內燃機構造與原理（第3版）

緒論 1

0.1 引言 1

0.2 往復活塞式內燃機 1

0.3 轉動式內燃機 4

0.4 內燃機的發(fā)展趨勢 5

第1章 內燃機的工作原理和總體構造 8

1.1 內燃機的基本結構、術語及類型 8

1.1.1 基本結構 8

1.1.2 基本術語 11

1.1.3 內燃機的分類 13

1.2 四沖程內燃機的工作原理 16

1.2.1 四沖程汽油機的工作原理 16

1.2.2 四沖程柴油機的工作原理 17

1.3 二沖程內燃機的工作原理 18

1.3.1 二沖程汽油機的工作原理 18

1.3.2 二沖程柴油機的工作原理 19

1.3.3 汽油機與柴油機、四沖程與二沖程內燃機的比較 20

1.4 發(fā)動機的性能指標 20

1.5 內燃機的編號規(guī)則 22

思考題 24

項目教學任務單 25

第2章 曲柄連桿機構 29

2.1 概述 29

2.2 曲柄連桿機構的受力 29

2.3 機體組 31

2.3.1 機體組的功用及組成 31

2.3.2 機體 32

2.3.3 曲軸箱 35

2.3.4 汽缸蓋 35

2.3.5 汽缸墊 37

2.3.6 發(fā)動機的支承 38

2.4 活塞連桿組 38

2.4.1 活塞 39

2.4.2 活塞環(huán) 44

2.4.3 活塞銷 48

2.4.4 連桿 49

2.4.5 連桿軸瓦 50

2.5 曲軸飛輪組 51

2.5.1 曲軸 51

2.5.2 飛輪 58

2.5.3 曲軸扭轉減振器 59

思考題 60

項目教學任務單 61

第3章 配氣機構 67

3.1 概述 67

3.2 配氣機構的布置及傳動 67

3.3 配氣相位和氣門間隙 71

3.3.1 配氣相位 71

3.3.2 氣門間隙 73

3.4 配氣機構的主要零部件 74

3.4.1 氣門組 74

3.4.2 氣門傳動組 78

3.4.3 可變式配氣機構 82

思考題 87

項目教學任務單 88

第4章 汽油機燃油供給系 92

4.1 汽油機燃油供給系的組成 92

4.1.1 汽油機燃油供給系的功用 92

4.1.2 汽油機燃油供給系的組成 92

4.2 燃油供給裝置 93

4.3 空氣供給和廢氣排出裝置 95

4.3.1 空氣濾清器 95

4.3.2 進氣管與排氣管 96

4.3.3 排氣消音器 97

4.3.4 催化轉化器 97

4.4 可燃混合氣體和汽油機性能關系 98

4.4.1 汽油 98

4.4.2 空燃比 101

4.4.3 可燃混合氣 101

4.5 汽油直接噴射系統(tǒng) 104

4.5.1 概述 104

4.5.2 燃油噴射系統(tǒng)的種類 105

4.5.3 典型電控汽油噴射系統(tǒng) 107

4.5.4 電控汽油噴射系統(tǒng)主要組件的構造和工作原理 111

4.6 電噴發(fā)動機的傳感器 116

4.6.1 空氣流量計 116

4.6.2 壓力傳感器 121

4.6.3 節(jié)氣門位置傳感器 123

4.6.4 氧傳感器 124

4.6.5 溫度傳感器 126

4.6.6 爆震傳感器 126

4.6.7 曲軸位置傳感器 128

4.6.8 轉速傳感器 131

思考題 131

項目教學任務單 132

第5章 柴油機燃油供給系 135

5.1 概述 135

5.2 柴油及其使用性能 136

5.3 柴油機混合氣形成和燃燒室 137

5.3.1 可燃混合氣的形成與燃燒 137

5.3.2 燃燒室 138

5.4 柴油機的燃燒過程 140

5.4.1 著火的條件和特點 140

5.4.2 燃燒過程 140

5.4.3 對燃燒過程的要求 143

5.4.4 影響燃燒過程的運轉因素 144

5.5 噴油器 146

5.5.1 孔式噴油器 146

5.5.2 軸針式噴油器 148

5.5.3 燃油的噴霧 149

5.6 噴油泵 150

5.6.1 柱塞式噴油泵的工作原理 150

5.6.2 柱塞式噴油泵的構造 152

5.6.3 柱塞式噴油泵實例 158

5.6.4 轉子分配式噴油泵 159

5.7 P-T燃油系統(tǒng) 163

5.7.1 P-T燃油系統(tǒng)的組成 163

5.7.2 PT燃油泵 164

5.7.3 PT噴油器 167

5.7.4 P-T燃油系統(tǒng)的特點 168

5.8 電控柴油機噴射系統(tǒng) 169

5.8.1 電控柴油機噴射系統(tǒng)基本工作原理 169

5.8.2 柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的類型 169

5.8.3 高壓柴油共軌系統(tǒng)的組成 170

5.8.4 柴油機電控噴射系統(tǒng)控制策略 172

5.8.5 柴油機電控噴射系統(tǒng)故障診斷 173

5.9 柴油機供給系輔助裝置 174

5.9.1 燃油箱 174

5.9.2 燃油濾清裝置 175

5.9.3 輸油泵 177

5.9.4 油水分離器 177

思考題 178

項目教學任務單 179

第6章 發(fā)動機潤滑系 181

6.1 潤滑系的功用及潤滑方式 181

6.1.1 功用 181

6.1.2 潤滑方式 182

6.2 潤滑油 182

6.2.1 機油的使用特性及機油添加劑 182

6.2.2 機油的分類 183

6.2.3 機油的選用 184

6.3 潤滑系的組成和潤滑油路 185

6.3.1 組成及各機件的作用 185

6.3.2 發(fā)動機潤滑部位及油路 186

6.4 潤滑系的主要機件 188

6.4.1 機油泵 188

6.4.2 機油濾清器 189

6.4.3 機油散熱器和冷卻器 193

6.4.4 閥門 194

6.4.5 油尺和機油壓力表 195

6.5 曲軸箱通風 195

6.5.1 自然通風 195

6.5.2 強制通風 196

思考題 197

項目教學任務單 198

第7章 冷卻系 200

7.1 冷卻系的功用及冷卻方式 200

7.1.1 功用 200

7.1.2 冷卻方式 201

7.2 水冷系統(tǒng) 201

7.3 水冷系統(tǒng)的主要機件 203

7.3.1 散熱器 203

7.3.2 風扇 205

7.3.3 水泵 206

7.4 冷卻系統(tǒng)的調節(jié)和冷卻液 207

7.4.1 改變通過散熱器的空氣流量 207

7.4.2 改變通過散熱器的冷卻水流量 210

7.4.3 冷卻液和防凍液 212

7.5 風冷系統(tǒng) 212

思考題 214

項目教學任務單 215

第8章 起動系統(tǒng) 217

8.1 概述 217

8.1.1 起動條件 217

8.1.2 起動方式 218

8.2 電力起動裝置 218

8.2.1 組成 218

8.2.2 直流電動機 218

8.2.3 操縱機構 220

8.2.4 離合機構 221

8.2.5 減速起動機 223

8.3 改善冬季起動性能的措施 224

8.3.1 電熱塞 224

8.3.2 進氣預熱器 225

8.3.3 減壓裝置 225

8.3.4 起動液噴射裝置 225

思考題 226

項目教學任務單 227

第9章 汽油機點火系統(tǒng) 229

9.1 概述 229

9.1.1 點火系統(tǒng)的功用 229

9.1.2 點火系統(tǒng)的類型 229

9.1.3 點火系統(tǒng)的基本要求 230

9.2 蓄電池點火系統(tǒng)的組成與工作原理 230

9.2.1 蓄電池點火系統(tǒng)的組成 230

9.2.2 蓄電池點火系統(tǒng)的工作原理 232

9.3 蓄電池點火系統(tǒng)的主要部件 232

9.3.1 分電器 232

9.3.2 點火線圈 237

9.3.3 火花塞 238

9.4 電子點火系統(tǒng) 239

一、普通電子點火系統(tǒng)的基本組成及工作原理 239

二、普通電子點火系統(tǒng)基本元件介紹 240

9.5 微機控制點火系統(tǒng) 244

9.5.1 有分電器微機控制點火系統(tǒng) 245

9.5.2 無分電器微機控制點火系統(tǒng) 245

9.6 車用電源 252

9.6.1 蓄電池 252

9.6.2 發(fā)電機 253

9.6.3 發(fā)電機的電壓調節(jié)器 256

思考題 258

項目教學任務單 259

第10章 內燃機增壓 261

10.1 基本概念 261

10.1.1 增壓的作用及增壓方式 261

10.1.2 增壓發(fā)動機的結構特點 263

10.2 廢氣渦輪增壓 264

10.3 柴油機廢氣能量的利用 266

10.4 增壓內燃機的性能 268

10.4.1 內燃機增壓后性能的改善 268

10.4.2 內燃機結構參數的變動 269

10.5 汽油機增壓技術 271

10.5.1 渦輪增壓系統(tǒng) 272

10.5.2 機械增壓系統(tǒng) 273

思考題 275

項目教學任務單 276

第11章 內燃機污染及新能源應用 278

11.1 內燃機噪聲控制 278

11.2 內燃機排氣污染 279

11.3 排放法規(guī)制定與實施 286

11.4 新能源汽車概述 290

思考題 292

項目教學任務單 294

附錄A 內燃機故障分析與排除 295

本書的主要內容包括：內燃機的工作原理和總體構造、曲柄連桿機構、配氣機構、汽油機燃油供給系統(tǒng)、柴油機燃油供給系統(tǒng)、發(fā)動機潤滑系、冷卻系、汽油機點火系、內燃機污染及新能源應用。另外，針對每部分都配有內燃機檢修常見項目的教學實訓指導和項目教學任務單。同時各章配有典型視頻，可登錄華信教育資源網免費下載。 本書適用于高等職業(yè)院校的港口機械、物流機械、起重運輸機械、工程車輛、汽車等專業(yè)，還可以用于相關專業(yè)的職業(yè)資格培訓和各類在職培訓，也可供相關技術人員參考。

本書的主要內容包括：內燃機的工作原理和總體構造、曲柄連桿機構、配氣機構、汽油機燃油供給系統(tǒng)、柴油機燃油供給系統(tǒng)、發(fā)動機潤滑系、冷卻系、汽油機點火系、內燃機增壓、內燃機特性、內燃機的噪聲控制和排氣凈化。另外，針對每部分都配有內燃機檢修常見項目的教學實訓指導和項目教學任務單。

本書第2版自2008年問世至今已經走過6個年頭，承蒙很多高校材料力學教學第一線的老師和同學以及業(yè)余讀者的關愛和支持，已經連續(xù)印刷了10次。 2012年獲得清華大學優(yōu)秀教材特等獎；同年，相應的教學成果獲得北京市高等學校優(yōu)秀教學成果一等獎。2012年本書第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材；2013年被批準為清華大學“985”三期名優(yōu)教材建設項目立項。

最近的6年里，著者秉承不斷提高課程重量、著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力的教育與教學理念，先后在清華大學、南京航空航天大學、北京工業(yè)大學以及北京郵電大學從事“材料力學”研究型教學的研究與實踐，堅持全過程講授這門課程，授課對象每年約200名。在同事和同學們的支持與幫助下，對于教育和教學改革又有了一些新的體會和收獲。材料力學（第3版）將著重反映6年來我們在研究型教學方面所取得的成果。主要有: 怎樣在基于普遍提高教學質量的基礎上，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力；怎樣提高課程的吸引力，增強課程教學的學術性；怎樣挖掘基本教學內容的深度；怎樣對傳統(tǒng)內容中的某些概念、理論和方法加以改革和更新，突出挑戰(zhàn)性?；诖?，本書第3版修訂的主要內容有以下幾方面。

第一，調整了部分章節(jié)，將材料的力學性能從“第2章 軸向載荷作用下桿件的材料力學問題”中獨立出來，形成“第3章 常溫靜載下材料的力學性能”； 重寫了“剪力圖與彎矩圖”作為第6章；將原來的第6章分為3章: “第7章 平面彎曲正應力分析與強度設計”和“第8章 彎曲剪應力分析與彎曲中心的概念”以及“第9章 斜彎曲、彎曲與拉伸或壓縮同時作用時的應力計算與強度設計”；將原來的第8章分為: “ 應力狀態(tài)與應變狀態(tài)分析”和“一般應力狀態(tài)下的強度設計準則及其工程應用”，分別列為第11章和12章；將原來的12章也分為兩章: “動載荷與動應力概述”和“疲勞強度與構件壽命估算概述”，分別列為第16章和第17章。

第二，增加了部分教學內容，主要有: 部分非金屬材料的力學性能；梁的位移疊加法中的逐段剛化法；應變分析；細長壓桿實驗結果；線性累積損傷與疲勞壽命估算等。

第三，將力系簡化的方法引入橫截面的內力分析，改革傳統(tǒng)剪力圖與彎矩圖的畫法。

第四，正確處理變形與位移概念的聯(lián)系與區(qū)別，將確定梁的轉角和撓度的章節(jié)名改為“梁的位移分析與剛度設計”。

第五，在部分章節(jié)引入“反問題”: 相對于正問題，反問題的解答不是唯一的，通過對于反問題的思考，一方面可以加深對于正問題的理解；另一方面可以激勵創(chuàng)新思維。

第六，在部分章節(jié)設計了“開放式思維案例”作為學生課外學習和研究的資源。最近幾年的教學實踐表明，這對于刺激思維鼓勵創(chuàng)新是一種有效的措施。材料力學（第3版）第七，增加了若干工程案例以及災難性工程事故的力學解析。

第八，增加和改變了部分例題和習題。

隨著課程研究型教學在更多高校開展、深入和發(fā)展，材料力學的課程教學以及教材建設還會遇到一些新問題，我們將一如既往地堅持“在教學中研究，在研究中教學”，以不斷提高人才培養(yǎng)質量為己任，在教學實踐的基礎上，不斷提高材料力學教材的質量。

這一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在國內完成；2013年7—8月在加拿大多倫多定稿。定稿期間，得到旅加的趙淵先生和范心明女士的大力支持和協(xié)助，在本書出版之際，著者謹表誠摯謝意。

誠摯地感謝廣大讀者對本書的關愛，希望大家對本書的缺點和不足提出寶貴意見。

范欽珊2014.1.11

緒論 1

0.1 引言 1

0.2 往復活塞式內燃機 1

0.3 轉動式內燃機 4

0.4 內燃機的發(fā)展趨勢 5

第1章 內燃機的工作原理和總體構造 8

1.1 內燃機的基本結構、術語及類型 8

1.1.1 基本結構 8

1.1.2 基本術語 11

1.1.3 內燃機的分類 13

1.2 四沖程內燃機的工作原理 16

1.2.1 四沖程汽油機的工作原理 16

1.2.2 四沖程柴油機的工作原理 17

1.3 二沖程內燃機的工作原理 18

1.3.1 二沖程汽油機的工作原理 18

1.3.2 二沖程柴油機的工作原理 19

1.3.3 汽油機與柴油機、四沖程與二沖程內燃機的比較 20

1.4 發(fā)動機的性能指標 20

1.5 內燃機的編號規(guī)則 22

思考題 24

第2章 曲柄連桿機構 25

2.1 概述 25

2.2 曲柄連桿機構的受力 25

2.3 機體組 27

2.3.1 機體組的功用及組成 27

2.3.2 機體 28

2.3.3 曲軸箱 31

2.3.4 汽缸蓋 31

2.3.5 汽缸墊 33

2.3.6 發(fā)動機的支承 34

2.4 活塞連桿組 34

2.4.1 活塞 35

2.4.2 活塞環(huán) 40

2.4.3 活塞銷 44

2.4.4 連桿 45

2.4.5 連桿軸瓦 46

2.5 曲軸飛輪組 47

2.5.1 曲軸 47

2.5.2 飛輪 54

2.5.3 曲軸扭轉減振器 55

思考題 56

第3章 配氣機構 57

3.1 概述 57

3.2 配氣機構的布置及傳動 57

3.3 配氣相位和氣門間隙 61

3.3.1 配氣相位 61

3.3.2 氣門間隙 63

3.4 配氣機構的主要零部件 64

3.4.1 氣門組 64

3.4.2 氣門傳動組 68

3.4.3 可變式配氣機構 72

思考題 77

第4章 汽油機燃油供給系 78

4.1 汽油機燃油供給系的組成 78

4.1.1 汽油機燃油供給系的功用 78

4.1.2 汽油機燃油供給系的組成 78

4.2 燃油供給裝置 79

4.3 空氣供給和廢氣排出裝置 81

4.3.1 空氣濾清器 81

4.3.2 進氣管與排氣管 82

4.3.3 排氣消音器 83

4.3.4 催化轉化器 83

4.4 可燃混合氣體和汽油機性能關系 84

4.4.1 汽油 84

4.4.2 空燃比 87

4.4.3 可燃混合氣 87

4.5 化油器式燃油系統(tǒng)的組成 90

4.5.1 簡單化油器的構造 90

4.5.2 化油器的類型 91

4.5.3 化油器各工作系統(tǒng)的工作原理 93

4.6 汽油直接噴射系統(tǒng) 96

4.6.1 概述 96

4.6.2 燃油噴射系統(tǒng)的種類 97

4.6.3 典型電控汽油噴射系統(tǒng) 99

4.6.4 電控汽油噴射系統(tǒng)主要組件的構造和工作原理 103

4.7 電噴發(fā)動機的傳感器 108

4.7.1 空氣流量計 108

4.7.2 壓力傳感器 113

4.7.3 節(jié)氣門位置傳感器 115

4.7.4 氧傳感器 116

4.7.5 溫度傳感器 118

4.7.6 爆震傳感器 118

4.7.7 曲軸位置傳感器 120

4.7.8 轉速傳感器 123

4.7.9 電噴發(fā)動機和化油器發(fā)動機的區(qū)別 123

思考題 125

第5章 柴油機燃油供給系 126

5.1 概述 126

5.2 柴油及其使用性能 127

5.3 柴油機混合氣形成和燃燒室 128

5.3.1 可燃混合氣的形成與燃燒 128

5.3.2 燃燒室 129

5.4 柴油機的燃燒過程 131

5.4.1 著火的條件和特點 131

5.4.2 燃燒過程 131

5.4.3 對燃燒過程的要求 134

5.4.4 影響燃燒過程的運轉因素 135

5.5 噴油器 137

5.5.1 孔式噴油器 137

5.5.2 軸針式噴油器 139

5.5.3 燃油的噴霧 140

5.6 噴油泵 141

5.6.1 柱塞式噴油泵的工作原理 141

5.6.2 柱塞式噴油泵的構造 143

5.6.3 柱塞式噴油泵實例 149

5.6.4 轉子分配式噴油泵簡介 150

5.7 調速器 152

5.7.1 調速器的功用 152

5.7.2 調速器的種類 153

5.7.3 機械式調速器的工作原理 153

5.7.4 機械式調速器實例 155

5.7.5 附加裝置 162

5.8 P—T燃油系統(tǒng) 164

5.8.1 P—T燃油系統(tǒng)的組成 164

5.8.2 PT燃油泵 165

5.8.3 PT噴油器 168

5.8.4 P—T燃油系統(tǒng)的特點 169

5.9 電控柴油噴射系統(tǒng) 170

5.9.1 電控VE泵噴射系統(tǒng) 170

5.9.2 電控共軌噴油系統(tǒng) 173

5.10 柴油機供給系輔助裝置 175

5.10.1 燃油箱 175

5.10.2 燃油濾清裝置 175

5.10.3 輸油泵 176

5.10.4 油水分離器 178

思考題 178

第6章 發(fā)動機潤滑系 179

6.1 潤滑系的功用及潤滑方式 179

6.1.1 功用 179

6.1.2 潤滑方式 180

6.2 潤滑油 180

6.2.1 機油的使用特性及機油添加劑 180

6.2.2 機油的分類 181

6.2.3 機油的選用 182

6.3 潤滑系的組成和潤滑油路 183

6.3.1 組成及各機件的作用 183

6.3.2 發(fā)動機潤滑部位及油路 184

6.4 潤滑系的主要機件 186

6.4.1 機油泵 186

6.4.2 機油濾清器 187

6.4.3 機油散熱器和冷卻器 191

6.4.4 閥門 192

6.4.5 油尺和機油壓力表 193

6.5 曲軸箱通風 193

6.5.1 自然通風 193

6.5.2 強制通風 194

思考題 195

第7章 冷卻系 196

7.1 冷卻系的功用及冷卻方式 196

7.1.1 功用 196

7.1.2 冷卻方式 197

7.2 水冷系統(tǒng) 197

7.3 水冷系統(tǒng)的主要機件 199

7.3.1 散熱器 199

7.3.2 風扇 201

7.3.3 水泵 202

7.4 冷卻系統(tǒng)的調節(jié)和冷卻液 203

7.4.1 改變通過散熱器的空氣流量 203

7.4.2 改變通過散熱器的冷卻水流量 206

7.4.3 冷卻液和防凍液 208

7.5 風冷系統(tǒng) 208

思考題 210

第8章 起動系統(tǒng) 211

8.1 概述 211

8.1.1 起動條件 211

8.1.2 起動方式 212

8.2 電力起動裝置 212

8.2.1 組成 212

8.2.2 直流電動機 212

8.2.3 操縱機構 214

8.2.4 離合機構 215

8.2.5 減速起動機 217

8.3 改善冬季起動性能的措施 218

8.3.1 電熱塞 218

8.3.2 進氣預熱器 219

8.3.3 減壓裝置 219

8.3.4 起動液噴射裝置 219

思考題 220

第9章 汽油機點火系統(tǒng) 221

9.1 概述 221

9.1.1 點火系統(tǒng)的功用 221

9.1.2 點火系統(tǒng)的類型 221

9.1.3 點火系統(tǒng)的基本要求 222

9.2 蓄電池點火系統(tǒng)的組成與工作原理 222

9.2.1 蓄電池點火系統(tǒng)的組成 222

9.2.2 蓄電池點火系統(tǒng)的工作原理 224

9.3 蓄電池點火系統(tǒng)的主要部件 224

9.3.1 分電器 224

9.3.2 點火線圈 229

9.3.3 火花塞 230

9.4 電子點火系統(tǒng) 231

9.5 微機控制點火系統(tǒng) 236

9.5.1 有分電器微機控制點火系統(tǒng) 237

9.5.2 無分電器微機控制點火系統(tǒng) 237

9.6 車用電源 244

9.6.1 蓄電池 244

9.6.2 發(fā)電機 245

9.6.3 發(fā)電機的電壓調節(jié)器 248

思考題 250

第10章 內燃機增壓 251

10.1 基本概念 251

10.1.1 增壓的作用及增壓方式 251

10.1.2 增壓發(fā)動機的結構特點 253

10.2 廢氣渦輪增壓 254

10.3 柴油機廢氣能量的利用 256

10.4 增壓內燃機的性能 258

10.4.1 內燃機增壓后性能的改善 258

10.4.2 內燃機結構參數的變動 259

10.5 汽油機增壓技術 261

10.5.1 渦輪增壓系統(tǒng) 262

10.5.2 機械增壓系統(tǒng) 263

思考題 265

第11章 內燃機特性 266

11.1 概述 266

11.2 內燃機的工況 267

11.3 負荷特性 268

11.3.1 柴油機的負荷特性 268

11.3.2 汽油機的負荷特性 269

11.4 速度特性 270

11.4.1 柴油機的速度特性 271

11.4.2 汽油機的速度特性 272

11.4.3 轉矩特性 273

11.5 調速特性 275

11.6 萬有特性 277

11.7 內燃機的功率標定及大氣修正 278

11.7.1 功率標定 278

11.7.2 大氣修正 279

思考題 280

第12章 內燃機的噪聲控制和排氣凈化 282

12.1 內燃機噪聲控制 282

12.2 內燃機排氣凈化 284

12.2.1 排氣中的有害成分及其危害 284

12.2.2 排氣凈化的措施 285

12.3 內燃機排放的測量及法規(guī) 290

12.3.1 內燃機排放污染物的測量 291

12.3.2 排放法規(guī) 294

思考題 299

附錄A 內燃機項目教學任務單 301

附錄B 內燃機故障分析與排除 323

參考文獻 327