张靖崎，许映兰，陈诗沐

（合肥工业大学，安徽合肥 230000）

0 引言

在汽车发动机工作的过程中，活塞性能优劣对其运行有较大的影响，对发动机的整体性能有着重要影响。而活塞燃烧室容积和形状便显得尤为重要：活塞燃烧室的容积不仅影响汽车发动机的动力性能，还与发动机的爆燃、泄漏容积等缺陷密切相关，活塞燃烧室容积对柴油燃烧情况有着直接影响，进而影响发动机的动力性、经济性、污染排放等性能指标，是活塞生产过程及发动机研发中的一个关键参数。

为改善和提高汽车活塞燃烧室内燃油的燃烧效率，不少研究单位和发动机生产家对活塞燃烧室做了大量研究，从活塞燃烧室的形状到燃烧室的加工均有研究。燃料的雾化状况，对可燃混合气的充分混合有极大影响，但有适当形状的燃烧室相匹配形成气流运动，可进一步促进燃料迅速均匀地与空气混合，使燃烧过程更加完善，提高内燃机的热效率，降低排放污染[1]。在燃烧室的形状方面，现在大多设计成ω 形燃烧室[2]。而在燃烧室的加工工艺方面打破传统工艺流程，在精车止口工序改顶面定位为燃烧室平面定位，得到新的工艺尺寸链[3]，大大降低了废品率。燃烧室容积的加工及精度控制是汽车发动机保持功能一致性的重要基础。目前，国内汽车工业界对发动机缸盖燃烧室容积的检测方法主要为滴定法和气体测量法。上述两种方法检测速度慢、效率低、人为误差大、且对测量环境要求较高，测量精度得不到保证[4]。国内缸盖燃烧室容积主要通过控制燃烧室内基准点和缸盖底面之间的距离间接控制燃烧室容积，在线设备测量燃烧室容积并反馈到机床加工的方式仍处于研究阶段，未能得到广泛的实施[5]。

本文利用高等数学的积分及偏导知识分析各加工工序对体积的影响，以确定最佳加工方案，并最终编辑出相关程序，以达到提高加工工艺的目的。

1 ω 形燃烧室体积计算公式

以图1 为例，计算容积如下。

（2）圆柱体积V3。V3=πx22（y5-y2）。

图1 ω 形燃烧室计算图分析

（3）燃烧室体积V。V=V3+V1-V2。

2 误差分析

对于加工工艺参数对容积误差的影响，计算如下。

（2）开口半径对误差的影响。

（3）圆弧半径对误差的影响。

由上述计算可以得到，以ω 形活塞燃烧室为例，如果深度产生改变则对整体容积影响最大，其次则是燃烧室上部开口半径，影响最小的则是底部圆弧半径。因此应该优先保证影响较大的尺寸，即深度。下面举实例证明。

3 实例

根据图1 举实例说明，由图可得：P0（19，5），P1（19，0），P2（23±0.03，8±0.1），P3（14.43，0），P4（3，8），P5（23±0.03，14±0.1），V1=π（192+55）×8-π/3×53-π/3×33+π×19×［3×4+5×0+52arcsin3/5-52arcsin （-1）］=13 562.55，V2=π/3×8×（14.432+14.43×3+32）=2182.48，V3=π×232×6=9971.42，V=V1+V3-V2=21 351.49。

当y2=8.1，V1=13 728.29；当y2=7.9，V1=13 395.92；当x2=23.03，V3=9997.44；当x2=22.97，V3=9945.42，所以Vmin=21 158.86，Vmax=21 543.25。

（1）当P2=（23，8）时当P2=（23.03，8）时，当P2=（22.97，8）时，由此可知，当PX2产生微小偏差时，只会使梯形深度对误差产生影响。当PX2偏大时，对误差的影响比偏小时的影响要略小。

由此可知，当PY2产生微小偏差时，会使梯形开口半径和圆弧半径对误差产生影响。

当PY2偏小时，对误差的影响比偏大时的影响要略小。

由此可知，当xP2和yP2同时产生微小偏差时，使开口半径对误差的影响产生波动，当xP2和yP2同时偏大或同时偏小时对误差的影响，要略小于，xP2偏大但yP2偏小（或xP2偏小但yP2偏大）对误差的影响。

4 工艺参数设计策略

从上述分析可以看出，对于ω 形燃烧室的加工要素选择，加工深度误差对容积误差影响最大，其次是直径误差，因此应着重控制燃烧室深度误差。对于铸造表面不需进行切削加工的燃烧室，提高模具精度，加强对毛胚高度的控制，在安排切削加工工艺时，控制燃烧室深度误差是很重要的；对于需要切削加工的燃烧室，在加工工艺设计上，应优先考虑提高燃烧室深度精度，其次保证燃烧室直径精度。