段

主要零部件實(shí)驗(yàn)研究單缸實(shí)驗(yàn)機(jī)研究

最佳方案

故障

整機(jī)施工設(shè)計(jì)

改進(jìn)方案

樣機(jī)試制

故障

整機(jī)施工設(shè)計(jì)

改進(jìn)方案樣機(jī)施工

樣機(jī)試制設(shè)計(jì)試制

和試驗(yàn)的

樣機(jī)性能試驗(yàn)階段

故障

樣機(jī)可靠性與耐久性試驗(yàn)試驗(yàn)場(chǎng)配套試驗(yàn)

改進(jìn)方案

故障

擴(kuò)大用戶試驗(yàn)

改進(jìn)方案

樣機(jī)鑒定

小批生產(chǎn)工藝考核鑒定和投產(chǎn)階段

成批生產(chǎn)

（1）內(nèi)燃機(jī)形式、型號(hào)（柴油機(jī)、汽油機(jī)、）（2）氣缸排列和冷卻方式；

（3）標(biāo)定功率（4）標(biāo)定功率.時(shí)轉(zhuǎn)速（5）最大扭距（6）最大扭距時(shí)的轉(zhuǎn)速

（7）缸徑（8）行程（9）缸數(shù)（10）沖程數(shù)（11）平均有效壓力

（12）活塞平均速度（13）扭距儲(chǔ)備系數(shù)（14）柴油消耗率（15）機(jī)油消耗率

（16）最高怠轉(zhuǎn)速（17）最低怠轉(zhuǎn)速（18）調(diào)速率和轉(zhuǎn)素波及率

（19）縱傾和橫傾要求（20）外型尺寸（長(zhǎng)寬高）（21）凈重

（22）大修期和保用期（大修期一般是保用期2~3倍）

1、新產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外同類先進(jìn)產(chǎn)品主要指標(biāo)的比較和分析

2、產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效果分析

3、設(shè)計(jì)試制的計(jì)劃和進(jìn)度，應(yīng)采取的技術(shù)措施和經(jīng)費(fèi)等。

再擬定技術(shù)任務(wù)書適應(yīng)考慮到新產(chǎn)品的生命力和發(fā)展?jié)摿Γ瑫r(shí)也要考慮到條列化與變型的可

能性用以擴(kuò)大發(fā)展。

（二）樣機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和先期研究階段

首先進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，即確定內(nèi)燃機(jī)的類型和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)以及總體布置，繪制出內(nèi)燃機(jī)以

縱橫剖面圖和外型圖。再總體方案設(shè)計(jì)時(shí)，通常要擬定幾種方案，進(jìn)行分析比較，反復(fù)修改，確定

一種方案，并在此方案的基礎(chǔ)上繪制系列產(chǎn)品的各種變型產(chǎn)品的總布置圖。以便統(tǒng)一考慮產(chǎn)品的系

列化和變型等問題，必要時(shí)，還要進(jìn)一步修改總體方案設(shè)計(jì)。

在總體方案確定后，可進(jìn)行主要零部件和單杠實(shí)驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)，并著手進(jìn)行先期研究工作。先期

研究工作可采用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，模型技術(shù)等在單缸實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，先期研究工作的目的是：

（1）迅速而經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行多方案比較

（2）充分利用各種手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，從而相互校核提高研究的準(zhǔn)確性。

（3）調(diào)整研究因素可以用人多的控制方法，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

（4）避免在多缸內(nèi)燃機(jī)整機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)整困難，六缸難以達(dá)到平衡；避免個(gè)別零件的

損壞引起整機(jī)的故障而使實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。

通過主要零部件的先期研究工作，可以確定零部件的最佳結(jié)構(gòu)型式和尺寸，保證其可靠性和使

用壽命。

通過單缸試驗(yàn)機(jī)的先期研究工作，可以根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的具體類型進(jìn)行下面有關(guān)的幾項(xiàng)試驗(yàn)工作。

（1）工作過程實(shí)驗(yàn)，包括燃油系統(tǒng)，燃燒室，配氣機(jī)構(gòu)等參數(shù)和壓縮比實(shí)驗(yàn)

（2）增壓模擬實(shí)驗(yàn)

（3）二沖程內(nèi)燃機(jī)的掃氣參數(shù)實(shí)驗(yàn)

（4）主要零部件的可靠性和耐久性實(shí)驗(yàn)

（5）主要零部件的溫度狀況和動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)量

通過主要零部件的先期研究與單杠實(shí)驗(yàn)機(jī)的先期試驗(yàn)研究相互配合，可最后確定零部件的最佳

結(jié)構(gòu)方案，以及工作過程參數(shù)的最佳調(diào)整范圍。使之達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。

（三）樣機(jī)施工設(shè)計(jì)，試制和實(shí)驗(yàn)階段

通過主要零部件的先期研究與單缸實(shí)驗(yàn)機(jī)的先期試驗(yàn)研究，可以基本上確定燃燒室，進(jìn)氣道，燃油

系統(tǒng)，配氣系統(tǒng)等各項(xiàng)參數(shù)，以及主要零部件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，然后修改原來的總體方案進(jìn)行樣

機(jī)的施工設(shè)計(jì)，試制和實(shí)驗(yàn)工作。

1、樣機(jī)的施工設(shè)計(jì)

樣機(jī)的施工設(shè)計(jì)的內(nèi)容是：

（1）根據(jù)總體方案繪制全部零件的毛呸及施工圖。

（2）根據(jù)零件施工圖繪制部件圖縱橫剖面總圖，前后端視圖，左右側(cè)視圖，俯視圖及安裝圖。

（3）規(guī)定內(nèi)燃機(jī)整機(jī)及零部件的實(shí)驗(yàn)方法，技術(shù)條件等

（4）制定整機(jī)的安裝，使用及維護(hù)保養(yǎng)的技術(shù)條件。

2、樣機(jī)試制與實(shí)驗(yàn)

樣機(jī)施工設(shè)計(jì)完成后，就開始樣機(jī)的試制。通過樣機(jī)的試制，考核結(jié)構(gòu)的工藝性及設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確

性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題，對(duì)不合理的結(jié)構(gòu)和尺寸加以修改。通常要對(duì)若干臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn),

可靠性實(shí)驗(yàn)，耐久性實(shí)驗(yàn)，以及配套實(shí)驗(yàn)等，以考核所生產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)是否達(dá)到技術(shù)任務(wù)

書中規(guī)定的要求。.如果達(dá)不到預(yù)期指標(biāo)或出現(xiàn)故障，應(yīng)指出相應(yīng)的改進(jìn)方案，由此改進(jìn)樣機(jī)的設(shè)

計(jì)，直到達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)為止。然后組織工廠鑒定，生產(chǎn)一定數(shù)量得樣機(jī)交付用戶使用實(shí)驗(yàn)，用以

近一步考核各項(xiàng)性能指標(biāo)是否達(dá)到預(yù)定要求。

（四）鑒定和投產(chǎn)實(shí)驗(yàn)

在擴(kuò)大用戶使用實(shí)驗(yàn)中證實(shí)樣機(jī)達(dá)到各項(xiàng)指標(biāo)之后，設(shè)計(jì)試制單位即可提出申請(qǐng)，有有關(guān)部

門組織樣機(jī)鑒定。

設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)單位應(yīng)向鑒定會(huì)提供下列文件。

1、技術(shù)任務(wù)書。2、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)小結(jié)。

3、各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、鑒定實(shí)驗(yàn)大綱。

5、設(shè)計(jì)試制資料，如熱力計(jì)算，動(dòng)力計(jì)算，主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算，軸心軌跡及最小油膜計(jì)

算，曲軸系統(tǒng)扭振計(jì)算等，以及有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告。

6、提供全套生產(chǎn)圖紙和技術(shù)文件。（如內(nèi)燃機(jī)交貨驗(yàn)收條件，出廠實(shí)驗(yàn)規(guī)范，使用和維護(hù)保養(yǎng)

說明書等）

設(shè)計(jì)試制單位還應(yīng)向會(huì)議提供兩臺(tái)以上樣機(jī)或現(xiàn)裝兩臺(tái)以上樣機(jī)，以便有鑒定會(huì)抽取一臺(tái)進(jìn)行

性能抽查實(shí)驗(yàn)。

在審查技術(shù)文件和對(duì)樣機(jī)進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)后，鑒定會(huì)對(duì)新型內(nèi)燃機(jī)是否達(dá)到技術(shù)任務(wù)書中規(guī)定的

要求，應(yīng)給予全面評(píng)價(jià)；對(duì)能否通過鑒定應(yīng)做出決議，并提高鑒定意見書。

有鑒定會(huì)議通過，并經(jīng)有關(guān)部門批準(zhǔn)后，該內(nèi)燃機(jī)即可投入小批量生產(chǎn)由此進(jìn)行工藝考核，檢

驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工藝性及工藝裝備的性能，然后可轉(zhuǎn)入成批生產(chǎn)。

二、內(nèi)燃機(jī)的一般設(shè)計(jì)方法

（一）關(guān)于內(nèi)燃機(jī)的相似關(guān)系應(yīng)用問題

在進(jìn)行樣機(jī)的總發(fā)方案設(shè)計(jì)時(shí)，常常選擇一臺(tái)或幾臺(tái)與設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)大致相似的原準(zhǔn)機(jī)，根據(jù)

相似關(guān)系來確定樣機(jī)的主要號(hào)數(shù)及一些主要部件的結(jié)構(gòu)尺寸。

從理論上講，原準(zhǔn)機(jī)與所要設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)之間應(yīng)滿足下列相似關(guān)系。

1、幾何相似，原準(zhǔn)機(jī)與所設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)之間結(jié)構(gòu)型式相同，而且其主要尺寸成比例。

2、力學(xué)相似，原準(zhǔn)機(jī)與所設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械應(yīng)力大致相同。

3、熱力相似，原準(zhǔn)機(jī)與所設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)的熱應(yīng)力大致相同。

實(shí)際上，幾乎不可能找到所設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)完全滿足上述相似的原準(zhǔn)機(jī)。所以設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)與原準(zhǔn)

機(jī)的主要零部件在結(jié)構(gòu)上或多或少有些差異,再加上其余結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)上差別，真正的幾何相似不存在。

因而即使單位活塞面積上的最大燃?xì)鈮毫εc單位活塞面積上的慣性力都大致相同，而且材料也相

同，其機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力還是有差別的。通常只能以幾何相似為根據(jù)引出比較參數(shù)；如行程一缸徑

比，曲柄半徑-連桿長(zhǎng)度比，汽缸中心距-缸徑比等相同；單位活塞面積上最大燃?xì)鈮毫εc單位活

塞面積上的慣性力以及主要零件材料相同等。以這些為依據(jù)，采用與原準(zhǔn)機(jī)比較推理的方法，為新

設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)初步這樣合理性能指標(biāo)以及主要零部件的結(jié)構(gòu)尺寸。

第三節(jié)內(nèi)燃機(jī)的總體設(shè)計(jì)

一、總體設(shè)計(jì)的任務(wù)

（一）樣機(jī)總體方案設(shè)計(jì)中，總體設(shè)計(jì)的任務(wù)是：

根據(jù)基本任務(wù)書的要求，在充分論證的基礎(chǔ)上選擇

1、內(nèi)燃機(jī)型式，

2、確定主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

3、選定主要零部件與輔助系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

4、對(duì)各主要零部件和發(fā)展輔助系統(tǒng)各機(jī)件的外形尺寸進(jìn)行粗略計(jì)算。

5、然后進(jìn)行初步的總體布置，

6、繪制幾種的總體布置圖，用以進(jìn)行方案分析與討論。

在幾種方案評(píng)比的基礎(chǔ)上，最后確定一種總體方案圖，并完成熱力計(jì)算，動(dòng)力計(jì)算等，主要系

統(tǒng)草圖及方案設(shè)計(jì)說明書等有關(guān)技術(shù)文件。

然后，提出對(duì)各主要零部件和發(fā)展輔助系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)方面的主要設(shè)計(jì)要求，以便進(jìn)行各主要零部

件和輔助系統(tǒng)各機(jī)件和解決各主要零部件和輔助系統(tǒng)各機(jī)件在空間位置上的矛盾，使內(nèi)燃機(jī)能正常

的運(yùn)做，并充分注意到車站拆裝和維修的可能性和方便性。隨后根據(jù)各主要零部件的輔助系統(tǒng)各機(jī)

件初步設(shè)計(jì)結(jié)果，修正初始方案，調(diào)整總體布置，繪制較詳細(xì)的總體布置圖。

（二）在樣機(jī)施工設(shè)計(jì)中，總體設(shè)計(jì)的任務(wù)

根據(jù)先期研究工作的結(jié)果，修正設(shè)計(jì)，進(jìn)一步協(xié)調(diào)和解決各零部件和輔助系統(tǒng)在空間上的矛盾,

保證內(nèi)燃機(jī)各零部件在安裝和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生相互干涉的情況;詳細(xì)檢查內(nèi)燃機(jī)的拆裝和維修的可能

性和方便性，并設(shè)計(jì)必須的專用工具；繪制內(nèi)燃機(jī)的知識(shí)正式總體布置圖，包括縱橫剖面圖，前后

端視圖，左右側(cè)視圖，俯視圖與安裝圖等，確定外型尺寸，完成各項(xiàng)詳細(xì)的技術(shù)條件。

在總體設(shè)計(jì)中要充分考慮到產(chǎn)品的“三化”。還要考慮和繪制系列產(chǎn)品的各種變形產(chǎn)品的各種

變形產(chǎn)品的總體幫助布置圖以便統(tǒng)一考慮產(chǎn)品的系列化和變形問題，從而擴(kuò)大內(nèi)燃機(jī)的用途，必要

時(shí)，可進(jìn)一步修改總體方案設(shè)計(jì)。

二、內(nèi)燃機(jī)的選型

內(nèi)燃機(jī)的型式很多，按其工作過程的特點(diǎn)來分，有汽油機(jī)和柴油機(jī)，二沖程或四沖程內(nèi)燃機(jī),

不增壓或增壓內(nèi)燃機(jī)等，按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來分，水冷式或風(fēng)冷式，單缸或多缸，單列和多列，各種型

式有其不同的優(yōu)缺點(diǎn)。內(nèi)燃機(jī)選型時(shí)，考慮問題的著眼也不一樣。

（一）汽油機(jī)與柴油機(jī)

與汽油機(jī)比較，柴油機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)。

1、柴油消耗率低，在變工況下，g,的變化比較小，而且柴油比汽油價(jià)格便宜，所以柴油機(jī)較

為經(jīng)濟(jì)。

2、柴油的比重大于汽油，因此，在相同的油箱容積內(nèi)可以儲(chǔ)有較多的柴油。

由于柴油機(jī)g,低，且柴油的比重大，在車輛上采用柴油機(jī)時(shí)，可以使其具有較大的最大行程

（在相同油箱容積下，車輛采用柴油機(jī)時(shí)最大行程約為采用汽油機(jī)時(shí)的倍）。

3、柴油的燃點(diǎn)高于汽油，在運(yùn)輸或儲(chǔ)存過程中火災(zāi)危險(xiǎn)性較小。

4、可以采用渦輪增壓或復(fù)合增壓進(jìn)行，提高經(jīng)濟(jì)性和功率。

5、采用柴油燃燒時(shí)，排氣污染小，因此比較容易滿足廢氣凈化的規(guī)定。

柴油機(jī)的缺點(diǎn)：

1、柴油機(jī)外形尺寸和重量較大。因?yàn)榉窃鰤翰裼蜋C(jī)平均有效壓力較低，轉(zhuǎn)速也較低；柴油機(jī)

的最大燃燒壓力比汽油機(jī)高得多，為保證零件的強(qiáng)度與剛度而不得不增大尺寸和重量。

2、柴油機(jī)的扭矩特性，啟動(dòng)性和加速性均比汽油機(jī)差。

3、柴油機(jī)的制造成本高，這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)每千瓦的金屬用量較多，重要零件還要采用較好的

合金鋼；柴油機(jī)上的高壓油泵，噴油器等精密部件的制造工時(shí)多，工藝水平要求也較高。

4、柴油機(jī)工作粗暴、噪聲較大

重型汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械等內(nèi)燃機(jī)，因考慮耗油省和價(jià)格低，絕大多數(shù)采用柴

油機(jī)；小轎車要求內(nèi)燃機(jī)的尺寸小、重量輕、起動(dòng)性與加速性好，則廣泛采用汽油機(jī)；中、輕型載

重汽車中既有采用柴油機(jī)的，也有采用汽油機(jī)的。目前有些國(guó)家因考慮省油與減少排氣污染等原因,

中、輕型載重汽車也愈來愈多地采用柴油機(jī)，甚至在一些小轎車上也有采用柴油機(jī)的。

（二）二沖程與四沖程

由于二沖程汽油機(jī)在換氣時(shí)有一部分新鮮可燃混合氣隨同廢氣排出，經(jīng)濟(jì)性差，所以除了摩托

車，小排量汽車和家用植保機(jī)械和割草機(jī)用的內(nèi)燃機(jī)外，一般都不采用二沖程汽油機(jī)。而在二沖程

式柴油機(jī)中，在換氣時(shí)K同廢氣排出的只是空氣，雖然這些掃氣空氣也消耗部分能量，但比汽油機(jī)

經(jīng)濟(jì)性好，因此二沖程柴油機(jī)比二沖程汽油機(jī)應(yīng)用廣泛。

與四沖程柴油機(jī)比，二沖程柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：

1、升功率高。二沖程柴油機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的工作循環(huán)數(shù)是四沖程的兩倍，雖然有換氣損失大與

機(jī)械效率低等原因，二沖程柴油機(jī)的升功率還是比四沖程柴油機(jī)高50-70%,在相同功率條件不，

二沖程柴油機(jī)外形尺寸及重量均較小。

2、當(dāng)采用對(duì)置活塞式或壁孔式換氣時(shí)，無需專門的配氣機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)零件，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、

制造與修理較方便。

3、曲軸每轉(zhuǎn)作功一次，工作平穩(wěn)性較好，由此可用較小的飛輪，并且易于起動(dòng)。

4、曲柄連桿機(jī)構(gòu)零件所受負(fù)荷的沖擊性以及所受變負(fù)荷的幅度都較小，疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)

較大。

5、二沖程機(jī)的散熱損失較小，冷起動(dòng)容易，必造成為多燃料內(nèi)燃機(jī)也較容易。

二沖程柴油機(jī)的缺點(diǎn)

1、二沖程柴油機(jī)的熱負(fù)荷比較高，特別是活塞組的熱負(fù)荷比較高，（活塞頂平均溫度比四沖程

柴油機(jī)高50-60C）而且氣缸內(nèi)壓力總是大于一個(gè)大氣壓，使活塞環(huán)在環(huán)槽中活動(dòng)性減小。積炭不

易排除，容易使活塞環(huán)失去工作能力；由于作用在軸承上的負(fù)荷是單向的，這對(duì)潤(rùn)滑不利。

2、換氣質(zhì)量較差，燃燒條件變壞，同時(shí)帶動(dòng)換氣泵要消耗一部份功率，因此燃油經(jīng)濟(jì)性比較

差。

3、熱負(fù)荷較高，因而機(jī)油質(zhì)量要求也較高；由于機(jī)油容易竄入掃氣孔和排氣孔邊緣隨氣流進(jìn)

入氣缸燃燒或排出，因而機(jī)油消耗較大。

4、高壓油泵與噴油器工作繁重，壽命較短。

二沖程機(jī)應(yīng)用得較少

（三）增壓與不增壓內(nèi)燃機(jī)

增壓可提高功率，減小尺寸和重量，適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償高氣溫與高原空氣稀薄引起功率損失。汽油機(jī)

中增壓受到爆燃等因素的限制，增壓是提高柴油機(jī)升功率的最有效方法之一。

大型汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械用柴油機(jī)采用增壓。

（四）風(fēng)冷式與水冷式內(nèi)燃機(jī)

風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：

1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、使用維護(hù)方便；2、地區(qū)適應(yīng)性較強(qiáng)；3、整個(gè)動(dòng)力裝置的體積與重

量小；4、冷卻系消耗的功率較小；5、風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī)便于系列化。

風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī)的缺點(diǎn)：

1、尺寸較大，由于工作溫度高，充氣效率下降，最高燃燒壓力下降。

2、熱負(fù)荷較大，機(jī)油溫度高，機(jī)油消耗率較高。放熱系數(shù)只有水的1/20—1/30,熱量不易散

出，使熱負(fù)荷大，特別是內(nèi)燃機(jī)缸徑愈大，熱負(fù)荷也愈大。

三、內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

內(nèi)燃機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，是指決定內(nèi)燃機(jī)總體尺寸的參數(shù)，這些參數(shù)為：活塞行程S與氣缸直

徑D的比值S/D;曲柄半徑R與連桿長(zhǎng)度L的比值入，入=11幾；氣缸中心距L。與氣徑直徑D的比值

U/D;對(duì)于V型內(nèi)燃機(jī)還包括氣缸夾角丫。這些參數(shù)是由設(shè)計(jì)人員在總體設(shè)計(jì)中選出內(nèi)燃機(jī)型式這

后，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的具體要求、制造工廠的工藝水平以及基于對(duì)某些同類型內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的分

析或?qū)嶒?yàn)來確定的。在確定主要結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，既要考慮具有先進(jìn)性，又要考慮實(shí)現(xiàn)的可能性，決不

可不經(jīng)調(diào)查研究，僅憑主觀想象而定。每確定一個(gè)參數(shù)時(shí)，必須伴陵著相應(yīng)的措施，否則最后設(shè)計(jì)

指標(biāo)不能完成，不僅貽誤了工作，還會(huì)造成人力物力的浪費(fèi)。

(一)活塞行程S與氣缸直每項(xiàng)D的比值

活塞行程S與氣缸直徑D的比值S/D,是決定內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)的基本條件，由此即可確定氣缸直徑

D及活塞行程S這兩個(gè)主要參數(shù)。

內(nèi)燃機(jī)的有效功率為

p；Vn

11

Ne=i(kw)(2-1)

30t

因此內(nèi)燃機(jī)總工作容積為

M=30x—(L)(2-2)

hPen

由式可見：在選定內(nèi)燃機(jī)型式之后，沖程數(shù)T與氣缸數(shù)已決定，平均有效壓力Pe的數(shù)值可以參照

幾臺(tái)原準(zhǔn)機(jī)，并考慮所設(shè)計(jì)的內(nèi)燃機(jī)中可能采取的措施，先進(jìn)行初步估計(jì)(所設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際平

均有效壓力，只能在單缸實(shí)驗(yàn)型內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)之后才能確定)；同樣，再初步定出標(biāo)定轉(zhuǎn)數(shù)n之后，

即可根據(jù)所要求的功率Ne求出每一氣缸的工作容積Vh。由于氣缸工作容積為

V/I=-D2SX1O-6(L)(2-3)

4

所以同一Vh的值，可以由不同的氣缸直徑D和活塞行程S組合而成。要正確確定出D和S值，必

須正確確定活塞行程與氣缸直徑的比值%。這一參數(shù)的確定，對(duì)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)與性能有重大影響。

當(dāng)每一氣缸工作容積一定時(shí)，采用較小的%值具有下述優(yōu)點(diǎn)：

(1)可相應(yīng)地提高內(nèi)燃機(jī)曲軸轉(zhuǎn)數(shù)而不至于使活塞平均速度超過許可值，因而可以提高升功

率。

(2)可降低直列式內(nèi)燃機(jī)及對(duì)置活塞式內(nèi)燃機(jī)的高度，縮小臥式及對(duì)置氣缸式內(nèi)燃機(jī)的寬度,

減小V形內(nèi)燃機(jī)的高度和寬度。特別是對(duì)于對(duì)置氣缸式及V形內(nèi)燃機(jī)來說，其長(zhǎng)度不決定與氣缸的

大小，而是決定于曲軸個(gè)軸承所要求的最小軸向尺寸，因而可以減小外形尺寸并相應(yīng)的減輕重量。

(3)由于內(nèi)燃機(jī)曲柄半徑減小，曲軸主軸頸和曲柄銷軸頸的重迭則增大，因而剛度增加，應(yīng)

力狀態(tài)改善。同時(shí)，連桿也可以短一些，這對(duì)其強(qiáng)度和剛度都有利。

(4)由于內(nèi)燃機(jī)的氣缸直徑的增大，氣缸蓋上的氣道和配氣機(jī)構(gòu)的安排較容易。這樣，提高

轉(zhuǎn)數(shù)不僅不防礙進(jìn)氣，而且由于氣門通道的加大還有可能改善進(jìn)氣條件。

當(dāng)采用較小的%值時(shí)，由于氣缸直徑的增大，熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷和噪聲都加大。同時(shí)，由于

單列式內(nèi)燃機(jī)的長(zhǎng)度主要決定于氣缸直徑，所以對(duì)于一般直列式、臥式內(nèi)燃機(jī)來說，長(zhǎng)度將增大。

此外，較小的%值對(duì)燃燒室設(shè)計(jì)不利，而且對(duì)直流式換氣的二沖程內(nèi)燃機(jī)來說，換氣品質(zhì)將變壞。

因此，在選定%值時(shí)必須對(duì)具體情況作具體分析。

在確定%值之后，即可根據(jù)式(2-3)求出D與S值。必須注意，在求出D值之后，應(yīng)該使

D值符合國(guó)標(biāo)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列，而后再求S值，并且最好使S為一整數(shù)值。最后，根據(jù)S值

與n值計(jì)算出活塞平均速度&(&=(S%0)xl()7%),檢查此值是否在選用范圍之內(nèi)。如&值超出

了選用范圍，可以改變n,重新計(jì)算％,再求出D與S,使求出的心接近許可值。

(-)曲軸半徑R與連桿長(zhǎng)度L的比值

曲柄半徑R與連桿L的比值九=%是決定內(nèi)燃機(jī)連桿長(zhǎng)度L的一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。因?yàn)樵诨钊?/p>

程S決定后，曲柄半徑R=%即可求出。因此，在確定參數(shù)九之后，即可決定連桿長(zhǎng)度的大小。

對(duì)于單列式內(nèi)燃機(jī)，入值越大，連桿長(zhǎng)度越短，D、S相同的條件下，內(nèi)燃機(jī)的高度或?qū)挾纫?/p>

越小，可是內(nèi)燃機(jī)的外形尺寸減小，重量減輕。同時(shí)，連桿縮短后，使連桿桿身具有較大的剛度和

強(qiáng)度。雖然由于九加大，使往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的加速度和連桿擺角也加大，但因連桿重量減輕，往復(fù)慣

性力與側(cè)壓力并沒有什么增加。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，為了盡可能縮小內(nèi)燃機(jī)的外形尺寸和減輕重量，一

般盡可能選取較大的九值，以使連桿的長(zhǎng)度盡量短一些。連桿穿度的縮短，受以下三個(gè)條件的限制：

(1)活塞在下止點(diǎn)時(shí)，裙部不應(yīng)與平衡重相碰。

(2)活塞在上止點(diǎn)時(shí)，曲柄臂不應(yīng)與氣缸套下部相碰。

(3)連桿在氣缸套內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，連桿桿身不應(yīng)與氣缸套下部相碰。

連桿長(zhǎng)度確定后，應(yīng)該采用作圖的方法進(jìn)行校核。作圖時(shí)，可以先用透明紙描出連桿外形，在

內(nèi)燃機(jī)橫剖面圖上使連桿小頭中心沿氣缸中心線移動(dòng)，同時(shí)連桿大頭轉(zhuǎn)動(dòng)，作出連桿在橫剖面上的

運(yùn)動(dòng)軌跡，以檢查是否符合上述三個(gè)條件，而且還必須保留2—5mm的間隙。為了縮短連桿長(zhǎng)度，在

必要時(shí)可以在氣缸套上開槽，或者將活塞裙部切去一部分。

在V形內(nèi)燃機(jī)中，連桿有三種型式：并列連桿、叉形連桿及主副連桿。當(dāng)采用并列連桿或叉形

連桿時(shí)，左右排連桿長(zhǎng)度相同，連桿長(zhǎng)度的確定與單列式相類似，即盡量采用較大的人值，使連桿

長(zhǎng)度盡量短一些，從而使內(nèi)燃機(jī)的高度和寬度都減小，由此減小內(nèi)燃機(jī)的外形尺寸和重量，增大連

桿的強(qiáng)度和剛度。當(dāng)采用主副連桿時(shí)，左右排連桿長(zhǎng)度則不一樣，除了按照上述原則確定主連桿長(zhǎng)

度外，還要確定另外三個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，即：主連桿中心線和副連桿銷至曲柄銷中心連線間的夾角、副

連桿銷至曲柄銷中心的距離以及副連桿長(zhǎng)度。此外，還應(yīng)該考慮副連桿轉(zhuǎn)向位于主連桿前方還是后

方的問題。

現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的九值一般在0.25—0.33之間。

（三）氣缸中心距L。與氣缸直徑D的比值

氣缸中心距L。與氣缸直徑D的比值L%是決定內(nèi)燃機(jī)長(zhǎng)度的主要參數(shù)，它表征內(nèi)燃機(jī)長(zhǎng)度尺

寸的緊湊性以及內(nèi)燃機(jī)重量指標(biāo)的優(yōu)劣。氣缸中心距L。的大小，主要取決于氣缸蓋的型式（整體

式、分體式或單體式）、其放套型式（整體式、干式或濕式）、單列式或V形、水冷式或風(fēng)冷式，以

及曲軸的結(jié)構(gòu)型式以及各部位的尺寸。在確定L%值時(shí)，首先要考慮曲軸的主軸頸、曲柄銷的常

年高度及曲柄臂的厚度使主軸承及連桿打頭軸承有足夠的承壓面積，并保證曲軸有良好的強(qiáng)度和剛

度；其次要考慮氣缸套的型式及布置，要保證氣缸蓋固定螺栓及進(jìn)排氣道的布置，對(duì)水冷式內(nèi)燃機(jī)

要保證冷卻水道的布置，而對(duì)風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī)則要保證能布置一定高度的散熱片。第三要考慮氣缸套

型式、尺寸和水套或散熱片的布置，并保證有足夠的尺寸。一般說來，單列式內(nèi)燃機(jī)的氣缸中心距

取決于氣缸蓋和氣缸套的型式及其布置，而V形內(nèi)燃機(jī)則取決于曲軸的尺寸。為了縮短內(nèi)燃機(jī)的長(zhǎng)

度，減輕內(nèi)燃機(jī)的找能夠量，在保證上述要求一的基礎(chǔ)上，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)，特別是坦克內(nèi)燃機(jī)，都盡

量采用較小的L%值。目前，在汽車、拖拉機(jī)、坦克、工程機(jī)械及農(nóng)用內(nèi)燃機(jī)的L%值，一般在

1.10-1.50之間，其中汽油機(jī)的L%值：只列式在1.10—1.25之間；V形在1.15—1.30之間。柴油

機(jī)的L%值:直列式在1.10—1.35之間;V形在1.25—1.50之間，個(gè)別采用主副連桿式的柴油機(jī)L%

值小到1.17。

內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力學(xué)

目前內(nèi)燃機(jī)主要是往復(fù)活塞式，其動(dòng)力通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)來傳遞和轉(zhuǎn)化的。為了計(jì)算曲柄連桿

機(jī)構(gòu)中零件的強(qiáng)度、剛度、耐磨度和疲勞強(qiáng)度以及振動(dòng)等，必須先研究曲柄連桿機(jī)構(gòu)的受力情況。

作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)上的力主要是由運(yùn)動(dòng)質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力和作用在活塞上的氣體力，這些

力（或力矩）隨著曲柄轉(zhuǎn)角的不同而變化，在穩(wěn)定情況下，曲柄每轉(zhuǎn)二周為一個(gè)變化周期，實(shí)際

上，內(nèi)燃機(jī)的工況是不斷變化的，特別是作為動(dòng)力時(shí)，因此，作用在曲柄連桿機(jī)構(gòu)上的力和力矩

也是在不斷變化的。要計(jì)算在各種工況下的作用力和力矩的情況是相當(dāng)復(fù)雜的，通常在動(dòng)力學(xué)分

析中，只計(jì)算標(biāo)定工況下的作用力和力矩。并認(rèn)為曲柄是作等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算，①必須根據(jù)實(shí)測(cè)的示工圖或?qū)ぷ鬟^程的循環(huán)模擬計(jì)算來確定氣體作用力

的變化情況，②再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)求出各運(yùn)動(dòng)件的加速度，③由此求出慣性力的變化情況，④從而得到

總的作用力及力矩。⑤再進(jìn)一步分析這些力和力矩對(duì)內(nèi)燃機(jī)平衡和振動(dòng)的影響。

整個(gè)動(dòng)力學(xué)計(jì)算應(yīng)在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)每個(gè)一定的曲軸轉(zhuǎn)角（等）計(jì)算一次，所以比較繁瑣，由

于目前計(jì)算機(jī)的應(yīng)用非常普遍，編好程序就能既快又較準(zhǔn)確的求出需要的結(jié)果。

第二章內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析

第一節(jié)曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)

內(nèi)燃機(jī)由曲柄連桿機(jī)構(gòu)，按運(yùn)動(dòng)學(xué)觀點(diǎn)分為三類：即：中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)、偏心曲柄連桿

機(jī)構(gòu)和主副連桿式曲柄連桿機(jī)構(gòu)（本章只介紹中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)）。

這三種形式曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄的運(yùn)動(dòng)規(guī)律都是一樣的，即可視為作等向速度的回轉(zhuǎn)。是因?yàn)椋?/p>

內(nèi)燃機(jī)在穩(wěn)定工況下工作時(shí)，由于扭矩不均勻性而引起的曲柄回轉(zhuǎn)角速度變化不大。因此，曲柄的

角速度為：

2兀〃itn/,\

8=-----=——（r/sI

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一、活塞、連桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

圖2-2是中心曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析簡(jiǎn)圖。圖中氣缸中心線通過曲軸中心0,0B為曲柄，AB

為連桿，B為曲柄銷中心，A為連桿小頭孔中心或活塞銷中心。

當(dāng)曲柄按等角速度3旋轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄0B上任意一點(diǎn)都以。點(diǎn)為圓心作等角速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，A點(diǎn)（即

活塞）沿氣缸中心線作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而連桿AB則作復(fù)合的平面運(yùn)動(dòng)，其大頭與曲柄銷（即B點(diǎn)）一

樣，作等速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而連桿的小頭則與活塞一樣作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以連桿本身的運(yùn)動(dòng)是由旋轉(zhuǎn)

運(yùn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)合成的平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際分析中，為使問題簡(jiǎn)化，一般將連桿為分別集中于

連桿大頭和小頭的兩個(gè)集中質(zhì)量，認(rèn)為它們分別作旋轉(zhuǎn)與往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣就不需要對(duì)連桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)

律進(jìn)行單獨(dú)的研究。

活塞在作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度和加速度是變化的。它的速度和加速度的數(shù)值及變化規(guī)律對(duì)曲

柄連桿機(jī)構(gòu)以及內(nèi)燃機(jī)整體的工作有很大的影響，因此，研究曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的主要任務(wù)實(shí)

際上就是研究活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

假定在某一時(shí)刻，曲柄轉(zhuǎn)角為a,并且按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，連桿軸線在其魂平面內(nèi)偏離氣缸中

心線的角度為6（圖2-2）。當(dāng)a=0。時(shí)，曲柄銷中心B和活塞銷中心A都在最上面位置，此位置

稱之為上止點(diǎn)（即4點(diǎn)）。當(dāng)a=180°時(shí)，A和B都在最下面位置，此位置稱之為下止點(diǎn)（即用點(diǎn)）。

如果曲柄半徑0B的長(zhǎng)度為R,連桿AB的長(zhǎng)度為L(zhǎng),曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度的比值為入，即入=R/L

人稱為連桿比，它是影響內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特性參數(shù)。現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)人的值一般在1/3-1/5（即

0.33~0.20）范圍內(nèi)。表2-1列出了部分內(nèi)燃機(jī)的入值。

二、連桿的角位移、角速度與角加速度

由圖2-2有九=四=至1

Lsina

或sinp=A,sina2-1

于是可得連桿的角位移為P=arcsin（Xsina）

當(dāng)a=90。或270。時(shí)，連桿角位移有最大值（指絕對(duì)值），即

Pmilx=±arcsin!

連桿的擺動(dòng)角速度為

?i/B,cosa,cosa

p=—=Aco------=ACO,

出cosp71-X2sin2a

當(dāng)a=0。或180。時(shí)，連桿角速度有最大值(指絕對(duì)值)，即6nm=±M?

當(dāng)a=90。或270。時(shí)，連桿角速度為0,即百=0

連桿擺動(dòng)的角加速度為

sina

cos3p

2

當(dāng)a=90°或270。時(shí),。有最大值(指絕對(duì)值),即熊”XtD

當(dāng)a=0。或180。時(shí)，才有最小值，即。min=0

這時(shí)連桿軸線與氣缸中心線重合。

三、活塞的行程與位移

根據(jù)圖所示，活塞的行程可按下式計(jì)算，即

s=A1A2—A{O—A0O=(L+R)—(L—R)=2R

活塞的位移則為

x-A}A-A^O-AO=A]O-(CO-AC)=(L+￡)-(Kcosa+Leos。)2-2

當(dāng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以直接用上式，但手工計(jì)算時(shí)，需將此式加以簡(jiǎn)化。

由2-1式sinp=Xsina

則cosP=J]-sin20=71-Vsin2a2-3

根據(jù)牛頓二項(xiàng)式定理，可將川-/si。2a展開為

cosp=1-—X2sin2a-------X4sin4a------X6sin6a---------''jx_

22x42x4x62x4x6x8snaeee

由于九=L~J■比較小，上式中高于二次方的各項(xiàng)之值都很小，為了計(jì)算簡(jiǎn)便，只取展開式的

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前兩項(xiàng)就足夠精度了。因此取

cosp?1--X2sin2a2-4

2

將2-4式代入2-2式,得

1入

x=R+L-l?cosa-￡(l——X2sin2a)=J?(l-cosa+—sin2a)2-5

位移X隨a和人的變化關(guān)系如圖4-3所示。

從2-5式中可見：

當(dāng)a=0°時(shí)，x=0;當(dāng)a=90。時(shí)，*=!＜（1+入/2）;當(dāng)a=180。時(shí)，x=2R=s.

即曲柄轉(zhuǎn)角a從0°到90。時(shí)活塞的位移值比曲柄轉(zhuǎn)角a從90°到180。時(shí)活塞的位移值大,

而且是入值越大，其差值也越大。

活塞的位移曲線可用來①對(duì)p-v（壓力-容積）示功圖與p-a（壓力-曲柄轉(zhuǎn)角）示功圖兩者之間

進(jìn)行轉(zhuǎn)換；②它與氣門的運(yùn)動(dòng)曲線配合，還可用來檢驗(yàn)活塞與氣門之間發(fā)生干涉；③在柴油機(jī)直接

噴射燃燒室的設(shè)計(jì)中，噴油柱的位置與活塞