内燃机零部件的轻量化,无论从降低成本还是节约能源的角度而言,都是人们不断追求的目标。我国单缸柴油机领域由于技术基础比较薄弱,对这一需求更加强烈。近年来原材料市场价格的不断上扬,使得单缸柴油机企业难堪重负,原有的技术薄弱点显得更加突出,已无法适应快速变化的市场需求。因此,单缸柴油机领域亟待需要建立一个全新的现代设计模式,以取代传统的基于经验的产品开发和改进设计模式。本文在这一背景下,以S1100型单缸柴油机机体为研究对象,基于现代设计理论和方法对该机体的等强度轻型化设计进行了详细研究。本文首先阐述了现代设计理论和方法在内燃机领域的应用,指出了虚拟设计将是内燃机现代设计的方向。为了了解轻型化设计对整机动态特性的影响,本文对减重优化设计前后的S1100型柴油机整机振动进行了研究,获得了典型工况下的整机振动频谱特性和整机振动烈度值,为轻型化设计提供了评价根据。基于现代设计理论和方法中的参数化实体建模技术和有限元分析技术,本文以S1100型柴油机机体为例,建立了一个完整的内燃机零部件等强度轻型化设计平台。其中包括S1100型柴油机机体三维实体模型的建立,机体三维有限元模型的建立,基于有限元模态和强度分析结果的机体等强度结构优化设计,以及最终优化方案的虚拟实验考核和物理样机实测分析。本文提出了一套几何模型简化原则,有效地解决了三维详细实体模型同三维有限元模型之间的转换问题;采用试验模态分析方法快速、有效地对有限元模型的正确性进行了验证;尝试运用等强度设计原则对机体进行轻型化设计,并取得了显著的减重效果。依据本文提出的现代设计模式:虚拟设计——虚拟实验——物理样机,对S1100型柴油机机体进行了等强度轻型化设计,使得原机体减重18%,物理样机一次试制成功,并通过了厂家200小时可靠性实验。实验考核显示改进后机体强度和动态特性皆优于原设计,由此证实了该设计模式的可行性和可靠性。S1100型柴油机机体等强度轻型化设计过程说明,上述现代设计模式大大降低了开发成本,缩短了开发周期,提高了产品的质量,解决了单缸柴油机领域面临亟待解决的问题,对我国内燃机结构设计具有一定的工程参考价值。