基于ABAQUS的發動機缸孔變形量分析

代興偉

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

基于ABAQUS的發動機缸孔變形量分析

代興偉

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

在發動機運轉過程中，缸孔會發生一定的變形，如果缸孔位置的剛度在設計時偏低，就會導致缸孔變形量過大，這會導致機油消耗增加、產生竄漏、增加摩擦功，甚至會導致拉缸。所以在設計初期需要對缸孔變形進行精確的計算，文章采用有限元的方法，運用 ABAQUS軟件分析在螺栓預緊力下的缸孔變形，評價缸孔的剛度是否合理。

缸孔；有限元；ABAQUS軟件

前言

隨著發動機技術的發展，氣缸套承受的熱負荷以及爆發壓力也越來越高，從而導致缸孔出現很大的變形，如果缸孔變形過大，會導致缸套與活塞間的局部間隙過大和過小，這樣會出現機油消耗增加，發生竄氣，增加摩擦功等問題，會直接導致排放超標，功率下降的嚴重問題。因此需要對發動機的缸孔變形進行預測，判斷缸孔剛度是否合適，熱態下的發動機缸孔變形量難以精確計算，且熱態的變形也無法測量，本文利用ABAQUS軟件，針對冷態下的缸孔變形進行預測，并根據冷態下的評價指標進行判斷，研究缸孔剛度是否滿足要求。

1 缸孔變形量的數學表達式

缸孔變形可以用傅立葉級數來描述，通過傅立葉級數對缸套失圓進行評估，假設ξ(φ)為變形缸套的外形，其中φ表示極坐標角度，那么ξ(φ)可近似表達為如下形式：

其中k為變形階次，φ為相位角。

2 影響缸孔變形量的因素

● 缸體剛度

缸體的剛度強弱會直接影響到缸孔變形量，缸孔截面上一般布置的是缸體水套，一般缸孔截面處剛度較弱的部位變形量大。

● 缸蓋螺栓預緊力

缸蓋螺栓打緊時產生的軸向力通過缸蓋、缸墊傳遞到缸孔處，螺栓力越小缸孔的變形量就越小，但螺栓預緊力提供缸體缸蓋的壓緊力，若預緊力過小會影響缸墊的密封性，導致沖缸墊的現象。

● 缸墊

缸墊的主要結構為各個重要位置的密封筋，各密封筋的高度的調節會分布缸蓋螺栓產生的壓力，缸孔變形主要靠缸孔處的密封筋的高度，此處的密封筋的調整也要同時考慮缸墊的密封性和缸孔變形量。

3 有限元模型及邊界條件

分析模型包括缸體、缸蓋、缸蓋螺栓、進氣門、排氣門、氣門座圈和缸墊。使用Hypermesh對模型進行網格劃分，單元類型缸墊采用 GK3D12MN，其余采用 C3D10M。有限元模型如圖1所示，缸墊性能如圖2所示。

圖1 缸孔變形量分析有限元模型

圖2 缸墊屬性

4 分析結果

圖3 一缸缸孔變形量

圖4 四缸缸孔變形量

第一缸和第四缸缸孔截面的傅立葉變換后四階變形量超過限值，如圖3、4所示，在缸孔深度10～25mm之間變形過于劇烈，主要是由于螺栓預緊力傳遞下來后對缸體頂面處的影響較大，可適當增加一、四缸缸孔處的剛度和缸孔頂面的剛度，并且調整缸孔筋的高度。改進措施如圖5、6所示。

圖5 增加一四缸剛度

圖6 增加缸孔頂面的剛度

對修改后的模型進行校核，優化前后四階最大變形量如表1所示?？梢钥闯?，優化后的模型各缸的四階變形量均有明顯的改善。

表1 各缸第四階最大變形量

5 結論

通過有限元的方法可以快速的對缸孔變形量進行分析，優化后的結果表明各缸的四階變形量有了明顯的提升。

[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.

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[4] 劉玉梅,袁文華.175F柴油機氣缸套溫度場有限元分析[J].邵陽學院學報（自然科學版）,2004,（1）：54-55.

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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 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)12-13-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.005

代興偉，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。