發動機氣缸孔變形測量研究

摘要：發動機的氣缸是發動機的重要組成部分，如果這個氣缸孔發生變形就會對柴油機整機性能造成非常大的影響。在本文中通過分析柴油機氣缸孔變形的原因，采用相關的測量方法，對氣缸整個系統進行測量，以便對氣缸孔的變形進行相應的研究，通過對氣缸孔的變形進行檢測和分析，提出了一些解決辦法，為以后的改進工作打下了堅實的基礎。

關鍵字：氣缸孔 檢測 變形

在進行發動機的氣缸裝配之后，氣缸孔由于設計、環境、加工等原因都會產生一定的變形，這一些的變形很容易引起很多的不良后果。為了盡量減少這些情況的產生，從發動機研發階段開始，一直到發動機氣孔生產制造過程，都必須盡量減少控制氣缸蓋裝配前后，避免產生變形。對這些變形量進行控制，對發動機的整機性能有著非常重要的價值。

1.發動機氣缸孔變形的原因分析

通常理論認為導致拉缸等現象發生直接原因之一是配缸間隙不足。如果在設計或者是制造的過程中，氣缸之間的間隙過大，就很有可能會引起密封不良，從而間接的導致漏氣、竄油，最終導致動力的下降；但是如果間隙設計或者制造時制造的太小，則會使活塞裙部的膨脹的余地非常的小，很有可能導致接觸壓力超過活塞和氣缸之間的油膜所能承受強度（一般4.9～9.8MPa）的最大值，其結果就是潤滑油膜有被損害的危險，從而導致拉缸的粘著磨損故障。在整個過程中穩定控制氣缸蓋裝配前后的缸孔變形量是非常重要的一項工作。

2.發動機氣缸孔變形測量理論基礎

傅利葉變換法作為一項非常實用的數學方法，通過使用傅里葉變換可以非常有效的把復雜的不規則的缸孔變形輪廓進行多角度的分解，把不規則的輪廓變成相對來說有一定規則，可供研究的缸孔變形輪廓。如下圖，先假設缸孔發生了不規則的變形，其變形如圖中的藍線所示，圖中的這個不規則圖形，可以進行必要的處理，把其擬合出一個中心點以及和這個中心點相符合的一個擬合標準圓，在圖中，我們假設擬合出來的這個標準圓的半徑為 r0，用這個標準圓的圓心作為中心建立極坐標，用字母Φ來表示角度，現在我們假設下圖這個不規則圖形的外形為ξ（Φ）。

根據傅里葉變換的知識我們可以知道，一個不規則圖形可以進行數學分解，把其分解成多個相對比較規則圖形。下圖，就是進過分解變成的二階、三階、四階的圖形：

通過以上的論述，我們就可以利用理論知識傅里葉變換的知識對發動機的氣缸孔變形進行研究。

3.測量設備

在對理論進行研究之后，就需要對測量缸孔變形的設備進行選擇，對于設備的選擇，一般來說，國內主要選擇的都是（V-INCOMETER）測量系統，這套設備在發動機氣孔變形研究中，被廣泛的使用。（V-INCOMETER）測量系統的測量精度非常的高，但是在具體使用的時候定位工作的工作量非常大。在測量過程中必須要注意的是在測量完一個缸孔之后，在繼續測量下一個缸孔之前，必須在進行一次重新的定位。因此當需要對幾個缸孔進行測量的時候如果采用一臺機器進行測量的時候，其工作量就會變得非常的大，因此下文中，本人采用了一種新型的方法。

4.測量方法

V-INCOMERTER測量系統當中一個最重要的組成部分為測量臂，測量臂主要作用是利用夾爪固定在缸套內。在進行測量的時候為了在裝好缸蓋的條件下，完整全面的測量缸套輪廓，INCOMETER測量臂應該通過曲軸箱側向的插入到氣缸里面。一般而言標準缸套的含義是最好的氣缸套輪廓標準。制定標準缸套的主要目的是對INCOMETER軟件進行標定。并且在每次測量一個缸，工作人員都應該對設備重新進行一次標定。

一般情況下，缸孔變形測量步驟大約有如下幾步：

4.1.安裝主軸承蓋，加緊螺栓，并且對其進行檢測，檢測其是否達到規定值。

4.2.安裝氣缸墊，對缸蓋螺栓進行扭緊，并且進行檢測，檢測其是否達到規范的要求值。

4.3.通過INCOMETER固定測量臂啟動旋轉的傳感器，以及軸向運動的測量頭部的傳感器，測試系統頭部的運動一般由計算機來進行控制。測量范圍一般情況下大約400微米，系統的再現性的下線為2微米。

計算機控制軟件一般情況下可以通過不同的方式對測量結果進行評價和表示。測量系統一般通過一種傅立葉分析，即一般定義的快速傅立葉分析，對諧波階次進行評價，于此同時對其變形階次的進行分析。低階的變形表示球狀變形，主要的球狀變形有偏心變形、橢圓變形等等。總的來說，高階的表示更多局部的缸孔變形。所以，如果選擇的變形階次越高活塞環的補償的作用就會相對比較低。

5.缸孔變形限值的選擇

缸孔變形在什么范圍以內是允許的，這是缸孔變形研究測量中非常重要的一個問題。目前，針對于利用V-INCOMETER進行測量研究。我們在進行相應的試驗來進行研究的時候，各階次的變形限值是非常必要的，通過這些變形的限值，可以對氣缸孔的變形是否在合格的范圍內進行判定。在測量之后，在使用傅利葉變換，把氣缸的缸孔變形進行必要的分解，分解成不同階次的變形，之后在通過各種分析一級相應計算工具的使用，從而最終計算出缸孔變形各階次的變形限值。最近，通過對最新研究成果的總結，本人在研究的過程中加入了經驗數據來調整限值，并且結合計算機有限元分析方法對動態進行研究分析。利用有限元分析方法可以對燃氣壓力、潤滑、溫度在復雜的作用下活塞環呈現的三維變形情況，進行相應的研究和分析，這種情況的研究在以前的研究中一直被忽略。本人通過使用Dunaevsky 模式，全面的建立了動態活塞環三維模型，利用這個模型考可以充分的研究環上扭曲及扭轉力的影響。

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作者簡介：劉南鵬（1982-，男，上海市人，工作單位：同濟大學，職務：碩士研究生。