CN109376388A - 精准的发动机压缩比计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精准的发动机压缩比计算方法，包括步骤：1)采用Creo软件建模，构建发动机活塞处于上止点状态部件模型；2)将各个部件的模型合并为实体模型；3)对实体模型进行切割，留下包含燃烧室不规则空腔的空心实体模型A；4)以空心实体模型A的外形轮廓构建实心实体模型B；5)将空心实体模型A与实心实体模型B重合放置，运用布尔运算功能去除材料，得到最小工作容积实体模型C；6)计算最小工作容积实体模型C的体积，得到最小工作容积Vc；7)计算得到精准的发动机压缩比结果。本发明无须单独计算最小工作容积中各部不规则容积，通过整体建模，自动包含所有不规则容积，构建最小工作容积模型，一次性精准计算最小工作容积。

Description

精准的发动机压缩比计算方法

技术领域

本发明涉及发动机设计技术领域，具体地指一种精准的发动机压缩比计算方法，用于设计发动机燃烧室时，精准的计算发动机的压缩比。

背景技术

发动机压缩比的理论计算方法，是通过缸内最大工作容积与最小工作容积(后简称Vc)之比值，其中最大工作容积等于Vc与冲程容积之和。压缩比计算之关键，在于冲程容积和Vc的计算。当前冲程容积在冲程和缸径已知的情况下，可以非常精准计算出。目前针对Vc，多单独计算活塞碗型容积、避阀坑容积、缸盖降温槽容积等，再求和得出Vc。该方法易出现Vc组成考虑遗漏的情况，且Vc各部组成多为不规则形状，体积计算复杂。

如图1所示，常见的Vc计算方法为Vc＝V①+V②+V③-V④+V⑤+V⑥+V⑦+V⑧+V⑨，其中，V①为气阀凹陷容积：气阀装配后，剩余凹陷区域至缸盖燃烧室底面容积；V②为降温槽容积：降温槽至缸盖燃烧室底面容积；V③为喷油器间隙容积：喷油器装配后，剩余凹陷区域至缸盖燃烧室底面容积；V④为喷油器凸出容积：喷油器油嘴凸出缸盖燃烧室底面容积；V⑤为保险间隙容积：活塞顶部距离缸盖燃烧室底面容积；V⑥为缸垫间隙容积：缸垫至缸孔内壁间隙容积；V⑦为火力岸间隙容积：火力岸至缸孔内壁间隙容积；V⑧为一环槽间隙容积:一环与环槽之间间隙容积；V⑨为燃烧室容积：活塞碗型(含避阀坑)容积。

按照现有方法由于V①～V⑨不规则容积容易考虑不全或遗漏，计算出的Vc不准确。而且，随缸内特征复杂度进一步提升，可能存在更多需要考虑的不规则容积，容积计算困难、效率低下，无法精准、系统、高效的计算发动机压缩比。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种精准的发动机压缩比计算方法，采用Creo整体建模，构建Vc整体模型，一次性精准计算Vc，实现精准、高效的计算出发动机压缩比。

为实现上述目的，本发明所设计的精准的发动机压缩比计算方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

1)采用Creo软件建模，构建发动机活塞处于上止点状态的发动机中各个部件的模型；

2)运用布尔运算功能，将所述各个部件的模型合并为一个实体模型；

3)对所述实体模型进行切割，留下包含燃烧室不规则空腔的空心实体模型A；

4)以所述空心实体模型A的外形轮廓构建实心实体模型B，所述实心实体模型B的外形尺寸与空心实体模型A完全相同；

5)将空心实体模型A与实心实体模型B重合放置，运用布尔运算功能去除材料，得到最小工作容积实体模型C，所述最小工作容积实体模型C与燃烧室内不规则空腔的形状完全相同；

6)计算所述最小工作容积实体模型C的体积，得到最小工作容积Vc；

7)将最小工作容积Vc的计算结果代入压缩比计算公式得到精准的发动机压缩比结果。

优选地，所述步骤1)中在Creo软件建模时，核查确保各零件模型尺寸与图纸与相符，装配时保证发动机各零件的相对位置和装配状态，与发动机活塞在上止点时的状态保持一致。

优选地，所述燃烧室零件包括活塞、活塞环、缸孔、缸垫、缸盖、进/排气座圈、进/排气阀、喷油器。

优选地，所述步骤7)中压缩比计算公式为压缩比ε＝[(πD2S)/4+Vc]/Vc；D为缸孔内径，S为冲程，Vc为气缸最小工作容积。

优选地，所述步骤1)中模拟发动机上止点状态建模，活塞处于上止点位置，活塞环下侧面处于和活塞环槽紧密贴合状态，气阀处于与座圈紧密贴合的关闭状态，缸垫处于被压紧状态。

优选地，活塞处于上止点位置通过活塞顶面凸出缸体端面的高度确定。

优选地，气阀处于与座圈紧密贴合的关闭状态通过气阀的下沉量确定。

优选地，缸垫处于被压紧状态通过缸垫被压紧状态的厚度确定。

本发明提供了一种精准的发动机压缩比计算方法，采用Creo建模，运用一体化精准计算最小工作容积，以实现发动机压缩比的精准计算。发动机最小工作容积时，发动机活塞处于上止点状态。采用Creo建模，构建活塞、活塞环、缸孔、缸垫、缸盖、进/排气座圈、进/排气阀、喷油器等所有构成工作容积零件的模型，模拟发动机活塞上止点状态。将模型通过布尔运算后，进一步建模，形成一个包含最小工作容积的实体，该实体包含了最小工作容积所有的不规则容积的特征。基于包含燃烧室不规则特征的空心实体模型，构建外形轮廓相同的实心模型实体。对构建的空心实体模型和实心实体模型布尔运算去除材料，得出最小工作容积的实体化模型，通过Creo计算最小工作容积实体化模型，即得出精准的最小工作容积，进而计算出精准的发动机压缩比。

本发明具有下列优点：基于现有软件，计算简便，使压缩比计算结果更精准，计算效率也明显提升，可用于各平台发动机压缩比计算，适用性强。

附图说明

图1为运用常规方法计算最小工作容积的示意图。

图2是最小工作容积实体化模型。

图3是各零件装配模型搭建。

图4是各零件布尔运算建模成单个实体。

图5是包含燃烧室不规则特征的空心实体建模(剖面视图)。

图6是不包含燃烧室特征的等外形实心实体建模(剖面视图)。

图7是计算最小工作容积实体化体积。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明提出的一种精准的发动机压缩比计算方法，通过Creo软件建模，无遗漏构建发动机在上止点时缸内工作容积模型，运用Creo计算模型体积，代入压缩比计算公式：压缩比＝(最小工作容积+冲程*π*缸径²/4)，获取精准压缩比。

发动机在上止点时缸内工作容积模型包含了最小工作容积中涉及到的所有不规则容积，具体包括图1中所示的进气阀下沉间隙容积1.1、排气阀下沉间隙容积1.2、缸盖降温槽间隙容积2、喷油器间隙容积3、喷油器油嘴内腔容积4、活塞顶面与缸盖燃烧底面之间容积5、缸垫距离缸孔间隙容积6、活塞一环岸与缸孔之间余隙容积7、活塞一环与环槽之间余隙容积8、活塞碗型含避阀坑容积9等。

本发明方法无须单独计算最小工作容积包含的各部不规则容积，通过整体建模，自动包含所有不规则以及被遗漏部分，构建最小工作容积模型，一次性精准计算最小工作容积。具体包括如下步骤：

1)采用Creo软件建模，构建发动机活塞处于上止点状态的发动机中各个部件的模型。

在Creo软件中模拟活塞上止点状态，将构成燃烧室的零件(活塞、活塞环、缸孔、缸垫、缸盖、进/排气座圈、进/排气阀、喷油器等)组装建模。装配前需核查确保各零件模型尺寸与图纸与相符。装配时需保证发动机各零件的相对位置和装配状态，与发动机活塞在上止点时的状态保持一致。为提升建模运算效率，缸体、缸盖、缸垫均只截1号缸，如图2所示。

以QSC8.3发动机为例，完成建模如图2所示，此时图2中由多个实体(包括缸盖、缸体、缸套、活塞、气阀、座圈、喷油器、活塞环等)组成，为保证建模的精准度，需满足下列条件：

a.对影响最小工作容积Vc的各个零件模型进行了核查，活塞碗型形状、活塞头部型线、缸孔内径、气阀头部直径、座圈锥面角度和直径等，都与图纸相符，确保了各零件模型精准无误。

b.模拟发动机上止点状态建模，对发动机上止点状态是否符合标准进行分析：

活塞——处于上止点位置：通过活塞顶面凸出缸体端面的高度确定，一般满足活塞顶面凸出缸体端面0.2～0.8mm。QSC8.3发动机上止点位置，活塞顶面凸出缸体端面0.421mm。

活塞环(1环)——活塞环下侧面处于和活塞环槽紧密贴合状态；

气阀——处于与座圈紧密贴合的关闭状态；通过气阀的下沉量确定，一般满足气阀下沉量0.5～1.2mm；QSC8.3发动机气阀下沉量0.93mm；

缸垫——处于被压紧状态；通过缸垫被压紧状态的厚度确定，一般满足0.8～2.0mm，QSC8.3发动机缸垫被压紧状态厚度为1.52mm。

2)运用布尔运算功能，将各个部件的模型合并为一个实体模型。例如QSC8.3发动机如图2中各的实体，经合并后如图3所示，成为一个实体。

3)对实体模型进行切割，留下包含燃烧室不规则空腔的空心实体模型A。为精准计算Vc所包含的的所有不规则容积，对步骤2)中形成的实体模型进行旋转切除，留下包含燃烧室不规则特征的空心实体模型A。例如QSC8.3发动机，以图3中轴线为中心，参考图中虚线包围形状，将模型完成切除，虚线包围形状绕轴线旋转后，所包含的容积，即QSC8.3发动机的空心实体模型A，如图4所示，该模型包含了Vc的所有不规则容积。

4)以空心实体模型A的外形轮廓构建实心实体模型B，实心实体模型B填充为实体模型，外形尺寸与空心实体模型A完全相同。例如QSC8.3发动机：将图4空心实体模型A通过Creo填充为实体，得到不包含燃烧室特征的等外形实心实体模型B，如图5所示。

5)将空心实体模型A与实心实体模型B重合放置，运用布尔运算功能去除材料，得到最小工作容积实体模型C，最小工作容积实体模型C与燃烧室内不规则空腔的形状完全相同。例如QSC8.3发动机，将图4中的空心实体模型A和图5中的实心实体模型B通过Creo布尔运算去除材料方式，得出图6所示实体化模型，即最小工作容积实体模型C。

6)计算最小工作容积实体模型C的体积，得到最小工作容积Vc。例如QSC8.3发动机，通过Creo计算图6中最小工作容积实体模型C的体积，结果如图7所示。

7)将最小工作容积Vc的计算结果代入压缩比计算公式得到精准的发动机压缩比结果。将精准的Vc结果代入压缩比计算公式：ε＝[(πD²S)/4+Vc]/Vc，结合缸径和冲程值，即可计算出精准的发动机压缩比结果。

例如QSC8.3发动机，Vc＝85721mm³；D＝114.02mm；S＝135mm；

故代入ε＝[(πD²S)/4+Vc]/Vc公式，得出压缩比ε＝17.080。

最后需要说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本专利技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种精准的发动机压缩比计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)采用Creo软件建模，构建发动机活塞处于上止点状态的发动机中各个部件的模型；

2)运用布尔运算功能，将所述各个部件的模型合并为一个实体模型；

3)对所述实体模型进行切割，留下包含燃烧室不规则空腔的空心实体模型A；

4)以所述空心实体模型A的外形轮廓构建实心实体模型B，所述实心实体模型B的外形尺寸与空心实体模型A完全相同；

5)将空心实体模型A与实心实体模型B重合放置，运用布尔运算功能去除材料，得到最小工作容积实体模型C，所述最小工作容积实体模型C与燃烧室内不规则空腔的形状完全相同；

6)计算所述最小工作容积实体模型C的体积，得到最小工作容积Vc；

7)将最小工作容积Vc的计算结果代入压缩比计算公式得到精准的发动机压缩比结果。

2.根据权利要求1所述的精准的发动机压缩比计算方法，其特征在于：所述步骤1)中在Creo软件建模时，核查确保各零件模型尺寸与图纸与相符，装配时保证发动机各零件的相对位置和装配状态，与发动机活塞在上止点时的状态保持一致。

3.根据权利要求2所述的精准的发动机压缩比计算方法，其特征在于：所述燃烧室零件包括活塞、活塞环、缸孔、缸垫、缸盖、进/排气座圈、进/排气阀、喷油器。

4.根据权利要求1所述的精准的发动机压缩比计算方法，其特征在于：所述步骤7)中压缩比计算公式为压缩比ε＝[(πD2S)/4+Vc]/Vc；D为缸孔内径，S为冲程，Vc为气缸最小工作容积。

5.根据权利要求2所述的精准的发动机压缩比计算方法，其特征在于：所述步骤1)中模拟发动机上止点状态建模，活塞处于上止点位置，活塞环下侧面处于和活塞环槽紧密贴合状态，气阀处于与座圈紧密贴合的关闭状态，缸垫处于被压紧状态。

6.根据权利要求5所述的精准的发动机压缩比计算方法，其特征在于：活塞处于上止点位置通过活塞顶面凸出缸体端面的高度确定。

7.根据权利要求5所述的精准的发动机压缩比计算方法，其特征在于：气阀处于与座圈紧密贴合的关闭状态通过气阀的下沉量确定。

8.根据权利要求5所述的精准的发动机压缩比计算方法，其特征在于：缸垫处于被压紧状态通过缸垫被压紧状态的厚度确定。