发动机设计教学大纲

《发动机设计》教学大纲课程类别：专业教育课程课程名称：发动机设计开课单位：能源动力工程学院课程编号：N03020804课程性质：必修课总学时：40 学分： 2.5适用专业：能源与动力工程（热力发动机方向）先修课程：发动机构造、发动机原理、发动机动力学大纲编写（修订）时间：2018年7月一、课程在教学计划中地位和作用发动机设计是能源与动力工程专业（热力发动机方向）的一门重要的专业教育课程。

从内燃机的工作需求、设计要求和设计指标入手，综合考虑材料、工艺、承载件的机械载荷和热载荷、运动件润滑与密封、内燃机节能与环保等问题，学习内燃机的总体结构设计方法和主要零部件的结构设计校核方法，学习内燃机辅助系统的选型设计方法，通过该课程的学习，使学生树立辩证的工程技术思维，能够应用各门知识进行问题的综合分析，初步具有内燃机结构设计和改进的能力，为从事内燃机的设计、生产和技术管理等工作奠定专业基础。

二、课程目标1）根据内燃机的工作需求和设计要求，能够按照总体设计的方法进行内燃机的选型，并确定内燃机的主要结构参数。

（支撑毕业要求1、3、7）2）根据内燃机零部件的设计要求，能够完成零部件的基本功能结构设计，在此基础上，综合考虑材料、工艺、承力件机械载荷和热载荷、运动件润滑等问题，进行零部件的结构方案设计。

（支撑毕业要求1、3、5）3）能够应用传热学等课程知识进行零件的温度场分析，应用材料力学等课程知识进行零件的强度和刚度校核，判断零件的安全性，并可以提出改进方案。

（支撑毕业要求1、3、5）4）在设计中能够主动考虑相关节能、降噪和清洁排放的政策、法规，根据设计要求，可以进行内燃机配气机构和辅助系统（进、排气系统，冷却系，润滑系，启动系统）的初步选择和布置，进行配气凸轮型线设计和评价，并完成辅助系统初步的匹配计算。

（支撑毕业要求1、3、7）5）利用课外分组项目训练环节适当培养学生团队协作能力和协调沟通能力。

（支撑毕业要求3、9）三、基本要求1、本课程为专业教育课程，要求先修发动机构造、发动机原理、发动机动力学，机械制造工程原理、机械设计基础、工程流体力学、工程传热学、材料力学也是必不可少的支撑。

通过本课程的学习，培养学生掌握内燃机结构设计的基础知识，可以运用各门知识进行问题的综合分析，采用工程技术思维开展内燃机结构工程设计。

2、在教学过程中应注重从工程的观点来学习、能够应用相关的知识和概念，强调设计思路，注重按需设计，围绕设计过程阐述传统分析校核方法和现代分析校核方法，提升知识应用水平。

3、在课堂教学中，采用实际的内燃机作为实例，充分利用CAI课件展示零部件的结构，针对设计需求进行方案设计、曲柄连杆机构零部件设计、固定件零部件设计、配气机构零部件设计，以及辅助系统选型设计，以此为基础进行知识扩展。

4、本课程是一门综合性和实践性很强的课程，要求学生上课时携带计算器和三角板、圆规等制图工具，具有识别工程图纸和采用工程图纸进行表达的能力；要求学生通过作业环节把所学的理论知识与工程实践联系起来，对课堂知识进行巩固；要求学生具备针对典型工程问题进行设计和分析的能力，并能举一反三。

四、课程内容及教学方法教学方法：1）利用CAI课件进行讲授，主要展示结构方案与分析思路，辅以重要理论知识点的板书推导，引导学生理解设计分析思路。

2）讲授过程中围绕工程实例进行分析，并进行相应的知识扩展，使学生更好的理解设计思路和工程意义。

3）根据讲授内容，在课堂上穿插实例设计分析练习和考试，要求随堂完成，并对主要问题进行讲评。

4）根据讲授内容，采取随堂提问的方式了解学生的知识掌握程度，用以调节教学进度。

5）根据讲授进度布置综合性作业，用于训练学生的设计思路和设计能力。

6）运用启发式、课堂提问等手段讲解设计思路和分析方法，提高学生学习的主动性，激发学生学习的兴趣和求知的欲望。

绪发动机设计课程安排与要求1、课程的学习目标；2、课程内容之间的关系；3、对学生的学习要求，考核方法；第一章发动机的开发流程、设计要求与设计指标1、学习内燃机产品的开发流程2、了解发动机的设计要求；重点：车用内燃机的实际要求。

3、学习发动机的设计指标；重点：标定功率、可靠性指标与试验方法。

难点：标定功率。

第二章发动机的总体设计1、了解在总体方案设计和样机施工设计阶段总体设计的工作内容2、掌握内燃机的选形方法重点：汽油机与柴油机、风冷与水冷。

难点：增压方式、气缸的排列。

3、掌握内燃机主要结构参数的选择方法重点：内燃机有效功率表达式的解读难点：D、S、L、L0、V的确定4、学习内燃机总体布置的方法和流程第三章活塞组设计1、学习活塞的设计方法重点：活塞的基本结构及基本结构参数的确定；活塞热量的传导方式；活塞与周围零件的配合；难点：活塞温度场计算边界条件；2、学习活塞销的设计方法重点：活塞环结构的设计表达；活塞销的校核计算；3、学习活塞环的设计方法重点：活塞环结构的设计表达；活塞环自由状态和应力计算；第四章连杆组设计1、学习连杆的结构设计方法重点：连杆大头的剖分与定位；2、掌握连杆强度计算方法重点：采用公式计算方法；3、学习连杆螺栓的结构设计与预紧力确定方法重点：连杆螺栓预紧力的确定；第五章曲轴组与轴承1、学习曲轴的结构设计重点：曲拐结构的选择；曲拐单元结构设计；2、学习曲轴的疲劳强度计算方法难点：Ricardo曲轴强度分析方法；3、学习曲轴滑动轴承的设计方法重点：薄壁轴瓦过盈量的确定；轴承轴心轨迹图的解读方法；第六章机体组1、学习机体设计方法重点：水冷发动机机体的基本结构与尺寸（横剖图、纵剖图）的确定；机体的加强结构；2、学习气缸套的设计重点：上凸肩定位湿式气缸套的结构尺寸设计；提高气缸套寿命的措施；难点：缸套凸肩的设计；3、学习气缸盖的设计重点：水冷气缸盖基本结构与尺寸；气门与气道的布置；难点：气缸盖的水冷设计；4、学习气缸垫设计5、学习气缸盖罩和下曲轴箱设计6、学习机体组零件的计算分析方法重点：气缸套的校核估算；机体组零件计算内容和有限元计算边界条件；难点：缸套热边界条件；第七章配气机构与驱动机构1、学习配气机构的型式2、学会凸轮型线设计方法重点：凸轮过渡段设计与双圆弧凸弧凸轮型线设计；难点：凸轮校核；凸轮型线的评价方法；3、学习配气机构动力学分析方法重点：理论升程与实际升程；动力学计算结果的评价；难点：配气机构单质量动力学模型；4、学习配气机构零件结构设计方法重点：气门的配合设计；凸轮和挺柱间的匹配设计；难点：可变配气机构的设计理念；5、学习驱动机构的结构布置方法第八章进、排气系统与增压1、学习进、排气系与增压器的布置重点：进气系统布置；直列内燃机排气系统布置；2、学习进、排气系主要部件的选择方法重点：消声器；排气净化装置；难点：可变进气歧管；进气恒温系统；3、学习增压系统及废气涡轮增压器结构设计方法重点：燃气涡轮和压气机叶轮结构；难点：等压和脉冲涡轮增压系统；第九章冷却系1、学习冷却系的型式与布置方法重点：一般闭式强制循环冷却系统；2、学习冷却系主要部件的选择与设计重点：各个部件参数的计算；难点：风扇的匹配计算；第十章润滑系1、学习润滑系的型式与布置重点：润滑系的布置方式；难点：润滑系布置的实际应用；2、学习润滑系主要机件的选择与设计重点：各个部件参数的计算；第十一章启动系统1、学习启动系型式的选择与设计参数重点：启动的条件；启动系设计参数与启动机的确定方法；2、学习辅助起动装置的设计思路六、学时分配七、课程目标达成评价的途径和措施1、考核目标：考核学生根据内燃机的设计要求，进行内燃机总体设计、零部件结构方案设计及校核、辅助系统初步布置和匹配计算的能力、团队协作和协调沟通能力。

2、考核方式：随堂点名、提问，随堂作业或考试，课外作业（独立完成），课外分组项目训练，期末开卷笔试。

3、评价环节对课程目标达成贡献率及支撑材料：各环节成绩评定占比%八、教材、补充教材及参考资料1、张翼. 内燃机设计[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2016. ISBN:9787512422278；（教材）2、H·梅梯格主编.高速柴油机设计（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，1997；（参考）3、(德)爱都瓦尔多.科勒尔(Eduard Kohler),(德)鲁道夫.富利尔(Rudolf Flierl) 著.内燃机设计(原书第6版) [M]. 北京：机械工业出版社，2016.ISBN:9787111516460；（参考）4、袁兆成. 内燃机设计第二版[M]. 北京：机械工业出版社，2012. ISBN：9787111369875；（参考）5、中国内燃机学会. 内燃机工程杂志. ISSN：1000-0925；CN：31-1255/TK；（参考）6、微信号：neiranjixuebao 内燃机学报；（参考）7、微信号：myicet 汽车与新动力；（参考）8、微信号：skler2015 内燃机可靠性国家重点实验室；（参考）九、课程目标对毕业要求的支撑注：目标1：根据内燃机的工作需求和设计要求，能够按照总体设计的方法进行内燃机的选型，并确定内燃机的主要结构参数。

（支撑毕业要求1、3、7）目标2：根据内燃机零部件的设计要求，能够完成零部件的基本功能结构设计，在此基础上，综合考虑材料、工艺、承力件机械载荷和热载荷、运动件润滑等问题，进行零部件的结构方案设计。

（支撑毕业要求1、3、5）目标3：能够应用传热学等课程知识进行零件的温度场分析，应用材料力学等课程知识进行零件的强度和刚度校核，判断零件的安全性，并可以提出改进方案。

（支撑毕业要求1、3、5）目标4：在设计中能够主动考虑相关节能、降噪和清洁排放的政策、法规，根据设计要求，可以进行内燃机配气机构和辅助系统（进、排气系统，冷却系，润滑系，启动系统）的初步选择和布置，进行配气凸轮型线设计和评价，并完成辅助系统初步的匹配计算。

（支撑毕业要求1、3、7）目标5：利用课外分组大型作业环节适当培养学生团队协作能力和协调沟通能力。

（支撑毕业要求3、9）十、课程目标达成评价各环节对课程目标达成评价所使用到的权重占比分配采用达成值计算法，辅以对学生的问卷调查法。

达成值计算法结合上表权重分配，采用下表进行计算。

大于0.60为达成。

单一课程目标达成度评价采用下式：()()i k ik k i P S G A ⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯=∑100总的课程目标达成度评价采用下式：()100⎪⎭⎫⎝⎛⨯=∑∑i k ik k S G A以上公式中：k 表示不同的评价方式，i 表示不同的课程目标。

k G 表示第k 中评价方式期末评价成绩平均分，均为百分制；ik i ik W P S ⨯=是第k 种评价方式通过第i 个课程目标反应在总的课程目标评分占比； ik W 表示第k 种评价方式对第i 个课程目标百分占比；i P 表示第i 个课程目标在课程总评价中的占比。