内燃机设计课程教学内容及教学方法改革方案研究

刘宇+寇志海+牛玲+陈雷+马洪安+曾文

摘要：本文指出内燃机设计课在教材选择及教学过程中存在的诸多问题，提出需在教学内容及教学方法两方面进行深入改革，给出包括教学内容的优化与调整以及如何改进教学方法的若干具体建议。

关键词：内燃机设计；教学内容；教学方法；优化与调整

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）52-0081-02

自1908年我国自制的第一台内燃机诞生以来，我国内燃机已建立起比较完整的工业体系。但由于在高端技术上的差距，我国内燃机工业仍缺乏国际竞争力[1]。内燃机工业要加快突破技术瓶颈、提高品质、提升国际竞争力，其首要任务是内燃机专业人才的培养。我国各高等院校相关专业的毕业生是内燃机专业人才的主要来源[2]。

对于高校发动机专业学生来说，“内燃机原理”、“内燃机构造”和“内燃机设计”是其主干专业课[3-5]。作为三门主干专业课之一，内燃机设计是在熟练掌握内燃机原理，以及充分认识内燃机构造之后，对内燃机专业学生提出的更高要求。内燃机设计代表了内燃机行业发展的创新，内燃机设计课程授课内容和方式也应紧扣时代发展要求，不断革新[6]。

一、内燃机设计课程教材的选择及其存在的问题概述

内燃机设计教材的选择十分重要。目前，国内内燃机设计教材以机械工业出版社出版、袁兆成主编的《内燃机设计》较为有名[7]。该教材结合了各种现代设计方法和应用以及作者长期从事内燃机设计研究的实际工作体会和经验，十分适用于内燃机专业方向的本科生教学。但同时，该教材也存在着内容偏多、难度较大等问题。另外，随着国际国内排放法规（欧标和国标）的日益严苛，为进一步降低污染物，内燃机技术也在不断更新，而教材内容往往相对滞后。因此，为确保在相对有限的学时内保质保量完成授课内容，同时保证授课内容与时俱进，仍需在教材内容选取及教学方法等方面做深入探讨。

二、教学内容及教学方法改革实施措施

1.教学内容的优化和调整。内燃机设计、内燃机构造与内燃机原理存在知识点重复的现象。需对教学内容进行优化和调整，对重复内容进行总结，解决内燃机设计课内容偏多、学时有限等问题。

近年来，随着汽车工业飞速发展，内燃机技术不断更新，许多新结构、新材料、新的加工制造方法得到了应用。而教材对内燃机新的设计理论和方法介绍较少。因此，对教学内容进行优化和调整时，可将新资料有选择、适量地加入到教学内容中。

发动机的设计离不开仿真软件的应用。为了节约成本、缩短设计周期，工程师往往先通过软件对发动机零部件及工作过程进行仿真计算，从而获得最佳性能参数。在教学内容中適量引入设计软件，能够使学生更直观了解发动机设计流程，起到事半功倍的作用。

2.教学方法的改进。（1）C语言编程在曲柄连杆受力分析中的应用。以往教学发现，学生通常死记硬背计算公式，对知识点把握不牢。可将C语言编程融入教学中。通过布置大作业，让学生用C语言编程计算气体力、合成力、侧向力、连杆力、切向力、径向力、单缸转矩和翻倒力矩等，并进一步绘制单缸发动机性能试验示功图，能够加深学生对理论公式的理解。（2）将拆装实习环节融入内燃机平衡教学之中。内燃机的平衡是内燃机设计的重要内容。与旋转惯性力相比，往复惯性力平衡问题更为复杂，需要采用适当的平衡机构。而学生在理解平衡机构时，表现得非常迷茫。针对这一问题，可在教学中加入内燃机拆装环节，让学生在实验室中指出内燃机所采取的平衡措施（包括平衡重和平衡轴等），能够加深学生对平衡轴结构以及分析平衡原理的理解。（3）ANSYS等仿真软件在分析曲轴系统扭转振动中的应用。发动机曲轴系统的扭转振动分析一直是教学中的重点和难点。目前，学生仅限于理解扭转振动的定义、现象、振动发生的原因。而由于难度较大，学生普遍放弃了扭转振动计算这部分内容，出现了教学中的死角。针对这一问题，可采用数值仿真软件辅助完成教学任务。通过Ansys workbench和Adams软件对曲轴轴系在不同转速工况下进行强迫扭转振动仿真分析，来提高学生的学习兴趣。

三、结束语

本文提出对内燃机设计教学重点和难点进行优化与调整，并通过调研先进发动机设计理论和设计方法，有选择、适量地加入到教学内容中，使内燃机设计教学内容能够与时俱进。同时提出采用仿真计算软件辅助完成教学任务构想，使复杂抽象的问题变得更直观更具体。为适应高等院校内燃机专业人才培养要求，为社会提供合格的内燃机专业人才，“内燃机设计”课程需要在以上教学内容和教学方法两方面做系统深入改革。

参考文献：

[1]盖景川.内燃机行业发展及展望[J].山东工业技术，2014，（09）：154-154.

[2]林在犁.我国内燃机专业人才培养模式探索[J].内燃机，2015，（3）：7-11.

[3]丁德全，冯建璋，王世震，等.内燃机专业的改革与建设[J].承德石油高等专科学校学报，1997，（3）：21-22

[4]丁晓映，陆小明，刘长寿.内燃机课程教学改革的实践与建议[J].集美大学学报，2008，9（4）：89-92

[5]王晓云，罗丹.内燃机课程教学的改革探索[J].中国电力教育，2008，（24）：45-46

[6]刘炳霞，苏石川，于子冬，等.内燃机设计课程教学改革的探索与实践[J].价值工程，2014，（3）：204-205

[7]袁兆成.内燃机设计[M].第2版.北京：机械工业出版社，2015.