代兴伟

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

基于ABAQUS的发动机缸孔变形量分析

代兴伟

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

在发动机运转过程中，缸孔会发生一定的变形，如果缸孔位置的刚度在设计时偏低，就会导致缸孔变形量过大，这会导致机油消耗增加、产生窜漏、增加摩擦功，甚至会导致拉缸。所以在设计初期需要对缸孔变形进行精确的计算，文章采用有限元的方法，运用 ABAQUS软件分析在螺栓预紧力下的缸孔变形，评价缸孔的刚度是否合理。

缸孔；有限元；ABAQUS软件

前言

随着发动机技术的发展，气缸套承受的热负荷以及爆发压力也越来越高，从而导致缸孔出现很大的变形，如果缸孔变形过大，会导致缸套与活塞间的局部间隙过大和过小，这样会出现机油消耗增加，发生窜气，增加摩擦功等问题，会直接导致排放超标，功率下降的严重问题。因此需要对发动机的缸孔变形进行预测，判断缸孔刚度是否合适，热态下的发动机缸孔变形量难以精确计算，且热态的变形也无法测量，本文利用ABAQUS软件，针对冷态下的缸孔变形进行预测，并根据冷态下的评价指标进行判断，研究缸孔刚度是否满足要求。

1 缸孔变形量的数学表达式

缸孔变形可以用傅立叶级数来描述，通过傅立叶级数对缸套失圆进行评估，假设ξ(φ)为变形缸套的外形，其中φ表示极坐标角度，那么ξ(φ)可近似表达为如下形式：

其中k为变形阶次，φ为相位角。

2 影响缸孔变形量的因素

● 缸体刚度

缸体的刚度强弱会直接影响到缸孔变形量，缸孔截面上一般布置的是缸体水套，一般缸孔截面处刚度较弱的部位变形量大。

● 缸盖螺栓预紧力

缸盖螺栓打紧时产生的轴向力通过缸盖、缸垫传递到缸孔处，螺栓力越小缸孔的变形量就越小，但螺栓预紧力提供缸体缸盖的压紧力，若预紧力过小会影响缸垫的密封性，导致冲缸垫的现象。

● 缸垫

缸垫的主要结构为各个重要位置的密封筋，各密封筋的高度的调节会分布缸盖螺栓产生的压力，缸孔变形主要靠缸孔处的密封筋的高度，此处的密封筋的调整也要同时考虑缸垫的密封性和缸孔变形量。

3 有限元模型及边界条件

分析模型包括缸体、缸盖、缸盖螺栓、进气门、排气门、气门座圈和缸垫。使用Hypermesh对模型进行网格划分，单元类型缸垫采用 GK3D12MN，其余采用 C3D10M。有限元模型如图1所示，缸垫性能如图2所示。

图1 缸孔变形量分析有限元模型

图2 缸垫属性

4 分析结果

图3 一缸缸孔变形量

图4 四缸缸孔变形量

第一缸和第四缸缸孔截面的傅立叶变换后四阶变形量超过限值，如图3、4所示，在缸孔深度10～25mm之间变形过于剧烈，主要是由于螺栓预紧力传递下来后对缸体顶面处的影响较大，可适当增加一、四缸缸孔处的刚度和缸孔顶面的刚度，并且调整缸孔筋的高度。改进措施如图5、6所示。

图5 增加一四缸刚度

图6 增加缸孔顶面的刚度

对修改后的模型进行校核，优化前后四阶最大变形量如表1所示。可以看出，优化后的模型各缸的四阶变形量均有明显的改善。

表1 各缸第四阶最大变形量

5 结论

通过有限元的方法可以快速的对缸孔变形量进行分析，优化后的结果表明各缸的四阶变形量有了明显的提升。

[1] J. Prescot, Applied Elasticity, New York, Dover Publications, 1946.

[2] Klaus Loenne, The Goetze Cylinder Distortion Measurement System and the Possibilities of Reducing Cylinder Distortions, SAE- Paper 880142.

[3] Franz Koch, Cylinder Liner Deformation Analysis –Measurements and Calculations, SAE-Paper980567.

[4] 刘玉梅,袁文华.175F柴油机气缸套温度场有限元分析[J].邵阳学院学报（自然科学版）,2004,（1）：54-55.

[5] 马庆镇,姜树李等.基于有限元方法的 YZ4DE柴油机气缸套变形分析研究[J].内燃机工程,2008,8（29）：59-62.

Cylinder Liner Distortion Analysis Based on ABAQUS

Dai Xingwei
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd. Technology Center, Anhui Hefei 230601）

In the process of engine operation, the cylinder liner deformation will happen. The low stiffness of cylinder liner leads to the large deformation. It will cause more oil consumption, blow-by, and increase the friction, even the break of the cylinder liner. So at the beginning of the design cylinder liner deformation needs to calculate accurately. This paper use the finite element method, calculate the cylinder liner deformation under the pre-tightening of cylinder head bolt. And evaluate whether the stiffness of cylinder liner is reasonable.

Cyliner liner; Finite Element; ABAQUS software

CLC NO.: U472.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-13-02

U472.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)12-13-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.005

代兴伟，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。