(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211213427.0 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 潍柴动力股份有限公司 地址 261061 山东省潍坊市高新 技术产业 开发区福寿东 街197号甲 (72)发明人 宫继儒　陈国强　刘宽　高坤　 孙久洋　 (74)专利代理 机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 专利代理师 李倩 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种活塞型线设计方法、 活塞和内燃 机系统 (57)摘要 本发明公开一种活塞型线设计方法， 包括如 下步骤： 建立活塞和缸套有限元模型， 进行热变 形分析， 获得热变形数据； 基于热变形数据， 建立 活塞和缸套动力学模型， 进行动力学分析， 确定 缸套不发生穴蚀的活塞初始型线、 易拉缸区域的 分布范围； 查找易拉缸区域对应热变形数据， 获 得热变形曲线； 将活塞初始型线中、 易拉缸区域 对应型线替换为向内凹陷的热变形曲线， 形成活 塞最终型线； 基于活塞最终型线， 建立活塞和缸 套实际结构模型， 进行试验， 判断是否会发生拉 缸和穴蚀， 若是， 则对最终型线进行优化， 重复该 步骤。 本发明还提供一种活塞和内燃机系统。 本 发明能够同时兼顾减小活塞拉缸和缸套穴蚀的 风险。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115495957 A 2022.12.20 CN 115495957 A 1.一种活塞型线设计方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1： 建立活塞和缸套有限元模型， 并进行热变形分析， 获得活塞裙部表面和缸套内 表面的热变形 数据； 步骤S2： 基于所述热变形数据， 建立活塞和缸套动力学模型， 并进行动力学分析， 确定 缸套不发生穴蚀的活塞初始型线， 并确定易拉缸区域的分布范围； 步骤S3： 查找所述易拉缸区域对应的所述热变形数据， 获得所述易拉缸区域的热变形 曲线(L)； 步骤S4： 将所述活塞初始型线中、 与所述易拉缸区域对应的型线替换为所述热变形曲 线(L)， 形成活塞最终型线(A)， 在所述活塞最终型线(A)中， 与所述易拉缸区域对应的型线 向内凹陷； 步骤S5： 基于所述活塞最终型线(A)， 建立活塞和缸套 的实际结构模型， 并进行拉缸穴 蚀试验， 判断活塞和缸套是否会发生拉缸和穴蚀问题， 若是， 则对所述最终型线进行优化， 重复步骤S5 。 2.根据权利要求1所述活塞型线设计方法， 其特征在于， 确定缸套不发生穴蚀的活塞初 始型线， 具体包括如下步骤： 步骤S211： 查看动力学仿真结果， 获得 缸套的振动数据； 步骤S212： 基于所述振动数据， 通过经验公式计算获得冷却液的穴蚀压力， 判断所述穴 蚀压力是否大于 当前冷却液的饱和蒸气 压， 若否， 则优化活塞和缸套动力学模型， 并重新进 行动力学分析； 若是， 则当前活塞型线为缸套不发生穴蚀的活塞初始型线。 3.根据权利要求1所述活塞型线设计方法， 其特征在于， 确定易拉缸区域的分布范围， 具体包括如下步骤： 步骤S221： 查看动力学仿真结果， 获得活塞和缸套各接触区域的粗 糙接触压力； 步骤S222： 判断各所述粗糙接触压力是否大于预设标准值， 若是， 则该接触区域为所述 易拉缸区域。 4.根据权利要求1所述活塞型线设计方法， 其特征在于， 所述活塞初始型线为椭圆函数 型线。 5.根据权利要求1所述活塞型线设计方法， 其特征在于， 所述热变形曲线(L)为n阶多项 式函数曲线， n≥2。 6.根据权利 要求1所述活塞型线设计方法， 其特征在于， 通过有限元分析软件Abaqus进 行热变形分析； 和/或， 通过 软件AVL excite PU进行动力学分析。 7.一种活塞， 基于权利要求1 ‑6任一项所述活塞型线设计方法获得， 其特征在于， 所述 活塞周向型线包括基圆(a)， 所述基圆(a)预设位置形成内凹区(b)。 8.根据权利要求7 所示活塞， 其特 征在于， 所述基圆(a)为椭圆形。 9.根据权利要求7所示活塞， 其特征在于， 所述内凹区(b)的型线为n阶多项式函数曲 线， n≥2。 10.一种内燃机系统， 其特征在于， 包括缸套， 以及权利要求7 ‑9任一项所述活塞， 所述 活塞活动安装于所述缸套内部 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115495957 A 2一种活塞型线设计方 法、 活塞和内燃机系统 技术领域 [0001]本发明涉及活塞技 术领域， 具体涉及一种活塞型线设计方法、 活塞和内燃 机系统。 背景技术 [0002]对于内燃机系统， 拉缸问题和穴蚀问题是活塞设计的两个主要问题， 拉缸的主要 原因为在热载荷下， 活塞和缸套之 间的变形不协调， 存在局部突出的情况， 从而在活塞和缸 套配合面易引发拉缸问题， 当前解决拉缸问题的主要措施是增大裙部型线的椭圆度， 但这 种措施虽然可以减小活塞与缸套之间的接触面积， 但会增大活塞和缸套之间的局部敲击 力， 加重缸套 穴蚀风险， 即无法兼顾活塞拉缸和穴蚀的问题。 发明内容 [0003]本发明的目的是提供一种活塞型线设计方法、 活塞和内燃机系统， 同时兼顾减少 活塞拉缸和穴蚀的问题。 [0004]为解决上述 技术问题， 本发明提供一种活塞型线设计方法， 包括如下步骤： [0005]步骤S1： 建立活塞和缸套有限元模型， 并进行热变形分析， 获得活塞裙部表面和缸 套内表面的热变形 数据； [0006]步骤S2： 基于所述热变形数据， 建立活塞和 缸套动力学模型， 并进行动力学分析， 确定缸套不发生穴蚀的活塞初始型线， 以及易拉缸区域的分布范围； [0007]步骤S3： 查找所述易拉缸区域对应 的所述热变形数据， 获得所述易拉缸区域的热 变形曲线； [0008]步骤S4： 将所述活塞初始型线中、 与所述易拉缸区域对应 的型线替换为所述热变 形曲线， 形成活塞最终型线， 在所述活塞最 终型线中， 与所述易拉缸区域对应的型线向内凹 陷； [0009]步骤S5： 基于所述活塞最终型线， 建立活塞和缸套的实际结构模型， 并进行拉缸穴 蚀试验， 判断活塞和缸套 是否会发生拉缸问题和穴蚀问题， 若 是， 则对所述最 终型线进行优 化， 重复步骤S5 。 [0010]本发明活塞型线设计方法， 首先， 获得活塞裙部表面和缸套内表面的热变形数据， 为下一步的动力学分析提供边界条件， 同时也为后续的组合式型线设计提供数据参考； 其 次， 进行动力学分析， 确定缸套不 发生穴蚀的活塞初始型线， 即该活塞初始型线已经解决了 缸套穴蚀问题， 在此基础上， 确定易拉缸区域的分布范围， 由于拉缸问题主要 是由活塞和缸 套之间不协调的热变形造成的， 因此， 将活塞初始型线中、 与易拉缸区域对应的型线替换为 热变形曲线， 且该热变形曲线相对于活塞初始型线是内凹的， 相当于将该易拉缸区域的材 料预先“去除”， 保证满足不 发生穴蚀的前提下， 尽可能地降低活塞因热变形而拉缸的风险， 此时， 获得的活塞最终型线在理论上已经同时兼顾解决了穴蚀和拉缸问题； 最后， 基于活塞 最终型线， 建立活塞和缸套的实际结构模型， 并进 行拉缸穴蚀试验， 只有实测结果确定不会 再发生拉缸和穴蚀问题， 该活塞最终型线设计完成， 否则不断对所活塞最终型线进行相应说　明　书 1/4 页 3 CN 115495957 A 3