冷卻方式對柴油機活塞溫度及二階運動的影響

鄧立君，熊培友，張學祿，李猛猛

（1.濱州學院機電工程學院，山東濱州 256600；2.濱州渤海活塞有限公司，山東濱州 256602；3.上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200240）

活塞熱負荷直接影響著內燃機活塞的耐久性、可靠性、經濟性，是內燃機進一步強化受到限制的主要因素之一[1-2]。為了提高活塞的可靠性和使用壽命，降低熱應力和機械應力，國內外研究工作者在加強高溫表面的冷卻[3-5]、改進材料[6]、改進結構[7]、提高剛度[8]等方面進行了大量的研究工作。

隨著發動機強化程度的不斷提高，發動機所承受的熱負荷及機械負荷也會越來越高，而活塞作為發動機的心臟部件直接與高溫燃氣及壓力接觸，由于活塞的散熱條件差、結構復雜等特點使得其受到的熱負荷較高，且不均勻程度增加，進而使活塞內部熱應力增加，容易發生失效及[9-11]。為了有效控制活塞溫度，降低熱負荷，同時為了給活塞熱應力、疲勞、拉缸、敲擊、磨損等進一步研究提供更加準確的熱邊界條件，研究活塞溫度場分布并提高其精度尤為重要[12-13]。

活塞有多種冷卻方式[14]，目前，常用的冷卻方式有兩種：一種是通過向活塞的內腔表面噴油來實現冷卻，一種是通過油腔內機油的振蕩帶走熱量。本文通過硬度塞法測試了兩種冷卻方式活塞關鍵部位的溫度，然后對活塞溫度場進行有限元計算，并根據溫度測試值對有限元仿真模型進行了標定，使仿真計算結果與試驗值誤差滿足工程需求，最后對兩種不同結構活塞溫度場分布和二階運動及摩擦磨損進行了計算。……