发动机活塞冷却喷嘴的设计及开发
工况 分析 ，需 要 引入润 滑 和热量 两个 因素 ：对 于润 滑 ，主油 道压 力直 接关 系到 喷 嘴的开 启及 喷油 量 ；对 于 热 量 ，即各 工 况 下 直 接 作 用 到 活 塞 上 热 量 ，需要 喷 嘴喷 油及 时带 走 。 ２ ． １ ． １ 润 滑 系统考 量 对 于润 滑系 统 ，由于 机油温 度对 于机 油 的粘度 及 流动 性都 由显 著 的影 响 （ 见图 １ ） ，应 考虑 极 限
嘴 冷却 。
活塞 冷 却 需 求 工 况 分 析 、活 塞 温 度 场 及 解 析 （ 模
拟） 、各 个工况 下 活塞 温度 关系 （ 模拟） 。
２ ． １ 活 塞冷 却 需求 工况分 析
１ 设 计 要 求
功 能上 ，活 塞冷却 喷 嘴是定 向的喷射 机 油至 活
塞 的冷 却位 置 ，从活 塞带 走发 动机燃 烧 过程 作用在 活塞 头部 的热量 。其 设计 关注 的要 求如 下 ：
来越 多 的应用 。 活塞 在工 作 时不断 的从燃 烧 系统 吸收 热量 ，要
７ ）活塞冷却喷嘴单体及搭载整机 的验证试验
策划 。
保证 活 塞 的 可 靠 性 ，须 将 活 塞 吸 收 的 热 量 及 时 带
走 。通 常情况 下 ，活塞 吸收 的热 量 是通 过活 塞 环 、 活 塞裙 部传递 。对于增 压 、直 喷机 型活塞 ，相 对 于 自然 吸气 发动 机 ，其 活塞 处 于 高 温 高压 较 长 时 间 ，
李
飞
梁彦勇
陈
佳
谢 朝全
（ 海马轿车有限公 司）
［ 摘 要 ］ 汽 油机 增压 直喷机 型 中活 塞冷却 喷嘴 的 正 向设计 开发 在 国 内行 业 中尚不 构成 系统 ， 本 文通过 实际 开发 过 程 中的探 索 ，利 用 Ｃ Ａ Ｅ分析 、设计 计 算 等 手段 对其பைடு நூலகம்边界 条 件 、 温度 场 、各
油机 ） ；
随着 汽油 机增 压 、直喷 的应 用 ，其 活 塞 的热 负 荷越 来越 高 ，引入 活塞 强制 冷却 就成 为 了必然 ，活
４）喷 嘴结 构设计 对 油束稳 定性 的影 响 ； ５ ）喷 嘴开 启压 力选 择 ，不 同工 况 下 流 量 曲线
的确 定 ；
塞冷 却 喷嘴作 为一 种活 塞强 制冷 却 的手段 也得 到越
ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｓ ａ ｎ ｅ ｗ ｊ ｅ ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ．
ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｎ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ，ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｆ ａ ｌ ｖ ａ ｌ ｉ ｄａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｏ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ． Ｂｙ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｔ ｕａ ｌ ｄ ｅ —
个工况等相关参数进行综合解析，进 而确定关键参数 ，最终设计验证定型，再现 了此零件一整套
全 新 正 向 设 计 开发 的 过 程 。
［ 关键 词 ］ 汽 油机
活塞 强制 冷却
活 塞冷却 喷嘴
设 计
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｔ Ｇ Ｄ Ｉ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ ｊ ｅ ｔ ｎ ｏ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｓ ｉ ｎ ｄ ｏ ｍ ｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ． Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ， Ｐ ａ ｒ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｊ ｅ ｔ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ 、ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ 、ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｃ Ａ Ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ 、ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
２ 边 界 条 件
从实 现功 能观 点 出发 ，活塞 冷却 喷嘴 的边界 条 件是 作 为参数 设计 、结 构设 计 的输入 条件 。这 是通 过初 始设计 中系 统 模 拟分 析 中得 到 的 。一 般 包 含 ：
仅依 靠金 属 间热传 递 、连杆 的飞溅机 油 降温 已不能 满 足冷 却活 塞 的要 求 ，由此就需 要 引人 活塞冷 却 喷
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｇ ａ ｓ ｏ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｅ ｔ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
Ｕ 刖 昌
１ ） 油 束指 向是否 作用 在 活塞头 部 的集热 区 ；
２ ） 喷油流量 是 否足够 带走 活塞 头部 热量 ； ３ ）油 束 的速度 是否 大 于活 塞 平 均 线速 度 （ 汽
２ ４
内 燃 机 与 配 件
李
早 。 — 。 。 —
ｆ —
飞
梁 彦勇 陈
佳
谢 朝全 ：发动机活塞冷却喷嘴 的设计及开发
２ １
８ ＂ Ｉ － 艺技 术 ＃
— ｆ — ｆ
发 动 机 活 塞 冷 却 喷 嘴 的 设 计 及 开 发
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ Ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ Ｃｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｅ ｔ
活塞冷却喷嘴工作原理
活塞冷却喷嘴工作原理
活塞冷却喷嘴是一种用于汽车发动机的冷却系统。
它的工作原理是通过喷射冷却剂来冷却发动机的活塞。
活塞冷却喷嘴位于发动机活塞附近的冷却系统中。
冷却剂以高压形式通过喷嘴喷射到活塞的表面上。
当热量从活塞传导到喷嘴时，冷却剂会吸收热量并快速蒸发。
这样，冷却剂就能够带走活塞上的热量并将其冷却。
同时，蒸发过程也会产生强大的冷却效果。
活塞冷却喷嘴的设计通常会考虑到如何将喷射的冷却剂均匀地分布在活塞表面上。
喷嘴通常会有多个小孔或细缝，通过这些细小的喷孔使冷却剂均匀喷射到活塞表面上，以确保整个活塞表面都能得到冷却。
这种活塞冷却的设计有助于控制活塞的温度，防止因高温引起的过热问题。
通过保持活塞在适宜的工作温度范围内，可以提高其寿命并减少摩擦和磨损。
此外，活塞冷却喷嘴还可以改善发动机的燃烧效率，提高燃油的利用率。
总之，活塞冷却喷嘴通过喷射冷却剂来冷却发动机活塞，以降低活塞的温度并提高其工作效率。
这是一种有效的冷却系统，可以提高发动机的寿命和性能。
活塞冷却喷嘴原理
活塞冷却喷嘴原理
活塞冷却喷嘴原理，即利用气体将热量从活塞转移到冷却喷嘴以实现活塞的冷却。
活塞冷却喷嘴通常由两个主要部分组成：喷嘴和冷却导管。
在内燃机中，活塞的运动产生了大量的热量。
如果不及时冷却，活塞可能会过热，导致性能下降、磨损加剧甚至引发故障。
为了解决这个问题，活塞冷却喷嘴被设计用来将冷却剂喷射到活塞表面上。
活塞冷却喷嘴的工作原理是基于热传导和冷却剂的喷射。
当活塞在工作时，活塞表面上的热量会通过导热传导进入冷却喷嘴。
冷却喷嘴内部的冷却导管中充满了冷却剂，当冷却剂被喷射出来时，它会吸收活塞表面的热量，进而冷却活塞。
在活塞冷却喷嘴中，冷却剂通常是液体或气体。
常见的液体冷却剂包括水和冷却液，而常见的气体冷却剂则是空气。
当液体冷却剂被喷射到活塞表面时，它会通过蒸发吸收热量，然后蒸汽会由通风孔排出。
而气体冷却剂则通过高速喷射带走热量，然后在环境中冷却。
活塞冷却喷嘴在内燃机中起到了重要的作用，能够有效地降低活塞的温度，提高发动机性能和寿命。
通过冷却喷嘴提供的降温效果，发动机可以更加稳定和可靠地工作，减少了由于过热而导致的问题，如爆破和磨损。
活塞冷却喷嘴工作原理
活塞冷却喷嘴工作原理
活塞冷却喷嘴工作原理是通过喷射冷却介质来降低活塞的温度，从而保护活塞和活塞环，延长发动机的使用寿命。
活塞冷却喷嘴通常安装在活塞顶部或底部，其工作原理主要包括喷射冷却介质、冷却介质流动和传热三个方面。
首先，喷射冷却介质是活塞冷却喷嘴的关键部分。
冷却介质通常是发动机冷却液或者燃油的一部分，通过喷嘴将冷却介质喷射到活塞表面，以吸收热量，并降低活塞表面温度。
冷却介质的选择取决于具体的工作条件和要求。
其次，冷却介质要保证流动。
冷却介质通过喷嘴进入喷嘴的喷嘴通道，然后喷射出来，覆盖在活塞表面。
喷嘴的设计通常考虑到喷射方向、喷嘴孔径和喷嘴数量等因素，以确保冷却介质能够均匀覆盖活塞表面，并确保足够的冷却效果。
最后，传热是活塞冷却喷嘴工作的关键。
喷射的冷却介质与活塞表面接触后，通过传热的方式吸收热量，降低活塞的温度。
这种传热过程通常是通过对流和传导相结合的方式进行的。
冷却介质的流动可以加强传热效果，提高冷却效率。
总的来说，活塞冷却喷嘴通过喷射冷却介质，在活塞表面形成保护层，吸收热量并降低活塞温度，从而起到保护活塞的作用。
这种冷却方式可以有效降低活塞的热应力，减少活塞的磨损，延长发动机的使用寿命。
发动机活塞冷却喷嘴的设计、验证与故障分析浅谈
发动机活塞冷却喷嘴的设计、验证与故障分析浅谈作者：贾新颖来源：《中国科技纵横》2018年第15期摘要：内冷油道活塞的应用越来越广泛，但是针对活塞冷却喷嘴的设计要求与设计方法尚不完善和系统。
本文论述了发动机内冷油道强制振荡冷却活塞喷嘴及其喷嘴阀的设计，包括设计要求、详细设计中各参数的确定及设计验证。
同时，对实际应用中存在的冷却喷嘴的故障情况进行了简要分析及说明。
关键词：内冷油道；强制振荡冷却；冷却喷嘴；冷却喷嘴阀中图分类号：TK40 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0093-02活塞是发动机的核心元件，燃烧发生在活塞的燃烧室内，燃烧产生的爆发压力推动活塞沿缸孔内做往复直线运动。
活塞及活塞相关组件是发动机中工作条件最为苛刻的零部件，发动机的强化程度、大修周期、可靠性与寿命在很大程度上取决于活塞的工作寿命。
随着柴油机强化程度不断提高，单缸功率不断增加，活塞顶部承受较高的热负荷，通过传热计算分析及活塞温度场试验验证，活塞喉口温度最高可以达到360℃～380℃，而且温度分布极为不均匀，温度梯度很大，过高的热负荷容易造成活塞顶部开裂等故障。
这就对活塞顶部的冷却提出了更高的要求，活塞的冷却方法主要有自由喷嘴冷却、振荡冷却、内冷油道强制振荡冷却。
所谓自由冷却，即从连杆小头上的喷油孔或从安装在机体上的冷却喷嘴向活塞内腔喷射机油，达到冷却的目的；所谓振荡冷却，即从连杆小头上的喷油孔将机油喷入活塞内腔的环形油槽中，由于活塞的运动使机油在环形油槽中产生振荡而冷却活塞。
而目前常用的内冷油道强制振荡冷却是在活塞铸造时，在活塞顶部环槽位置，铸造出油道，机油从布置在机体上的冷却喷嘴，喷入活塞冷却油道的进油孔，通过活塞的运行使机油在油道内循环及振荡，吸收活塞头部热量，最终从活塞的出油孔流出，此结构使机油在活塞的冷却油道内强制流动，以便达到冷却活塞的目的。
由于行业内活塞的设计一般由主机厂委托活塞生产企业进行精细设计，而活塞的冷却喷嘴往往由各主机厂根据自身发动机工作特点，机油压力情况进行设计。