汽车内燃机设计 教学大纲、授课计划及教案

《内燃机设计》教学大纲

课程编号课程性质专业课程适合层次本科

先修课彳星热工理论与技术，发动机原理（一）后继课程《内燃机设计》课程设计

学分2.5总学时40理论30实验0上机10课外0

适用专业热能与动力工程（汽车发动机）

大纲制定人制定日期

大纲审核人审核日期

（注：课程性质是指公共基础课、学科基础课、专业课；适合层次为专科、本科或研究生课程）

一、课程的目的与任务

本课程为汽车工程学院热能与动力专业主要专业课之一。汽车内燃机是汽车关键性总成，对汽

车性能有决定性影响；汽车内燃机设计需要众多机械工程基础学科（理论力学、材料力学、材料工

程学、机械原理、机械设计等）和工程热力学、传热学、流体力学等相关学科知识，因而是一门综合

性、实践性很强的课程。

本课程的教学目标如下：

通过本课程教学，（1）培养学生全面地考虑各种复杂的工程对象、寻求各种因素间的协调以建

之较佳或最佳内燃机结构设计方案，为学生将来从事汽车内燃机工程打下坚实基础。（2）能应用现

代设计手段从事汽车内燃机设计。

课程教学目标对专业培养要求的支撑

专业培养要求指标点

12

工程知识

问题分析V

设计/开发解决方案V

研究V

使用现代工具

工程与社会V

环境和可持续发展V

职业规范V

个人和团队V

沟通能力V

终身学习能力

二、理论教学要求

1、了解内燃机发展史、内燃机的优缺点及其作为汽车动力的前景。

2、学习汽车内燃机总体设计，掌握汽车对驱动单元的要求、汽车内燃机类型选择（针对不同用

途：载重汽车、客车和轿车）、主要结构型式、主要参数。

3、掌握内燃机动力学计算，曲柄连杆机构的力学、作为汽车驱动单元的内燃机平衡——外部平

衡，悬置设计，内燃机的内部平衡，掌握曲轴系统的扭转振动与传动系的扭转振动。

4、掌握内燃机机体设计要点，了解机体的功能，掌握缸体与缸盖设计。

5、掌握曲柄连杆系统设汁，包括曲轴与飞轮、连杆组、活塞组、活塞环与密封设计要点。

6、掌握内燃机配气系统设计，了解内燃机的配气系统：配气机构型式，凸轮与气门机构。掌握

配气机构设计

7、掌握润滑系统设计方法，了解润滑系统的组成与功能，掌握润滑系统主要部件设计

8、掌握冷却系统设计方法，了解内燃机的热量平衡图、冷却系的任务，掌握冷却系统热计算和

主要部件设计。

9、了解内燃机设计新技术，掌握现代设计手段在内燃机设计中的应用。

三、实践教学要求

实验项目的设置及学时分配

实验（上机）学时10应开实验项目个数3

序号实验项目名称实验要求学时分配实验类型备注

1AVLTimingDrive模块功能训练必修4设计性

2AVLExciteDesigner模块功能训1练必修2设计性

3AVLPiston&Rings模块功能训练必修4设计性

四、学时分配

学时分配

序号课程内容

讲课实验上机课外小计

1绪论22

2汽车内燃机总体设计48

3内燃机动力学与平衡6414

4内燃机机体设计218

5曲柄连杆机构设计4222

6配气机构设计2428

7润滑系统设计432

8冷却系统设计436

9内燃机设计新技术（讲座）240

合计301040

五、课程有关说明

1、本课程体现以下几点：①课堂教学为主；②以汽车发动机为对象，不涉及其他类型内燃机;

③尽量以较新或最新汽车内燃机产品为例。

2、因为内燃机设计的基础知识面很广，因此，本课程仅能起到入门的指导作用，所用教材内容

较多，不能一一讲授。教材中较深入部分可作为将来从事技术工作的参考。

3、为了把全课程的内容连贯起来，一个很重要的提高教学效果的方式是安排课程设计，课程设

计另作说明。

4、考试形式：考试，闭卷。总评成绩：试卷：70%,平时成绩：30%。

六、建议使用教材及参考书目

[1]袁兆成.内燃机设计.机械工业出版社.2012年第2版

[2]周龙保、高宗英等.内燃机学.机械工业出版社.2005年第2版

[3]徐兀.汽车发动机现代设计.机械工业出版社.1991

[4]柴油机设计手册编辑委员会柴油机设计手册.中国农业机械出版社.1984

课程教学计划进度表

（〜学年第学期周〜周）

课程编号：

课程名称：汽车内燃机设计

主讲教师：

系（教研室）：

学院（部）

填写日期：年月日

授课对象

学时分配

专业班级人数总学总学授课实验匕机

分时

2.54030010

教材名称（编著者.名称.出版社，出版时间）：

韩同群.汽车内燃机设计.机械工业出版社.2022年第1版

主要参考书（编著者.名称.出版社，出版时间）:

口］周龙保、高宗英等.内燃机学.机械工业出版社.2005年第2版

［2］徐兀.汽车发动机现代设计.机械工业出版社.1991

［3］柴油机设计手册编辑委员会柴油机设计手册.中国农业机械出版社.1984

课程考核说明及要求：一

考核方式

1.考试要求：统一出卷，流水批卷。

2.考试形式：闭卷。

2.总评成绩：试卷：70%；平时成绩：30%。

教学过程设

教学内容安排

周日讨论、

时数（写明章、节，明确学习计及教学后记

次期作业或思考

的重点难点）授课方式

第一章内燃机设计总论

1）内燃机设计（开发）与车企研

发模式。

2）▲企业研发工程能力建设对投影

大学生知识

研发人才需求。板书

19.62与能力储备

3）▲优秀的汽车工程师具备综讲授

合的素质和能力。提问

4）本课程《汽车发动机设计》讨论

的作用。

5）课程的学习方法和考核

第一节内燃机设计的一

般流程

1）决策设计（宏观）和技

术设计（微观）。

2）内燃机开发中主要计算

内容。

3）▲新产品开发过程。投影

为一款新车

4）汽车发动机开发的几个板书

型匹配合适

19.82重要选择。讲授

第二节内燃机的主要设的发动机

提问

计指标

讨论

第三节内燃机的选型

第四节内燃机的主要参

数的选择

▲汽车内燃机性能指标和

主要参数的选择（结合内燃机

原理）。

第五节汽车内燃机现代

设计技术1）内燃机设计中的

CAD技术一一数字化产品开发投影布置作业一

29.132手段。板书车用内燃机

2）内燃机设计中的CAE技术讲授选型

-工程计算与动态模拟提问

3）现代试验方法（略）讨论

第二章曲柄连杆机构受

力分析投影

第一节曲柄连杆机构运板书

29.152动学讲授

▲第二节曲柄连杆机构提问

的作用力（动力学）讨论

绘图、推导、上机

第三章内燃机的平衡

第一节内燃机的平衡的

概念

▲第二节旋转惯性力平

多媒体教讨论分析：

衡性分析

39.142学、课件演直列式多缸

▲第三节往复惯性力平

示、讲授、机的平衡

衡性分析

视频

▲第4节直列式多缸机

的平衡

绘图、推导、上机

第四章曲轴系统的扭转

振动

第一节扭转振动的基本概

念（问题的提出）。

第二节扭转振动系统计

算方法。▲口内燃机当量系统

2）自由振动计算

第三节强迫振动与共振

的计算1）轴系当量化简的基课件演示、

本假定-转动惯量

讲授、视频、

2）轴系当量化简的基本假讨论：减振

39.202讨论

定-扭转刚度器讨论

3）轴系当量化简的基本假

定-阻尼

第四节曲轴系统激发力矩

▲第五节曲轴系统强迫

振动与共振的计算

计算结果价值与分析

第六节扭转振动的消减措

施▲减振器讨论

第七节扭转振动的现代

测试与分析方法。

1）延伸讨

第六章曲轴飞轮组设计

论：曲轴的

第一节曲轴的工作状况、设

制造过程和

计要求和材料选择。

课件演示、工艺措施

第二节曲轴的结构设计

讲授、视频、

1）曲轴形状设计

49.272讨论

2）曲轴材料与相宜的工艺

2）曲轴强度

第三节曲轴的疲劳强度校核。

研究与计算

▲第四节提高曲轴的疲劳强

（研究课

度的结构措施和工艺措施。

题）

第五节飞轮的设计

上机：

AVLExciteDesigner功

能：

1）轴承分析刚性轴瓦的液

49.292

动轴承计算扭振

2）自由和强迫振动分析

3）曲轴强度计算：基于应

力集中系数的确定。

第五章内燃机配气机构

（系统）设计

第一节配气机构的形式

及评价方法

思考：考虑

▲气门通过能力的评价

动力学因

第二节配气机构运动学

课件演示、素，凸轮型

610.112与凸轮型线设计

讲授、讨论线如何修

1）平底挺柱运动规律

正？

▲2）凸轮型线设计

第三节配气机构动力学

第四节凸轮轴及驱动件

设计

上机：

AVLTimingDrive模块入门：

1）分析部件：凸轮、凸轮

轴、径向/推力轴承、皮带、链

条、张紧器、齿轮等。

2）凸轮型线设计和修改（运

动学）一满足气门升程、曲率、

接触应力等。

610.1323）单配气机构或整个正时

驱动系动力学计算一如气门座

力、轴承力、弹簧力，以反映

飞脱和反跳等现象。

4）链条和皮带传动系一如

张紧器分析，链条或皮带的受

力和纵向振动等。

5）齿轮传动和齿轮箱动力

学一啮合力、传动特性等。

第七章连杆组设计

第一节连杆的设计

▲1）连杆组件的受力特点

2）连杆基本尺寸思考：

第二节连杆螺栓的设计提高连杆螺

710.182▲连杆螺栓设计（考虑受课件演示、栓强度的措

力与疲劳）讲授、图片、施

▲第三节提高连杆螺栓讨论

强度的措施

第四节连杆强度的计算

方法

第八章活塞组设计

第一节活塞设计

▲讲解：一份完整的工作

图

活塞销的特点（简而复杂）

讨论：手绘

710.202第二节活塞的结构设计

课件演示、一份工作图

矛盾与处理

讲授、图片、

矛盾：轻一强一刚一耐热一耐

讨论

磨一密封

处理：适当组合+具体技术措施

第三节活塞环的设计

810.252Piston&Rings模块入门

第九章内燃机滑动轴承设计

第一节滑动轴承工作条件

和材料要求

1）工作条件

2）结构与材料

3）设计中考虑的几个问题课件演示、

（参数）

讲授、图片、思考：计算

▲4）液体动力学轴承分析

810.272视频结果的可信

▲液体动力学轴承分析

度

▲利用EXCITEDesigner计

算液体动力轴承。

第二节轴瓦的结构设计

第二节轴心轨迹

第十章机体与汽缸盖的

设计

第一节机体设计

第二节汽缸与缸套设计课件演示、

设计讲授、视

第三节汽缸盖设计

频、、讨论讨论：机体

▲1）部件作用与工作条

910.262设计与制造

件、设计原则

工艺

2）几个示例

3）制造方法

▲4）内部结构

5）密封问题

第十一章内燃机的润滑、

冷却系统

第一节润滑系统

1）润滑系统的任务和设计

要求讨论：冷却

911.122）几个参数课件演示、系统的精确

第二节冷却系统讲授、视调节与控制

1）冷却系的作用和设计要频、、讨论

求

2）几个参数

补充1：请企业工程师讲

911.32解车用内燃机开发，（东风公司

发动机厂）

课件演示、

讲授

补充2：请企业工程师讲

解车用内燃机关键零部件开发课件演示、

1111.82

——活塞，（东风公司活塞轴瓦讲授

厂）

知识点复习，软件训练复

1111.102

习

系（教研室）主任签字:年月日

内燃机设计课程教案

第一章内燃机设计总论

内燃机设计必须根据具体的用途，从内燃机的设计要求和设计指标出发，按一定的

设计试制过程及方法进行。在设计工作中，最重要的是总体设计，既首先进行正确选型,

确定主要结构参数与总布置，然后进行主要零部件与辅助系统的具体设计。本章主要介

绍内燃机的设计要求、设计指标、设计试制过程与一般设计方法，以及内燃机零件强度

计算的基础知识。

第一节内燃机主要设计要求、设计指标与一般设计方法

一、内燃机的设计要求

内燃机的设计应满足使用和制造方面的一系列要求。这些要求是：动力性满足使用

要求；燃油及机油消耗率要低；工作应安全可靠，寿命要长；外形尺寸小，重量应轻；

工作适应性好；起动应迅速可靠；使用维修应简便；排放污染应少，噪声要小；工艺性

好，制造应方便；造价应低廉等。

事实上，一台内燃机要满足上述所以要求是很困难的。因为其中有些要求相互矛盾。

同时，内燃机具体用途不同，这些要求的重要性也不相同。因此，必须根据内燃机的具

体胜任，在得保证主要设计要求前提下，尽量满足其它要求。

（一）汽车、拖拉机等车用内燃机的设计要求

车辆内燃机是车辆的心脏，车辆性能的好坏，在很大程度上决定于内燃机的优良与

否。

这些内燃机的共同特点，都是大批量生产，功率范围和结构布置都比较相近，在结

构设计和总布置设计时，许多考虑都是共同的。

要求尽可能采用一般钢材，零部件的工艺性要好，要适合于大量生产。附属系统（供

油系、起动机、三滤、散热器等），往往都是专业化生产的，就更符合“三化”（产品系

列化、零部件通用化、零件设计标准化）的现实，并根据工作情况的需要改变其标定功

率、标定转速，同时来适应汽车、拖拉机等各种需要，来实现“一机多用工如135系

列。

具体要求：

①高的动力性能。功率、扭矩、使用转速范围，均适合于工作机械的需要。

②高的燃料经济性。必须注意部分负荷和不稳定工况下的经济性。

③高的工作可靠性和足够的使用寿命。

汽车（运输）内燃机：30~60万公里。

拖拉机:6000^10000小时。

④结构紧凑，外形小，重量轻。

此外，对内燃机的起动性和制造工艺性以及使用维修方便性的要求也是很重量的。

设计的结构措施应在保证满足主要要求的前提下，尽可能地照顾到其他要求。

（二）工程机械内燃机的设计要求

工程机械内燃机的特点是使用地域广阔，气候差异甚大，使用条件，随配套机械而

不同，对于工作环境恶劣，承受冲击力和急剧的变速，变负荷以及经常超负荷下工作的

机械，一般采用专门设计的内燃机；对于工作条件较好的，可采用汽车、拖拉机内燃机

经变型后使用。

对专用的工程机械内燃机的主要要求，除了与汽车、拖拉机内燃机相同之外，还要

求能够在斜坡上安全作业，在寒带工作能保证起动，在热带工作应不产生过热，并能适

应高原工作。在城市作业，特别是在坑道作业的工程机械的内燃机，还要求其排放污染

少，噪声小。

二、内燃机主要设计指标

（一）动力性指标

内燃机的动力性指标是指内燃机的标定功率，标定转速，活塞平均速度，平均有效

压力及扭矩，这些指标是根据配套的使用要求而确定的。

1、标定功率：

内燃机的有效功率按以下公式计算：

内燃机有效功率的标定随用途和使用技术的不同，按内燃机台架试验方法国家标准

（GB1105-74）规定分以下四种：

（1）15分钟功率一一内燃机连续运转15分钟的最大有效功率。适用于汽车，摩托

车，摩托艇等的功率标定。

（2）1小时功率标定——内燃机连续运转1小时的最大有效功率。适用于工业拖拉

机工程机械，内燃机车，船舶。

（3）12小时功率一一内燃机允许连续运转12小时的最大有效功率，适用于农用拖

拉机，农用排灌动力，内燃机车，内河船舶等的功率标定。

（4）持续功率一-内燃机允许长期连续运转的最大有效功率，适用于船舶，电站,

农业排灌动力等功率标定。

由此，汽车内燃机功率是按15分钟功率的；工业拖拉机内燃机功率是按1小时功

率的；农业拖拉机内燃机功率是按12小时功率的；工程机械内燃机功率是1小时功率

标定，而农用内燃机则随具体配套机械的不同，按照12小时的功率或持续功率标定。

现代汽车内燃机，为了满足在较大范围内变速，变负荷，以及要求具有良好的加速

性，一般汽车吨功率为4.4--51.5kwo其中重型重汽车功率一般4.4--7.4kw而中.轻

型汽车，特别是小汽车，吨功率可达到51,5kw甚至更大。汽车内燃机的标定功率一般在

15--370kw左右。

拖拉机内燃机的标定功率是根据拖拉机具体用途而确定的。手扶，小四轮拖拉机内

燃机一般在2.2—8.8kw；大型轮式拖拉内燃机一般在58--88kw左右；连式拖拉机一般

在25.7-—88.3kw左右。

一般工程机械内燃机的标定功率在14.7~58.9kw左右，由于目前工程规模不断扩大,

建设周期要求缩短，因此需要高工效的工程机械。工程机械正向着大型化、高速化、高

功率化方向发展。如单斗挖掘机容量以达8m功率为588.8kw。推土机已有88吨级，

功率为467.4kw,120吨刮土机的功率达到515.2kw。目前368~736kw的工程机械内

燃机已很多。

农用内燃机的标定功率，随配套机具而不同，一般从L18kw到110.4kw的都有。

2、标定转速和活塞平均速度。

内燃机的标定转速和活塞平均速度是内燃机在标定功率时的转速和活塞平均速度。

提高内燃机的标定转速与活塞平均速度是提高内燃机单位体积功率有效措施之一。(内

燃机的转速影响其结构形式与性能。)但内燃机转速和活塞平均速度的是提高内燃机单

位体积功率有效措施之一。(内燃机的转速影响其结构与性能。)

(1)提高转速使活塞平均速度升高。运动件的惯性力增加，使内燃机的机械负荷

增大，工作频率增加，工作循环次数增加，使活塞、气缸盖、气缸套、排气门等零件的

热负荷增加，受热程度增加。

(2)提高转速内燃机摩擦损失功率增加，机械效率低，因而使燃油消耗升高。在

液体摩擦和半液体摩擦中，摩擦阻力与速度成正比，即与活塞的平均速度成比例。同样

的转速下，当行程较短时，活塞平均速度较低，同时运动件的惯性力较小，故转速较高

的内燃机往往采用较短的行程。

(3)提高转速时活塞平均速度增加，作用于曲柄连杆机构零件的惯性力增加，加

速磨损，特别是活塞环和气缸套的磨损加剧，缩短使用寿命。

(4)提高转速使内燃机的平衡和震动问题更加突出，噪音也随之增大。

(5)提高转速使进排气阻力增加，使充气系数下降。柴油机还受到过后燃烧的限

制，涡流和预燃室柴油机中燃烧速率较高，汽油机是一种扰流燃烧。转速愈高扰流速度也

越高，火焰传播速度增加，故汽油机转速提高受过后燃烧的限制较小，加上汽油机由于

防止爆震的原因。气缸直径一般做得比柴油机小，故汽油机的转速一般比柴油机高。

采用短冲程而提高转速，使活塞平均速度在不至于过高的情况下，来提高内燃机的

单位体积功率。

现代汽车内燃机的标定转速在2000^3000r/min之间，（个别小排量短行程汽车内燃

机可提高转速达到此为止400/min）,活塞平均速度一般在场7.5~12.5m/min之间。现代

拖拉机内燃机的标定转速在案1500~2500r/min之间。活塞平均速度在场7~1lm/min。农

用内燃机标定转速范围较大，为400~6000r/min之间。

3、平均有效压力

内燃机在标定功率时的平均有效压力表示内燃机整个工作过程完善性和热力过程

强烈程度的重要指标之一。它决定于混合气的形成方法、燃料的种类、混合气的形成的

过程、燃烧过程、与换气过程的质量、机械效率、进气压力和温度以及内燃机的冷却方

式和冲程数等。提高平均有效压力是目前提高内燃机单位体积功率的有效措施。目前提

高内燃机平均有效压力的方法。除了改善混合气形成过程、燃烧过程、换气过程以及较

少内燃机机械损失、等之外。柴油机采用增压方式。由于提高平均有效压力的同时必须

解决一系列技术上的困难，因此平均有效压力的大小在一定程度上反映了所设计内燃机

的先进程度。

汽车、拖拉机在标定功率时平均有效压力一般在此期间0.5~0.9mpa之间；工程机

械内燃机一般在0.7~0.8之间。农用内燃机一般在此期间0.5~0.7mpa之间.

4、扭矩

内燃机的标定功率和标定转数确定之后，在标定工况下的扭矩也就确定了。

NPNe

Me=--x30000=9550x——（牛顿/米）

3-14nn

汽车、拖拉机、工程机械和部分农用内燃机除对功率和转数有要求外，还要求具有

一定的扭矩储备，即要求具有较好的扭矩特性。

扭矩特性一般用扭矩储备系数又称扭矩适应性系数。Um和转速适应性系数Kn及两

者的乘积一一总适应系数K或总弹性系数U

Mp

〃,"=空线Memax最大扭矩MN标定工况下

MeN

的扭矩

4=nN标定转速〃Memax最大扭矩对应的

“Memax

转速

扭矩适应性系愈大，内然机适应外界阻力变化的能力愈强。对车辆可减少换档的次

数，轻驾驶员的疲劳程度。转速适应系数愈大，工作愈稳定，对车辆，可减少机械传

动变速的排档数，从而简化传动机构。

（二）经济性指标

内燃机的经济性指标是指生产成本，运转中的消耗，（燃油.机油）以及维修费用等，

这些通常都是以燃油消耗率和机油消耗率，特别是燃油消耗率作为内燃机经济性的主要

指标。

1、燃油消耗率

内燃机的燃油消耗率是随运转工况不同而变化的，一般常以标定工况时每千瓦有效

功率每小时所消耗的燃油的克数作为衡量指标。燃油消耗率，主要与内燃机的工作过程,

燃烧室的结构，以及机械效率等有关。

汽车、拖拉机、工程机械、汽油机的燃油消耗率一般在ge=265~340g/kw・h之间；

柴油机ge=215~270g/kw-h；农用汽油机ge=270-400g/kw-h；柴油机

ge=220~260g/kw-ho

2、机油消耗率

内燃机的机油消耗率是以内燃机在标定工况时，每千瓦时所消耗的机油量的克数来

表示。它与活塞的密封性以及轴承的设计有密切的关系。

内燃机标定工况下的机油消耗率为0.8~4g/kwh。

（三）紧凑性指标

内燃机的紧凑性指标通常是指内燃机的重量和外形尺寸指标，它是评价内燃机结构

紧凑性和金属材料利用程度的一个指标。各种类型的内燃机对重量和外形尺寸指标的要

求不同：汽车内燃机对重量和外形尺寸的要求是尽量小，而拖拉机、工程机械和一般农用

机械内燃机则可以稍大一些。

比重量（衡量内燃机重量的指标）

G

g=—（kg/kw）

wNe

G：内燃机净重，即不包括燃油机油.冷却水以及其它不装在内燃机本体

上的附属设备重量。

汽车柴油机gw=1.5-3kg/kw,汽车汽油机gw=1-3kg/kw,拖拉机与工程机械柴

油机gw=4-5kg/kw,农用柴油机gw=7.6kg/kw。

衡量内燃机外形尺寸的指标：单位体积功率N

Nv==（kw/m:i）V内燃机外形体积

V

Nv=x--NLX--NLIC（kw/m：i）

VHVV

单位体积功率决定于升功率M、排量V”、外形体积V。

K称为总布置紧凑系数。

要提高单位体积功率，除了必须提高升功率外，还应该尽量提高总体布置结构的紧

凑性，内燃机的结构紧凑性，除了与内燃机主要机构结构的布置方案直接有关外，并与

附件的大小和布置有很大的关系，所以设计时不仅要注意内燃机主要机构的结构紧凑

性，还应该注意研制结构尺寸小而性能好的附件。

单位体积功率对一般内燃机的设计不是十分重要。

（四）可靠性与耐久性指标

内燃机的可靠性是指内燃机在设计规定的使用条件下，具有持续工作，不致因故障

而影响内燃机正常工作的能力。在我国，可靠性指标通常是以在保证期内（有的称为险

期），不停车故障次数，停车故障次数，以及更换零件和非主要零件的数目来表示。

主要零件是指：气缸盖、活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦、连杆螺杆、曲

轴、机体、曲轴箱、凸轮轴、进排气门、气门弹簧、摇臂、调速弹簧、调速飞锤、销子,

高压泵凸轮轴与柱塞精密偶件、出油阀偶件、机油泵、齿轮、驱动轮、增压器等。

汽车、拖拉机、工程机械内燃机的保证期一般在1500~2000小时，农用柴油机的保

证期为出厂后一年内保证使用1500小时，汽油机为500小时。

汽车、拖拉机、工程机械和农用内燃机在保证期内不便换主要零件。

根据可靠性理论，对内燃机这类可修复产品，通常采用可靠度、准确度、有效度、故

障率、修复率、平均故障间隔式平均无故障时间，平均修复时间，可靠寿命，使用寿命

等作为衡量可靠性的指标。但目前一般还只采用保证期中的故障情况，以及使用寿命作

为衡量内燃机可靠性指标。并以使用寿命作为衡量内燃机耐久性的指标。

使用寿命是指内燃机从开始使用，到第一次大修前累计运转的小时数，式车辆行驶

的公里数。

载重汽车柴油机的使用寿命一般为（30~60）XIO,Km,（约7500"15000h）；工程机

械柴油机的使用寿命一般为6000^15000h,农用柴油机的使用寿命为6000^8000ho

（五）适应性指标

内燃机的适应性指标提指适应不同地理条件，不同气候条件的工作能力以及适应多

种燃料的能力。

适应不同地理条件的能力，通常是指内燃机适应高原工作的能力，适应风砂泥泞等

恶劣环境的能力，以及在倾斜路面运转所能达到的坡度等。汽车、拖拉机要求能在前、

后倾斜20°~30°侧向倾斜20°左右的情况下正常工作。

适应不同气候的工作能力，是指内燃机在高温地区不会过热，在高寒地区能够迅速

起动。汽车、拖拉机，工程机械内燃机一般要求能够在正负40°气温范围内良好地工作。

适合多种燃料的能力，是指内燃机能够使用柴油、汽油、煤油等不同燃料来工作。

（六）运转性能指标

内燃机运转性能指标，主要是指操纵使用是否方便，运转是否平稳，起动性与加速

性的好坏等。

操纵使用方便，指使用人员不需要很特别的专门技能，即可容易地操作，而且维护

保养方便。

运转平稳是指内燃机平衡良好，振动小。

起动性好，即指内燃机起动风速可靠，一般内燃机要求在一5℃气温下不附加任何

辅助装置就能顺利起动，而在更低的温度下（低到-40℃）利用一些辅助装置也能迅速

起动。

内燃机加速性的好坏，一般是以内燃机从惰转加速到全负荷的时间长短来表示。车

用内燃机要求愈短愈好。汽车、拖拉机、工程机械内燃机一般为5~10s。

（七）低公害指标一一人类环境保护对内燃机的要求

低公害指标，是指噪声与排气污染。

噪声对人体有害。国际标准组织（ISO）提出，为保护听力，每天工作8h,允许噪

声为90dB。工作时间减少一半，允许值可提高5dB。在任何情况下，不允许超过115dB。

内燃机噪声一般为85~110dB,通常汽油机噪声较柴油机低。规定汽车噪声的允许值，不

超过90dB。严格一些的国家，规定不超过75dB或80dB。

为防止大气污染，很多国家对汽车内燃机排放出的废气中的有害成份都有明确限

制。我国汽车内燃机排放标准，已于1980年开始进行，主要制订了《汽油机点速时，

Co,HC排放浓度限值》、《柴油机自由加速烟度排放》、《汽车柴油机全负荷排放》和《汽

车柴油机全负荷烟度排放》等国家标准。

三、内燃机设计工作中的“三化”

内燃机的产品系列化，零部件通用化，零件设计标准化统称为内燃机和设计的''三

化内燃机的“三化”是属于产品质量管理问题。它对提高产品质量、降低产品成本,

发展新产品，合理组织企业生产，提高劳动生产率，便于使用，维修和配件供应。零件

互换等都是具有重要的作用。

（一）产品系列化

内燃机的系列化是指以极少的基本规格尺寸，（一般以气缸直径和冲程）为内燃机

通过改变气缸数目及其排列形式、增压度、转速、燃料、零件材料或增加若干附件等方

法来扩大其功率范围，改变其轮廓尺寸等。发展品种繁多变型，同一系列的内燃机要求

主要结构相同，主要零件尽可能通用，易损件要能互换，否则不能称为同一系列的内燃

机。

以135系列柴油机为例，在135基本型的基础上设计了48种型号柴油机成批生产。

其中基本型4种，基本型增压3种，专用4种，工程机械9种，船舶主辅机13种，农

用排灌动力6种，电站动力5种，柴油发电机组4种。功率范围从29〜300KW。

（二）零部件通用化

零部件通用化是指一系列的机型中，各机型的零部件能够互换通用并尽量要用标准

件，不同类别的柴油机在设计时也要考虑某些零部件在可能的情况下尽量与别系列的机

型可以相互通用，如：起动机，发电机，高压油泵，机油泵'化油器，机油滤清器，煤

油滤清器，空气滤清器，水箱，风扇等。

表征内燃机系列产品的通用化程度：

通用零件数

零件通用化系数=

总零件数（不包括标准件）

通用零件品种数

零件品种通用化系数=

总零件品种数（不包括标准件）

通用零件数+标准件数

总通化系数=

总零件数（包括标准件）

以135为例，2135G,4135G,12V135G总通用化系数分别达到90.9%,95.5%,75.9%。

（三）零件设计标准化

零件设计标准化是指在进行零部件设计时应尽可能按照国家标准和部标准式厂标

来决定零部件的尺寸，结构，材料，技术条件等。并按照标准绘制零件图，部件图。遵

照国家规定的使用名词和术语等。

第二节内燃机设计的一般程序和方法

一、内燃机设计的一般程序

内燃机的种类繁多，其主要设计要求，设计指标及生产批量等相差悬殊，因此具体

的设计试制过程也各不一样，对于批量生产的新型内燃机设计试制的主要过程，大体为

四个阶段。

（一）方案调查和拟定技术任务书阶段

接受新产品设计任务后，进行广泛的调查研究并收集有关资料，其内容如下：

1、调查使用和生产单位，广泛听取他们对内燃机性能操作使用，维护保养等方面

的意见，经验和要求。

2、调查生产单位的工艺条件，技术水平和设备情况，使新产品设计能符合生产实

际。

3、广泛收集国内外同类产品的性能参数，结构方案，材料，工艺水平，以及产品

发展和生产过程中的经验和教训，必要时可选择适当内燃机作为设计原准机（即可参考

内燃机）。

在调查研究收集资料的基础上，可拟定技术任务书。技术任务书的内容，由于具