绪论 1

0.1 引言 1

0.2 往复活塞式内燃机 1

0.3 转动式内燃机 4

0.4 内燃机的发展趋势 5

第1章 内燃机的工作原理和总体构造 8

1.1 内燃机的基本结构、术语及类型 8

1.1.1 基本结构 8

1.1.2 基本术语 11

1.1.3 内燃机的分类 13

1.2 四冲程内燃机的工作原理 16

1.2.1 四冲程汽油机的工作原理 16

1.2.2 四冲程柴油机的工作原理 17

1.3 二冲程内燃机的工作原理 18

1.3.1 二冲程汽油机的工作原理 18

1.3.2 二冲程柴油机的工作原理 19

1.3.3 汽油机与柴油机、四冲程与二冲程内燃机的比较 20

1.4 发动机的性能指标 20

1.5 内燃机的编号规则 22

思考题 24

项目教学任务单 25

第2章 曲柄连杆机构 29

2.1 概述 29

2.2 曲柄连杆机构的受力 29

2.3 机体组 31

2.3.1 机体组的功用及组成 31

2.3.2 机体 32

2.3.3 曲轴箱 35

2.3.4 汽缸盖 35

2.3.5 汽缸垫 37

2.3.6 发动机的支承 38

2.4 活塞连杆组 38

2.4.1 活塞 39

2.4.2 活塞环 44

2.4.3 活塞销 48

2.4.4 连杆 49

2.4.5 连杆轴瓦 50

2.5 曲轴飞轮组 51

2.5.1 曲轴 51

2.5.2 飞轮 58

2.5.3 曲轴扭转减振器 59

思考题 60

项目教学任务单 61

第3章 配气机构 67

3.1 概述 67

3.2 配气机构的布置及传动 67

3.3 配气相位和气门间隙 71

3.3.1 配气相位 71

3.3.2 气门间隙 73

3.4 配气机构的主要零部件 74

3.4.1 气门组 74

3.4.2 气门传动组 78

3.4.3 可变式配气机构 82

思考题 87

项目教学任务单 88

第4章 汽油机燃油供给系 92

4.1 汽油机燃油供给系的组成 92

4.1.1 汽油机燃油供给系的功用 92

4.1.2 汽油机燃油供给系的组成 92

4.2 燃油供给装置 93

4.3 空气供给和废气排出装置 95

4.3.1 空气滤清器 95

4.3.2 进气管与排气管 96

4.3.3 排气消音器 97

4.3.4 催化转化器 97

4.4 可燃混合气体和汽油机性能关系 98

4.4.1 汽油 98

4.4.2 空燃比 101

4.4.3 可燃混合气 101

4.5 汽油直接喷射系统 104

4.5.1 概述 104

4.5.2 燃油喷射系统的种类 105

4.5.3 典型电控汽油喷射系统 107

4.5.4 电控汽油喷射系统主要组件的构造和工作原理 111

4.6 电喷发动机的传感器 116

4.6.1 空气流量计 116

4.6.2 压力传感器 121

4.6.3 节气门位置传感器 123

4.6.4 氧传感器 124

4.6.5 温度传感器 126

4.6.6 爆震传感器 126

4.6.7 曲轴位置传感器 128

4.6.8 转速传感器 131

思考题 131

项目教学任务单 132

第5章 柴油机燃油供给系 135

5.1 概述 135

5.2 柴油及其使用性能 136

5.3 柴油机混合气形成和燃烧室 137

5.3.1 可燃混合气的形成与燃烧 137

5.3.2 燃烧室 138

5.4 柴油机的燃烧过程 140

5.4.1 着火的条件和特点 140

5.4.2 燃烧过程 140

5.4.3 对燃烧过程的要求 143

5.4.4 影响燃烧过程的运转因素 144

5.5 喷油器 146

5.5.1 孔式喷油器 146

5.5.2 轴针式喷油器 148

5.5.3 燃油的喷雾 149

5.6 喷油泵 150

5.6.1 柱塞式喷油泵的工作原理 150

5.6.2 柱塞式喷油泵的构造 152

5.6.3 柱塞式喷油泵实例 158

5.6.4 转子分配式喷油泵 159

5.7 P-T燃油系统 163

5.7.1 P-T燃油系统的组成 163

5.7.2 PT燃油泵 164

5.7.3 PT喷油器 167

5.7.4 P-T燃油系统的特点 168

5.8 电控柴油机喷射系统 169

5.8.1 电控柴油机喷射系统基本工作原理 169

5.8.2 柴油机电控燃油喷射系统的类型 169

5.8.3 高压柴油共轨系统的组成 170

5.8.4 柴油机电控喷射系统控制策略 172

5.8.5 柴油机电控喷射系统故障诊断 173

5.9 柴油机供给系辅助装置 174

5.9.1 燃油箱 174

5.9.2 燃油滤清装置 175

5.9.3 输油泵 177

5.9.4 油水分离器 177

思考题 178

项目教学任务单 179

第6章 发动机润滑系 181

6.1 润滑系的功用及润滑方式 181

6.1.1 功用 181

6.1.2 润滑方式 182

6.2 润滑油 182

6.2.1 机油的使用特性及机油添加剂 182

6.2.2 机油的分类 183

6.2.3 机油的选用 184

6.3 润滑系的组成和润滑油路 185

6.3.1 组成及各机件的作用 185

6.3.2 发动机润滑部位及油路 186

6.4 润滑系的主要机件 188

6.4.1 机油泵 188

6.4.2 机油滤清器 189

6.4.3 机油散热器和冷却器 193

6.4.4 阀门 194

6.4.5 油尺和机油压力表 195

6.5 曲轴箱通风 195

6.5.1 自然通风 195

6.5.2 强制通风 196

思考题 197

项目教学任务单 198

第7章 冷却系 200

7.1 冷却系的功用及冷却方式 200

7.1.1 功用 200

7.1.2 冷却方式 201

7.2 水冷系统 201

7.3 水冷系统的主要机件 203

7.3.1 散热器 203

7.3.2 风扇 205

7.3.3 水泵 206

7.4 冷却系统的调节和冷却液 207

7.4.1 改变通过散热器的空气流量 207

7.4.2 改变通过散热器的冷却水流量 210

7.4.3 冷却液和防冻液 212

7.5 风冷系统 212

思考题 214

项目教学任务单 215

第8章 起动系统 217

8.1 概述 217

8.1.1 起动条件 217

8.1.2 起动方式 218

8.2 电力起动装置 218

8.2.1 组成 218

8.2.2 直流电动机 218

8.2.3 操纵机构 220

8.2.4 离合机构 221

8.2.5 减速起动机 223

8.3 改善冬季起动性能的措施 224

8.3.1 电热塞 224

8.3.2 进气预热器 225

8.3.3 减压装置 225

8.3.4 起动液喷射装置 225

思考题 226

项目教学任务单 227

第9章 汽油机点火系统 229

9.1 概述 229

9.1.1 点火系统的功用 229

9.1.2 点火系统的类型 229

9.1.3 点火系统的基本要求 230

9.2 蓄电池点火系统的组成与工作原理 230

9.2.1 蓄电池点火系统的组成 230

9.2.2 蓄电池点火系统的工作原理 232

9.3 蓄电池点火系统的主要部件 232

9.3.1 分电器 232

9.3.2 点火线圈 237

9.3.3 火花塞 238

9.4 电子点火系统 239

一、普通电子点火系统的基本组成及工作原理 239

二、普通电子点火系统基本元件介绍 240

9.5 微机控制点火系统 244

9.5.1 有分电器微机控制点火系统 245

9.5.2 无分电器微机控制点火系统 245

9.6 车用电源 252

9.6.1 蓄电池 252

9.6.2 发电机 253

9.6.3 发电机的电压调节器 256

思考题 258

项目教学任务单 259

第10章 内燃机增压 261

10.1 基本概念 261

10.1.1 增压的作用及增压方式 261

10.1.2 增压发动机的结构特点 263

10.2 废气涡轮增压 264

10.3 柴油机废气能量的利用 266

10.4 增压内燃机的性能 268

10.4.1 内燃机增压后性能的改善 268

10.4.2 内燃机结构参数的变动 269

10.5 汽油机增压技术 271

10.5.1 涡轮增压系统 272

10.5.2 机械增压系统 273

思考题 275

项目教学任务单 276

第11章 内燃机污染及新能源应用 278

11.1 内燃机噪声控制 278

11.2 内燃机排气污染 279

11.3 排放法规制定与实施 286

11.4 新能源汽车概述 290

思考题 292

项目教学任务单 294

附录A 内燃机故障分析与排除 295

本书的主要内容包括：内燃机的工作原理和总体构造、曲柄连杆机构、配气机构、汽油机燃油供给系统、柴油机燃油供给系统、发动机润滑系、冷却系、汽油机点火系、内燃机污染及新能源应用。另外，针对每部分都配有内燃机检修常见项目的教学实训指导和项目教学任务单。同时各章配有典型视频，可登录华信教育资源网免费下载。 本书适用于高等职业院校的港口机械、物流机械、起重运输机械、工程车辆、汽车等专业，还可以用于相关专业的职业资格培训和各类在职培训，也可供相关技术人员参考。

本书的主要内容包括：内燃机的工作原理和总体构造、曲柄连杆机构、配气机构、汽油机燃油供给系统、柴油机燃油供给系统、发动机润滑系、冷却系、汽油机点火系、内燃机增压、内燃机特性、内燃机的噪声控制和排气净化。另外，针对每部分都配有内燃机检修常见项目的教学实训指导和项目教学任务单。

本书第2版自2008年问世至今已经走过6个年头，承蒙很多高校材料力学教学第一线的老师和同学以及业余读者的关爱和支持，已经连续印刷了10次。 2012年获得清华大学优秀教材特等奖；同年，相应的教学成果获得北京市高等学校优秀教学成果一等奖。2012年本书第3版被列入 “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材；2013年被批准为清华大学“985”三期名优教材建设项目立项。

最近的6年里，著者秉承不断提高课程重量、着力培养学生创新思维能力的教育与教学理念，先后在清华大学、南京航空航天大学、北京工业大学以及北京邮电大学从事“材料力学”研究型教学的研究与实践，坚持全过程讲授这门课程，授课对象每年约200名。在同事和同学们的支持与帮助下，对于教育和教学改革又有了一些新的体会和收获。材料力学（第3版）将着重反映6年来我们在研究型教学方面所取得的成果。主要有: 怎样在基于普遍提高教学质量的基础上，培养学生的创新思维能力；怎样提高课程的吸引力，增强课程教学的学术性；怎样挖掘基本教学内容的深度；怎样对传统内容中的某些概念、理论和方法加以改革和更新，突出挑战性。基于此，本书第3版修订的主要内容有以下几方面。

第一，调整了部分章节，将材料的力学性能从“第2章 轴向载荷作用下杆件的材料力学问题”中独立出来，形成“第3章 常温静载下材料的力学性能”； 重写了“剪力图与弯矩图”作为第6章；将原来的第6章分为3章: “第7章 平面弯曲正应力分析与强度设计”和“第8章 弯曲剪应力分析与弯曲中心的概念”以及“第9章 斜弯曲、弯曲与拉伸或压缩同时作用时的应力计算与强度设计”；将原来的第8章分为: “ 应力状态与应变状态分析”和“一般应力状态下的强度设计准则及其工程应用”，分别列为第11章和12章；将原来的12章也分为两章: “动载荷与动应力概述”和“疲劳强度与构件寿命估算概述”，分别列为第16章和第17章。

第二，增加了部分教学内容，主要有: 部分非金属材料的力学性能；梁的位移叠加法中的逐段刚化法；应变分析；细长压杆实验结果；线性累积损伤与疲劳寿命估算等。

第三，将力系简化的方法引入横截面的内力分析，改革传统剪力图与弯矩图的画法。

第四，正确处理变形与位移概念的联系与区别，将确定梁的转角和挠度的章节名改为“梁的位移分析与刚度设计”。

第五，在部分章节引入“反问题”: 相对于正问题，反问题的解答不是唯一的，通过对于反问题的思考，一方面可以加深对于正问题的理解；另一方面可以激励创新思维。

第六，在部分章节设计了“开放式思维案例”作为学生课外学习和研究的资源。最近几年的教学实践表明，这对于刺激思维鼓励创新是一种有效的措施。材料力学（第3版）第七，增加了若干工程案例以及灾难性工程事故的力学解析。

第八，增加和改变了部分例题和习题。

随着课程研究型教学在更多高校开展、深入和发展，材料力学的课程教学以及教材建设还会遇到一些新问题，我们将一如既往地坚持“在教学中研究，在研究中教学”，以不断提高人才培养质量为己任，在教学实践的基础上，不断提高材料力学教材的质量。

这一版的初稿于2012年下半年—2013年上半年在国内完成；2013年7—8月在加拿大多伦多定稿。定稿期间，得到旅加的赵渊先生和范心明女士的大力支持和协助，在本书出版之际，著者谨表诚挚谢意。

诚挚地感谢广大读者对本书的关爱，希望大家对本书的缺点和不足提出宝贵意见。

范钦珊2014.1.11

绪论 1

0.1 引言 1

0.2 往复活塞式内燃机 1

0.3 转动式内燃机 4

0.4 内燃机的发展趋势 5

第1章 内燃机的工作原理和总体构造 8

1.1 内燃机的基本结构、术语及类型 8

1.1.1 基本结构 8

1.1.2 基本术语 11

1.1.3 内燃机的分类 13

1.2 四冲程内燃机的工作原理 16

1.2.1 四冲程汽油机的工作原理 16

1.2.2 四冲程柴油机的工作原理 17

1.3 二冲程内燃机的工作原理 18

1.3.1 二冲程汽油机的工作原理 18

1.3.2 二冲程柴油机的工作原理 19

1.3.3 汽油机与柴油机、四冲程与二冲程内燃机的比较 20

1.4 发动机的性能指标 20

1.5 内燃机的编号规则 22

思考题 24

第2章 曲柄连杆机构 25

2.1 概述 25

2.2 曲柄连杆机构的受力 25

2.3 机体组 27

2.3.1 机体组的功用及组成 27

2.3.2 机体 28

2.3.3 曲轴箱 31

2.3.4 汽缸盖 31

2.3.5 汽缸垫 33

2.3.6 发动机的支承 34

2.4 活塞连杆组 34

2.4.1 活塞 35

2.4.2 活塞环 40

2.4.3 活塞销 44

2.4.4 连杆 45

2.4.5 连杆轴瓦 46

2.5 曲轴飞轮组 47

2.5.1 曲轴 47

2.5.2 飞轮 54

2.5.3 曲轴扭转减振器 55

思考题 56

第3章 配气机构 57

3.1 概述 57

3.2 配气机构的布置及传动 57

3.3 配气相位和气门间隙 61

3.3.1 配气相位 61

3.3.2 气门间隙 63

3.4 配气机构的主要零部件 64

3.4.1 气门组 64

3.4.2 气门传动组 68

3.4.3 可变式配气机构 72

思考题 77

第4章 汽油机燃油供给系 78

4.1 汽油机燃油供给系的组成 78

4.1.1 汽油机燃油供给系的功用 78

4.1.2 汽油机燃油供给系的组成 78

4.2 燃油供给装置 79

4.3 空气供给和废气排出装置 81

4.3.1 空气滤清器 81

4.3.2 进气管与排气管 82

4.3.3 排气消音器 83

4.3.4 催化转化器 83

4.4 可燃混合气体和汽油机性能关系 84

4.4.1 汽油 84

4.4.2 空燃比 87

4.4.3 可燃混合气 87

4.5 化油器式燃油系统的组成 90

4.5.1 简单化油器的构造 90

4.5.2 化油器的类型 91

4.5.3 化油器各工作系统的工作原理 93

4.6 汽油直接喷射系统 96

4.6.1 概述 96

4.6.2 燃油喷射系统的种类 97

4.6.3 典型电控汽油喷射系统 99

4.6.4 电控汽油喷射系统主要组件的构造和工作原理 103

4.7 电喷发动机的传感器 108

4.7.1 空气流量计 108

4.7.2 压力传感器 113

4.7.3 节气门位置传感器 115

4.7.4 氧传感器 116

4.7.5 温度传感器 118

4.7.6 爆震传感器 118

4.7.7 曲轴位置传感器 120

4.7.8 转速传感器 123

4.7.9 电喷发动机和化油器发动机的区别 123

思考题 125

第5章 柴油机燃油供给系 126

5.1 概述 126

5.2 柴油及其使用性能 127

5.3 柴油机混合气形成和燃烧室 128

5.3.1 可燃混合气的形成与燃烧 128

5.3.2 燃烧室 129

5.4 柴油机的燃烧过程 131

5.4.1 着火的条件和特点 131

5.4.2 燃烧过程 131

5.4.3 对燃烧过程的要求 134

5.4.4 影响燃烧过程的运转因素 135

5.5 喷油器 137

5.5.1 孔式喷油器 137

5.5.2 轴针式喷油器 139

5.5.3 燃油的喷雾 140

5.6 喷油泵 141

5.6.1 柱塞式喷油泵的工作原理 141

5.6.2 柱塞式喷油泵的构造 143

5.6.3 柱塞式喷油泵实例 149

5.6.4 转子分配式喷油泵简介 150

5.7 调速器 152

5.7.1 调速器的功用 152

5.7.2 调速器的种类 153

5.7.3 机械式调速器的工作原理 153

5.7.4 机械式调速器实例 155

5.7.5 附加装置 162

5.8 P—T燃油系统 164

5.8.1 P—T燃油系统的组成 164

5.8.2 PT燃油泵 165

5.8.3 PT喷油器 168

5.8.4 P—T燃油系统的特点 169

5.9 电控柴油喷射系统 170

5.9.1 电控VE泵喷射系统 170

5.9.2 电控共轨喷油系统 173

5.10 柴油机供给系辅助装置 175

5.10.1 燃油箱 175

5.10.2 燃油滤清装置 175

5.10.3 输油泵 176

5.10.4 油水分离器 178

思考题 178

第6章 发动机润滑系 179

6.1 润滑系的功用及润滑方式 179

6.1.1 功用 179

6.1.2 润滑方式 180

6.2 润滑油 180

6.2.1 机油的使用特性及机油添加剂 180

6.2.2 机油的分类 181

6.2.3 机油的选用 182

6.3 润滑系的组成和润滑油路 183

6.3.1 组成及各机件的作用 183

6.3.2 发动机润滑部位及油路 184

6.4 润滑系的主要机件 186

6.4.1 机油泵 186

6.4.2 机油滤清器 187

6.4.3 机油散热器和冷却器 191

6.4.4 阀门 192

6.4.5 油尺和机油压力表 193

6.5 曲轴箱通风 193

6.5.1 自然通风 193

6.5.2 强制通风 194

思考题 195

第7章 冷却系 196

7.1 冷却系的功用及冷却方式 196

7.1.1 功用 196

7.1.2 冷却方式 197

7.2 水冷系统 197

7.3 水冷系统的主要机件 199

7.3.1 散热器 199

7.3.2 风扇 201

7.3.3 水泵 202

7.4 冷却系统的调节和冷却液 203

7.4.1 改变通过散热器的空气流量 203

7.4.2 改变通过散热器的冷却水流量 206

7.4.3 冷却液和防冻液 208

7.5 风冷系统 208

思考题 210

第8章 起动系统 211

8.1 概述 211

8.1.1 起动条件 211

8.1.2 起动方式 212

8.2 电力起动装置 212

8.2.1 组成 212

8.2.2 直流电动机 212

8.2.3 操纵机构 214

8.2.4 离合机构 215

8.2.5 减速起动机 217

8.3 改善冬季起动性能的措施 218

8.3.1 电热塞 218

8.3.2 进气预热器 219

8.3.3 减压装置 219

8.3.4 起动液喷射装置 219

思考题 220

第9章 汽油机点火系统 221

9.1 概述 221

9.1.1 点火系统的功用 221

9.1.2 点火系统的类型 221

9.1.3 点火系统的基本要求 222

9.2 蓄电池点火系统的组成与工作原理 222

9.2.1 蓄电池点火系统的组成 222

9.2.2 蓄电池点火系统的工作原理 224

9.3 蓄电池点火系统的主要部件 224

9.3.1 分电器 224

9.3.2 点火线圈 229

9.3.3 火花塞 230

9.4 电子点火系统 231

9.5 微机控制点火系统 236

9.5.1 有分电器微机控制点火系统 237

9.5.2 无分电器微机控制点火系统 237

9.6 车用电源 244

9.6.1 蓄电池 244

9.6.2 发电机 245

9.6.3 发电机的电压调节器 248

思考题 250

第10章 内燃机增压 251

10.1 基本概念 251

10.1.1 增压的作用及增压方式 251

10.1.2 增压发动机的结构特点 253

10.2 废气涡轮增压 254

10.3 柴油机废气能量的利用 256

10.4 增压内燃机的性能 258

10.4.1 内燃机增压后性能的改善 258

10.4.2 内燃机结构参数的变动 259

10.5 汽油机增压技术 261

10.5.1 涡轮增压系统 262

10.5.2 机械增压系统 263

思考题 265

第11章 内燃机特性 266

11.1 概述 266

11.2 内燃机的工况 267

11.3 负荷特性 268

11.3.1 柴油机的负荷特性 268

11.3.2 汽油机的负荷特性 269

11.4 速度特性 270

11.4.1 柴油机的速度特性 271

11.4.2 汽油机的速度特性 272

11.4.3 转矩特性 273

11.5 调速特性 275

11.6 万有特性 277

11.7 内燃机的功率标定及大气修正 278

11.7.1 功率标定 278

11.7.2 大气修正 279

思考题 280

第12章 内燃机的噪声控制和排气净化 282

12.1 内燃机噪声控制 282

12.2 内燃机排气净化 284

12.2.1 排气中的有害成分及其危害 284

12.2.2 排气净化的措施 285

12.3 内燃机排放的测量及法规 290

12.3.1 内燃机排放污染物的测量 291

12.3.2 排放法规 294

思考题 299

附录A 内燃机项目教学任务单 301

附录B 内燃机故障分析与排除 323

参考文献 327