2.1 概述
2.1.1 产品设计逻辑
行业主流的乘用车汽油机通常为往复活塞式汽油机，包括吸气、压缩、做功、排气四个行程，工作过程非常复杂，机体内部需要承受高温高压考验，机体外部需要适应极热极寒环境。典型的乘用车汽油机包含五大系统、两大机构，未来汽油机电气化程度越来越高，子系统间关联程度也越来越高，因此需要平衡协调子系统间矛盾冲突，以确保汽油机结构合理，性能卓越。
对于汽油机设计这样一个系统工程，必须运用科学方法，必须明确目标、分工合作、密切配合。基于性能驱动产品设计，当前行业典型产品设计逻辑是基于产品功能属性从属关系，自上而下，逐层分解，自下而上，顺次达成，即总体设计、系统设计、零件设计。性能基于功能，功能源于结构。图2-1所示是产品设计逻辑循环。
图2-1 产品设计逻辑
总体设计，立足汽油机产品设计全局，负责总体技术方案制定，统筹分子系统指标分解，统筹系统之间平衡协调。总体设计详见2.2节。
系统设计，立足汽油机各子系统设计，负责系统技术方案制定，统筹系统自身指标达成，统筹系统内部平衡协调。一般根据各个系统技术复杂程度不同，个别系统还会顺次向下分为分子系统设计团队。每个系统（或者分子系统）设计团队内部基本单元为零件设计角色。系统设计详见2.3～2.9节。
总体设计、系统设计都应包括设计、仿真、试制、试验及生产线规划等各个专业技术领域。这样就保证了全局层面有总体设计全面统筹；系统层面由各个系统分别负责，每个零件会有零件主管部门负责。这样就形成了总成、系统、子系统、零件，自上而下、层层分解，自下而上、层层交付的体系，保证了产品、属性、专业全覆盖。
除了上面这种基于功能属性从属关系设计逻辑外，行业也习惯于以时间为轴，将产品设计分为概念设计、布置设计、详细设计、试验验证、投产准备等几个阶段。
概念设计，即定义发动机的主体结构、关键参数、关键技术配置等。概念设计在本章中指根据上游设计输入，定义性能目标、技术路线、主体结构、关键参数等。
布置设计，即定义子系统的功能目标、系统边界、关键技术参数等，以及各子系统之间的平衡协调。本章将主体结构定型、各子系统结构定型、关键细节轮廓定型定义为布置设计。这样就能够看出发动机大体是什么样的了。
详细设计，即各子系统根据功能目标、系统边界开展详细设计。由于发动机技术的复杂性，设计过程中会存在大量的平衡及再设计过程。本章将所有零件详细技术参数全部设计完成定义为详细设计。
无论是基于功能属性从属关系的设计逻辑，还是基于时间轴的设计模式，业界还没有严格意义上的定义，本质上都是为了高效开展设计工作，确保抓住主要矛盾，聚焦关键问题，避免眉毛胡子一把抓。
2.1.2 产品设计考量因素
乘用车汽油机是带有商品属性的工业产品，其基本功能是为乘用车提供动力，对于企业来说，开发一个汽油机产品，本质上是以盈利为目的，以更小的投入换取更大的产出。研发是主机厂开发产品的龙头，在整个研发过程中，除了重点关注动力、油耗、排放、NVH等技术指标达成外，还必须全面系统考虑研发、制造、营销全价值链，力求做到尽善尽美。为了做到全面考虑，不留死角，这里借助芭芭拉·明托在金字塔原理中提出的一个基本准则（MECE分析法），确保产品设计各个考量因素之间相互独立，所有考量因素完全穷尽，不遗漏，不重叠。主要考量因素如下。
1.支撑产品设计目标达成
产品设计的基本任务是达成当期产品设计的目标，包括动力性、经济性、可靠性、耐久性、环境适应性、法规适应性。
2.适应产品平台谱系拓展
产品设计的终极使命是在达成当期产品设计目标的同时，最大限度兼容产品平台谱系未来拓展，确保产品平台谱系生命周期以内能够投入最小，收益最大，达成最佳商业盈利模式。这至少应该考虑如下几个方面。
（1）结构紧凑 发动机整体结构力求紧凑。这一点应是比较容易理解的，如果发动机包络尺寸过大，通常来说会更重，对汽车油耗是不利的；另外，未来的汽车为了降低制造成本，越来越强调平台化、模块化，尺寸过大，无法适应不同车型平台搭载。
（2）结构合理 发动机整体结构力求合理。这一点会有部分读者难以直观理解。什么是合理呢？举个例子，发动机与变速器有机组合为动力总成，对于乘用车来说，行业最为流行的动力布置是前置前驱，占据绝对主流。它的顶部是发动机舱盖，为了满足行人保护法规要求，必须保留一定间隙。它的底部是地面，为了保证通过性能等，也必须保留一定间隙。那问题来了，如果曲轴中心以上高度过高，就是不合理。具体还可以参见2.4节汽油机骨架设计。
（3）性能水平满足目标，领先性适度 设计过于超前或者设计过于落后，一般都是不可取的。任何一款产品，要么引领时代，要么紧跟时代，要么做出自己的特色。无论采取引领策略，还是采取紧跟策略，都要基于企业战略，基于品牌定位，基于产品实际，都有个度的问题，所谓过犹不及。行业成功和失败的典型例子比比皆是。
（4）技术升级功能预留适度 不做功能升级和预留，未来很难快速升级改进；但功能预留过度，产品结构将会更加复杂，性能易受到影响，开发投入会增加，开发时间也会变长，产品成本会水涨船高。所以预留多少技术、预留什么技术，都需要详细的论证，保证其适度。
比如，首先要预判一个技术是不是未来动力的关键性技术，再预判是不是未来主流，要不要预留。如果企业打造一个全新产品平台时，完全放弃了一项系统性的关键技术的升级接口，一旦该项技术成为主流趋势，那么对于这个企业来说，要么放弃这项技术，要么重新打造新的平台，或者投入巨大的成本和时间来改造平台。所以，表面上看，产品的设计也许就是一个“小小”的技术配置是去是留的问题，但对于企业来说是非常重要的权衡点，直接影响产品短期和长期的技术领先性、开发周期与成本。
（5）制造工艺性好 制造工艺性的好与差，直接影响可制造性。对生产设备、生产环境、控制方法、生产人员等要求不宜过高。这一点，也是比较容易理解的。
（6）制造适应性好，柔性化程度高 制造适应性与制造工艺性相似，但有所区别。这里是指，同一产品适应不同生产线的能力，即对生产设备、控制方法、人员习惯等的兼容性。比如用于气缸体加工的零点定位基准的设计；拧紧气缸体上某一紧固螺栓，既能适应人员左手握枪，也能适应人员右手握枪。好的设计适应性强；差的设计，无法柔性制造，制造成本高昂。
（7）供应链体系布局 供应链体系是由外部企业形成的体系，它们承接了供给主机厂的零部件，一般也称为配套件或外购件。表面看起来，供应链体系布局与设计不太相干，其实则不然。比如，某零部件由国外进口，一旦发生战争、自然灾害、疫情等不可抗事件，制造或物流必然受影响；再如曲轴等较重的零部件，运输成本占比较高，一般就近布局；还有，我国东北地区汽车企业供应链体系布局与西南地区汽车企业供应链体系布局呈现出明显的地区性差异；还有某些供应商可能有技术壁垒，不同供应商之间有战略合作等因素。总之，供应链体系布局是产品设计需要考量的重要因素之一。