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目次 1

第1章 汽车用发动机总布置设计 1

1.1 汽车用发动机总布置设计的一般程序 1

1.1.1 编制发动机设计任务建议书 1

1.1.2 整机总布置方案设计和技术设计 1

1.1.3 工作图设计 21

1.1.4 零部件的试制和整机装配 21

1.1.5 试验阶段 22

1.1.7 CA488发动机结构简介 23

1.1.6 设计确认阶段 23

1.2 中、重型车发动机的设计要求、主要指标和结构参数 31

1.2.1 设计要求 31

1.2.2 主要指标 35

1.2.3 发动机的主要结构参数 39

1.2.4 CA6102型汽油机简介 42

1.2.5 CA6110柴油机简介 43

第2章 固定零件设计 45

2.1 机体设计 45

2.1.1 概述 45

2.1.2 机体结构型式的选择 45

2.1.3 机体基本尺寸的确定 47

2.2.1 气缸、气缸套的工作环境和设计要求 56

2.2.2 气缸套的分类和结构特点 56

2.2 气缸和气缸套设计 56

2.2.3 气缸套的磨损特性 58

2.2.4 气缸套的材料 59

2.2.5 气缸套的加工工艺和表面热处理 60

2.2.6 湿缸套穴蚀的防止 61

2.3 气缸盖设计 62

2.3.1 气缸盖的工作情况及设计要求 62

2.3.4 气缸盖的结构设计 63

2.3.2 气缸盖的分类及特点 63

2.3.3 气缸盖的材料 63

2.4 气缸垫设计 78

2.4.1 气缸垫的工作情况及设计要求 78

2.4.2 气缸垫结构对机体、气缸盖和气缸套的设计的要求 79

2.4.3 气缸垫结构型式和材料 81

2.4.4 气缸垫有关尺寸的选择与确定 82

2.4.5 气缸垫的细节设计 83

2.4.6 气缸垫的静力计算 84

3.1.2 曲轴的工作条件和设计要求 86

3.1.1 设计步骤 86

3.1 概述 86

第3章 曲轴设计 86

3.2 曲轴的结构设计 87

3.2.1 结构型式 87

3.2.2 曲轴主要尺寸比例 88

3.2.3 若干结构设计细节 90

3.3 曲轴的材料 93

3.4 曲轴表面强化方法 93

3.5 曲轴强度计算 95

3.5.1 连续梁计算方法简介 95

3.5.2 曲轴的有限元分析 97

3.6 曲轴的疲劳强度试验 103

3.7 曲轴系统的扭转振动 103

3.7.1 引言 103

3.7.2 曲轴扭转振动系统的简化 104

3.7.3 自由振动的计算 111

3.7.4 强迫振动的计算 122

3.7.5 减振器的设计 130

3.7.6 扭振试验 137

3.8 发动机的平衡 137

3.8.1 概述 137

3.8.2 平衡分析方法 138

3.8.2.1 直列发动机的平衡分析 139

3.8.2.2 V型发动机的平衡分析 141

3.8.3 曲轴轴系平衡块的布置方案 144

3.8.4 辅助平衡机构的设计 148

3.8.5 影响发动机的实际平衡的诸因素 150

第4章 连杆组设计 153

4.1 连杆设计 153

4.1.1 连杆的工作情况 153

4.1.2 连杆的设计要求 153

4.1.3 连杆的设计过程 154

4.1.5 连杆的工艺要求 156

4.1.4 连杆材料 156

4.1.6 连杆结构设计 157

4.2 连杆螺栓设计 172

4.2.1 连杆螺栓的工作负荷与预紧力 172

4.2.2 连杆螺栓的应力及安全系数计算 178

4.2.3 连杆螺栓的松脱机理 180

4.2.4 连杆螺栓连接的防松方法 180

4.2.5 连杆螺栓设计 182

4.2.6 提高连杆螺栓的疲劳强度 182

5.1 活塞设计 184

5.1.1 活塞的工作条件和设计要求 184

第5章 活塞组设计 184

5.1.2 活塞结构设计 186

5.1.3 活塞材料 207

5.1.4 活塞毛坯成型方法 209

5.1.5 活塞加工 211

5.1.6 活塞表面处理 211

5.1.7 活塞光弹应力分析 211

5.1.8 活塞有限元计算 216

5.2.1 活塞销的工作情况和设计要求 221

5.2 活塞销设计 221

5.2.2 活塞销结构设计 237

5.2.3 活塞销的强度与刚度计算 238

5.2.4 活塞销的材料和工艺 238

5.2.5 典型活塞销设计要求示例 239

5.3 活塞环设计 239

5.3.1 活塞环的工作情况和设计要求 239

5.3.2 活塞环的断面形状及结构特点 242

5.3.3 活塞环的尺寸参数 244

5.3.4 活塞环计算 249

5.3.5 活塞环组的匹配 256

5.3.7 活塞环材料、成型方法及表面处理 257

5.3.6 美国福特公司对活塞环设计参数的推荐值 257

5.3.8 活塞环的发展趋势 261

5.3.9 ISO及美国NEPMA公司的活塞环尺寸参数表 263

第6章 轴承设计 270

6.1 概述 270

6.1.1 轴承设计的一般步骤 270

6.1.2 轴承设计中要考虑的主要问题 270

6.2 轴承材料 270

6.2.1 发动机对轴承材料的主要要求 270

6.2.2 轴承减摩合金材料 270

6.3.2 轴瓦的弹张量 274

6.3.3 瓦口削薄量 274

6.3.1 轴承宽度 274

6.3 轴承结构设计 274

6.3.4 油槽和润滑油孔 275

6.3.5 定位与安装 276

6.3.6 轴瓦表面的几何形状 276

6.3.7 轴瓦厚度 277

6.3.8 轴承间隙 277

6.3.9 止推轴承 279

6.3.10 轴瓦过盈度的确定 280

6.3.11 轴瓦过盈度计算的一般步骤 281

6.4.1 轴心轨迹计算的基本原理与方法 282

6.4 轴心轨迹的计算简介 282

6.4.2 摩擦及温升计算 283

6.4.3 轴心轨迹计算在发动机设计中的应用 283

6.5 轴承主要失效形式及对策 284

第7章 配气机构 286

7.1 总体布置和设计要求 286

7.1.1 概述 286

7.1.2 总体布置 286

7.1.3 配气相位选定 288

7.1.4 气门通路的气体通过能力核算 288

7.2 气门组件设计 290

7.2.1 气门设计 291

7.2.2 气门座和气门导管设计 295

7.2.3 气门弹簧设计 296

7.2.4 气门弹簧座和锁块设计 302

7.2.5 气门杆油封设计 303

7.2.6 设计实例：CA6110柴油发动机配气机构动态校核 303

7.3 凸轮轴及机构传动件设计 305

7.3.1 凸轮轴设计 305

7.3.2 挺柱和液压挺柱设计 307

7.3.3 推杆设计 308

7.3.4 摇臂设计 310

7.4 凸轮轴传动设计 311

7.4.1 齿轮传动设计 312

7.4.2 链条传动设计 312

7.4.3 齿型皮带传动设计 315

7.5 配气机构运动学计算 315

7.5.1 平面挺柱凸轮机构 315

7.5.2 滚轮挺柱凸轮机构 316

7.5.3 气门运动规律 320

7.6 配气凸轮设计 323

7.6.1 配气凸轮设计准则 323

7.6.2 配气凸轮型线设计参数选定 324

7.6.3 凸轮型线常用数学类型 325

7.6.4 凸轮型线校核计算 333

7.6.5 凸轮型线优化设计 335

7.7 配气机构动力学计算 336

7.7.1 单质量系统动力学计算 336

7.7.2 多质量系统动力学计算 338

7.8 可变配气机构设计 342

7.8.1 可变配气机构的效益及机构分析 342

7.8.2 在CA488汽油机上开发的可变配 344

气相位机构 344

8.1.2 润滑系统的组成 350

8.1.1 对润滑系统的要求 350

8.1 概述 350

第8章 发动机润滑系统 350

8.1.3 润滑系统的设计 351

8.1.4 润滑系统的主要参数选择 352

8.2 机油系的设计和选择 353

8.2.1 机油系的种类 353

8.2.2 齿轮泵的设计与计算 353

8.2.3 转子式机油泵的设计 357

8.3.1 机油滤清器的功能和对它的要求 361

8.3 机油滤清器的设计和选择 361

8.2.4 机油泵的限压阀 361

8.3.2 机油滤清器的分类 362

8.3.3 全流纸芯机油滤清器的设计和选择 363

8.3.4 离心式机油滤清器的选择 367

8.3.5 其它机油滤清器简介 369

8.4 机油冷却器设计 370

8.4.1 概述 370

8.4.2 板翅式机油冷却器的结构特点 371

8.4.3 拔翅式机油冷却器的选型设计及传热量的理论计算 372

8.4.7 板翅式机油冷却器加工工艺及焊接技术 376

8.4.6 板翅式机油冷却器材料的选用 376

8.4.4 板翅式机油冷却器单元体数的选择 376

8.4.5 板翅式机油冷却器“Z”型和“H”型结构的选择 376

8.4.8 机油冷却器的台架性能试验 377

8.5 机油盘、机油标尺、机油收集器、曲轴箱通风系统设计 379

8.5.1 机油盘设计要点 379

8.5.2 机油标尺设计要点 380

8.5.3 机油收集器设计要点 380

8.5.4 曲轴箱通风系统设计要点 380

9.1 概述 383

9.2 空气含尘量及发动机磨损 383

第9章 空气滤清器 383

9.3 过滤机理 384

9.3.1 离心分离 384

9.3.2 机械过滤 384

9.3.3 粘性吸附 384

9.3.4 静电沉析 384

9.4 空气滤清器的性有 385

9.4.1 流量—阻力特性 385

9.4.2 滤清效率 385

9.4.3 储灰能力 385

9.5 空气滤清器的典型结构 386

9.5.1 粗滤器 386

9.5.2 油浴式空气滤清器 387

9.5.3 湿式空气滤清器 388

9.5.4 干式空气滤清器 388

9.5.5 复合式空气滤清器 388

9.5.6 自动恒温空气滤清器 389

9.6 空气滤清器的设计计算 392

9.6.1 进气滤清系统的设计要点 392

9.6.2 空气滤清器总体方案的确定 392

9.6.3 计算空气流量 392

9.6.4 粗滤器设计 392

9.6.6 油浴式空气滤清器主要技术参数 394

9.6.5 滤芯设计 394

第10章 燃料供给系统 396

10.1 柴油机燃料供给系统 396

10.1.1 概述 396

10.1.2 柴油机燃料喷射系统 396

10.1.3 柴油箱与柴油管路 419

10.1.4 柴油车油门操纵机构及断油机构 421

10.2 燃油滤清器 423

10.2.1 柴油滤清器 423

10.2.2 汽油滤清器 426

11.1.2 冷却系结构 432

11.1.1 冷却系的功能及要求 432

11.1 概述 432

第11章 冷却系 432

11.1.3 冷却系重要总成的选型及设计要点 433

11.2 散热器设计 436

11.2.1 散热器发展趋势 436

11.2.2 散热器技术要求 438

11.2.3 散热器设计程序 440

11.2.4 散热器设计的基础参数 440

11.2.5 散热器结构型式、参数及材料设计 442

11.2.6 散热器设计计算实例 449

11.3.1 概述 453

11.3 水泵设计 453

11.3.2 离心式水泵的结构特点 454

11.3.3 水泵的性能参数 454

11.3.4 水泵应用范围和基本尺寸计算 457

11.3.5 水泵设计中的注意事项 462

11.3.6 水泵性能换算 462

11.4 风扇设计 463

11.4.1 概述 463

11.4.2 风扇结构型式及其特点 463

11.4.5 风扇的无因次参数 465

11.4.4 风扇的主要性能参数 465

11.4.3 风扇材料 465

11.4.6 风扇性能换算 466

11.4.7 风扇设计方法 467

11.4.8 风扇叶片强度及风扇的平衡计算 471

11.4.9 风扇安装条件对风扇性能的影响 472

附录 风扇主要结构参数表 473

第12章 汽油喷射系统 474

12.1 概述 474

12.1.1 汽油喷射的发展历史 474

12.1.2 汽油喷射系统的分类 477

12.2 机械式汽油喷射系统 479

12.2.1 K型汽油喷射系统的结构与基本工作原理 480

12.2.2 K型系统主要组成部件及功能 480

12.2.3 K-E型汽油机喷射系统的结构和工作原理 485

12.3 电子控制汽油喷射系统 487

12.3.1 电子控制汽油喷射系统的原理 489

12.3.2 燃料系统 500

12.3.3 空气系统 500

12.3.4 控制系统 500

12.3.5 电控系统的控制方案 501

12.4.1 喷油器 508

12.4 电子控制汽油喷射系统的传感器和执行元件 508

12.4.2 燃油泵 512

12.4.3 压力调节器 514

12.4.4 进气管压力传感器 515

12.4.5 空气流量传感器 515

12.4.6 节流阀位置传感器 521

12.4.7 发动机转速、曲轴位置传感器 522

12.4.8 氧传感器 524

12.4.9 温度传感器 526

12.4.10 爆震传感器 526

12.5.1 控制系统的组成 528

12.5 点火控制 528

12.5.2 点火时间的控制 529

12.6 怠速转速的控制 530

12.6.1 怠速转速控制（ISC）系统的构成 530

12.6.2 怠速转速的反馈控制 531

第13章 车用柴油机废气涡轮增压 532

13.1 废气涡轮增压的主要型式及增压器选型 532

13.1.1 废气涡轮增压系统的分类 532

13.1.2 废气涡轮增压器的基本结构 533

13.1.3 涡轮增压器的基本参数及应用名词术语 535

13.1.4 选择增压器的基本原则 536

13.1.5 涡轮增压器的具体选择方法 537

13.2 脉冲增压系统排气能量的利用 539

13.2.1 脉冲能量的利用 539

13.2.2 影响排气能量利用的主要因素 539

13.2.3 排气系统的设计 543

13.2.4 排气管结构尺寸的确定 544

13.3 柴油机与涡轮增压器的匹配计算 547

13.3.1 车用增压柴油机匹配运行点的选择 547

13.3.2 柴油机增压匹配计算 547

13.3.3 柴油机与增压器性能匹配的调整 552

13.4.1 机械负荷 554

13.4 柴油增压后应注意的几个问题 554

13.4.2 热负荷 555

13.4.3 增压柴油机的低速动力性 556

13.4.4 加速性 557

13.5 柴油机高原增压 559

13.5.1 高原气候条件与海拔高度的关系 559

13.5.2 随海拔升高发动机性能的变化 561

13.5.3 增压柴油机高原性能预测 563

13.6 柴油机增压中冷及中冷器设计 566

13.6.1 柴油机增压中冷的优点 566

13.6.2 中冷系统的基本型式 566

13.6.3 中冷器冷却芯子的结构型式 567

13.6.4 中冷器的基本参数 569

13.6.5 中冷器基本计算方法及计算步骤 570

13.6.6 中冷器阻力的计算 572

附录 577

附录1 增压匹配计算程序 577

附录2 单位换算表 578

附录3 气体的物性参数 579

附录4 几种材料的密度、导热系数、比热容和热扩散率 580

附录5 饱和水的物性参数 581

附录6 增压压力变化的原因及相关参数变化 582

附录7 中冷器翅片参数表 583

附录8 国外几种典型的径流涡轮增压器技术数据 585

附录9 美国Garrett公司T系列增压器流量范围及增压器外形尺寸 585

附录10 美国Garrett TO4B和T10型涡轮增压器压气机特性曲线 591

附录11 美国Garrett GT系列新一代增压器产品流量范围 592

附录12 德国K.K.K公司K系列增压器流量图和K27增压器压气机特性曲线 593

附录13 英国Holset公司H系列增压器流量范围 595

附录14 日本三菱重工业公司TD系列增压器主要参数表和流量及配机范围 597

附录15 国产增压器性能表、安装尺寸及GJ70A、GJ70C、J80-Y压气机特性曲线 598

附录16 几种国外增压柴油机系统例图 605

附录17 几种中冷器外形图 613

附录18 CA6110系列增压和增压中冷柴油机横剖面图及性能曲线 616