王登化，陸紀(jì)文

（1.江西機(jī)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(yàn)

LR6108柴油機(jī)整機(jī)性能模擬模型試驗(yàn)驗(yàn)證

王登化1,2，陸紀(jì)文1

（1.江西機(jī)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(jī)的性能，采用發(fā)動機(jī)模擬分析軟件——GT-POWER對其整機(jī)性能進(jìn)行模擬計(jì)算，建立其整機(jī)模型，并通過試驗(yàn)，試驗(yàn)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(jī)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(jī)整機(jī)性能模擬，就是從發(fā)動機(jī)各系統(tǒng)的物理模型出發(fā)，用微分方程對各系統(tǒng)的實(shí)際工作過程進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，用計(jì)算機(jī)數(shù)值求解微分方程，以求得發(fā)動機(jī)的整機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)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(jī)是在原機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行防爆改造后得到的，致使原機(jī)初始參數(shù)不是防爆柴油機(jī)的最佳參數(shù)，為提高洛拖LR6108防爆柴油機(jī)的性能，我們采用發(fā)動機(jī)模擬分析軟件對其進(jìn)行模擬。

1、洛拖LR6108防爆柴油機(jī)整機(jī)性能模擬

1.1模擬計(jì)算流程

本項(xiàng)目模擬應(yīng)用的軟件是一款包括高級發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)概念在內(nèi)的發(fā)動機(jī)仿真分析軟件——GT-POWER。

具體步驟：

（1）對柴油機(jī)進(jìn)行分析和測量、收集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行資料整理；

（2）將實(shí)際復(fù)雜的柴油機(jī)分解成若干個子系統(tǒng)，并運(yùn)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(jìn)行模擬計(jì)算，求出該模型輸出的全部物理參量，并通過實(shí)驗(yàn)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(jī)模擬計(jì)算

1.2.1搭建整機(jī)模型

1.2.1.1收集發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)

1）樣機(jī)性能參數(shù)

本項(xiàng)目研究樣機(jī)是洛拖LR6108，其基本參數(shù)見表1。

表1　試驗(yàn)樣機(jī)基本參數(shù)

2）進(jìn)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(yàn)得到的，通過油耗量算出循環(huán)供油量（圖2）。

圖1　進(jìn)排氣門升程曲線

圖2　循環(huán)供油量

4）進(jìn)氣流量系數(shù)

進(jìn)氣流量系數(shù)設(shè)置曲線如圖3所示。

5）進(jìn)氣流量

試驗(yàn)獲得的進(jìn)氣流量與數(shù)值模擬結(jié)果對比如圖4所示。

圖3　進(jìn)氣流量系數(shù)設(shè)置曲線

1.2搭建發(fā)動機(jī)整機(jī)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(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬準(zhǔn)確的重要前提，但是柴油機(jī)模型涉及到實(shí)體很多，而且結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，如按照真實(shí)實(shí)體結(jié)構(gòu)建立計(jì)算幾何模型需要花費(fèi)大量時間且難以實(shí)現(xiàn)，也沒有必要。因此根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，在保證對數(shù)值計(jì)算精度不產(chǎn)生很大影響的前提條件下，對實(shí)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些等效簡化處理。應(yīng)用軟件GEM-3D軟件，把進(jìn)氣管三維STL模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算需要的一維管路模型，圖5是生成的1D模型。

圖4　試驗(yàn)獲得的進(jìn)氣流量與數(shù)值模擬結(jié)果對比

1.2.2搭建整機(jī)模型

GT-POWER軟件采用模塊結(jié)構(gòu)建立發(fā)動機(jī)工作過程計(jì)算模型。發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)與氣缸連接件、管道之間的連接件等，圖6是LR6108整機(jī)模型。

圖5　進(jìn)氣管1D模型

圖6　LR6108整機(jī)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(zhǔn)維模型，主要是為研究和預(yù)測柴油機(jī)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(jì)算排放產(chǎn)物的形成。因其廣泛用于模擬直噴式柴油機(jī)的燃燒過程，故選用此模型。

1.2.4標(biāo)定燃燒模型

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

圖7　2300rpm、100%負(fù)荷、噴油提前角17°時采集的缸壓

2、模型可靠性驗(yàn)證

圖8　不同轉(zhuǎn)速下試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果對比

為驗(yàn)證模型的可靠性，對發(fā)動機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的外特性進(jìn)行測試。圖8為不同轉(zhuǎn)速下試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果對比，由圖可見，試驗(yàn)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(jī)進(jìn)行了整機(jī)模擬計(jì)算，通過試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果對比驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明，所建立的整機(jī)模型具有很好的可靠性。

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

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

[3]張永棟,朱文英,倪江忠.基于GT-POWER的柴油機(jī)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(qiáng),張鵬.發(fā)動機(jī)的GT-POWER模擬和試驗(yàn)驗(yàn)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(yùn)輸設(shè)備的研究及設(shè)計(jì)工作。

*江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（GJJ151382）。