[发明专利]一种活塞冷却喷嘴关键结构参数的设计方法

权利要求书

1.一种活塞冷却喷嘴关键结构参数的设计方法，其特征在于：包括步骤

S1，根据活塞冷却需要，确定设计目标；

S2，根据发动机的具体结构和布置空间，基于设计经验确定活塞冷却喷嘴的基本结构；

S3，采用析因设计方法，筛选出对活塞冷却喷嘴性能影响显著的关键结构参数；

S4，采用优化设计方法，对活塞冷却喷嘴的关键结构参数进行优化；

所述设计目标为喷嘴的总流量及出口油束喷射角度，所述关键结构参数包括缩口内径、喷嘴体内径、喷管内径、螺栓出口数量、螺栓入口内径、出口高度、螺栓出口直径、喷射管弯曲半径和缩口直线长度；所述步骤S3具体包括

S31，进行因子分析，基于设计经验确定各个结构参数的初始值和上下限；

S32，根据结构参数的数量，选择相应的二水平分式析因设计方法进行多次打靶试验，得出每次打靶试验中喷嘴的总流量和出口油束喷射角度值；

S33，根据步骤S32的结果进行因子筛选，得到关键结构参数；

所述S32还包括通过CAE计算出喷嘴的总流量和出口油束喷射角度；

所述步骤S4具体包括

S41，建立二阶响应面模型，分别得到喷嘴的总流量关于关键结构参数的函数关系式和出口油束喷射角度关于关键结构参数的函数关系式；

S42，确定关键结构参数的初始值、边界条件和优化目标；

S43，将关键结构参数代入到二阶响应面模型，计算出喷嘴的总流量和出口油束喷射角度；

S44，判断喷嘴的总流量与目标值间的误差是否在边界条件范围以内，若是则转到步骤S46，若不是则转到步骤S45；

S45，采用优化算法，在关键结构参数的边界条件范围内，对关键结构参数进行优化，并转到步骤S43；

S46，判断出口油束喷射角度是否为最小值，若是则证明是最优方案；若不是则转到步骤S45。

2.根据权利要求1所述的活塞冷却喷嘴关键结构参数的设计方法，其特征在于：所述S33中采用半正态概率图法进行因子筛选。

3.根据权利要求1所述的活塞冷却喷嘴关键结构参数的设计方法，其特征在于：所述S41中的二阶响应面模型，即喷嘴的总流量关于关键结构参数的函数关系式、出口油束喷射角度关于关键结构参数的函数关系式分别为：

其中，R为喷嘴的总流量，S为出口油束喷射角度，K₁、K₂、…K_i…K_m分别为各个关键结构参数，β₀、β₁…β_i…β_m、β₁₁…β_ii…β_mm、β₁₂、β₁₃…β_(m-1)m、δ₀、δ₁…δ_i…δ_m、δ₁₁…δ_ii…δ_mm、δ₁₂、δ₁₃…δ_(m-1)m均为待定系数。

4.根据权利要求1所述的活塞冷却喷嘴关键结构参数的设计方法，其特征在于：所述S42中

关键结构参数初始值具体为：K₁₀、K₂₀…K_i0…K_m0；

且关键结构参数取值范围为：K_i-≤K_i≤K_i+；

为使活塞冷却喷嘴的总流量R达到R_aim，设定边界条件具体为：

ΔR＝|R-R_aim|＜α·W

其中α为误差系数，且α取值范围为0.1-0.5，多数情况取0.2，W为冷却喷嘴的总流量的允许误差，且W≤0.5；

为使活塞冷却喷嘴的打靶效率达到最大，优化目标具体为：最小化出口油束喷射角度。