华科《内燃机设计》考试资料

第一章1.四个阶段：计划与方案设计阶段；样机试制与调试阶段；技术设计阶段；鉴定与小批试生产阶段2.经济性指标：燃油耗率，机油耗率动力性指标：标定功率，标定转速；最大扭矩及最大扭矩转速等3.改进设计、系列化设计、开发新机型。4.升功率:：每升气缸工作容积能发出的有效功率5.寿命：通常以发动机从开始使用到第一次大修期之前的累计运行里程或小时数来表示，通常决定于气缸和曲轴的磨损速率。二者有一个磨损极限值6.类型：车用发动机，机车用内燃机，船用内燃机发动机选型：1、汽油机还是柴油机；2、四冲程还是二冲程；3、风冷还是水冷；4、气缸数及其排列；5、燃烧室型式、气门数目7.主要结构参数有：缸数z，缸径D，活塞行程S，连杆长度L，缸心距L0Pe、pe、Cm不变时：S/D较小，则可降低发动机高度，提高升功率，减小V型机宽度，提高曲轴的强度和刚性；但热效率下降，有害排放物增加，惯性力增大，单列机长度增加。8.强化指标：发动机平均有效压力，活塞平均速度。一般用此二参数作为内燃机的强化指标：用peCm积或peCm/τ表示,称为强化系数9.发动机现代设计方法：CAD技术的应用，优化设计方法，可靠性设计方法10.新技术：发动机增压，多气门技术，可变配气定时（VVT）机构，发动机有害排放物控制，发动机电控技术11.发动机采用增压技术主要应作哪些改进？为保证增压车用发动机的变工况性能可以采用哪些措施？a柴油机增压改型设计内容：（1）降低压缩比，加大过量空气系数；（2）调整供油系统；（3）调整配气相位；（4）重新设计进排气系统；（5）提高主要承载件强度；b汽油机增压：（1）降低压缩比;（2）减小点火提前角;（3）重新设计排气系统12.提高Pe的措施和方法：提高ηV：a.合理设计进气系统，尤其是进气道，以减小进气阻力，提高流量系数；b.合理的配气机构和配气定时：加大进气门直径，采用顶置式凸轮轴，增加气门数、完善凸轮外形、最佳气门重叠角；c.汽油机采用多腔化油器、多个化油器、汽油喷射，以减小进气阻力，并兼顾各工况性能；d.降低排气系统阻力，采用可变进排气系统（利用其中的动态效应）等。提高ηi：a.对于汽油机适当提高压缩比；b.改善燃烧过程。提高ηm：减少活塞环数目；选择适当的润滑油；保持发动机的最佳热状态；提高加工精度和表面质量；合理设计活塞形状；减少附件功率损失。提高γs：具体措施即增压，是提高pe主要措施。降低α。Cm增大，则机械负荷和热负荷上升；进排气阻力增加，充气系数下降；摩擦加剧，磨损加快，机械效率下降，然油耗率上升，寿命下降。Cm过小，对提高发动机功率不利，对提高升功率不利。对于柴油机，Cm选择要顾及混合气形成与燃烧的限制；对于汽油机，Cm的选择与进气系统有关。13.燃烧室：蓬形（半球形）、楔形、碗形、盆形：badc。柴油机一般大缸径采用直喷式燃烧室，小缸径采用涡流式燃烧室。第二章1、曲柄比值：λ小于1/4，活塞加速度在360º范围内只有两个极值；λ大于1/4，活塞加速度在360º范围内有四个极值2、倾覆力矩是输出力矩的反力3、单列式发动机的发火间隔角ξ：二冲程机四冲程机相邻曲柄间夹角θ:对于二冲程及奇数缸四冲程机720Z对于偶数缸的四冲程机对于二冲程及偶数四冲程机，ξ=θ；对于奇数缸四冲程机，ξ=2θ.4、偏心机构：凡是曲轴回转中心线或者活塞销中心线不与气缸中心线相交的曲柄连杆机构都是偏心机构。根据偏心方向的不同，分为正偏心机构和负偏心机构。靠近主推力侧的是正偏心机构，靠近次推力侧的是负偏心机构。负偏心机构广泛应用于车用汽油机中，目的是减轻活塞对气缸壁的敲击，降低运转噪声。正偏心机构多用于柴油机，目的是改善散热，减轻主推力边的热负荷，使顶环隙整个圆周上不积碳。5、作用在曲柄连杆的力：气体作用力pg：使机体受拉，在机体内部平衡，不传到机外去，不引起振动。往复惯性力pj：往复运动产生的自由力，在机体内不能平衡，将传到机外去；由于其大小、方向周期性变化，会引起发动机上下、前后振动。离心惯性力pr：其垂直、水平分量周期性变化，使发动机上下、左右振动。倾覆力矩pHh：气缸壁上的侧推力pH与作用在主轴承处的水平分力形成力偶，组成一个使发动机倾倒的倾覆力矩，使发动机左右摇摆。360Z720Z360Z6、发动机的输出扭矩是不均匀的扭矩不均匀系数maxminKKKmMMM稳定工况下，假定外部负荷的阻力矩均匀稳定，则当发动机瞬时扭矩大于负载扭矩时，发动机转速上升；反之，当发动机瞬时输出扭矩小于负载扭矩时，转速下降，因此曲轴各瞬时的回转角速度将随着输出扭矩的周期性变化而变化，用回转不均匀度δ表示：maxminm7.飞轮的作用：调节曲轴转速变化，稳定转速。当发动机的输出转矩大于阻力矩时，飞轮吸收多余的功，使转速增加较少；当发动机的输出转矩小于阻力矩时，飞轮释放储存的能量，使转速减小较少。对于可能在大阻力下起步或有其他短期超负荷的汽车，尤其是拖拉机，飞轮积聚的动能还有助于起步和克服短期超负荷。发动机缸数越多，点火越均匀，飞轮外径越大，则飞轮质量可以越轻。8.、设计原则：各缸发火间隔尽可能均匀；2、整机有较好的平衡性；3、尽量避免相邻缸连续发火（进排气干扰、轴承负荷）；4、发动机轴系扭转振动较小；5、对于涡轮增压发动机的排气管分支的影响。第三章1.平衡：内燃机在稳定工况运转时，如果传给支承的作用力的大小和方向均不随时间变化，则称内燃机是平衡的。外平衡与内平衡：研究发动机不平衡力和力矩对外界（支承）的影响，称为外平衡问题。对采取了外平衡措施的发动机还要进行内力矩和剪力分析，称为内平衡。2.静平衡：旋转质量系统的质心在旋转轴线上时，系统离心惯性力的合力为零，则认为系统是静平衡的。动平衡：当系统运转时不但旋转惯性力合力为零，而且合力矩也为零时，才完全平衡。3、单列式发动机的振动力源主要有哪几种？单缸机的振动力源：（1）往复惯性力PjI、PjII；（2）离心惯性力Pr；（3）往复惯性力矩；（4）离心惯性力矩；（5）倾覆力矩Md4、平衡措施（离心惯性力/力矩、往复惯性力/力矩）：对于离心惯性力Pr可用直接在曲轴上加平衡重的方法来平衡；往复惯性力可以用与平衡离心惯性力同样的方法来平衡往复惯性力：缸径较大的单缸机或单缸实验机中采用双轴平衡机构；对于缸径不大的单缸机，常采用单轴平衡机构；在缸径更小的单缸机中采用所谓的过量平衡法5、平衡重解决外平衡中旋转惯性力和惯性力矩不平衡，还可以解决内平衡问题。6.旋转惯性力矩平衡方法：各缸平衡法、分段平衡法、整体平衡法、不规则平衡法。第四章1.破坏方式：弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏。2.结构型式：①整体式、套合式、焊接式、圆盘式；②全支承、非全支承；③平衡重连接方式。3、强化措施曲轴轻量化：a.曲柄销作成空心结构；b.主轴颈做成空心机构；c.曲柄臂斜削提高曲轴强度和刚度：优化形状设计、选用较好的材料，采取表面淬火、喷丸等工艺提高表面质量。4、油道布置要求：有利于润滑油流动、对曲轴强度影响小。方案：单线斜油道和多线直角油道5.曲轴设计要求：1、保证具有足够的弯曲疲劳强度和扭转疲劳强度；2、保证曲轴具有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度；3、轴承具有足够大的承压面积，轴颈耐磨；4、尽量采用普通材料；工艺性好，质量小。第五章1、损坏形式为疲劳断裂。四冲程发动机的连杆既受拉又受压；二冲程发动机总是受压。2、设计要求：1、保证连杆有足够的疲劳强度；2、保证连杆有足够的刚度；3、质量尽可能小；4、保证连杆大小端轴承、衬套工作可靠，有足够的的耐磨性和疲劳强度5.适当的热处理等措施进行强化。3、连杆大头有两种型式：平切口、斜切口；斜切口后带来两个问题：螺栓受剪切、连杆大头因结构不对称而导致刚性不均匀。4、凹凸槽缺点：凹凸槽之间为空间配合，尺寸公差要求非常严格，不仅加工要求高，装拆也很困难。同时，因凹凸槽存在加工及装配误差，使连杆与连杆盖结合面减小，工作中结合面应变增加，必然导致连杆大头孔失圆，影响油膜及连杆瓦的可靠性。尽管如此，凹凸槽也仅能解决连杆与连杆盖的径向定位问题，轴向定位还需要连杆螺栓来完成5.断裂分形：1、减少了机加工工序（约30～40%）、减少工、夹具数量（约30%），降低生产成本（约15～20%）优化了连杆结构和结合面定位、加工工艺流程。2、提高了连杆与连杆盖的定位精度与装配质量3、提高了连杆的承载能力、抗剪能力和疲劳安全系数断裂分形工艺要求：1、材料在满足强度条件下，延伸率尽可能低，适合的材料如粉末冶金、非调质中高碳钢、球墨铸铁等；2、结构上应保证预设分形面处截面最小，螺栓孔外侧不允许加工，以保证分形面质量；3、为保证断面的很好复合，应施加正应力，并在连杆初加工后预制应力槽。5、V型发动机的连杆大头型式：并列式，叉骑式，主副式（关节式）。第六章1、活塞的破坏形式：热应力破坏、磨损2、活塞的常用制造材料:铸铁、铝现代发动机的缸内瞬时高温可达2000～2500℃。为保证活塞工作可靠，通常应限制各部位温度：活塞顶温度：中大缸径中速柴油机铸铁活塞：400—450℃中大缸径中速柴油机铝合金活塞：400℃高速机铝合金活塞：300—350℃第一环槽温度：200—225℃（润滑油结焦温度）销座温度限制在：170—200℃左右3、加强活塞环第一环槽的措施(1)降低热负荷：减少热流量（活塞顶喷涂绝热陶瓷、设置隔热槽等）、改善传热（活塞内腔采用大圆角、适当减小活塞头部与缸孔间间隙，为此有时要在头部加工细槽以防结焦、拉缸）、加强冷却（喷油冷却等）；（2）提高耐磨性和强度：采用纤维增强金属（Fiber-ReinforcedMetal，FRM）复合材料活塞、第一环槽镶耐磨镶圈等措施。4、活塞环的作用①保证活塞与气缸壁间的有效密封；②冷却散热（非冷却活塞经活塞环散热量占活塞全部吸收热量的60%—70%）；③导向；④刮油、布油5、活塞环的密封机理：气环的初弹力使气环的工作面压紧在气缸壁上，把漏气间隙减至最小，形成第一密封面。当气体进入气环和活塞环槽之间后，气体的压力又把气环压紧在环槽的端面上形成第二密封面。同时作用在环背上的气体压力更加使环的工作面压紧在缸壁上，从而加强了第一密封面的密封作用。6.油环结构：普通单体油环、加衬簧的油环、组合钢片油环、轨型胀圈油环。7.活塞组设计要求：1、选用热强度好（耐疲劳、高温屈服点高）、耐磨、密度小、热膨胀系数小、导热性好、工艺良好的材料；2、活塞有合理的形状和壁厚，使散热良好，强度刚度符合要求，尽量减轻质量，避免应力集中；3、在不增加活塞组的摩擦损失的情况下，保证燃烧室密封性好，窜气、窜油少；在降低机油耗条件下，保证滑动面上有足够的润滑油；4、不同工况下能保持活塞与缸套的最佳配合，减轻活塞敲击和缸套振动。第七章1、发动机机体三种形式：①平底式：②龙门式③隧道式2..气缸形式有：①无缸套（整体式）气缸与机体铸成一个整体，散热、刚性好，气缸中心距小，但铸造要求高，要想获得耐磨性好的气缸孔，加合金，成本高，不好修理，一般用于小缸径发动机；②干式缸套机体、气缸体刚性好，不存在冷却水的密封和腐蚀问题，缸心距可取较小，但散热性差，缸套刚性差使得其加工、装配困难。由于散热性差气缸的工作温度高，一般缸径小于140mm的发动机上采用,缸径105mm以下的发动机多采用干式缸套；③湿式缸套直接与冷却水接触，散热性好；缸套刚性好，易于加工、装配（更换），机体易于制造。但对机体刚性要求高，存在冷却水的密封和腐蚀问题，缸心距大。缸径大的发动机、特别是柴油机多采用湿式缸套。3.湿式缸套产生穴蚀现象由缸套高频振动引起。机械振动引起冷却液压力变化，使冷却液中产生气泡并破裂，此过程就是穴蚀产生的原因。解决措施：①减小活塞的撞击：适当减小间隙、活塞销偏置等。②提高缸套的刚性,缸套较长时可增加辅助支撑以减小其振幅；③改进冷却水腔设计，避免产生气泡：④提高缸套外壁的抗穴蚀能力：注意材料的选择（包括金相组织）、表面质量、热处理（镀镉、镀铬、镀锌等）。4、气缸盖的结构型式：D105，Z≯6，多用整体式，D=105为分块式缸盖下限D≥140，一般用单