ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СОКРАЩЕНИЙ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 7
1.1 Анализ актуальных задач, стоящих перед двигателестроением и
программного обеспечения, необходимого для их решения 7
1.1.1 Термодинамические модели ДВС 9
1.1.2 Модели на основе решения задач пространственной
гидродинамики 20
1.2 Требования к математическим моделям рабочих процессов ДВС
применяемым для проведения компьютерной оптимизации двигателей на этапе их разработки и доводки 29
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 31
ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ 32
2.1 Расчет термодинамического состояния цилиндра 33
2.2 Расчет газообмена 33
2.3 Расчет сгорания 36
2.4 Определение эффективности турбокомпрессора 39
ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 43
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 48
4.1 Результаты расчетных и экспериментальных исследований двигателя
при нормальных атмосферных условиях 48
4.2 Результаты расчетных и экспериментальных исследований двигателя
при имитации горных условий 56
4.3 Анализ полученных результатов 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 70
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Актуальность работы. В настоящее время перед двигателестроением стоят задачи по повышению качества двигателей, их жизненного уровня, производительности, надежности и экономичности. Особое внимание должно уделяться улучшению их экономичности и эффективности в эксплуатационных условиях, т.к. производительность машин, действительный ресурс двигателей и эксплуатационные расходы в существенной мере определяются условиями эксплуатации (климатическими условиями, степенью загрузки двигателя, частотой и интенсивностью смен режимов и т.п.)
Совместное влияние вышеперечисленных условий эксплуатации чаще всего наблюдается при работе двигателей в высокогорных районах.
Исследованиями установлено, что при эксплуатации дизелей в высокогорных районах, вследствие снижения, главным образом, плотности воздуха наблюдается существенное ухудшение эффективных и экономических показателей, повышение тепловой напряженности, снижение ресурса и надежности.
Оценить мощностные и экономические возможности двигателей внутреннего сгорания, при работе его в различных эксплуатационных условиях можно по техническим и технологическим характеристикам получаемым в результате различных испытаний - стендовых, дорожных, эксплуатационных и т.п.
В настоящее время при проектировании и доводке ДВС наряду с экспериментальными методами широко применяются методы математического моделирования. Они являются экономичными, безопасными, универсальны-ми, позволяют прогнозировать будущие характеристики и выявлять общие закономерности. Основное требование, предъявляемое к ММ - адекватность реальному объекту или процессу, что является необходимым условием практического использования моделей.
Объект исследования: рядный шести цилиндровый двигатель КАМАЗ с воспламенением от сжатия номинальной мощностью 515 кВт.
Методы исследований: методы гидроаэродинамики, математической статистики, компьютерной графики, математического моделирования тепловых и гидроаэродинамических процессов, стендовые испытания двигателей.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов обусловлены использованием фундаментальных законов и уравнений меха-ники жидкости и газа, а также современных численных методов реализации соответствующих математических моделей; согласованием результатов рас-четных и экспериментальных исследований и применением при оценке адекватности математических моделей полученных автором достоверных опытных данных.
Реализация результатов.
Анализ актуальных задач, стоящих перед двигателестроением и программного обеспечения, необходимого для их решения. Обзор термодинамических моделей ДВС, обзор моделей на основе решения задач пространственной гидродинамики, изучение требовании к математическим моделям рабочих процессов ДВС применяемым для проведения компьютерной оптимизации двигателей на этапе их разработки и доводки. Построение математической 1D модели рабочего процесса и расчетные исследования двигателя в рамках лицензионного программного продукта AVL BOOST, проведение стендовых испытаний двигателя.
Результатом выполненной выпускной квалификационной работы стала адекватная математическая модель рабочего процесса дизельного двигателя КАМАЗ в программном комплексе AVL BOOST и метод имитации условий высокогорья при испытании двигателя на моторном стенде.
В процессе работы над проектом все заявленные задачи для достижения результата были выполнены.
Из стандартных блоков программы BOOST трубопроводов была собрана схема модели ДВС. Для каждого элемента компьютерной модели дизельного двигателя были найдены необходимые исходные параметры. Значения параметров брали из технического задания на двигатель КАМАЗ и его компоненты (ОНВ, ТКР), из результатов испытаний данного двигателя, из чертежей. Для нахождения геометрических параметров (площади коллекторов, диаметры трубопроводов и др.) использовали NX утилиты программы BOOST.
Разработка метода имитации горных условий при испытании двигателя на моторном стенде заключалась в создании разряжении в системе впуска и выпуске двигателя. Имитируемое разрежение, соответствующее заданным значениям высоты над уровнем моря на двигателе создавалось:
- для воздуха перед первой компрессорной ступенью двигателя за счёт изменения положения воздушной заслонки (с учётом сопротивления воздушного фильтра при различных режимах);
- для электронной системы управления двигателем при помощи соединения входа первой компрессорной ступени двигателя трубопроводом связи с внутренней полостью корпуса электронного блока управления двигателем (предварительно дополнительно герметизируемого по разъёмам) через эле-мент вентиляции корпуса блока;
- для отработавших газов путём применения в системе выпуска специального эжектора в котором в качестве рабочего потока использовался сжатый воздух.
Разработанная математическая модель рабочего процесса дизельного двигателя и метод имитации условий высокогорья при испытании двигателя на моторном стенде, позволили исследовать влияние атмосферных условий, а именно влияние низкого атмосферного давления на эффективные показатели двигателя с ростом высоты над уровнем моря.
