LR6108柴油機整機性能模擬模型試驗驗證

王登化，陸紀文

（1.江西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013；2.常州科研試制中心有限公司，江蘇 常州 213023）

測試試驗

LR6108柴油機整機性能模擬模型試驗驗證

王登化1,2，陸紀文1

（1.江西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330013；2.常州科研試制中心有限公司，江蘇 常州 213023）

為提高洛拖LR6108防爆柴油機的性能，采用發(fā)動機模擬分析軟件——GT-POWER對其整機性能進行模擬計算，建立其整機模型，并通過試驗，試驗結(jié)果和模擬結(jié)果吻合的很好，說明模型具有很好的可靠性。

整機性能；模擬；模型；可靠性

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.037

CLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)11-100-03

前言

發(fā)動機整機性能模擬，就是從發(fā)動機各系統(tǒng)的物理模型出發(fā)，用微分方程對各系統(tǒng)的實際工作過程進行數(shù)學(xué)描述，用計算機數(shù)值求解微分方程，以求得發(fā)動機的整機動力性、經(jīng)濟性和排放特性等系統(tǒng)參數(shù)隨時間或隨曲軸轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律。

由于防爆柴油機是在原機基礎(chǔ)上進行防爆改造后得到的，致使原機初始參數(shù)不是防爆柴油機的最佳參數(shù)，為提高洛拖LR6108防爆柴油機的性能，我們采用發(fā)動機模擬分析軟件對其進行模擬。

1、洛拖LR6108防爆柴油機整機性能模擬

1.1模擬計算流程

本項目模擬應(yīng)用的軟件是一款包括高級發(fā)動機設(shè)計概念在內(nèi)的發(fā)動機仿真分析軟件——GT-POWER。

具體步驟：

（1）對柴油機進行分析和測量、收集數(shù)據(jù)，并進行資料整理；

（2）將實際復(fù)雜的柴油機分解成若干個子系統(tǒng)，并運用提供的模塊建立相應(yīng)的物理模型；

（3）將收集到的數(shù)據(jù)及資料輸入到相應(yīng)的模塊中去，從而建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；

（4）利用已建立的模型進行模擬計算，求出該模型輸出的全部物理參量，并通過實驗數(shù)據(jù)來修改模型參數(shù)，優(yōu)化模型的設(shè)置。

1.2 整機模擬計算

1.2.1搭建整機模型

1.2.1.1收集發(fā)動機數(shù)據(jù)

1）樣機性能參數(shù)

本項目研究樣機是洛拖LR6108，其基本參數(shù)見表1。

表1　試驗樣機基本參數(shù)

2）進排氣門升程曲線

3）循環(huán)供油量

循環(huán)噴油量的設(shè)置是通過試驗得到的，通過油耗量算出循環(huán)供油量（圖2）。

圖1　進排氣門升程曲線

圖2　循環(huán)供油量

4）進氣流量系數(shù)

進氣流量系數(shù)設(shè)置曲線如圖3所示。

5）進氣流量

試驗獲得的進氣流量與數(shù)值模擬結(jié)果對比如圖4所示。

圖3　進氣流量系數(shù)設(shè)置曲線

1.2搭建發(fā)動機整機模型

1.2.1簡化幾何結(jié)構(gòu)

幾何結(jié)構(gòu)的精確描述是實現(xiàn)數(shù)值模擬準確的重要前提，但是柴油機模型涉及到實體很多，而且結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，如按照真實實體結(jié)構(gòu)建立計算幾何模型需要花費大量時間且難以實現(xiàn)，也沒有必要。因此根據(jù)試驗經(jīng)驗，在保證對數(shù)值計算精度不產(chǎn)生很大影響的前提條件下，對實體結(jié)構(gòu)進行一些等效簡化處理。應(yīng)用軟件GEM-3D軟件，把進氣管三維STL模型轉(zhuǎn)化為計算需要的一維管路模型，圖5是生成的1D模型。

圖4　試驗獲得的進氣流量與數(shù)值模擬結(jié)果對比

1.2.2搭建整機模型

GT-POWER軟件采用模塊結(jié)構(gòu)建立發(fā)動機工作過程計算模型。發(fā)動機的元件如氣缸、空濾器、催化器、管接頭和管道等模塊用方形圖框表示，而元件之間必須用圓形圖框的連接件連接；發(fā)動機的所有結(jié)構(gòu)參數(shù)和特性參數(shù)在相應(yīng)的元件模塊和連接件模塊中定義，連接件可以有具體的物理定義如氣閥連接件和噴嘴連接件等，也可以只具有象征意義如發(fā)動機與氣缸連接件、管道之間的連接件等，圖6是LR6108整機模型。

圖5　進氣管1D模型

圖6　LR6108整機模型

1.2.3選擇燃燒模型

廣安博之的油滴噴霧模型，即DIJET模型，屬于準維模型，主要是為研究和預(yù)測柴油機的排放特性及尋求對其控制的措施而發(fā)展起來的。此模型將整個燃燒過程抽象為噴霧、燃燒、傳熱和化學(xué)反應(yīng)等子過程，分別建立子模型，再由燃燒室內(nèi)總質(zhì)量、能量守恒及容積等約束條件確定各子模型的關(guān)系，來描述整個燃燒過程，計算排放產(chǎn)物的形成。因其廣泛用于模擬直噴式柴油機的燃燒過程，故選用此模型。

1.2.4標定燃燒模型

為了對模型進行進一步校準，通過測試發(fā)動機缸壓，將獲得的試驗結(jié)果與數(shù)值模擬進行比對。圖7即為某工況下采集的缸壓曲線。

圖7　2300rpm、100%負荷、噴油提前角17°時采集的缸壓

2、模型可靠性驗證

圖8　不同轉(zhuǎn)速下試驗結(jié)果和模擬結(jié)果對比

為驗證模型的可靠性，對發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速下的外特性進行測試。圖8為不同轉(zhuǎn)速下試驗結(jié)果和模擬結(jié)果對比，由圖可見，試驗結(jié)果和模擬結(jié)果吻合的很好，說明模型具有可靠性。

3、小結(jié)

應(yīng)用一維模擬軟件GT-POWER對洛拖LR6108防爆柴油機進行了整機模擬計算，通過試驗結(jié)果和模擬結(jié)果對比驗證，驗證結(jié)果表明，所建立的整機模型具有很好的可靠性。

[1]王娟,李明海. GT-Power在機車柴油機上的仿真應(yīng)用[J].長沙交通學(xué)院學(xué)報.2008(03).

[2]宋武強,姚勝華.基于AVL-BOOST的車用柴油機進氣系統(tǒng)模擬分析[J].內(nèi)燃機.2011(03).

[3]張永棟,朱文英,倪江忠.基于GT-POWER的柴油機排放仿真分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程. 2011(03).

[4]朱榮福,王強,張鵬.發(fā)動機的GT-POWER模擬和試驗驗證分析[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報.2010(01).

LR6108 diesel engine performance simulation model test

Wang Denghua1,2, Lu Jiwen1
（1.Jiangxi Vocational College of Mechanical & Electrical Technology, Jiangxi Nanchang 330013; 2. Changzhou Development & Manufacture Center Co., Ltd., Jiangsu Changzhou 213023）

To improve the performance of Luotuo LR6108 explosion-proof diesel engine, The engine simulation analysis software-GT-POWER to simulate and calculate the machine performance, The whole machine model is set up, And through the test, Test results and simulation results very well, That model has good reliability.

machine performance; simulation; model; reliability

U461.9

A

1671-7988 (2016)11-100-03

王登化(1980-)，碩士研究生，講師，主要從事礦山輔助運輸設(shè)備的研究及設(shè)計工作。

*江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目（GJJ151382）。