汽車內燃機設計

第1章绪论1
1.1与汽车及内燃机相关的重大问题1
1.1.1能源问题1
1.1.2环境问题1
1.1.3内燃机作为车用动力的应用前景2
1.2汽车企业研发体系4
1.2.1汽车企业的研发模式4
1.2.2汽车企业开发能力的内涵6
1.3汽车内燃机开发流程和主要技术手段7
1.3.1发动机在汽车开发中的地位7
1.3.2汽车整车的研发过程7
1.3.3汽车内燃机设计开发流程和主要技术手段10
项目训练16
第2章汽车内燃机选型18
2.1汽车发动机分类18
2.2汽油机与柴油机18
2.2.1汽油机的特点与应用18
2.2.2柴油机的特点与应用21
2.2.3汽车内燃机选配的基本原则22
2.3几种汽车内燃机类型的讨论22
2.3.1冲程数22
2.3.2冷却方式22
2.3.3气缸数和气缸布置形式23
2.3.4进气形式23
思考题和项目训练24
第3章汽车内燃机主要参数确定25
3.1性能指标25
3.1.1动力性指标25
3.1.2经济性指标28
3.1.3可靠性与耐久性指标28
3.1.4运转性能与适应性指标29
3.1.5低公害指标29
3.2基本结构参数31
3.2.1气缸直径和气缸数31
3.2.2气缸中心距L0与气缸直径D的比值L0/D32
3.2.3行程缸径比S/D和活塞行程S32
3.2.4曲柄半径r与连杆长度L的比值33
3.2.5汽车内燃机的几个综合评价参数34
3.3汽车内燃机的结构和总体布置35
思考题和项目训练37
第4章汽车内燃机工作过程计算39
4.1内燃机实际循环的示功图39
4.2内燃机实际循环的计算41
4.2.1概述41
4.2.2内燃机实际循环的热力学模型41
4.2.3热力学模型的计算参数与内容43
4.3内燃机从零维模型到多维模型的发展51
思考题和项目训练54
第5章往复活塞式内燃机动力学56
5.1内燃机动力学计算概述56
5.1.1内燃机动力学计算的主要内容和作用56
5.1.2内燃机动力学计算方法与工具57
5.2曲柄连杆机构运动学58
5.2.1曲柄连杆机构的形式58
5.2.2多缸内燃机的结构形式59
5.2.3曲柄连杆机构运动规律60
5.2.4曲柄连杆机构运动规律在内燃机设计中的作用70
5.3曲柄连杆机构动力学70
5.3.1中心式曲柄连杆机构中的作用力分析70
5.3.2中心式曲柄连杆机构中力的传递及作用效果分析74
5.3.3偏心式曲柄连杆机构中的作用力和力矩77
5.3.4主副连杆式曲柄连杆机构中的作用力和力矩78
5.3.5曲柄连杆机构动力计算79
5.4内燃机的平衡与平衡分析82
5.4.1内燃机平衡的基本概念82
5.4.2内燃机的平衡措施84
5.4.3单缸内燃机平衡85
5.4.4单列式多缸内燃机平衡90
5.4.5双列式多缸内燃机平衡100
思考题和项目训练115
第6章汽车内燃机曲轴系统扭转振动117
6.1扭转振动的基本概念及研究意义117
6.2内燃机当量扭振系统的组成与简化118
6.2.1弹性参数(扭转刚度或柔度)的换算119
6.2.2惯性参数(等效转动惯量)的换算122
6.2.3曲轴系统扭转振动计算的当量转换124
6.3扭转振动系统自由振动计算126
6.3.1单自由度系统与多质量扭振系统126
6.3.2曲轴系统自由扭转振动振型图130
6.4单自由度系统的有阻尼自由振动与强迫振动分析131
6.4.1单自由度系统的有阻尼自由振动131
6.4.2单自由度系统的有阻尼强迫振动132
6.5曲轴系统扭转振动分析与减振133
6.5.1曲轴系统扭转振动的激振力矩133
6.5.2曲轴系统的共振与临界转速136
6.5.3曲轴系统扭转振动的消减措施138
6.5.4扭振的现代测试分析方法142
思考题和项目训练145
第7章汽车内燃机配气机构动力学与设计147
7.1配气机构的形式及评价147
7.1.1配气机构的形式147
7.1.2单个气门通过能力评价148
7.2配气机构运动学和凸轮型线设计150
7.2.1配气机构运动规律150
7.2.2凸轮型线设计155
7.3配气机构动力学162
7.3.1配气机构动力学模型162
7.3.2凸轮型线动力修正166
7.4凸轮轴及气门驱动件设计167
7.4.1凸轮位置确定167
7.4.2挺柱、气门和弹簧的设计169
思考题和项目训练178
第8章汽车内燃机主要零部件设计180
8.1曲轴飞轮组设计180
8.1.1曲轴的工作条件和设计要求180
8.1.2曲轴的结构设计181
8.1.3提高曲轴强度的措施184
8.1.4曲轴的强度计算186
8.1.5飞轮设计193
8.2连杆组设计196
8.2.1连杆的工作条件和设计要求196
8.2.2连杆材料197
8.2.3连杆主要参数的选择198
8.2.4连杆的结构设计199
8.2.5利用有限元法对连杆进行计算分析203
8.3活塞组设计205
8.3.1活塞组的工作条件与设计要求205
8.3.2活塞的材料206
8.3.3活塞设计206
8.3.4活塞环设计214
8.3.5活塞环的力学及结构计算220
8.3.6油环的设计计算224
8.3.7活塞环的组合225
8.4机体与气缸盖设计226
8.4.1气缸体的工作条件与设计要求227
8.4.2气缸体的设计228
8.4.3应用有限元法对机体进行结构设计234
8.4.4气缸盖设计235
8.4.5气道设计的CFD方法以及气缸盖CAE分析239
思考题和项目训练241
第9章汽车内燃机系统设计244
9.1燃烧系统244
9.1.1汽油机的燃烧室和燃烧系统244
9.1.2直喷汽油机燃烧系统开发246
9.1.3柴油机的燃烧室和燃烧系统252
9.1.4CFD在柴油机燃烧系统开发中的应用260
9.2进、排气系统264
9.2.1车用柴油机进气系统265
9.2.2车用柴油机排气系统267
9.2.3乘用车汽油机进气系统269
9.2.4乘用车汽油机排气系统271
9.2.5排气系统噪声和振动设计273
9.3供油系统277
9.3.1汽油机供油系统277
9.3.2柴油机电控供油系统280
9.4ECU的设计与标定284
9.4.1ECU的开发流程284
9.4.2汽车内燃机的核心控制策略和控制功能285
9.4.3ECU的标定289
9.5润滑系统和冷却系统296
9.5.1润滑系统设计296
9.5.2冷却系统设计300
9.5.3汽车内燃机热管理系统与整车热管理系统308
思考题和项目训练310
0章汽车内燃机开发的试验评价与产品定型311
10.1汽车内燃机开发过程中遵守的标准311
10.2汽车内燃机开发试验项目总揽316
10.2.1关键零部件试验316
10.2.2系统及其重要参数测试317
10.2.3内燃机总成试验317
10.3汽车内燃机定型试验318
10.3.1《汽车发动机定型试验规程》介绍318
10.3.2新产品定型过程319
思考题和项目训练322
参考文献32第1章緒論1
1.1與汽車及內燃機相關的重大問題1
1.1.1能源問題1
1.1.2環境問題1
1.1.3內燃機作為車用動力的應用前景2
1.2汽車企業研發體系4
1.2.1汽車企業的研發模式4
1.2.2汽車企業開發能力的內涵6
1.3汽車內燃機開發流程和主要技術手段7
1.3.1發動機在汽車開發中的地位7
1.3.2汽車整車的研發過程7
1.3.3汽車內燃機設計開發流程和主要技術手段10
項目訓練16

第2章汽車內燃機選型18
2.1汽車發動機分類18
2.2汽油機與柴油機18
2.2.1汽油機的特點與應用18
2.2.2柴油機的特點與應用21
2.2.3汽車內燃機選配的基本原則22
2.3幾種汽車內燃機類型的討論22
2.3.1衝程數22
2.3.2冷卻方式22
2.3.3氣缸數和氣缸佈置形式23
2.3.4進氣形式23
思考題和項目訓練24

第3章汽車內燃機主要參數確定25
3.1性能指標25
3.1.1動力性指標25
3.1.2經濟性指標28
3.1.3可靠性與耐久性指標28
3.1.4運轉性能與適應性指標29
3.1.5低公害指標29
3.2基本結構參數31
3.2.1氣缸直徑和氣缸數31
3.2.2氣缸中心距L0與氣缸直徑D的比值L0/D32
3.2.3行程缸徑比S/D和活塞行程S32
3.2.4曲柄半徑r與連杆長度L的比值33
3.2.5汽車內燃機的幾個綜合評價參數34
3.3汽車內燃機的結構和總體佈置35
思考題和項目訓練37

第4章汽車內燃機工作過程計算39
4.1內燃機實際迴圈的示功圖39
4.2內燃機實際迴圈的計算41
4.2.1概述41
4.2.2內燃機實際迴圈的熱力學模型41
4.2.3熱力學模型的計算參數與內容43
4.3內燃機從零維模型到多維模型的發展51
思考題和項目訓練54

第5章往復活塞式內燃機動力學56
5.1內燃機動力學計算概述56
5.1.1內燃機動力學計算的主要內容和作用56
5.1.2內燃機動力學計算方法與工具57
5.2曲柄連杆機構運動學58
5.2.1曲柄連杆機構的形式58
5.2.2多缸內燃機的結構形式59
5.2.3曲柄連杆機構運動規律60
5.2.4曲柄連杆機構運動規律在內燃機設計中的作用70
5.3曲柄連杆機構動力學70
5.3.1中心式曲柄連杆機構中的作用力分析70
5.3.2中心式曲柄連杆機構中力的傳遞及作用效果分析74
5.3.3偏心式曲柄連杆機構中的作用力和力矩77
5.3.4主副連杆式曲柄連杆機構中的作用力和力矩78
5.3.5曲柄連杆機構動力計算79
5.4內燃機的平衡與平衡分析82
5.4.1內燃機平衡的基本概念82
5.4.2內燃機的平衡措施84
5.4.3單缸內燃機平衡85
5.4.4單列式多缸內燃機平衡90
5.4.5雙列式多缸內燃機平衡100
思考題和項目訓練115

第6章汽車內燃機曲軸系統扭轉振動117
6.1扭轉振動的基本概念及研究意義117
6.2內燃機當量扭振系統的組成與簡化118
6.2.1彈性參數(扭轉剛度或柔度)的換算119
6.2.2慣性參數(等效轉動慣量)的換算122
6.2.3曲軸系統扭轉振動計算的當量轉換124
6.3扭轉振動系統自由振動計算126
6.3.1單自由度系統與多品質扭振系統126
6.3.2曲軸系統自由扭轉振動振型圖130
6.4單自由度系統的有阻尼自由振動與強迫振動分析131
6.4.1單自由度系統的有阻尼自由振動131
6.4.2單自由度系統的有阻尼強迫振動132
6.5曲軸系統扭轉振動分析與減振133
6.5.1曲軸系統扭轉振動的激振力矩133
6.5.2曲軸系統的共振與臨界轉速136
6.5.3曲軸系統扭轉振動的消減措施138
6.5.4扭振的現代測試分析方法142
思考題和項目訓練145

第7章汽車內燃機配氣機構動力學與設計147
7.1配氣機構的形式及評價147
7.1.1配氣機構的形式147
7.1.2單個氣門通過能力評價148
7.2配氣機構運動學和凸輪型線設計150
7.2.1配氣機構運動規律150
7.2.2凸輪型線設計155
7.3配氣機構動力學162
7.3.1配氣機構動力學模型162
7.3.2凸輪型線動力修正166
7.4凸輪軸及氣門驅動件設計167
7.4.1凸輪位置確定167
7.4.2挺柱、氣門和彈簧的設計169
思考題和項目訓練178

第8章汽車內燃機主要零部件設計180
8.1曲軸飛輪組設計180
8.1.1曲軸的工作條件和設計要求180
8.1.2曲軸的結構設計181
8.1.3提高曲軸強度的措施184
8.1.4曲軸的強度計算186
8.1.5飛輪設計193
8.2連杆組設計196
8.2.1連杆的工作條件和設計要求196
8.2.2連杆材料197
8.2.3連杆主要參數的選擇198
8.2.4連杆的結構設計199
8.2.5利用有限元法對連杆進行計算分析203
8.3活塞組設計205
8.3.1活塞組的工作條件與設計要求205
8.3.2活塞的材料206
8.3.3活塞設計206
8.3.4活塞環設計214
8.3.5活塞環的力學及結構計算220
8.3.6油環的設計計算224
8.3.7活塞環的組合225
8.4機體與氣缸蓋設計226
8.4.1氣缸體的工作條件與設計要求227
8.4.2氣缸體的設計228
8.4.3應用有限元法對機體進行結構設計234
8.4.4氣缸蓋設計235
8.4.5氣道設計的CFD方法以及氣缸蓋CAE分析239
思考題和項目訓練241

第9章汽車內燃機系統設計244
9.1燃燒系統244
9.1.1汽油機的燃燒室和燃燒系統244
9.1.2直噴汽油機燃燒系統開發246
9.1.3柴油機的燃燒室和燃燒系統252
9.1.4CFD在柴油機燃燒系統開發中的應用260
9.2進、排氣系統264
9.2.1車用柴油機進氣系統265
9.2.2車用柴油機排氣系統267
9.2.3乘用車汽油機進氣系統269
9.2.4乘用車汽油機排氣系統271
9.2.5排氣系統雜訊和振動設計273
9.3供油系統277
9.3.1汽油機供油系統277
9.3.2柴油機電控供油系統280
9.4ECU的設計與標定284
9.4.1ECU的開發流程284
9.4.2汽車內燃機的核心控制策略和控制功能285
9.4.3ECU的標定289
9.5潤滑系統和冷卻系統296
9.5.1潤滑系統設計296
9.5.2冷卻系統設計300
9.5.3汽車內燃機熱管理系統與整車熱管理系統308
思考題和項目訓練310

第10章汽車內燃機開發的試驗評價與產品定型311
10.1汽車內燃機開發過程中遵守的標準311
10.2汽車內燃機開發試驗專案總攬316
10.2.1關鍵零部件試驗316
10.2.2系統及其重要參數測試317
10.2.3內燃機總成試驗317
10.3汽車內燃機定型試驗318
10.3.1《汽車發動機定型試驗規程》介紹318
10.3.2新產品定型過程319
思考題和項目訓練322
參考文獻323