内燃机设计重点整理

第一章 内燃机设计总论

1. 内燃机设计的主要指标

1) 动力性指标：主要包括有效功率、转速和转矩 有效功率的计算式：

τ

τ

2

300D

i c p in V p P m me h me e ⋅⋅⋅∝

=

式中，Pme 为平均有效压力；m v 为活塞平均速度，h

V 为单缸工作容积，i 为汽缸数，n 为转速，D 为气缸直径，τ为冲程数。 2) 经济型指标：燃油消耗率，燃油消耗率的公式为m

i et e

e

K

Hu

P B b ηηη=

⨯=

⨯=6

3

10

6.310

式中：机械效率指示功率

有效功率=

m η

3) 可靠性和耐久性指标：可靠性是指在规定的运转条件下，规定的时间内，具有持续工作，不会因为

故障而影响正常运转的能力；耐久性是指从开始使用起到大修期的时间。

4) 质量尺寸外形指标：质量、尺寸外形尺寸是评价设计的紧凑性和金属利用程度的指标。 5) 低公害指标：包括噪声和有害气体排放 2. 内燃机主要参数的选择？

1) 平均有效压力me P ：平均有效压力与混合气形成的方法、燃料的种类、燃烧和换气过程的质量、进

气温度和压力以及机械效率等有关。提高me P 的途径：提高充气效率；提高指示热效率；提高机械效率；调整燃油系统；采用增压或提高空气密度。

2) 活塞平均速度m v ：m v 是表征发动机强化程度的主要参数。30

Sn v m =

式中：S 为活塞行程（mm ），n

为发动机转速（r/min ）；

3) 汽缸直径D 和冲程数S ：气缸直径D 加大，有效功率Pe 以直径的平方的速度增加，但是惯性力也

以直径的平方增加，导致振动和机械负荷加剧，还会使发动起气缸、活塞组、气缸盖、气门等零件的热负荷加重。 4) 缸径比S/D ：S/D 增加导致活塞的平均速度m v 增加，磨损加速，寿命降低。

第二章：曲柄连杆机构的受力分析

1. 活塞的运动规律？

（1）活塞位移：

=()()αα2cos 14

1cos 1-+

-（简化后的公式由一阶和二阶量组成）

（2）活塞速度：

=α

λ

α2sin 2sin +

（3）活塞加速度：

=a 2cos cos λα+ 时

41<

λ：λλα

α+=⇒

<--⇒

=10410max 2

2

j d j d ＝

()λλα

α--=⇒

>-⇒

︒=1041180min 2

2

j d j d ＝

时

4

1>

λ：λλα

α+=⇒

<-⇒

︒=10410max 2

2

j d j d ＝

()λλα

α--=⇒

<-⇒︒=1041180max 2

2

j d j d ＝

2.活塞受力分析？

曲柄连杆中的作用力分为：气体作用力，惯性力（往复惯性力和旋转惯性力），合成力

F 。下标j 表示往复，r 表示旋转。

（1）合成力表示为

，则侧向力

和连杆力为

, ;

（2）连杆力在曲柄销处又分解为垂直于曲柄半径的切向力

和沿曲柄作用方向的径向力

。

规定与同向为正，指向圆心为正，转矩顺时针为正。

单缸转矩为 翻倒力矩M ’= - M

（3）气压力

=（）A

N （式中

气压力（MPa ），为大气压力（MPa ）；A 为活塞面积（）。

（4）往复惯性力：

（5）旋转惯性力：

4. 直列六缸机的发火顺序是1-5-3-6-2-4，相位角分别为240,480,120,600,360

第三章：内燃机的平衡

1. 静平衡与动平衡的定义？

静平衡：旋转质量的离心力的合力为零，即系统的质心（重心）位于旋转轴线上。动平衡：在离心力合力为零的基础上，合力矩也为零。

2. 作业题：图解法分析内平衡动平衡（）

第五章：曲轴飞轮组设计

1. 曲轴形状复杂、应力集中现象相当严重，哪些地方最为严重？（可能会出填空题）

曲柄至曲颈的圆角过渡区、润滑油孔附近以及加工粗糙的部位

2. 设计曲轴时，应保证它有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度。

3. 曲轴润滑供油有集中供油和分路供油两种，中高速采用第二种

4. 力、力矩的分解合成？P103 图3-4

第五章曲轴飞轮机构

1. 提高曲轴强度的结构措施和工艺措施？

结构措施：加大轴颈重叠度；加大过渡圆角；采用空心轴颈；卸载槽

工艺措施：圆角滚压强化；轴颈和圆角表面同时进行淬火；喷丸强化；氮化处理

2.P201单元曲拐上的受力简图

3.图5—14曲柄受力及应力分布简图

第六章连杆组的设计

1.连杆的最大拉伸载荷出现在进气行程开始的上止点附近，最大压缩载荷出现在膨胀冲程开始的上止点附近。

2.为连杆结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度，一般多采用精选含碳量的优质中碳钢结构45模锻。中碳合金钢：40Cr、40MnB等；一般用于强化发动机，高强度合金钢：42CrMo、18Cr2Ni4W A,用于高强化发动机；铸铁：球墨铸铁，应力敏感性小，应用于某些小功率发动机；

第七章内燃机滑动轴承的设计

1.对瓦背的工作要求？

粘结性要好，有一定的机械强度，有足够的屈服极限

2. 由金属瓦背和减摩金属层构成的滑动轴承工作可靠、运转平静、使用维修方便、成本较低，已经广泛用于高速内燃机中。

3. 常用的轴承材料？

硬基体加软质点：铜铅合金、高锡铝合金

软基体加硬质点：白合金、低锡铝合金

4.轴心轨迹图对内燃机设计的意义？

1)可以作为判断轴承实现液体润滑情况的重要依据：有轨迹曲线图可以找到一个循环中的最小的最

小油膜厚度值及延续时间。

2)帮助分析研究轴承损坏的原因，改进结构设计。

3)合理布置油孔、油槽位置，使润滑油供应通畅

4)实现轴承润滑的最佳设计

第八章活塞组设计

1.活塞的工作条件？

机械负荷；热负荷；活塞与活塞销之间变形不协调；高速滑动摩擦，润滑不良

2. 对活塞材料的要求？

（1）机械强度好：尤其是热强度好，300～400℃高温甚至更高一点的温度下具有良好的机械性能；（2）导热性好，吸热性差，热膨胀系数小；

（3）减摩性好，耐磨、耐腐蚀；

（4）比重小，工艺性好，价格适中