缸套温度对活塞裙部摩擦功的影响

杨冰倪成鑫

摘要：活塞裙部在摩擦损失中通常占比较大，降低活塞裙部摩擦功，对发动机热效率的提升很有帮助。本文分析活塞裙部工作的合适的缸套温度，通过优化水套结构，改善缸套温度分布，从而达到降低摩擦损失的目的。

关键词：温活塞；EHD计算；缸套温度；

前言

随着油耗与排放法规越来越严苛，如何提升发动机热效率成了当下主机厂争相攻克的方向。在自然吸气发动机中，尤其以马自达的创驰蓝天技术有名，通过提高压缩比，将发动机热效率提升至50%，使整车百公里油耗在不使用混合动力的情况下，降低到3.3L。面对如此高效提升，现将一台成熟1.8L自然吸气发动机，进行优化改进，作为增程式发动机使用，在不增加成本的情况下，使其热效率达到40%。摩擦功的降低，对热效率提升有着很好的效果。本文通过评估活塞裙部在适当的缸套温度下的摩擦功，再进行水套结构优化，改善缸套温度，从而降低活塞裙部摩擦功。

1活塞裙部EHD模型建立

活塞裙部摩擦功仅计算第一缸，假设四个缸一致；由于没有活塞随温度变形曲线，计算中考虑活塞缩减温度（20℃&150℃），同时考虑温度变化对摩擦功的影响；缸套径向方向偏差为有限元计算后，提取的热态变形。

Case0:原方案；

Case1（1）火花塞后端面顶部水套截流；

（2）缸盖鼻梁区流通面积加大一倍以上；

（3）缸垫前端排气侧水孔减小30%；

（4）缸间水孔从4mm改为3mm；

（5）水泵入口面积、角度优化，缸体水套整体内缩0.75mm；

（6）增加分水套。

Case2:在case1基础上：

（7）缸盖排气侧局部结构优化；

（8）缸体四缸增加一个上水孔，缸盖、缸体水套采用并联方式。

Case3：（9）在case2基础上去除缸体4缸上水孔，增加EGR出水口。

通过优化水套使得缸套温度分布更均匀，最为苛刻的缸间温度分布，也得到了降低。对活塞裙部而言，摩擦功的影响与TS与ATS侧强相关，缸间温度对其影响较小。此次在成熟机型上进行的水套优化效果较好。

4结语

通过EXCITE活塞EHD计算，可以计算出活塞裙部合适的缸套温度，为摩擦功降低找到很好的方向。再通过优化水套结构，改善缸套温度分布，可有效降低活塞裙部的摩擦功，从而提升发动机热效率。

参考文献

[1]杨连生.内燃机设计.中国农业机械出版社．1981．

[2]杨万里,许敏.发动机缸盖耦合热应力分析[J]．内燃机工程．2007．

[3]AVL-EXCITETimingDrive用户手册.

作者简介

杨冰（1988-）女，工程师，就职于江淮汽车技术中心发动机设计研究院，研究方向为内燃机方向。