Пример расчета двигателя грузовика КамАЗ 7405

d42gs_an.gif (7195 bytes)

prevgray.gif (1301 bytes) home.gif (1299 bytes) english.gif (2062 bytes) nextgray.gif (1360 bytes)

     Опыт использования программного комплекса ДИЗЕЛЬ-2/4т применительно к двигателям разного размера и назначения показал, что программа позволяет проводить расчеты без предварительной настойки используемых коэффициентов на конкретный двигатель. Однако, для получения надежных расчетных результатов при поиске путей улучшения характеристик двигателя, снижения уровня эмиссии вредных веществ и т. п. целесообразно провести сопоставление расчетных данных с результатами измерений параметров двигателя в базовой конфигурации на нескольких режимах. По результатам сравнения, если это потребуется, можно провести дополнительную настройку некоторых эмпирических коэффициентов.
     В настоящем документе приводится сравнение расчетных и экспериментальных данных для дизеля грузовика КамАЗ -7405. Данные для сопоставления взяты для режимов внешней скоростной характеристики. Величины всех эмпирических коэффициентов строго идентичны.

     Экспериментальные данные предоставлены ПО НТЦ 'КамАЗ' .
     Измерения и обработка данных проводились на стенде изготовленном фирмой AVL.

Основные конструктивные данные

  • Диаметр цилиндра:
  • Ход поршня:
  • Длина шатуна:
  • Число цилиндров двигателя:
  • Степень сжатия:
  • Материал головки поршня:
  • Материал крышки цилиндра:
  • Система охлаждения:

120 мм
120 мм
225 мм
8
16
сталь
алюминий
жидкостная

Форма камеры сгорания и ориентация топливных струй.

sizes_ch.gif (16671 bytes) Количество идентичных струй:    4 х 0.33
Угол b:                                                 0
Угол
a:                                                60 град.
Внешний диаметр КС, dc:                 64 мм
Радиус скругления в центре, rc:        20 мм
Радиус скруглен. на периферии, rp:  5 мм
Глубина КС в центре, hc:                  23.2   мм
Глубина КС на периферии, hp:         23.2  мм
Угол наклона образующей КС к
плоскости поршня
g:                         90 град.
Надпоршневой зазор h
clr:                 1 мм
Смещение распылителя от оси si:    0 мм
Выступание оси распылителя от
днища крышки
hi:                               2 мм

Вихревое число H - отношение угловых скоростей тангенциального
вихря в цилиндре в начале сжатия
w s и коленчатого вала w kr_sh                    1.586

 

Результаты расчета

Визуализация и анализ смесеобразования

     В состав программного комплекса входит программа визуализации процесса смесеобразования "Fuel Jet Visualization", которая позволяет анализировать подвижную картину развития топливных струй и их пристеночных потоков. Наблюдая за развитием топливных струй, их взаимодействием с вихрем и стенками можно найти такие направления ориентации сопел распылителя, или конфигурацию стенок камеры в поршне которые обеспечили бы наилучшие условия для сгорания. Программа "Fuel Jet Visualization" может быть бесплатно выслана заинтересованным специалистам вместе с файлами данных для разных дизелей отечественного производства. 
     Приведенный ниже слайд сформирован этой программой. 

Режим полной мощности: n=2200 1/мин, Pe=9.7 Бар

    В результате расчета движения каждой из топливных струй вычисляется количество топлива, попавшего в каждую из характерных зон:
- оболочку струи и оболочку пристеночного потока;
- ядро свободной струи;
- ядро пристеночного потока;
- область пересечения пристеночных потоков;
- поверхность крышки цилиндра;
- поверхность зеркала цилиндра.
Внутри одной характерной зоны существуют приблизительно одинаковые условия испарения топлива. Скорости испарения топлива в разных зонах очень сильно отличаются. Файл результатов расчета содержит таблицу, куда помещаются полученные данные.

Распределение топлива по зонам на момент окончания развития струй
КамАЗ - 7405: n=2200 1/мин, Ре = 9.7 бар

? струи Оболочка струи и пристеночн. потока Ядро свободной струи Ядро пристеночного потока Область пересечения пристеночных потоков Поверхн. головки цилиндра Зеркало цилиндра
1 74.90 % 2.90 % 22.20 % 0.0 0.0 0.0
Sum 74.90 % 2.90 % 22.20 % 0.0 0.0 0.0

      Если струи топлива развиваются в разных условиях, то таблица содержит данные для каждой струи (см примеры).

      Для того чтобы добиться хорошего смесеобразования, быстрого сгорания   и  низкого расхода топлива следует направлять каждую струю таким образом, чтобы максимальное количество топлива попадало в зоны с хорошими условиями  испарения. Это прежде всего оболочка струи и, в меньшей степени, ядро пристеночного потока. Следует избегать попадания большого количества топлива в зоны пересечения пристеночных потоков соседних струй, а также на зеркало цилиндра и головку цилиндра, особенно, если головка выполнена из алюминиевого сплава и имеет низкую температуру. В данной конструкции эти рекомендации соблюдены.
      Однако для снижения эмиссии NOx приходится осуществлять другие мероприятия, которые приводят к взаимопересечению пристеночных потоков соседних струй, попаданию топлива на поверхность головки цилиндра, снижению скорости сгорания и росту эмиссии сажи. Использование комплекса ДИЗЕЛЬ-2/4т позволяет увязывать эти противоположные тенденции и находить выгодные компромиссы.

 

Сравнение расчетных и экспериментальных данных.

Интегральные показатели
Экспериментальные данные получены АО КамАЗ.

Параметр

n=2200 1/min

n=1400 1/min

n=1000 1/min

Экспер.

Расчет

Экспер

Расчет

Экспер

Расчет

Ne -Мощность, кВт

192.3

193.6

140.1

138.8

92.6

92.5

ge -Удельный эффект расход топлива, г/(кВт*ч)

213.7

212.4

201

202.8

212

212.2

Рe -Среднее эффективное давление, бар

9.66

9.72

11.06

10.96

10.24

10.22

Pi -Среднее индикаторное давление, бар

11.74

11.7

12.51

12.03

11.18

11.05

Ps -Средн. давление во впускном коллект., бар

1.97

1.97

1.51

1.52

1.29

1.28

Ts -Средн. температура во впускном коллект., К

390

390

353

354

336

338

Gв -Расход воздуха, кг/с

0.346

0.346

0.178

0.182

0.110

0.112

Pz -Максимальное давление цикла, бар

130.7

129.5

116.8

121.

105.2

107.9

Pвпр -Максимальное давление впрыска, бар

672

665

540

532

355

349

Hartrige-Уровень дыма в ОГ по шкале Хартриджа

7.0

7.8

20.

15.9

41.

38.

Pt -Давление газов перед турбиной, бар

1.89

1.89

1.37

1.36

1.19

1.2

Tt* -Температура газов перед турбиной, К

768

764

798

753

788

752

Tгол -Температура огневого днища головки цилиндра., К

454

459

436

439

416

430

Pо -Давление перед компрессором (абс.), бар

0.95

0.974

0.978

Ptо -Давление за турбиной, бар

1.004

0.993

0,988

qc -Цикловая подача топлива, г

0.0778

0.0838

0.0818

Fiвпр-Продолжительность впрыска, град. п.к.в.

21.2

15.35

14.05

Fiопер-Опережение впрыска, град. п.к.в.

14.

12.4

12.

     Как видно из таблицы, расчет достаточно хорошо совпадает с результатами измерений.
     Отличие расчетной температуры газа перед турбиной Tt* от измеренной обусловлено хорошо известным обстоятельством: измерение термопарой температуры пульсирующего потока дает завышенные результаты. Ошибка измерения тем больше, чем больше отношение перепада давления в импульсе к средней величине давления.

Сопоставление результатов расчета параметров двигателя с результатами измерений по внешней скоростной характеристике.

kamaz_vh.gif (4272 bytes)

      Ниже приведено сопоставление расчетных и измеренных зависимостей давлений в цилиндре от угла поворота кривошипа. 'Замеренная' скорость тепловыделения получена обработкой экспериментальных значений давления.
      Зависимости скорости впрыска от угла поворота коленчатого вала получены экспериментально и являются входными данными для расчета.

Изменение давления в цилиндре и скорости тепловыделения
по углу поворота вала на разных режимах.

kamz_i22.gif (6320 bytes)

kamz_i14.gif (6694 bytes)

kamz_i10.gif (6214 bytes)

 

Изменение параметров газа в ходе газообмена

kamz_g22.gif (6146 bytes)

kamz_g14.gif (5800 bytes)

kamz_g10.gif (5708 bytes)

Обозначения: Давление в цилиндре: а - расчетное; h - измеренное ;
b - давление в выпускном коллекторе;
c - давление во впускном коллекторе;
d - площадь проходного сечения выпускного клапана;
e - площадь проходного сечения впускного клапан;
скорость газа: f - в выпускном клапанном канале; g - во впускном канале.

     Хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных как для процессов сгорания, так и для газообмена позволяет сделать вывод об адекватности математической модели КДВС и о возможности проводить с помощью нее оптимизацию параметров двигателя.

 

prevgray.gif (1301 bytes) home.gif (1299 bytes) e-mail.gif (1629 bytes) nextgray.gif (1360 bytes)