李雷，路明

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

考虑温度影响的缸孔变形量分析

李雷，路明

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

发动机缸套的变形对发动机的机油耗和磨损、窜气等均有较大的影响，而发动机缸套在冷态和热态下的变形有很大的差别，文章基于有限元的方法，对某款发动机进行冷态以及热态下的缸孔变形量分析，结果表明四阶和六阶的变形主要由螺栓预紧力引起，而二阶、三阶及更高阶次的变形由温度影响较大。

缸孔变形；有限元；温度场

前言

发动机缸套在受到缸盖螺栓预紧力、温度以及爆发压力的载荷后会发生变形，即缸套失圆，而缸套失圆会产生许多问题，特别是增加机油消耗。由于缸套失圆，机油通过活塞环和缸套间的间隙，在垂直的往复运动过程中渗透至燃烧室，从而增加机油消耗，较高阶数的缸套失圆会致使油膜厚度增大，这样在很小的缸套失圆量条件下也会使机油产生较高的消耗量，同时也会影响活塞环的性能。缸套失圆也会引起磨损、引起窜气等问题。

之前的研究较多关注的是冷态下的缸孔变形量，即只考虑螺栓预紧力下的缸孔变形，但在发动机工作中会有温度以及爆发压力的影响，本文基于有限元的方法，对比分析冷态以及热态下的缸孔变形量，研究缸孔变形规律。

1 热变形有限元理论

在物理方程中，应变分量中包含弹性应变和温度改变引起的热应变两部分。其中前一部分弹性应变与应力分量有关，即虎克定理，后一部分热应变与温度改变有关。由于物体假定为各向同性，热膨胀不引起任何角位移，因此不存在剪应变和旋转，而正应变在各方向都有相同的数值，即式（1）。

2 冷态下的缸孔变形量分析

冷态工况即只考虑缸盖螺栓预紧力与缸垫的非线性属性，不考虑温度的影响，有限元模型包括缸体、缸盖、缸垫和缸盖螺栓，如图1所示。缸垫的压波特性如图2所示。

图1 有限元模型

图2 缸垫压波特性

缸孔各截面的变形结果如图3所示，各阶次的最大变形量如表1所示。从结果可以看出，最大变形量为四阶，发生在缸孔深度55mm到60mm之间，而二三阶的变形并不大，四阶和六阶的变形明显有一定的凸起，可见螺栓预紧力对于基数阶次影响较大。而深度50mm到60mm变形量大的原因可能为在此深度之间的缸体刚度较弱，且跟螺纹的深度有关系。

图3 冷态下的各阶次的变形量

表1 冷态下的各阶次变形情况

3 热态下的缸孔变形量分析

热态下的变形量需要同时考虑工作状态下的温度影响，一般在全速全负荷工况下的温度最高，而高温会导致更大的变形，因此只需要分析全速全负荷工况下的变形，进行温度分析需要CFD计算提供边界，主要有燃烧室、进排气道、缸套以及水套部位的温度和换热系数，然后进行传热分析，缸体的温度分布如图4所示。

图4 缸体的温度分布

热态下的缸孔变形情况如图5所示，各阶次的最大变形量如表2所示。可以看出考虑温度影响后的变形量各阶均有较大的变化，其中二阶变形增大了八倍，三阶也增加了6倍，而四阶和六阶变形虽然也有一定的增加，但增加的较少，表明温度主要影响的是二阶、三阶、五阶以及更高的阶次，而四阶和六阶主要是由于螺栓预紧力引起。

图5 热态下的各阶缸孔变形情况

表1 热态下的各阶次变形情况

4 结论

从冷态和热态下的缸孔变形量对比分析来看，温度主要影响二阶、三阶、五阶以及更高的阶次，而四阶和六阶变形量主要由螺栓预紧力引起，温度对这两阶的变形影响较小，研究此规律可以更好的帮助理解缸孔变形量的影响，也可以从加工等其他手段减小缸孔变形量，从而提升发动机的机油耗以及排放等性能。

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The Cylinder Liner Distortion Analysis Considered the Temperature

Li Lei, Lu Ming
（Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601）

The cylinder liner distortion will cause more oil consumption, blow-by, and increase the friction. And it is different between the cold engine and warm engine. The cylinder liner distortion will be performed under cold engine and warm engine in this paper based on the finite element method. The result shows that distortion in fourth and sixth order is caused by bolt pre-tightening. And the distortion in second、third and higher order is caused by the temperature.

Cylinder Liner Distortion; Finite element; Temperature field

CLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)12-148-02

U467.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)12-148-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.049

李雷（1989-），男，助理工程师，现就职于安徽江淮汽车集团股份公司技术中心，主要从事发动机试验开发工作。