第5期（总第238期） 2018年10月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
闭式内冷油腔体积对活塞冷却的影响
郝冠男，邓立君”，刘瑞
No 5 (Serial No 238)
Oct2018
(1.中国石油大学（华东)机电工程学院，山东青岛266580；2滨州学院机电工程学院，山东滨州256600；
3滨州潮海活塞有限公司，山东滨州256600）
摘要：采用动网格技术和SSTK-@两相满流模型，对内冷油腔的传热进行了数值计算，分析了不同体积内冷油
腔机油的面积覆盖率和对流传热系数的变化规律。提取内冷油腔壁面的传热系数，对活塞温度场进行有限元模拟计算。结果表明,随着内冷油腔体积的增大，面积覆盖率和传热系数随之增大；内冷油腔体积对内冷油腔的温度有一定影响，而对活塞表面温度影响不大:在结构充许的范围内，内冷油腔的体积应尽可能大。
关键词：内冷油腔；有限元分析：传热系数；面积覆盖率；活塞 DOI:10 3969/j issn 1001-2222 2018 05 013
中图分类号：TK422
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2018)05-0071-06
活塞内腔顶部增加冷却油腔的局部强化冷却方案可以有效降低活塞顶部和第一环槽的温度[1-"]。内冷油腔冷却活塞的过程是通过气缸下部的一个或多个喷油嘴对准活塞的进油孔进行喷油，由于进人冷却油道的机油受到惯性作用，在油道内与壁面产生了较大的相对速度，进而形成了强烈的振荡5汀，强化传热，有效对活塞进行冷却。
在活塞往复运动过程中，影响内冷油腔冷却效
果的因素较多，如填充率、机油流量、发动机转速、喷孔直径、内冷油腔的位置、体积与活塞顶面面积的比值以及形状等。国内外学者通过试验和模拟的方法做了大量相关研究工作L8-13]。通过对活塞内冷油腔中流体流动和传热的研究，获得了不同发动机转速和冷却机油流量下内冷油腔中流动特性与传热特性，深人分析了机油通过率、填充率以及传热系数随转速和机油流量的变化规律14-17]。但对于内冷油腔的结构设计依然没有统一标准。
对于带有内冷油腔的内燃机活塞,其内冷油腔的设计有严格的要求。本研究主要通过对比不同内冷油腔体积下，活塞关键位置温度和内冷油腔温度分布以及瞬态面积覆盖率、传热系数等的变化规律来分析活塞冷却效果的变化，为活塞内冷油腔体积的设计提供一定的理论支持。
收稿日期：2018-01-05；修回日期：2018-05-07
1试验装置及流程 1.1试验装置
图1示出动态打靶试验台示意。试验装置包括工作台、缸套、活塞、驱动电机和液压站（可调温调压），缸套位于工作台的上方，活塞置于缸套中，驱动电机的输出轴上固定有曲轴，曲轴上固定有驱使活塞往复运动的连杆。活塞中设置有内冷油腔，内冷油腔由横腔及与其相通的进油道、出油道组成，进油道、出油道的开口均朝下。工作台上设置有可在平面内移动的调节块，调节块上固定有喷嘴，喷嘴经管路与液压站相连接，通过移动调节块使喷嘴轴线与进油道轴
线在同一直线上，以便向进油道中喷入冷却液。 12试验流程
试验流程分为三步。首先，将流量计安装于喷嘴上，启动驱动电机，通过流量计测量出喷嘴出口流量，设喷嘴出口流量为Q。然后，将流量计从喷嘴上移除，将其安装于进油道的进口上，启动驱动电机，待运行平稳后，通过流量计测量T时间段内油腔进口流量，设为Oi。最后，将流量计从进油道的进口上移除将其安装于出油道的出口上，后动驱动电机，待运行平稳后，通过流量计测量T时间段内油腔出口流量，设为Q。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51705028）；山东省自然科学基金资助项目(ZR2016EEB36）作者简介：郝冠男（1987一），女，博士，主要研究方向为机械加工及生产，hguannan@hotmailcom。
通讯作者：邓立君（1986—），女，博士，主要研究方向为内燃机零部件可靠性分析;denglijun_piston@163com，