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第一部分 柴油机工作循环3

第1章 柴油机的发展史和基本原理3

1.1 柴油机的发展史3

1.2 发动机工程基础11

1.2.1 简述11

1.2.2 基本工程数据11

1.2.3 发动机燃烧13

1.2.4 热力学原理15

1.2.5 柴油机的工作过程18

1.3 燃烧循环模拟24

1.3.1 简述24

1.3.2 发动机工作过程模拟的热力学基础25

1.3.3 发动机工作过程模拟应用的典型实例32

1.3.4 发动机工作过程模拟领域未来的研究和发展36

参考文献37

第2章 换气和增压39

2.1 换气39

2.1.1 简述39

2.1.2 四冲程循环40

2.1.3 二冲程循环46

2.2 柴油机增压48

2.2.1 简述48

2.2.2 发动机和增压器的相互影响50

2.2.3 废气涡轮增压53

2.2.4 废气涡轮增压的特殊形式67

2.2.5 压力波增压（气波增压）72

2.2.6 机械增压73

2.3 程控换气模拟73

参考文献76

第3章 柴油机燃烧77

3.1 混合气的形成和燃烧77

3.1.1 混合气的形成和燃烧特点77

3.1.2 混合气的形成79

3.1.3 着火和着火延迟期84

3.1.4 燃烧和放热率86

3.1.5 污染物87

3.2 设计特点89

3.2.1 燃烧室设计89

3.2.2 喷嘴结构90

3.2.3 废气再循环与降低燃烧温度91

3.2.4 增压的影响92

3.3 替代燃烧过程93

3.4 喷油特性和放热率的过程模拟95

参考文献96

第4章 燃料97

4.1 汽车用柴油97

4.1.1 简述97

4.1.2 可获得性98

4.1.3 生产98

4.1.4 成分102

4.1.5 柴油添加剂104

4.1.6 质量要求107

4.1.7 燃料标准108

4.1.8 基本参数和试验方法110

4.1.9 未来的发展趋势118

4.2 替代燃料119

4.2.1 简述119

4.2.2 液体燃料122

4.2.3 气体燃料124

4.2.4 合成燃料125

4.2.5 生命周期评价130

4.2.6 新的燃烧系统130

4.2.7 结论131

4.3 使用重油的船用和固定发动机的运行132

4.3.1 重油132

4.3.2 重油的处理134

4.3.3 重油发动机的特点136

4.3.4 重油发动机的运行性能140

4.3.5 重油发动机的润滑油143

4.4 气体燃料和气体燃料发动机144

4.4.1 历史回顾144

4.4.2 气体燃料及其参数144

4.4.3 燃气发动机的定义和描述148

4.4.4 混合气的形成和点燃152

4.4.5 燃气发动机的排放155

参考文献158

第5章 燃油喷射系统160

5.1 喷射流体力学160

5.1.1 燃料状态方程160

5.1.2 建模、模拟与设计161

5.2 喷嘴和喷油器体165

5.2.1 喷嘴166

5.2.2 喷油器体和喷嘴喷油器体总成171

5.3 喷射系统172

5.3.1 基本功能172

5.3.2 直列泵178

5.3.3 分配泵180

5.3.4 单柱塞泵系统182

5.3.5 共轨系统184

5.3.6 大型柴油机的喷射系统206

5.4 喷射系统计量213

5.4.1 测量原理及其应用213

5.4.2 计量要求215

5.4.3 喷油器测试216

参考文献217

第6章 燃油喷射控制系统220

6.1 机械控制220

6.1.1 机械调速器的功能220

6.1.2 机械调速器的设计220

6.2 电子控制222

6.2.1 控制单元系统概述222

6.2.2 组装和连接技术225

6.2.3 数字中央处理单元225

6.2.4 输入和输出电路226

6.2.5 功能和软件226

6.3 传感器232

6.4 诊断235

6.4.1 在行驶过程中的诊断236

6.4.2 车载诊断系统（OBD）236

6.4.3 维修诊断（修理厂诊断）237

6.5 应用工程238

6.5.1 应用工程的意义238

6.5.2 应用工程系统239

6.5.3 应用工程过程和方法240

参考文献241

第二部分 柴油机过程245

第7章 发动机零件载荷分析245

7.1 零件的机械载荷和热载荷245

7.1.1 零件的机械载荷245

7.1.2 零件的应力247

7.1.3 零件应力分析252

7.1.4 柴油机零件的典型破坏253

7.2 发动机内的热传递和热负荷255

7.2.1 简述255

7.2.2 内燃机热交换基础255

7.2.3 热流测量法257

7.2.4 发动机过程仿真的传热方程263

7.2.5 传热方程应用举例268

7.2.6 进、排气口换气的传热272

7.2.7 用于计算零件热负荷的高能平均气体温度273

7.2.8 3D CFD仿真的传热建模274

参考文献275

第8章 曲柄连杆机构结构形式、力学性能与受力分析277

8.1 曲柄连杆机构的结构形式与力学性能277

8.1.1 曲柄连杆机构的功用与要求277

8.1.2 曲柄连杆机构的受力278

8.1.3 发动机结构形式和曲柄连杆机构的结构280

8.2 曲柄连杆机构受力分析286

8.2.1 曲柄连杆机构零件受力初步分析286

8.2.2 活塞和连杆受力分析286

8.2.3 曲轴结构形式、材料和制造287

8.2.4 曲轴受力289

8.3 曲柄连杆机构质量平衡297

8.3.1 质量平衡初步297

8.3.2 曲柄连杆机构质量、惯性力和惯性矩297

8.3.3 用平衡重平衡自由惯性力299

8.3.4 用平衡重平衡自由惯性矩303

8.3.5 旋转惯性矩308

8.3.6 借助于平衡轴进行平衡309

8.3.7 曲柄连杆机构质量的“内部”平衡310

8.3.8 扭转力特性311

8.3.9 旋转运动的不规则性和飞轮参数313

8.4 曲柄连杆机构的扭转振动314

8.4.1 曲柄连杆机构的扭转振动初步讨论314

8.4.2 曲柄连杆机构的动态当量模型314

8.4.3 扭转振动仿真319

8.4.4 扭转振动阻尼与吸收323

8.5 轴承与轴承材料327

8.5.1 柴油机曲轴轴承的位置327

8.5.2 功能与应力327

8.5.3 结构设计332

8.5.4 轴承材料334

8.5.5 轴承破坏及其原因339

8.6 活塞、活塞环和活塞销340

8.6.1 活塞的功能340

8.6.2 活塞的温度和负荷341

8.6.3 活塞设计和应力341

8.6.4 活塞环357

8.6.5 活塞销361

8.6.6 发展趋势363

参考文献364

第9章 发动机冷却367

9.1 发动机内部冷却367

9.1.1 发动机冷却的功能367

9.1.2 水冷370

9.1.3 油冷377

9.1.4 风冷378

9.2 发动机外部冷却390

9.2.1 发动机冷却系统的功能390

9.2.2 冷却系统设计392

9.2.3 冷却系统控制398

9.2.4 实际使用的冷却系统399

9.2.5 换热器401

9.2.6 冷却液419

参考文献423

第10章 材料及其选择425

10.1 柴油机材料的重要性425

10.2 用于制造发动机零件的工业材料426

10.2.1 用于制造曲柄连杆机构的材料426

10.2.2 控制部件和喷油设备的材料430

10.2.3 螺栓材料430

10.2.4 发动机核心部件的材料431

10.2.5 高温零件的材料433

10.2.6 轴承材料435

10.2.7 抗腐蚀应力的材料436

10.2.8 用于功能部件的特种材料436

10.3 材料选择应考虑的因素437

10.4 使用寿命概念与材料数据437

10.5 提高使用寿命的工艺438

10.5.1 创制成形438

10.5.2 表面处理440

10.5.3 涂覆441

10.6 发展趋势442

10.6.1 材料442

10.6.2 方法444

10.6.3 环境444

参考文献445

第三部分 柴油机的工作449

第11章 润滑剂和润滑系统449

11.1 润滑剂449

11.1.1 柴油机润滑油的要求449

11.1.2 润滑油组成和成分451

11.1.3 发动机润滑油的特性453

11.1.4 发动机工作引起的润滑油变化458

11.2 润滑系统465

11.2.1 功能和要求465

11.2.2 润滑系统的设计465

11.2.3 润滑系统的部件467

11.2.4 润滑油的滤清469

参考文献471

第12章 起动和引燃辅助系统472

12.1 燃油压燃的条件473

12.2 引燃辅助技术473

12.3 起动和引燃辅助系统的应用475

12.3.1 乘用车柴油机的起动和引燃辅助系统475

12.3.2 商用车的起动和引燃辅助系统480

12.4 乘用车的冷起动、冷运行性能和排放480

12.4.1 压缩比为18:1的柴油机480

12.4.2 压缩比为16:1的柴油机482

12.5 结论484

参考文献484

第13章 进气与排气系统485

13.1 空气滤清器485

13.1.1 基本要求485

13.1.2 过滤材料和性能数据487

13.1.3 干式空气滤清器的结构488

13.1.4 进气噪声阻尼491

13.2 排气系统493

13.2.1 功能和基本设计493

13.2.2 排气尾管噪声阻尼494

13.2.3 排气系统结构噪声辐射499

13.2.4 声音设计499

13.2.5 几何设计500

参考文献501

第14章 排气余热的回收502

14.1 余热回收的基本原理502

14.1.1 简述502

14.1.2 柴油机的余热502

14.1.3 余热输出的确定503

14.2 余热回收方式的选择506

14.2.1 以机械能回收余热506

14.2.2 热能形式的余热回收507

14.2.3 结论516

参考文献517

第四部分 柴油机对环境的污染521

第15章 柴油机的废气排放521

15.1 概述521

15.1.1 细颗粒物526

15.1.2 氮氧化物NOx529

15.1.3 臭氧O3530

15.2 排放控制法规531

15.2.1 乘用车发动机排放控制法规531

15.2.2 商用车发动机排放控制法规535

15.2.3 非道路发动机的排放控制法规545

15.3 污染物及产生的原因551

15.3.1 氮氧化物（NOx）552

15.3.2 颗粒物（PM）554

15.3.3 一氧化碳（CO）556

15.3.4 碳氢化合物（HC）557

15.4 发动机内降低污染物排放的措施557

15.4.1 喷油开始时间558

15.4.2 喷油压力560

15.4.3 废气再循环561

15.4.4 预喷射563

15.4.5 EGR冷却和中冷565

15.5 废气后处理566

15.5.1 简述566

15.5.2 废气后处理系统的部件567

15.5.3 废气后处理系统581

15.6 排放测试584

15.6.1 废气测量系统的组成585

15.6.2 颗粒和粉尘排放的测量596

参考文献603

第16章 柴油机的噪声排放605

16.1 声学基本原理605

16.2 发动机噪声排放法规的发展606

16.3 发动机表面噪声607

16.3.1 结构噪声激励607

16.3.2 发动机中结构噪声的传递613

16.3.3 噪声辐射618

16.4 发动机的气动噪声619

16.4.1 进气和排气系统的噪声619

16.4.2 冷却系统的噪声620

16.5 封装式降噪620

16.5.1 封装和封闭式发动机620

16.5.2 封闭式发动机的部分噪声源621

16.5.3 发动机的安装和维护624

16.5.4 部分封装624

16.6 发动机隔声624

参考文献625

第五部分 柴油机的实际应用629

第17章 车用柴油机629

17.1 乘用车柴油机629

17.1.1 发展史629

17.1.2 车辆的特殊需求629

17.1.3 乘用车柴油机的设计特点631

17.1.4 乘用车柴油机设计633

17.1.5 运行性能642

17.1.6 展望646

17.2 轻型商用车柴油机647

17.2.1 轻型商用车的定义647

17.2.2 对轻型商用车发动机的要求648

17.2.3 轻型商用车发动机的应用649

17.2.4 展望654

17.3 重型商用车和公共汽车柴油机655

17.3.1 重型商用车的定义655

17.3.2 对发动机运行的要求656

17.3.3 重型商用车发动机的设计665

17.3.4 展望673

17.4 高速高性能柴油机674

17.4.1 高速高性能柴油机的分类674

17.4.2 更高功率的柴油机677

17.4.3 高性能柴油机的设计681

17.4.4 展望688

参考文献689

第18章 工业和船用发动机690

18.1 小型单缸柴油机690

18.1.1 简述690

18.1.2 单缸柴油机的性能规格和基本参数691

18.1.3 小型单缸柴油机的工程设计697

18.2 固定式发动机和工业发动机702

18.2.1 定义和分类702

18.2.2 类别和选择704

18.2.3 应用704

18.2.4 车用发动机的改制708

18.2.5 工业发动机709

18.2.6 展望713

18.3 中速四冲程柴油机714

18.3.1 定义和描述714

18.3.2 设计标准717

18.3.3 设计解决方案719

18.3.4 运行监控和维护727

18.3.5 废气排放727

18.3.6 发动机实例728

18.3.7 展望730

18.4 二冲程低速柴油机731

18.4.1 二冲程低速柴油机的发展和特点731

18.4.2 现代二冲程低速发动机设计736

18.4.3 二冲程低速发动机的工作性能741

18.4.4 作为船用发动机的二冲程低速发动机743

18.4.5 展望745

参考文献751