柴油机气缸套变形分析

柴油机气缸套变形分析

0内孔变形对发动机颗粒排放的影响气罐是发动机的重要部件之一。它的产品性能直接影响着发动机的动力性、经济性、可靠性、环境保护和安全。它在加工和装配后,都会形成一定程度的变形,引起密封不良气缸套内孔变形对发动机的颗粒排放,可靠性等都有重要影响。性能方面:气缸套内孔变形大的发动机,由于活塞环不能很好密封,机油容易窜入燃烧室热解裂化产生颗粒,导致其颗粒排放水平差,很难达到对颗粒排放要求严格的国3或国4排放的要求;并且燃烧室燃气容易窜入曲轴箱,做功的燃气泄漏会导致燃油消耗率不理想。可靠性方面:气缸套内孔变形大的发动机容易耗机油、窜气及磨损缸套,导致新品开发进度慢及批产投放市场后三包维护费用大。为制造出性能、排放达标及可靠性优异的发动机,必须开展缸孔变形的研究及优化工作。1缸套内孔配合间隙的检测本次试验共采用两种机型,分别为11L机和8.9L机,前者支承肩处为间隙配合,后者支承肩处为过盈配合。试验时分别检测缸套在自由状态下、压装后无预紧力状态下,150Nm预紧力和260Nm预紧力等状态的缸套内孔尺寸,每种状态检测上下检测12个截圆,每个截圆圆周均布检测12个点(15°/个),共检测144个点。压装前使用外径千分尺和内径千分表分别检测缸套支承肩外圆直径和缸体沉孔内径,计算其配合间隙。试验使用加长内径千分表检测内孔直径,每检测一个方向使用环规校对一次内径千分表,检测误差保证在0.002mm以内。2预紧力对压力的影响压装后无预紧力与自由状态对比,目的是分析压装引起的变形;150Nm预紧力与压装后无预紧力对比,目的是分析施加部分预紧力时缸套在预紧力下引起的变形;260Nm预紧力与压装后无预紧力对比,目的是分析施加全部预紧力时缸套在预紧力下引起的变形。3试验位置的示意图4数据分析4.11气缸套压入机体的影响该机型为上支承,上下环带为配合面,因此气缸套支承肩与缸体沉孔处为间隙较大,具体间隙分布见图5;气缸套上环带与缸体配合为间隙配合,配合间隙为0.014-0.057mm;气缸套下环带与缸体配合为间隙配合,配合间隙为0.043-0.101mm。由于该机型整体配合都为间隙配合,因此气缸套在压入机体后最大变化只有0.006mm,大部分都在0.002mm以内,考虑到检测误差,可以认为气缸套装入机体后内孔没有发生变化,具体见图6。如图7所示,施加150Nm预紧力对距大端10mm处(退刀槽)影响最大,整体变小,变化规律呈椭圆形状,30°处为椭圆长轴,120°处为椭圆短轴,最大变化量为0.014mm。距上端15mm和22mm处变化趋势和距上端10mm处相同,但距上端200mm、220mm和250mm处与上端正好变化方向相反。如图8所示,施加260Nm预紧力后缸套内径变化趋势和施加150Nm时相同,但使其变化更离散。距大端距离150mm以下几个截圆内孔尺寸0°时最小,然后开始逐渐变大,至75°时内孔尺寸最大,75°以后开始逐渐变小。内孔在45°和135°时尺寸变化在0.002mm以内。4.28.缸套内孔尺寸的变化该机型为中支承,依靠支承肩外圆进行配合,其设计为过渡配合,最大间隙为0.12mm,最大过盈为0.058mm。本机型共进行两轮试验,第一轮试验时缸体沉孔椭圆0.076mm,因此造成配合后最大间隙和最大过盈量都在0.04mm以上。如图9所示,距大端10mm、15mm、30mm、40mm和80mm等上部几个截圆在缸套压入缸体后内孔随缸体沉孔的大小发生变化,变化幅度几个截圆从上至下依次减小;距大端100mm、110mm、120mm和130mm等几个截圆基本不随上部沉孔尺寸发生变化;距大端170mm和225mm处最下端两个截圆内孔变化趋势与缸体上部沉孔尺寸变化相反。如图10所示,施加150Nm预紧力后,缸套内孔尺寸发生了较大变化,距大端10mm、15mm和20mm几个截圆在0°和15°最大,然后逐步变小,在75°是内孔直径最小,然后再开始慢慢变大。距大端130mm、170mm和225mm三处截圆处内孔尺寸变化和上面几个截圆相反。如图11所示,施加260Nm预紧力后,缸套内孔变化趋势和图10相似,只是变化幅度所有增加。第二轮试验,缸套压入缸体不施加预紧力时,内孔变化趋势基本和第一轮试验相同,在75°前缸套内孔变小了,30°时内孔最小,在75°之后内孔变大,120°内孔最大。施加150Nm和260Nm预紧力后,其变化规律没有第一轮明显,但每一个截圆的尺寸变化范围有所减小,这可能和缸体进行疲劳试验后应力重新分布有关。5孔加工和预紧力对缸套与孔套的影响(1)间隙配合时缸套压入缸体后内孔尺寸基本不变形,而过盈配合时虽然湿式缸套壁比较厚,但缸套压入缸体后缸套仍会随缸体孔的椭圆而发生变化。因此,设计为过盈配合的发动机缸体孔加工精度尤为重要。(2)施加预紧力后,间隙配合的缸体,其缸套随预紧力发生变化的幅度小,基本都在0.01mm以内,而过盈配合的缸体,其缸套随预紧力发生变化的幅度大,基本都在0.03