发动机活塞冷却喷嘴的设计及开发

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谢 朝全 ：发动机活塞冷却喷嘴 的设计及开发
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发 动 机 活 塞 冷 却 喷 嘴 的 设 计 及 开 发
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油机 ） ；
随着 汽油 机增 压 、直喷 的应 用 ，其 活 塞 的热 负 荷越 来越 高 ，引入 活塞 强制 冷却 就成 为 了必然 ，活
４）喷 嘴结 构设计 对 油束稳 定性 的影 响 ； ５ ）喷 嘴开 启压 力选 择 ，不 同工 况 下 流 量 曲线
的确 定 ；
塞冷 却 喷嘴作 为一 种活 塞强 制冷 却 的手段 也得 到越
ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｎ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ，ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｆ ａ ｌ ｖ ａ ｌ ｉ ｄａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ． Ｂｙ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｔ ｕａ ｌ ｄ ｅ —
来越 多 的应用 。 活塞 在工 作 时不断 的从燃 烧 系统 吸收 热量 ，要
７ ）活塞冷却喷嘴单体及搭载整机 的验证试验
策划 。
保证 活 塞 的 可 靠 性 ，须 将 活 塞 吸 收 的 热 量 及 时 带
走 。通 常情况 下 ，活塞 吸收 的热 量 是通 过活 塞 环 、 活 塞裙 部传递 。对于增 压 、直 喷机 型活塞 ，相 对 于 自然 吸气 发动 机 ，其 活塞 处 于 高 温 高压 较 长 时 间ຫໍສະໝຸດ Baidu，
李
飞
梁彦勇
陈
佳
谢 朝全
（ 海马轿车有限公 司）
［ 摘 要 ］ 汽 油机 增压 直喷机 型 中活 塞冷却 喷嘴 的 正 向设计 开发 在 国 内行 业 中尚不 构成 系统 ， 本 文通过 实际 开发 过 程 中的探 索 ，利 用 Ｃ Ａ Ｅ分析 、设计 计 算 等 手段 对其 边界 条 件 、 温度 场 、各
个工况等相关参数进行综合解析，进 而确定关键参数 ，最终设计验证定型，再现 了此零件一整套
全 新 正 向 设 计 开发 的 过 程 。
［ 关键 词 ］ 汽 油机
活塞 强制 冷却
活 塞冷却 喷嘴
设 计
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｔ Ｇ Ｄ Ｉ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ ｊ ｅ ｔ ｎ ｏ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｓ ｉ ｎ ｄ ｏ ｍ ｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ． Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ， Ｐ ａ ｒ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｊ ｅ ｔ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ 、ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ 、ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｃ Ａ Ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ 、ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
嘴 冷却 。
活塞 冷 却 需 求 工 况 分 析 、活 塞 温 度 场 及 解 析 （ 模
拟） 、各 个工况 下 活塞 温度 关系 （ 模拟） 。
２ ． １ 活 塞冷 却 需求 工况分 析
１ 设 计 要 求
功 能上 ，活 塞冷却 喷 嘴是定 向的喷射 机 油至 活
塞 的冷 却位 置 ，从活 塞带 走发 动机燃 烧 过程 作用在 活塞 头部 的热量 。其 设计 关注 的要 求如 下 ：
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｇ ａ ｓ ｏ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｅ ｔ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
Ｕ 刖 昌
２ 边 界 条 件
从实 现功 能观 点 出发 ，活塞 冷却 喷嘴 的边界 条 件是 作 为参数 设计 、结 构设 计 的输入 条件 。这 是通 过初 始设计 中系 统 模 拟分 析 中得 到 的 。一 般 包 含 ：
仅依 靠金 属 间热传 递 、连杆 的飞溅机 油 降温 已不能 满 足冷 却活 塞 的要 求 ，由此就需 要 引人 活塞冷 却 喷
１ ） 油 束指 向是否 作用 在 活塞头 部 的集热 区 ；
２ ） 喷油流量 是 否足够 带走 活塞 头部 热量 ； ３ ）油 束 的速度 是否 大 于活 塞 平 均 线速 度 （ 汽
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内 燃 机 与 配 件
工况 分析 ，需 要 引入润 滑 和热量 两个 因素 ：对 于润 滑 ，主油 道压 力直 接关 系到 喷 嘴的开 启及 喷油 量 ；对 于 热 量 ，即各 工 况 下 直 接 作 用 到 活 塞 上 热 量 ，需要 喷 嘴喷 油及 时带 走 。 ２ ． １ ． １ 润 滑 系统考 量 对 于润 滑系 统 ，由于 机油温 度对 于机 油 的粘度 及 流动 性都 由显 著 的影 响 （ 见图 １ ） ，应 考虑 极 限