活塞振荡冷却的数值模拟计算及温度场分析

利用CFD动态网格层变法建立了活塞振荡冷却的瞬态计算模型,并应用VOF模型对活塞的振荡冷却进行了瞬态数值模拟计算。分析了活塞在不同位置时油腔内冷却油的流动情况,得到了内冷油腔的机油填充率、壁面传热系数等随曲轴转角的变化规律。为验证其冷却效果,提取了内冷油腔壁面的换热边界,对活塞的温度场进行了有限元模拟计算,并与试验结果进行了对比,为活塞的优化设计提供了依据。     

活塞双射流入口内冷油腔振荡换热特性研究

为研究活塞双射流入口内冷油腔在活塞往复运动时机油的振荡流动情况和换热效果，基于CFD软件采用动网格研究了双射流入口油腔在瞬态运动条件下冷却机油在油腔内的分布规律和油腔壁面的换热情况，并与相同边界下单射流入口油腔的机油分布和油腔换热能力进行了对比。分析表明，相较单射流入口油腔，双射流入口油腔的机油填充率提升11.5%,平均传热系数提升13.3%,并且机油和壁面传热系数在油腔周向的分布也更均匀。最后将振荡冷却计算的结果映射至活塞温度场边界，分析开设两种油腔的活塞温度场，结果表明，开设双射流入口油腔的活塞顶部温度整体较低，最高温度降低了7℃,顶面副推力侧温度降低明显。     

内冷油腔对高强化内燃机活塞2阶运动的影响

采用硬度塞测量活塞表面温度,借助有限元分析获得活塞的温度场和变形量,并进一步采用动力学软件研究内冷油腔冷却和内腔喷油冷却对活塞在缸内2阶运动和受力的影响。结果表明,与内腔喷油冷却相比,采用内冷油腔冷却时活塞的温度梯度和热变形量减小,摆角和横向位移幅值增大,由此引起的活塞与缸套之间的峰值作用力减小,活塞的热负荷降低,预期的疲劳寿命延长;同时,摩擦、磨损、侧向力和裙部压力等也明显改善。     

基于活塞振荡冷却的流动与换热特性分析

基于柴油机高速化、增压化的发展大背景下,对活塞冷却的结构性能进行优化具有重要意义。借助CFD软件对活塞的振荡冷却瞬态流动与传热进行数值分析,得到了冷却油腔的机油体积分数、壁面换热系数以及进出口压力降等随曲轴转角的变化规律。结果表明,机油平均体积分数随着曲轴转角的增大先升高后减小;但是油腔壁面的平均换热系数随着曲轴转角的增加先升高后降低;油腔壁面的进出口压力降变化趋势与壁面平均换热系数保持一致;机油的射流冲击的驻点区附近壁面换热系数明显高于其他区域,并且对冷却油腔顶部和底部的强化换热明显高于侧壁。该结果可为优化燃机理论应用提供前瞻性基础。     

层流状态下活塞环形油腔内对流传热的研究

<正> 文章叙述了厚壁环形油腔循环层流冷却液传热,介绍了冷却油腔的几何尺寸及冷却液性能参数对传热系数的影响。阐明了关于柴油机组合活塞研究方法的某些结论。     

基于活塞传热与强度分析的内冷油腔的优化

采用内冷油腔冷却可显著加强活塞的传热,但也会影响活塞头部的强度。为系统研究活塞结构与位置参数对活塞传热与结构强度的影响,优化内冷油腔的型式与其在活塞中的位置,以一款高压共轨柴油机活塞为研究对象,结合活塞的温度场测试,建立了活塞流固耦合传热有限元模型,对活塞的传热与结构强度进行了分析。在此基础上,采用正交试验设计法,分析内冷油腔的型式、距顶面距离和表面积3个因素对活塞传热与强度的影响。结果表明:3个因素对最高温度的影响基本相当,但其中表面积的影响最大,距顶面距离稍小,型式的影响最小。适当减小油腔的表面积可改善活塞顶面受热和油腔、回油孔和销座位置的应力集中,并减小变形量。     

活塞冷却喷嘴失效引发的发动机故障分析

随着发动机的不断强化,活塞的热负荷越来越高,常规的冷却已不能满足要求。为保证发动机的性能,因而采用了对活塞内腔顶部进行喷油冷却的结构措施。近年来广泛使用的是在机体的润滑油道上安装专用冷却喷嘴,对活塞内腔顶部进行强制喷油冷却。在使用中要保证冷却喷嘴畅通、有效,否则将因得不到喷油冷却而使活塞顶部与第一道环槽的温度升高,造成活塞顶部异常膨胀、烧蚀,甚至拉缸;环槽温度升高使机油胶结,造成卡环等发动机故障。下面以解放CA1380P4K2L11T4重型卡车为例分析活塞冷却喷嘴失效引发的发动机故障。该车发动机型号为CA6DF2-26,活塞冷却喷嘴安装在发动机机体的主油道上,活塞采用内冷油腔设     

活塞开式内冷油腔振荡流动传热特性研究

采用商用软件FLUENT的动网格技术和多相流模型对某活塞开式内冷油腔中的振荡流动特性与传热特性进行了模拟研究,揭示了机油通过率、充油率和换热系数随转速、冷却机油流量的变化规律。结果表明:机油通过率在60%~80%左右;机油填充率与转速和机油流量密切相关;内冷油腔平均换热系数随转速的提高而迅速增大;油腔中机油填充率过多或过少都会导致换热性能的下降。选取50%的机油填充率,可在保证活塞振荡传热效果的前提下,降低了冷却喷嘴的机油流量。     

活塞开式内冷油腔振荡流动传热特性研究EI北大核心CSCD

采用商用软件FLUENT的动网格技术和多相流模型对某活塞开式内冷油腔中的振荡流动特性与传热特性进行了模拟研究,揭示了机油通过率、充油率和换热系数随转速、冷却机油流量的变化规律.结果表明：机油通过率在60％～80％左右;机油填充率与转速和机油流量密切相关;内冷油腔平均换热系数随转速的提高而迅速增大;油腔中机油填充率过多或过少都会导致换热性能的下降.选取50％的机油填充率,可在保证活塞振荡传热效果的前提下,降低了冷却喷嘴的机油流量.     

重载柴油机活塞的结构设计

<正>在重载柴油机上,活塞的工作可靠性很大程度上是取决于活塞的结构设计。本文编译自联邦德国马勒(Mahle)公司论文集上有关活塞结构设计的文献,力图在活塞结构型式、材料、主要尺寸、冷却油腔、环槽镶圈、销座设计以及结构强度试验等诸方面对马勒公司的研究成果作一较系统的介绍,以供从事活塞设计和研究的专业人员参考。     

增压柴油机内冷油腔活塞结构分析及评价

以增压柴油机振荡内冷却油腔活塞非对称性结构为研究对象,构建了全活塞-活塞销-连杆小头的有限元接触模型,分析了活塞工作条件下的导热耦合关系。确定了当量换热边界条件;进行了在机械-热负荷联合作用下的结构应力及变形分析;为直观反映温度因素对活塞结构强度的影响,提出了对结构应力合理表述的应力-温度散点图评价方法;在此基础上对原有的活塞结构进行了改进。     

基于柴油机考核工况的活塞高周疲劳寿命预测

针对柴油机台架耐久性试验规范规定的柴油机考核方法及工况,建立了多工况循环载荷作用下活塞高周疲劳寿命预测流程;采用Abaqus有限元分析软件建立活塞温度及应力计算模型,通过与试验数据对比进行模型标定,计算了各工况下活塞温度场及应力;采用Femfat软件考虑温度场及各种修正因素的影响对活塞单工况下高周疲劳寿命进行预测,采用双线性累积损伤准则对柴油机考核工况下活塞疲劳寿命进行预测。结果表明:采用双线性累积损伤准则可便捷地进行多工况周期性载荷下活塞高周疲劳寿命预测;活塞冷却油腔位置处寿命最低,但可满足柴油机考核使用要求。     

电子束焊活塞

<正> 采用可熔盐芯铸造强制冷却活塞头部油腔并无多大问题,但锻造活塞则必须采用另一种方法。多年来,马勒公司的电子束焊接方法一直是成功的。1 性能原理 电子束焊接是通过冲击在材料上的高速电子动能转换成熔焊热来焊接两个零件的。直径小于0.1mm的电子束作为能源的焊接原理是在真空管内加热的阴极射出电子,在环形阳极的方向上进行高电压加速,并通过文纳尔圆筒静电场和辅助电极来初步聚束,     

汽油机活塞内冷油腔振荡冷却特性的仿真研究

为研究汽油机活塞内冷油腔在高转速下的振荡冷却效果,搭建了计算流体力学仿真模型,模拟研究了额定转速下内冷油腔的机油瞬态分布、壁面换热系数和换热速率,分析了机油喷射速度、喷孔直径、机油温度等喷射参数的影响,并采用Box-Behnken组合设计,以换热速率最大化为目标优化了喷射参数。结果表明,换热速率除了受喷射速度和机油温度的交互作用影响外,还与腔内充油率决定的机油振荡状况有关,并可与喷孔直径拟合成抛物线关系。     

奥迪4.0T发动机新技术剖析(四)

(六)可控式活塞冷却喷嘴实际上,并不是在发动机的所有工况,活塞顶都需要喷射机油来冷却的。如果关闭了活塞冷却喷嘴,那么机油泵就要减少供油量了(容积流量调节),这也有助于节约燃油。活塞冷却喷嘴的接通和关闭,是由活塞冷却喷嘴阀N522来完成的。该阀位于缸体的内V形中。通过N522来液压操纵一个切换阀,该阀会让机油油流去往活塞冷却喷嘴。1.功能(1)活塞冷却喷嘴已接通如果发动机控制单元没有触发活塞冷却喷嘴控制阀N522,那么通向活塞冷却喷嘴的通道就是敞开着的,机油可以喷射到活塞顶,如图24所示。     

捷豹/路虎 IngeniumI63.0L汽油发动机与轻混MHEV 技术介绍(三)

正3.活塞冷却机油喷射器(PCJ)6个活塞冷却机油喷射器(PCJ)位于气缸缸体上,如图22所示。每个喷射器都靠近1个气缸,并由1个螺栓固定在气缸缸体中。机油喷射器出口喷嘴和支撑支架是1个总成。PCJ为活塞和活塞销提供了冷却和润滑。每个活塞冷却喷射器都有1个单出口喷嘴,此喷嘴将机油喷入活塞中的冷却室内。机油供应由一个活塞冷却机油喷射器电磁阀控制,该电     

增压发动机怠速敲缸噪声研究

通过研究某增压发动机的怠速敲缸噪声,总结了活塞总成系统的噪声分类,研究了活塞偏心量、连杆大头油孔以及活塞冷却喷嘴对怠速敲缸噪声的影响。研究结果显示,活塞偏心量和连杆大头的油孔对于改善怠速敲缸噪声有很好的效果,而活塞冷却喷嘴不仅能起到冷却活塞的作用,还对怠速敲缸噪声有决定性的影响。通过改变活塞冷却喷嘴的开启压力,在怠速时开启,可以完全消除怠速敲缸噪声。     

适用于高燃烧压力和减少传入冷却液的热损失的活塞设计

作为标准铝活塞的替换方案,带冷却油道的单体(也叫整体)球墨铸铁活塞已经得到发展,可用于大功率柴油机上。这种活塞允许燃烧压力为3000磅/英寸~2(207巴)。由于活塞顶表面平均温度提高了180°F(100℃),所以活塞从燃烧室吸入的热量较少。要进一步减少传入冷却液的热损失,可以采用不冷却的组合活塞。根据二维有限元分析,金属顶的结构预计可减少热损失60％,陶瓷顶不会有更大的效果。     

镶圈内冷一体活塞的数值研究

为了研究镶圈和内冷油腔对活塞可靠性的影响,对同一型号、不同结构的带镶圈活塞进行模拟计算分析。首先对标定工况下的镶圈活塞进行硬度塞测温试验,作为温度场模拟计算的约束条件;然后考虑温度、燃烧压力、惯性力等因素影响进行热机耦合计算,得到活塞关键位置的变形、应力等结果;最后,使用疲劳分析软件计算活塞的高周疲劳。通过对比发现,镶圈内冷一体活塞一环槽根部温度分别比镶圈活塞和镶圈内冷活塞低6.5%,16%,其热应力分别降低了33%,15%,机械应力分别降低了31%,11%。结果表明,镶圈内冷一体结构的应用,有效避免了应力集中现象,既可以有效降低活塞头部热负荷和机械负荷,同时也能增强环槽的耐磨性,延长环槽下侧面的寿命。     

高速柴油机用TopWeld~钢活塞

燃油经济性法规要求进一步减小活塞的摩擦和提高热效率。将活塞材料由铝改成钢能在这两方面都得到改善。此外,钢材料的特性可提高活塞的强度、坚固性和耐久性。所有这些好处都能在比铝活塞更小的压缩高度下得以实现。因此,尽管材料密度有所增加,活塞质量可以减小。鉴于钢活塞与铝活塞一样,需要对燃烧室凹坑和环槽区域进行冷却,马勒公司采用1种创新的金属连接技术——激光焊接来形成冷却通道。TopWeld~#174;理念能提供较好的设计灵活性,这是其他任何焊接工艺所无法匹敌的。这种设计灵活性对于复杂的燃烧室几何形状尤为有利,而现代柴油机采用复杂的燃烧室结构是满足燃油经济性和排放要求的必须手段。