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国外内燃机
现代优化气缸变形的新方法【德】M.BergH.SchultheiBD.MuschT.Hilbert
2016年第4期
摘要：未来实际行驶排放(RDE)法规要求在目前的行驶循环之外电应具有更好的废气排放可靠
性。由于对负荷和动态性能的要求更高，诸如机油窜入燃烧室等现象也会对废气排放特性产生不利的影响，因此活塞-气缸系统和优化气缸变形在发动机整个开发过程中越来越成为关注的焦点。介绍了IAV公司应用对此具有重要意义的开发工具和方法的可能性，这些有针对性的步骤有助于减小气缸变形。
关键词：气缸变形
设计优化窜气
1尽可能减小运行状态中的气缸变形
当今，对CO,和废气排放的要求越来越高，推动了发动机技术的发展。为此采取如发动机小型化、高增压和减轻发动机质量等措施，使得所有的发动机构件的负荷不断增大。在这些边界条件下，发动机的摩擦系统成为关注的重点，其中活塞-气缸系统是最重要的摩擦系统，它对机油耗和窜气具有最大的影响，所产生的摩擦损失占据发动机机械损失的最大份额约30%，并且对燃油耗和废气排放产生决定性的影响。
除去其他因素，气缸相对于理想形状的偏差对活塞-气缸系统的功能具有重大的影响。减小气缸变形是1种有效的优化方式，可以说在所有的目标参数中，减小气缸变形则是唯一对参数有利的影响。
除了要求发动机装配无向题之外，特别是在实
际运行条件下的气缸变形对于活塞-气缸系统的性能具有重要的意义，而气缸变形尤其受到气缸体曲轴箱与气缸盖的紧固连接，以及发动机运行期间气缸体曲轴箱的热负荷和动态负荷的影响。
由于现今技术倾向于使用珩磨中心架，在珩磨过
程期间已将气缸的这种压紧状态调整好，因而珩磨后的气缸体曲轴箱在冷机时由气缸盖压紧的静止状态下或者在热机运行状态下气缸仍较好地保持几乎没有变形的状态，但是使用磨中心架大大提高了制造费用，因此在大批量生产的情况下中心架磨工艺往往受到限制。另一种创新的替代方案是采用昂贵的成形珩磨工艺，在磨过程中通过控制复杂的珩磨刀具，形成有针对性的气缸形状偏差，相当于运行状态下气缸的相反变形，以补偿运行状态下产生的变形。
因此，开发的目标仍是优化气缸体曲轴箱及其万方数据
相邻的构件，例如气缸盖及其密封垫，在结构上应设计得在压紧运行状态下尽可能产生小到无危害的气缸变形。
2理论基础
在分析评价气缸变形时，一般分别考察气缸每个高度平面上的形状，并借助于傅里叶分析法分成各种变形等级项，分别用幅值和相位来表明（图1)。
长期以来的经验表明，特别是第2～5变形等级
的变形幅值会影响机油耗、审气、摩擦和磨损，而较低的变形等级则影响不大，因为其变形能够被活塞环很好地补偿。较低等级的变形幅值实际上是很小的，通常对系统的功能不会产生重大的影响。在公开发表的文献资料0中，对第2～5等级的变形幅值给出了各种不同的标准值或极限值，而这些数值大多数基于从现有量产发动机的开发和分析中得到的经验和试验结果。
除了这些数据之外，还应用了一些计算方法，能够确定活塞环对真实气缸形状的贴合能力（即所谓的形状充满能力)(2-3})，用这些方法还能推导出在各自应用场合中变形等级特有的极限值。显然，对于这些相应推导出的极限值的最大变形，各自所规定使用的活塞环能贴合变形的气缸轮廊，而不至于在两者之间产生过大的间隙。
为更好的阐述气缸变形的分析结果，IAV公司自行开发了1种名为"IAVEngineAnalyzer"的发动机分析程序，其中含有的“气缸套变形”模型包括了数据处理功能和内容丰富的分析方法，例如计算圆度和气缸形状误差、傅里叶等级分析或等级特有的活塞环贴合能力评估，此外还为使用者提供了数据结算功能（例如冷态、热态或者压紧、不压紧之间