《柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計》側(cè)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(shè)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(shè)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(yīng)用。
《柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計》共包括四部分：第一部分闡述柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計中的基本概念和通用技術(shù)。這部分論述分析式的設(shè)計過程，提出關(guān)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(shè)計的基礎(chǔ)、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(guān)的系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)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(gòu)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(yīng)用，以及有關(guān)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(shè)計等理論，還介紹了排放和燃料經(jīng)濟性法規(guī)及其對先進發(fā)動機技術(shù)研究和技術(shù)路線選擇的影響。
《柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計》適用于與內(nèi)燃機有關(guān)的專業(yè)工程技術(shù)人員，可為其提供完整的發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)和理論。對于學術(shù)研究人員，本書能為其介紹工業(yè)界的發(fā)動機設(shè)計知識。對于發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)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(yīng)用于其日常的設(shè)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(shù)和理論（即發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)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(jīng)修改并加強了的中文版的意圖，是為了推動這一領(lǐng)域的發(fā)展。
柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計理論是現(xiàn)代內(nèi)燃機設(shè)計技術(shù)的一個重要組成部分，是工業(yè)界實施系統(tǒng)設(shè)計職能的基礎(chǔ)。柴油機經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展，已經(jīng)成為性能優(yōu)良、在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(yīng)用的電子控制技術(shù)已經(jīng)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(fù)雜高科技產(chǎn)品。柴油機內(nèi)部的眾多影響因素和部件之間的相互關(guān)系復(fù)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(shè)計提出了更為嚴格的挑戰(zhàn)。部件的創(chuàng)新技術(shù)和多學科的系統(tǒng)集成設(shè)計技術(shù)已經(jīng)越來越清晰地成為內(nèi)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(guān)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(fù)雜機電系統(tǒng)的集成科學是十一個機械工程學科領(lǐng)域中的一個重要領(lǐng)域（注：其他十個領(lǐng)域分別為機構(gòu)學與機械振動學、機械的驅(qū)動與傳動科學、零件與結(jié)構(gòu)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(shù)）。而內(nèi)燃機的系統(tǒng)集成科學又與其他幾個領(lǐng)域有著密切的交叉關(guān)系（如結(jié)構(gòu)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(chǎn)學研”實踐中的核心是系統(tǒng)設(shè)計。從系統(tǒng)工程的高度大力發(fā)展內(nèi)燃機系統(tǒng)設(shè)計理論和技術(shù)是符合國家重大戰(zhàn)略需求并密切結(jié)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(wù)。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(shù)和總體設(shè)計技術(shù)。我們今天在內(nèi)燃機領(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)性的系統(tǒng)設(shè)計理論。而系統(tǒng)設(shè)計工作正是科學技術(shù)發(fā)展到今天我們占領(lǐng)柴油發(fā)動機設(shè)計的戰(zhàn)略制高點。發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域同時也是聯(lián)系內(nèi)燃機教學、科研和工程設(shè)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(shè)計需要系統(tǒng)設(shè)計人員執(zhí)行和部件設(shè)計人員配合。柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)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(chǔ)并與部件設(shè)計相輔相成的系統(tǒng)設(shè)計工作；第二，不脫離驗證。即搞基于實驗基礎(chǔ)的、與實驗技術(shù)相輔相成的計算分析技術(shù)。
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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(shè)計中的基本概念——分析式設(shè)計過程、耐久性、可靠性、優(yōu)化
1分析式設(shè)計過程和柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計
1．1車用柴油發(fā)動機設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計中的系統(tǒng)工程——屬性驅(qū)動的系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(guān)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(zhì)量、抗擾性和質(zhì)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(shè)計——從“為定目標而設(shè)計”到“為多變性而設(shè)計”再到“為可靠性而設(shè)計”
1．4柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計中成本工程的概念
1．4．1 為利潤而設(shè)計和為價值而設(shè)計
1．4．2 發(fā)動機系統(tǒng)成本分析的需求
1．4．3確定設(shè)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(guān)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(shè)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(shè)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(shè)計過程
1．6．1 發(fā)動機子系統(tǒng)的相互作用
1．6．2經(jīng)驗式發(fā)動機設(shè)計過程
1．6．3 先進的分析式發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計過程
1．7發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計指標
1．7．1發(fā)動機設(shè)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(shè)計的工作流程和組織
1．8．1 柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計的特征和原理
1．8．2柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)和工具
1．8．3 發(fā)動機性能與系統(tǒng)集成的技術(shù)領(lǐng)域
1．8．4柴油發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計的工作流程
1．9系統(tǒng)工程和系統(tǒng)設(shè)計的組織理論
1．9．1 發(fā)動機產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)中組織理論與系統(tǒng)工程的關(guān)系
1．9．2 建立以發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)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(chǎn)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(chǎn)品開發(fā)中組織結(jié)構(gòu)設(shè)計的理性思考
1．9．6 常見的組織結(jié)構(gòu)種類介紹
1．9．7 發(fā)動機產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)中關(guān)于部門化和集成化的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計理論
1．9．8 專業(yè)化和為發(fā)動機系統(tǒng)設(shè)計的N-A-P-D-Q-P工程師生產(chǎn)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(shè)計特點的總結(jié)
1．10．1共性和差異
1．10．2 系列化設(shè)計和多用途設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shù)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(diào)每個單獨元素的設(shè)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(shù)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(lǐng)域并未被廣泛地在學術(shù)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(shù)學科（比如機械工程和電子工程）并沒有對應(yīng)關(guān)系。事實上，大多數(shù)技術(shù)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(lǐng)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(shè)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(jīng)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(shè)計來說，這種理論是根本行不通的。一個不產(chǎn)生系統(tǒng)層面設(shè)計數(shù)據(jù)的、只做所謂“協(xié)調(diào)’’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(shè)計和集成的工作并指導子系統(tǒng)和部件的設(shè)計細節(jié)工作。過去的大量經(jīng)驗表明，在柴油機系統(tǒng)設(shè)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(shù)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(shù)廣度（寬度）、中等的技術(shù)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(nèi)涵。在柴油機系統(tǒng)設(shè)計中，廣度其實是指產(chǎn)品實體（子系統(tǒng)或部件，例如配氣機構(gòu)和渦輪增壓器）、產(chǎn)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(shè)計、測試）、產(chǎn)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(guān)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(chǎn)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(gòu)內(nèi)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(guān)職能的領(lǐng)域。從本質(zhì)上講，這樣的理論認為系統(tǒng)工程師其實就是項目的技術(shù)經(jīng)理，他們與設(shè)計和開發(fā)部門密切合作。在柴油機系統(tǒng)設(shè)計中，系統(tǒng)工程師并不等同于項目經(jīng)理的角色。系統(tǒng)工程師最好能夠具備關(guān)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(chǎn)生重大影響的部件進行設(shè)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(zhì)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(shè)計的復(fù)雜性還沒有被清晰地理解。如果運用一個由產(chǎn)品屬性驅(qū)動的系統(tǒng)設(shè)計方法和按照元素劃分的產(chǎn)品開發(fā)組織構(gòu)造（詳見下文提出的理論），那么設(shè)置具備深入部件設(shè)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(shù)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(chǎn)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(diào)的能力。
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