内燃机设计 9787111516460

目录

译者
序一
序二
第5版前言
第6版前言
译者的话
符号
第1章导言1
第2章导论2
21开发过程中的计算分析2
22力学与热力学3
23本书所选择的和深入探讨的
内容说明3
24发动机全新开发及升级
开发目标4
第3章发动机主参数设计6
31发动机参数的相关性6
32发动机主参数定义7
321工作容积（排量）7
322功率和转矩7
323比功率7
33缸体及曲柄连杆机构的
主参数选择8
331行程缸径比8
332连杆比及连杆中心距9
333缸体高度10
334活塞直径及质量11
335活塞压缩高度11
336行程、缸径和气缸数13
337缸筒长度、活塞裙部长度
与活塞突出量14
338曲轴回转轮廓及活塞
间隙14
339活塞结构尺寸19
34缸体主参数20
341缸心距与气缸间厚度20
342V形发动机的错缸距23
35最佳连杆比24
36燃烧室面容比27
37主性能指标定义29
38平均有效压力及比功率31
第4章主要零部件设计与计算34
41连杆34
411功能与设计要求34
412连杆受力分析36
4121连杆受力方式与
位置36
4122连杆承受的力及
力矩39
413常规连杆结构强度
计算40
4131连杆大小头孔弯曲梁
简化计算模型40
4132连杆盖以及连杆大头
孔当量截面负荷
分布40
4133连杆大头孔以及连杆盖
当量截面的切向力及
力矩41
4134连杆螺栓连接处的
受力情况43
4135连杆疲劳强度计算45
4136连杆有限元模拟
计算46
414连杆螺栓连接设计
常规计算47
4141连杆螺栓连接47
4142连杆螺栓连接计算
（按VDI2230
规定［C21］）47
41421计算要求47
41422螺栓连接的弹性
柔度49
41423连杆螺栓连接的
应力曲线图51
41424最小夹紧力、夹
紧力损失及预
紧力53
41425螺栓尺寸55
41426螺栓疲劳计算57
41427连杆螺栓连接
设计小结58
目录●●●●●●●●●●内燃机设计42活塞58
421活塞计算分析58
422活塞功能及设计要求59
423活塞工作负荷61
4231负荷及危险区域61
4232曲柄连杆机构
受力分析63
4233活塞行程、速度及
加速度66
424活塞常规计算70
4241活塞类型及材料选用
原则70
42411乘用车汽油发动机
用活塞70
42412乘用车柴油发动
机用活塞73
42413商用车柴油发动机
用活塞74
42414工业用途大缸径
柴油机活塞76
4242活塞销计算76
42421活塞销安装
方式77
42422计算简化
模型［C42］77
42423活塞销表面
压力79
42424活塞销椭圆
变形80
42425活塞销弯曲
变形82
42426活塞销材料82
42427活塞销负荷及
强化措施85
4243活塞销座计算85
42431设计爆发压力85
42432设计用标准
转速88
42433活塞销卡簧90
42434活塞销等效
应力92
4244活塞质量计算94
4245活塞型线确定95
42451安装间隙、滑动
间隙、椭圆度及
表面承压图95
42452活塞裙部柔性、椭圆
度、承压面宽及塑性
变形97
425活塞二次运动计算98
426活塞强度CAE计算100
4261活塞FEM计算
模型100
4262活塞热负荷103
4263活塞应力场及
温度场105
4264活塞有限元计算107
42641活塞表面油膜
计算107
42642活塞销变形
计算108
42643活塞CAE计算
流程110
43活塞环111
431活塞环计算111
432功能及设计要求112
433活塞环受力分析114
434活塞环弹力117
4341切向弹力及径向
压力117
4342开口宽度、切向力及
活塞环参数kRi120
4343活塞环的安装应力、
套紧应力、弹性模量及
塑性变形122
4344开口间隙122
4345活塞环扭曲122
435活塞环模拟计算
分析122
4351计算模型122
4352活塞环运动模拟
计算124
4353密封性能模拟
计算126
4354活塞环工作表面润滑
特性模拟计算129
44曲轴132
441功能及设计要求132
442曲轴工作负荷133
4421曲轴工作力和
力矩133
4222曲轴工作循环负荷
曲线135
4423曲轴受力的静不
定性135
4424曲柄单拐模型、弯曲
及扭转应力138
4425曲轴受力情况143
44251最大应力区域143
44252弯曲及扭转应力
集中系数144
443曲轴结构强度147
4431船用发动机曲轴设计
规范147
4432危险截面抗弯扭
模量及应力集中
系数147
4433曲轴材料疲劳强度与
安全系数147
4434曲轴材料及制造
工艺149
444曲轴强度CAE模拟
计算150
4441曲轴概念设计阶段的
计算分析150
4442曲轴的多体动力学复
合模型计算分析151
4443曲轴强度CAE计算
分析小结155
45气缸体157
451气缸体方案设计158
4511气缸体结构形式159
45111整体式与组合
式气缸体方案160
45112开式及闭式气缸体
顶面设计163
45113气缸冷却液流
方案设计166
45114龙门式与整体式
框架结构169
4512气缸体材料173
4513气缸孔表面工艺175
45131灰铸铁气缸孔
表面珩磨工艺175
45132过共晶铝硅合金
气缸孔工艺177
45133镍-碳化硅涂
层的气缸孔
工艺177
45134铝基复合材料
工艺179
4514气缸体铸造工艺180
4515气缸体方案对比，
乘用车的开发
状态182
452气缸体受力情况、功能与
结构183
453气缸体轻量化188
4531轻量化潜力188
4532灰铸铁与铝合金材料
特性比较189
454气缸体CAE计算191
4541气缸体有限元（FEM）
计算分析191
45411温度场分析194
45412变形分析195
45413应力场196
4542主轴承螺栓连接
设计196
4543气缸盖螺栓连接
设计197
4544气缸孔变形的傅里叶
分析203
455气缸套205
4551湿式气缸套206
45511湿式气缸套结构
形式206
45512湿式气缸套受力
情况、尺寸与
结构设计209
4552干式气缸套211
45521装配应力212
45522压应力213
45523热应力215
45524爆发压力下的
工作应力217
456气缸表面磨损219
46气缸盖220
461气缸盖功能与结构220
462气缸盖热负荷224
4621燃气换热过程227
46211传热途径227
46212辐射换热230
46213壁面传导换热231
4622缸盖中的热应力232
4623气缸盖的冷却
设计234
463气缸盖材料及铸造
工艺236
464进气道与排气道、气门
夹角、燃烧室形状及
气缸盖高度设计240
4641进气道与排气道240
46411进气道与排气道
结构设计240
46412气道气体流动
性能试验245
4642气门夹角、燃烧室
形状及气缸盖高度
设计250
465气缸盖CAE计算251
47气缸垫256
471功能及设计要求256
472气缸垫结构258
473气缸垫密封技术258
4731工作条件258
4732全金属气缸垫结构
设计259
第5章配气机构与曲柄连杆机构
设计与计算266
51配气机构266
511换气过程一维模拟
分析271
512配气机构换气工作
原理274
5121气门布置276
5122配气机构结构
形式278
5123液压间隙调
节器281
5124气门282
5125凸轮284
51251凸轮型线设计284
51252凸轮型线设计
程序288
5126气门弹簧290
51261气门弹簧力
设计290
51262气门弹簧计算291
5127凸轮轴292
513可变气门正时换气工作
原理293
514可变气门执行机构结构
形式295
5141分段式调节可变气门
执行机构295
5142连续式调节可变气门
执行机构296
5143连续可变气门正时
执行器（叶片式）297
515分段式可变气门升程
换气过程298
516连续可变气门升程
换气过程299
517气门机构动力学
计算309
5171动力学计算
分析311
5172多体动力学
模型312
518涡轮增压发动机的换气
技术312
5181无可变气门机构的
换气工作原理313
5182可变气门机构的换气
工作原理316
5183连续可变进气及可变排气正时的换气工作
原理317
5184全可变气门的换气工作
原理322
52曲柄连杆机构324
521活塞式发动机的质量
平衡324
5211单缸驱动机构的质量
平衡324
521111阶惯性力324
52112单缸发动机曲柄
连杆机构中通过
平衡重进行平衡的
方法327
5212借助平衡重来平衡多
缸驱动装置的质量333
52121直列发动机的1阶
惯性力平衡333
52122平衡V2发动机上的
自由惯性力335
52123平衡自由惯性
力矩341
52124质量转矩369
5213借助平衡轴来平衡
质量371
52131通过平衡轴来平衡
惯性力；方法和
应用373
52132滚转力矩375
52133通过平衡轴平衡
往复惯性力矩；
应用示例380
522发动机振动小结383
第6章发动机噪声384
61涉及发动机噪声和路面噪声的
法律法规384
62发动机噪声——部分声源和
噪声源386
63间接产生的发动机噪声——
产生、传递和辐射388
64气缸压力曲线及其所产生的
气缸压力频谱394
65发动机结构声学分析396
651发动机结构振动特性396
652发动机缸体结构对降噪
的影响398
653曲轴、轴承、润滑油膜
结构噪声传递路径
研究403
654发动机结构的空气噪声
计算407
6541计算流程407
6542辐射声功率的计算407
66发动机上其他噪声源410
第7章总结与展望411
附录414
附录A有限元法（FEM）基础
知识414
附录B关于矩阵位移法（静力学
理论）416
附录C用有限元法解微分
方程421
附录D关于有限差
分法（FDM）426
附录E关于边界
元法（BEM）426
附录F关于“模态模型”（模态
分析）427
参考文献429

序言

随着国内排放和油耗法规的不断升级，节能减排已成为汽车发展的主题，2005年后国内外车用内燃机都进入了快速发展的阶段，中国汽车工业的迅猛发展离不开内燃机技术进步的支撑；高效、低排放的内燃机动力研发是汽车制造业技术水平的综合体现，近些年来 ，小型化、闭缸技术、气门管理技术、米勒循环、阿特金森循环等节能减排技术的应用，对内燃机的设计、开发和制造的技术水平提出了更高的要求，开发出节能、环保、有竞争力的发动机产品提升汽车竞争力，是内燃机行业目前面临的重要课题之一。
本书涉及了汽车发动机最新的设计技术与理论，是一本非常难得的专业技术理论书籍，限于该书为德语版本，我一直为不能让更多的读者学习本书而割舍不下，所幸由机械工业出版社牵头组织相关的德语和内燃机技术领域专家，对本书进行了翻译，出版之际机械工业出版社邀请我为本书做序，我欣然接受。
该著作的最大特点是既能作为学习的基础理论的教科书，也能成为工程设计研发人员的工具书。该著作对国际上先进的内燃机设计技术进行了详细的论述，尤其是曲柄连杆机构和配气机构设计方面的基础理论论述甚为透彻，覆盖了从设计理论、计算分析到技术方案对比的全过程；该著作的第二大特点是理论与实践相结合，该书引用了当代的大量汽车发动机实际工程设计案例分析，技术工程数据翔实，正由于有了这些产品开发工程的理论积淀与实际经验，使得该著作对发动机工程设计具有极强的指导意义。
我认为，该著作对从事汽车发动机设计开发的人员来说，是一本难得的工具书，对刚出校门的毕业生来说，是宝贵的参考书，对发动机研发人员来说，是一本智慧启迪和先进技术的指导纲要；在此感谢我的团队能够尽职尽责地将本书翻译成中文版以飨国内读者，希望广大读者对译文的准确性提出宝贵的修改意见，以便在后续的版本中加以更新。
首先真诚地祝贺机械工业出版社组织翻译的由德国爱都瓦尔多·科勒尔教授（Eduard Khler）和鲁道夫·富利尔教授（Rudolf Flierl）联合撰写的第六版《内燃机设计》译著即将问世！同时很高兴地接受本书责任编辑孙鹏的邀请，为该新译著撰写序言，并有幸先睹为快，一览本书的全貌。
在国内汽车年产量已突破2300万辆，并继续不断攀升年产量3000万年的黄金发展时代，国内乘用车内燃机的自主研发正更多地转向产品正向开发设计，面对新一代乘用车汽油发动机的轻量化、小排量、增压、缸内直喷和高增压比的发展趋势和要求，新一代车用内燃机的结构设计重新成为挑战。
作为一位在内燃机领域从事教学与科学研究30余年的工作者，欣赏并推荐本书的理由可概括为以下三点。其一是本书的主要作者爱都瓦尔多·科勒尔教授是德国著名的发动机零部件供应商KSPG的前技术总监，他长期工作在发动机结构设计与生产的第一线，由其总结及撰写的有关发动机缸体、缸盖、活塞等关键零部件的设计理论及方法，经历了产品实践的检验，并与时俱进地由传统设计提高到CAE，有很好的理论与实践相结合的指导意义和实用性。其二是国内在内燃机设计方面虽不乏相关教材和专著，但如本书这样专注在内燃机两大机构的关键零部件及其力学分析、设计和计算方法的书则凤毛鳞角，本书的详细案例即是活学活用的典范。其三是这本书译注成中文的起因，源自一汽技术中心主任李骏院士的推荐，更相信这位内燃机行业一线领军人物对本书的慧眼识珠。
德文《内燃机设计》作为一部多次再版的专业书籍，其存在的合理性和价值不言而喻。我相信每位对本书有兴趣的读者都能本书中找到自己关心问题的解决方法、答案或是启发性思维。
希望这本书成为国内内燃机工程师、学者和高校师生喜爱的一本藏书。也由衷感谢机械工业出版社为助力中国汽车工业内燃机设计与制造水平的不断提高和进步所组织的“内燃机先进技术译丛”相继问世！
李理光2012年12月20日于上海同济大学

ISBN	9787111516460
出版社	机械工业出版社
作者	爱都瓦尔多·科勒尔
尺寸	16