内燃机设计考试要点

第一章内燃机设计总论一、开发设计组成答：1、产品开发计划阶段；2、设计实施阶段；3、产品试制检验阶段；4、改进与处理阶段。

二、三化要求答：1、产品系列化；2、零部件通用化；3、零件设计标准化。

三、汽油机的优点答：1、空气利用率高，升功率高。

2、零部件强度要求较低，制造成本低。

3、低温起动性好，加速性好，工作柔和，噪声较小。

4、升功率高，最高燃烧压力低，机构轻巧，比质量小。

5、不冒黑烟，颗粒排放少。

柴油机的优点：1、燃料经济性好。

2、工作可靠，耐久性好。

3、通过增压和扩缸，增加攻略。

4、防火安全性好。

5、CO和HC的排放比汽油机少。

四、内燃机评定参数答：1、强化指标。

平均有效压力Pme和活塞平均速度Vm的乘积。

2、比质量m/Pe。

单位：kg/kW。

工作过程的强化程度和结构设计的完善程度。

3、升功率kW/L。

发动机工作的完善性。

五、气缸直径D和汽缸数Z答：气缸直径改变之后，除估算功率、转矩外，活塞直径、气门直径、气门最大升程要重新确定，活塞环要重新选配，曲轴平衡要重新计算，要进行曲柄连杆机构动力计算和扭振计算，要进行压缩比验算、燃烧室设计、工作过程计算甚至重新设计凸轮型线等。

六、行程S答：行程S改变后，在结构上要重新设计曲轴，要重新进行曲柄连杆机构动力计算、平衡计算、机体高度改变或者曲轴中心移动、压缩比验算与修正、工作过程计算5362411])sin 1([)( )sin 1()sin (1 cos sin sin L r sin sin r sin L AOB )cos cos ()(21222122212αλαλββλαλαββααβ--+=∴-=-===∆+-+=-'='=l l r x r l l r AOO A A A x －连杆比＝有利用正弦定理，中，在第二章、曲柄连杆受理机构分析 1、曲柄连杆中力的关系 答：P33，图2-52、多缸机扭矩（动力计算），多缸机曲柄图。

合成扭矩计算。

第一主轴颈所受扭矩 M0,1=0第二主轴颈所受扭矩 M1,2=M1(α)第三主轴颈所受扭矩 M2,3= M1,2+M1（α＋240）第四主轴颈所受扭矩 M3,4= M2,3+ M1（α＋480） 第五主轴颈所受扭矩 M4,5= M3,4+ M1（α＋120）第六主轴颈所受扭矩 M5,6= M4,5+ M1（α＋600）第七主轴颈所受扭矩 M6,7= M5,6+ M1（α＋360）3、中心曲柄连杆机构的运动规律∏I ∏I ∏I ++=++=+-+-=-+-=+-=∴-≈---=-a a r a v v r v XX r r r x )2cos (cos )2sin 2(sin x )]2cos 1(41)cos 1[( )]2cos 2121(21)cos 1[( sin 21)cos 1[( sin 211 sin 161sin 81sin 211)sin 1( 22226644222122＝＝度和加速度求两次导数得到活塞速对＝又αλαωαλαωαλααλααλααλαλαλαλαλ第三章、内燃机的平衡一、平衡的定义答：内燃机在稳定的工况运转时，给支撑的作用力的大小和方向不随时间而变化。

二、不平衡的危害答：引起车辆的振动，影响乘员的舒适性、驾驶的平顺性。

固定式内燃机的振动，会缩短基础或建筑物的寿命。

产生振动噪音、消耗能量、降低机器的总效率。

引起紧固连接件的松动或过载、引起相关仪器和设备的异常损坏。

三、静平衡和动平衡答：静平衡：旋转惯性力合力=0，质心在旋转轴上。

动平衡：旋转惯性力合力=0，合力矩=0。

四、平衡分析1、二冲程四缸机，点火顺序1-3-4-2，试分析旋转惯性力和力矩，第一阶、第二阶往复惯性力和力矩，如不平衡，请采取平衡措施。

并指出M j1max及出现时刻。

答：解：点火间隔角为A==90°（1）作曲柄图和轴测图。

（2）惯性力分析。

显然，一阶和二阶往复惯性力之和都等于零，即FRjI=0，FRjII=0，静平衡。

（3）惯性力分析。

根据右手定则向第四拐中心取矩，得到在水平轴上的投影MjIx=aCcos18°26′。

可以看出，在第一缸曲拐处于上止点前18°26′时，该机有最大一阶往复惯性力，即旋转惯性力矩（4）平衡措施。

采用整体平衡方法，有2、四冲程三缸机，点火顺序1-3-2，试分析旋转惯性力和力矩，第一阶、第二阶往复惯性力和力矩，如不平衡，请采取平衡措施。

并指出M j1max及出现时刻。

答：解：点火间隔角为A==240°（1）作曲柄图和轴测图三拐曲轴一、二阶曲柄图和轴测图（2）做惯性力矢量图一阶惯性力二阶惯性力得到（3）做力矩图往复惯性力矩图旋转惯性力图旋转惯性力矩（4）采用用整体平衡法∑∑∑==∞==++=++≈++=nk k t ak n k k k a k k k k k a k t k M M t M M t M M M 101010)sin( )sin( )sin(δωδωδω∑=++=nk k t ak t k M M M 210)sin(δω第四章 曲柄系统的扭转振动 一、扭转振动的定义和现象答：定义：扭转振动是使曲轴各轴段间发生周期性相互扭转的振动，简称扭振。

现象：发动机在某一转速下发生剧烈抖动，噪声增加，磨损增加，油耗增加，功率下降，严重时发生曲轴扭断。

发动机偏离该转速时，上述现象消失。

二、刚度换算 公式P85三、单质量扭振系统的方程式作用在发动机上的单缸扭矩是周期函数，上述过程称为简谐分析，也叫做傅里叶变换。

故对于四冲程发动机，扭矩的简谐分析表达式为四、单自由度系统的有阻尼振动分类 1、外阻尼 2、内阻尼 3、假阻尼五、例题4-1重点。

上次考的。

六、改变曲轴的固有频率。

目的：消除扭振带来的危害。

1、提高曲柄刚度：增加主轴颈直径；减小曲柄长度；提高重叠度。

2、减少转动惯量：采用空心曲柄；降低平衡块质量；降低带轮、飞轮质量。

第五章配气机构设计一、时间断面的定义答：气门开启断面积与对应时间乘积的积分，即气门开启的通过断面积的“时间断面”，反应气门的通过能力，断面积越大，能力越大。

二、设置缓冲段的必要性。

答：1）由于气门间隙的存在，使得气门实际开启时刻迟于挺柱动作时刻2）由于弹簧预紧力的存在，使得机构在一开始要产生压缩弹性变形，等到弹性变形力克服了气门弹簧预紧力之后，气门才能开始运动3）由于缸内气压力的存在，尤其是排气门，气缸压力的作用与气门弹簧预紧力的作用相同，都是阻止气门开启，使气门迟开。

上述原因的综合作用使得气门的实际开启时刻迟于理论开启时刻，若没有缓冲段，气门的初速度短时间内由零变得很大，有很强的冲击作用。

同样，当气门落座时末速度很大，会对气门座产生强烈冲击，气门机构的磨损和噪声加剧。

为了补偿气门间隙以及预紧力和气缸压力造成的弹性变形，要在实际工作段前后增设缓冲段，保证气门开启和落座时处于很小的速度。

三、摇臂比的定义：i=l2/l1。

L2是气门一侧摇臂的长度。

L1是推杆侧摇臂的长度。

四、例题5-1重点，上次考的。

P134第六章曲轴飞轮组的设计一、工作条件和设计要求答：工作条件：周期变化的力、力矩共同作用，即受弯曲又受扭转，承受交变疲劳载荷，重点是弯曲载荷。

曲轴的破坏80％是弯曲疲劳破坏。

形状复杂，应力集中严重。

轴径比压大，摩擦磨损严重。

设计要求：有足够的耐疲劳强度，有足够的承压面积，轴颈表面要耐磨，尽量减少应力集中，刚度要好，变形小，否则恶化其它零件的工作条件。

二、曲柄效直径D2和长度L2答：1、增加D2，减小L2的优点：L2一定时，D2增加，比压下降，耐磨性提高；D2增加时，弯曲刚度增加，扭转刚度增加；L2下降时，纵向尺寸下降，曲轴刚度提高。

2、提高D2的限制：D2增加会导致离心力增加，转动惯量增加。

受到连杆大头及剖分面形式的影响。

第七章连杆组设计一、连杆组的组成答：连杆体（小头、杆身、连杆大头）、连杆盖、连杆螺旋、轴瓦组成。

二、连杆长度l的校核答：1、连杆摆角角度最大时。

连杆是否碰气缸套下沿；2、当活塞处于下止点时，曲轴平衡重是否碰活塞裙部。

第八章活塞组设计一、工作条件和设计要求答：1、工作条件：高温-导致热负荷大；高压-冲击性的高机械负荷；高速滑动；突变的侧压力。

2、设计要求：热强度好，导热性好，热膨胀系数小，减磨性好。

形状合理，吸热少，散热好，强度刚度好，应力集中小，与缸套有最佳的配合间隙。

密封性好，摩擦损失小。

质量小。

二、活塞高度答：活塞压缩高度：压缩高度包括三部分组成：活塞顶至第一道活塞环槽间之顶岸高度h1（亦称火力岸高度），活塞环带高度h2以及由活塞销中心到头部最末道环槽之间的上裙高度h3。

1、顶岸高度h1：首先要保证当活塞位于上止点时，第一道活塞环位置必须落在水套的冷却水腔位置处，以保证活塞环散热良好，防止过热。

非冷却活塞的h1值一般都取得稍大。

顶岸高度h1可比非冷却活塞更小。

2、活塞环带高度h2：由环之数量、环高、环槽肩高所决定。

减少环的数量，显然可减小活塞与缸套间的摩擦功。

压缩高度：活塞销中心到活塞顶的高度。

三、活塞裙部的设计答：作用：引导活塞运动，并承受侧向力。

防止裙部变形的方法：选择膨胀系数小的材料，进行反椭圆设计，采用绝热槽，销座采用恒范钢片，群部加钢桶等方法达到。

热负荷严重的活塞环带也设计成椭圆，但与群部椭圆不同。

四、气环的作用原理答：（一）密封原理：靠活塞环的初弹力形成第一密封面（P0=0.1~0.2MPa）；在环上面气压力PA作用下形成第二密封面；环背气压力PR作用下加强第一密封面；（二）导热作用：活塞的70％热量由活塞环传出，环的散热作用是在环的密封作用实现后才能完成的注意：分类：气环、油环作用：气环－密封、导热；油环－刮油、布油。

第九章内燃机润滑轴承设计一、轴瓦表面几何形状答：回转双曲面轴瓦（轴向变厚度轴瓦）椭圆轴承（径向变厚度轴瓦）二、轴心轨迹的定义及因素答：轴颈在油膜压力、外负荷及角速度的周期变化中，其轴心所绘出的一条封闭曲线。

因素：结构参数：轴的长颈比、间歇工作参数：负荷、转速润滑油的粘度。

第十章机体与气缸盖的设计一、机体的设计要求答：在尽可能轻巧的前提下，尽量提高刚度，降低变形，振动噪声。

提高刚度的途径主要有以下凡个方面;1)将汽缸体与上曲轴箱铸造成一个整体，形成一个刚度很好的空间梁板组成结构，除非是比较大型的内燃机才采用汽缸体与曲轴箱分开的结构。

2)汽缸之间加隔板，以提高机体横向刚度。

3)降低上下曲轴箱的剖分面。

4)4)采用全支撑曲轴。

5)剖分面处采用梯形框架。

6)采用下主轴承盖与下曲轴箱一体的整体式，缸盖螺栓最好与主轴承盖布置在同一平面内7)机体表面布置加强肋。

1203360 2403720====A A或∑=0r F第十一章 内燃机的润滑和冷却系统 一、润滑系统的任务及设计要求答：主要任务：供应一定数量的机油之摩擦表面，并起冷却和清洁磨粒的作用 增加活塞和活塞环的密封性。