《柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計》側重于發(fā)動機性能與系統(tǒng)集成，建立了柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計理論，包括模擬和分析發(fā)動機工作的方法。本書將柴油機工程師們在發(fā)動機性能和系統(tǒng)設計方面所需要了解的全部知識有機地聯(lián)系在一起，以便他們能夠迅速掌握所有重要的技能并在實際工作中予以應用。
《柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計》共包括四部分：第一部分闡述柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計中的基本概念和通用技術。這部分論述分析式的設計過程，提出關于耐久性、可靠性和優(yōu)化的理論。第二部分介紹柴油發(fā)動機動態(tài)和靜態(tài)系統(tǒng)設計的基礎、發(fā)動機熱力循環(huán)工作過程、車輛和動力系的性能，并論述與燃燒、排放和后處理有關的系統(tǒng)設計中的關鍵邊界條件。第三部分探討動力學、摩擦、噪聲、振動和不平順性，包括對配氣機構和活塞組的論述。第四部分闡述熱力學第一定律和第二定律在發(fā)動機上的分析應用，以及有關冷卻系統(tǒng)散熱、發(fā)動機空氣系統(tǒng)（包括排氣再循環(huán)和渦輪增壓）、發(fā)動機瞬態(tài)性能和電子控制、子系統(tǒng)相互作用和系統(tǒng)指標設計等理論，還介紹了排放和燃料經濟性法規(guī)及其對先進發(fā)動機技術研究和技術路線選擇的影響。
《柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計》適用于與內燃機有關的專業(yè)工程技術人員，可為其提供完整的發(fā)動機系統(tǒng)設計技術和理論。對于學術研究人員，本書能為其介紹工業(yè)界的發(fā)動機設計知識。對于發(fā)動機系統(tǒng)設計人員，本書能使他們把書中介紹的方法和實際工作知識直接應用于其日常的設計和研究工作。
中文版前言
本書是基于我在2011年由英國的Woodhead Publishing出版的英文版Diesel Engine SystemDesign一書修改而成的中文版原創(chuàng)性專著。我曾作為20世紀90年代從中國赴美攻讀博士的留學人員，目前在美國工作。這本第一部反映發(fā)動機系統(tǒng)工程主流前沿技術和理論（即發(fā)動機系統(tǒng)設計領域）的書出版三年以來，陸續(xù)得到各方的重視和積極反饋。我用中文母語寫作此部經修改并加強了的中文版的意圖，是為了推動這一領域的發(fā)展。
柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計理論是現(xiàn)代內燃機設計技術的一個重要組成部分，是工業(yè)界實施系統(tǒng)設計職能的基礎。柴油機經歷了一百多年的發(fā)展，已經成為性能優(yōu)良、在國民經濟各個領域得到廣泛應用的熱能動力機械。自20世紀90年代起在柴油機上大規(guī)模應用的電子控制技術已經使柴油發(fā)動機發(fā)展成為一個名副其實的具有特殊系統(tǒng)工程特征的、機電一體化的復雜高科技產品。柴油機內部的眾多影響因素和部件之間的相互關系復雜，且具有很強的非線性和時變性特征。21世紀的節(jié)能減排要求、不斷提升的對強勁動力需求和發(fā)動機可靠性的需求，以及對輕巧靈便的裝置和低廉價格的要求都對柴油機的設計提出了更為嚴格的挑戰(zhàn)。部件的創(chuàng)新技術和多學科的系統(tǒng)集成設計技術已經越來越清晰地成為內燃機行業(yè)中兩大相輔相成的時代潮流。正如2010年出版的、由中國國家自然科學基金委員會工程與材料科學部編寫的《機械工程g-科發(fā)展戰(zhàn)略報告（2011--2020）》里關于對機械工程學科戰(zhàn)g-地位、總體發(fā)展趨勢和學科發(fā)展布局的指導思想中所闡述的，復雜機電系統(tǒng)的集成科學是十一個機械工程學科領域中的一個重要領域（注：其他十個領域分別為機構學與機械振動學、機械的驅動與傳動科學、零件與結構的失效與安全服役科學、機械表面界面科學與摩擦學、生物制造與仿生制造科學、高性能精確成形制造科學、高能束與特種能場制造科學、高精度數(shù)字化制造科學、機械的制造與運行參數(shù)測量科學、微／納制造科學與技術）。而內燃機的系統(tǒng)集成科學又與其他幾個領域有著密切的交叉關系（如結構的失效與可靠性、摩擦學、系統(tǒng)運行參數(shù)檢測與表征）。集成科學的核心是系統(tǒng)工程，而系統(tǒng)工程在具體的“產學研”實踐中的核心是系統(tǒng)設計。從系統(tǒng)工程的高度大力發(fā)展內燃機系統(tǒng)設計理論和技術是符合國家重大戰(zhàn)略需求并密切結合國際科技前沿發(fā)展的重要舉措，也是動力機械工程學科發(fā)展的基本任務。事實上，中國航天工程的成功發(fā)展就是依靠了強有力的系統(tǒng)工程技術和總體設計技術。我們今天在內燃機領域開始談系統(tǒng)的原因，是因為現(xiàn)在巳到了定義系統(tǒng)工程在柴油機領域怎么搞法的時候了。由于精密化、電控化和部門集成化的工業(yè)實踐需要，柴油機的研發(fā)需要一個清晰而完整的，具有戰(zhàn)略性、前瞻性和引領性的系統(tǒng)設計理論。而系統(tǒng)設計工作正是科學技術發(fā)展到今天我們占領柴油發(fā)動機設計的戰(zhàn)略制高點。發(fā)動機系統(tǒng)設計領域同時也是聯(lián)系內燃機教學、科研和工程設計實踐的一個很好的重要橋梁。它也是催生新思想和跨學科的源泉。
系統(tǒng)設計需要系統(tǒng)設計人員執(zhí)行和部件設計人員配合。柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計人員需要注意以下四個原則：第一，不脫離實際，即做基于部件基礎并與部件設計相輔相成的系統(tǒng)設計工作；第二，不脫離驗證。即搞基于實驗基礎的、與實驗技術相輔相成的計算分析技術。
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中文版前言
英文版前言
符號表
縮寫詞和首字母縮略語表(英漢對照)
第一部分 柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計中的基本概念——分析式設計過程、耐久性、可靠性、優(yōu)化
1分析式設計過程和柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計
1．1車用柴油發(fā)動機設計的特征和挑戰(zhàn)
1．1．1 柴油發(fā)動機分類
1．1．2 柴油機和汽油機之間的比較
1．1．3柴油發(fā)動機的歷史、特征和面臨的挑戰(zhàn)
1．2柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計中系統(tǒng)工程的概念
1．2．1 系統(tǒng)工程原理
1．2．2 柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計在系統(tǒng)工程方面所面臨的挑戰(zhàn)
1．2．3 柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計中的系統(tǒng)工程——屬性驅動的系統(tǒng)設計過程
1．2．4 系統(tǒng)工程的工具和方法
1．3柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計中可靠性工程和抗擾性工程的概念
1．3．1 可靠性工程和抗擾性工程中的關鍵元素
1．3．2 多變性的概念
1．3．3 性能的概念
1．3．4耐久性的概念
1．3．5 質量、抗擾性和質量損失函數(shù)的概念
1．3．6可靠性的概念
1．3．7 系統(tǒng)設計——從“為定目標而設計”到“為多變性而設計”再到“為可靠性而設計”
1．4柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計中成本工程的概念
1．4．1 為利潤而設計和為價值而設計
1．4．2 發(fā)動機系統(tǒng)成本分析的需求
1．4．3確定設計目標成本的過程
1．4．4發(fā)動機系統(tǒng)成本分析的目的
1．4．5 成本分析中費用和影響因素的分類
1．4．6發(fā)動機系統(tǒng)成本分析的方法
1．4．7關于目前發(fā)動機成本分析方法的評述
1．5競爭性基準分析
1．5．1 競爭性基準分析的需求
1．5．2競爭性基準分析的方法
1．5．3發(fā)動機系統(tǒng)設計的基本參數(shù)
1．5．4發(fā)動機性能的競爭性基準分析
1．5．5機械設計中的競爭性基準分析
1．6子系統(tǒng)的相互作用和分析式發(fā)動機系統(tǒng)設計過程
1．6．1 發(fā)動機子系統(tǒng)的相互作用
1．6．2經驗式發(fā)動機設計過程
1．6．3 先進的分析式發(fā)動機系統(tǒng)設計過程
1．7發(fā)動機系統(tǒng)設計指標
1．7．1發(fā)動機設計指標概述
1．7．2 系統(tǒng)性能指標
1．7．3 系統(tǒng)的耐久性
1．7．4 系統(tǒng)的封裝性
1．7．5 系統(tǒng)的成本
1．8柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計的工作流程和組織
1．8．1 柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計的特征和原理
1．8．2柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計的理論基礎和工具
1．8．3 發(fā)動機性能與系統(tǒng)集成的技術領域
1．8．4柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計的工作流程
1．9系統(tǒng)工程和系統(tǒng)設計的組織理論
1．9．1 發(fā)動機產品應用開發(fā)中組織理論與系統(tǒng)工程的關系
1．9．2 建立以發(fā)動機系統(tǒng)設計理論為依據(jù)的需求體制——一個有長遠意義的戰(zhàn)略制高點
1．9．3為發(fā)動機產品開發(fā)開展組織理論研究的重要性
1．9．4組織理論綜述
1．9．5產品開發(fā)中組織結構設計的理性思考
1．9．6 常見的組織結構種類介紹
1．9．7 發(fā)動機產品應用開發(fā)中關于部門化和集成化的組織結構設計理論
1．9．8 專業(yè)化和為發(fā)動機系統(tǒng)設計的N-A-P-D-Q-P工程師生產力管理系統(tǒng)
1．10柴油發(fā)動機不同用途的運行特性和設計特點的總結
1．10．1共性和差異
1．10．2 系列化設計和多用途設計
1．10．3不同柴油機用途的特征
1．11參考文獻和書目
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第二部分 柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計中的發(fā)動機熱力淡定循環(huán)、車輛動力系性能和排放
第三部分 柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計中的動力學、摩擦、噪聲、振動和不平順性
第四部分 柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計中的散熱量、空氣系統(tǒng)、發(fā)動機控制和系統(tǒng)集成
附錄
1．2．2柴油發(fā)動機系統(tǒng)設計在系統(tǒng)工程方面所面臨的挑戰(zhàn)
1．2．2．1發(fā)動機系統(tǒng)工程師的學術背景
系統(tǒng)工程的傳統(tǒng)理論（Kossiakoff和Sweet，2003）認為，系統(tǒng)工程以指導和協(xié)調每個單獨元素的設計來聯(lián)接各個傳統(tǒng)的工程學科，并確保系統(tǒng)元素之間的相互作用和各個界面都互相兼容和彼此支持。這一理論承認由于缺乏一個量化的知識體系或者具體的技術專長，像這樣的作為一個專業(yè)來定義的所謂系統(tǒng)工程領域并未被廣泛地在學術界和工業(yè)界作為一個獨特的或獨立的學科昕認可或承認，因為按照這樣定義的傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程與工程技術學科（比如機械工程和電子工程）并沒有對應關系。事實上，大多數(shù)技術人員往往抵制成為這樣定義的所謂“通才”，因為他們擔心會失去從他們的專業(yè)領域所獲得的承認。
由于傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程理論認為一個只做“集成”而無須介入設計細節(jié)的工作職能對于系統(tǒng)工程師來講大概就足夠了，使得這樣的理論相信沒有經過專業(yè)工程訓練的數(shù)學或物理專業(yè)的畢業(yè)生都可以來做系統(tǒng)工程師的工作。遺憾的是，對于柴油機系統(tǒng)設計來說，這種理論是根本行不通的。一個不產生系統(tǒng)層面設計數(shù)據(jù)的、只做所謂“協(xié)調’’事宜的工作職能已被充分證明在發(fā)動機公司是無效的，而且是違反發(fā)動機研發(fā)的科學規(guī)律的組織做法。發(fā)動機系統(tǒng)工程師必須具備傳統(tǒng)的工程學科的專業(yè)技能，以便做好系統(tǒng)設計和集成的工作并指導子系統(tǒng)和部件的設計細節(jié)工作。過去的大量經驗表明，在柴油機系統(tǒng)設計中，最成功的系統(tǒng)工程師是出身于以下的工程專業(yè)之一：熱流科學、燃燒、動力學、電子控制。
1．2．2．2技術廣度與深度
傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程觀點要求系統(tǒng)人員具備以下的三維專長：極大的技術廣度（寬度）、中等的技術深度、適中的管理技能。然而，廣度這個詞一直沒有被明確地界定或賦予內涵。在柴油機系統(tǒng)設計中，廣度其實是指產品實體（子系統(tǒng)或部件，例如配氣機構和渦輪增壓器）、產品屬性性能、耐久性、封裝性（packaging）或稱形狀與裝配性、成本、工作職能的技能（即分析、設計、測試）、產品的用途等。深度是指對于以上任何一個特定主題細節(jié)的理解認識水平和詳細程度，比如對理論和實驗知識的理解、對有關影響因素的理解以及對不同主題之問的相互作用的理解。這里所說的主題可以指一個子系統(tǒng)，也可以指一個屬性、工作職能或產品用途。
1．2．2．3工作責任
傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程觀點（Armstrong，2002）認為在一個組織機構內的系統(tǒng)工程團隊或部門需要由一個跨學科團隊人員組成，他們工作于系統(tǒng)層面，并代表著所有相關職能的領域。從本質上講，這樣的理論認為系統(tǒng)工程師其實就是項目的技術經理，他們與設計和開發(fā)部門密切合作。在柴油機系統(tǒng)設計中，系統(tǒng)工程師并不等同于項目經理的角色。系統(tǒng)工程師最好能夠具備關于子系統(tǒng)和部件的深入知識，這主要是由于他們需要與部件工程師密切合作，來對那些對系統(tǒng)層面性能產生重大影響的部件進行設計。
傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程理論自從誕生以來就一直受到一些負面聲音的質疑和挑戰(zhàn)，比如“在專家們的頭上再加上一個系統(tǒng)工程師，到底有什么價值？”這樣的聲音之所以存在，是因為系統(tǒng)設計的復雜性還沒有被清晰地理解。如果運用一個由產品屬性驅動的系統(tǒng)設計方法和按照元素劃分的產品開發(fā)組織構造（詳見下文提出的理論），那么設置具備深入部件設計知識的系統(tǒng)工程師的好處就顯而易見了。另一方面，這種方法也的確對工程技術人員提出了兩個挑戰(zhàn)，那就是，對于系統(tǒng)工程師來說，希望他們能夠精通所有子系統(tǒng)的某個給定的產品屬性；對于子系統(tǒng)專家而言，則是建議他們能夠掌握對于一個給定的子系統(tǒng)來講對不同的屬性予以協(xié)調的能力。
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