基于活塞传热与强度分析的内冷油腔的优化*

雷基林，杨永忠，，邓晰文，代国雄，杨振东，吴 涛

（1.昆明理工大学，云南省内燃机重点实验室，昆明 650500； 2.昆明云内动力股份有限公司，昆明 650200）

前言

随着内燃机强化程度的进一步提高，活塞在气缸内承受着越来越高的热负荷与机械负荷，在活塞头部铸出内冷油腔是一种有效解决活塞热负荷的方式［1－2］。机油通过活塞底部的喷油嘴喷射进入内冷油腔，跟随活塞一起往复运动产生振荡效应，可极大地增加活塞头部与机油的换热系数［3］。内冷油腔的存在必定会削弱活塞的强度，加之缸内周期性的高压燃气压力、惯性力、侧击力和摩擦力等机械负荷的作用，会使活塞结构强度面临更大的挑战［4］。

影响内冷油腔的冷却效果的因素很多，供油压力、供油量、喷油嘴的位置、喷油角度、喷油速度、油腔充满率、油腔型式、表面积、内冷油腔的高度以及活塞的尺寸、燃烧室形状和第一环槽的位置等都会对油腔的冷却能力产生直接或间接的影响［5－7］。在内冷油腔众多因素中，形状和位置是最关键的，它们的改变往往会引起活塞传热与结构强度的较大变化。胡志等［8］研究了油腔的截面积大小对活塞温度场分布的影响，选用合适尺寸的油腔截面积会使活塞最高温度下降34℃，若采用过大的截面积的油腔反而会降低油腔的冷却能力。原彦鹏等［9］提出内冷油腔的位置对活塞各个部位的影响规律有很大的差距，尤其对第一环槽的影响，通过移动内冷油腔的位置可使第一环槽的温度降低近30℃。……