连杆大头油孔喷油飞溅数值仿真模拟

张 勇，范相彬，杨 靖，何联格，吴 杰

(1.重庆理工大学 车辆工程学院，重庆 400054；2.重庆理工大学 汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室，重庆 400054)

0 概述

内燃机工作时，活塞会承受很大的机械负荷[1]和热负荷[2]。在单缸四冲程摩托车发动机中，广泛采用的一种结构是在连杆大头侧面开槽[3]，装配后和曲柄的侧面组成油孔。工作时，机油从该孔流出并在运动连杆的作用下被甩溅到气缸壁、活塞等部件上，运动副得到润滑，如图 1所示。图2是采用该种飞溅润滑方式时出现的一种活塞失效情况，可以看出活塞底部机油受热后形成积炭，说明润滑对该活塞失效有重要影响，应对该润滑方式展开进一步研究。

图1 飞溅润滑示意图

图2 润滑不良的活塞

近年来，多相流数值仿真在工程中得到了广泛运用，但在曲轴箱中复杂的两相流上的运用并不多。文献[4-6]中运用流体体积(volume of fluid，VOF)方法研究了齿轮箱齿轮中飞溅润滑的现象，分析了不同时刻的液相的分布。文献[7-8]中对曲轴搅油飞溅进行了数值模拟，分析了液滴形成和飞溅过程。不同于前两种由壁面运动而粘附机油飞溅的方式，喷油孔喷油飞溅更像是一种飞溅润滑与压力润滑的结合体。

本文中运用VOF方法建立喷油飞溅的数学模型，并验证了模型的可靠性，分析了喷油飞溅过程液滴破碎及分布，考虑了喷油的法向速度、喷油孔的偏角对飞溅过程的影响。

1 计算模型及验证

1.1 控制方程

VOF模型是建立在固定欧拉网格下的表面追踪方法，是一种广泛运用的欧拉多相流模型，它能预测不相溶相的界面分布和运动[9]，适用于模拟机油在空气中的飞溅现象。……