机油进出口管径对柴油机活塞振荡冷却效果的影响

吴之华，龚京风

(武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北 武汉，430065)

近年来，随着柴油发动机向高功率、高负荷和低排放的趋势发展，其工作时受到的热负荷、热强度和机械负荷随之增加，而过高温度会导致活塞组件出现热变形乃至热损伤，发动机工作可靠性下降，因此，需要对活塞进行冷却处理。目前广泛采取的冷却方式是振荡冷却，即在柴油机活塞里铸造冷却油腔结构，不断向冷却油腔喷射机油，使油腔内机油和空气随活塞的往复运动而产生振荡，与油腔壁面进行换热，从而达到冷却的目的。活塞的冷却过程实质是冷却油腔内气液多相流的振荡传热过程[1]。

Pan等[2]和Yi等[3]采用数值模拟方法，研究了发动机转速、冷却油流量对环形油腔传热系数和机油填充率的影响规律，但其建立计算模型时，对机油进出口管道进行了简化，仅关注内冷油腔结构本身；李闯等[4]和原彦鹏等[5]研究了油腔形状和位置对柴油机活塞温度场的影响；曹元福和张卫正等[6-7]采用计算流体力学(CFD)方法，研究了机油填充率和壁面换热系数随曲轴转角和转速的变化规律；Wang等[8]尝试以纳米流体作为冷却介质，结果显示，采用纳米流体的冷却效果优于采用常规冷却油的冷却效果。目前的研究主要集中于发动机转速、油腔位置和形状等对活塞振荡冷却换热效果的影响，但发动机转速受发动机工况约束，而油腔形状受加工工艺约束，并且油腔位置会影响活塞的热应力水平，因此，这些因素不能仅根据冷却需求进行调整。……