Расчёт впуска ЗИЛ-130/375: воздух, турбины, форсунки, раннеры

Сгенерировано calc/intake_sizing.py. Допущения — в начале скрипта.

Метан: стехиометрия 17,24 кг воздуха/кг, k = 1,304 при 40 °C (CoolProp). Эффективный КПД по ЗИЛ-138А [GBA89 дж.39]: 0,240.

1. Воздух, мощность и момент

Воздух — на 3200 об/мин, вилка по коэффициенту наполнения 0,70–0,85. Мощность — оценка на метане с КПД ЗИЛ-138А: трение при наддуве не падает, поэтому оценка занижена. Момент по оборотам — по форме заводской кривой (раздел 2), максимум на 2000 об/мин. Воздух на входе +30 °C на любой высоте — с запасом: летом на 4000 м холоднее. 1 кгс·м = 9,81 Н·м.

Двигатель	Высота	p атм, бар	Режим	MAP абс, бар	πк	T за компр., °C	T впуска, °C	Воздух, кг/с	Mmax, кгс·м	N на 3200, л.с.	N на 3600, л.с.
6,0 л	0 м	1,01	атмосферный	0,99	1,00	30	30	0,115–0,140	28–35	109–132	117–143
6,0 л	0 м	1,01	+0,3 бар	1,31	1,37	71	42	0,146–0,178	36–44	139–168	149–181
6,0 л	0 м	1,01	+0,5 бар	1,51	1,57	90	48	0,166–0,201	41–50	157–191	169–205
6,0 л	1000 м (Ереван)	0,90	атмосферный	0,88	1,00	30	30	0,102–0,124	25–31	97–117	104–126
6,0 л	1000 м (Ереван)	0,90	+0,3 бар	1,31	1,55	88	47	0,144–0,175	36–43	136–166	147–178
6,0 л	1000 м (Ереван)	0,90	+0,5 бар	1,51	1,78	107	53	0,163–0,198	40–49	154–187	166–202
6,0 л	2000 м	0,79	атмосферный	0,77	1,00	30	30	0,090–0,109	22–27	85–103	92–111
6,0 л	2000 м	0,79	+0,3 бар	1,31	1,76	106	53	0,142–0,172	35–42	134–163	144–175
6,0 л	2000 м	0,79	+0,5 бар	1,51	2,02	126	59	0,160–0,194	40–48	152–184	163–198
6,0 л	3000 м (перевалы)	0,70	атмосферный	0,68	1,00	30	30	0,079–0,096	19–24	75–91	80–98
6,0 л	3000 м (перевалы)	0,70	+0,3 бар	1,31	2,00	125	58	0,139–0,169	34–42	132–160	142–172
6,0 л	3000 м (перевалы)	0,70	+0,5 бар	1,51	2,30	146	65	0,157–0,191	39–47	149–181	160–195
6,0 л	4000 м (Памир)	0,62	атмосферный	0,60	1,00	30	30	0,069–0,084	17–21	66–80	70–86
6,0 л	4000 м (Памир)	0,62	+0,3 бар	1,31	2,29	145	65	0,137–0,166	34–41	129–157	139–169
6,0 л	4000 м (Памир)	0,62	+0,5 бар	1,51	2,62	167	71	0,154–0,188	38–46	146–178	157–191
7,0 л	0 м	1,01	атмосферный	0,99	1,00	30	30	0,134–0,163	34–41	127–155	137–166
7,0 л	0 м	1,01	+0,3 бар	1,31	1,37	71	42	0,171–0,207	43–52	162–196	174–211
7,0 л	0 м	1,01	+0,5 бар	1,51	1,57	90	48	0,193–0,235	49–59	183–222	197–239
7,0 л	1000 м (Ереван)	0,90	атмосферный	0,88	1,00	30	30	0,119–0,144	30–36	113–137	121–147
7,0 л	1000 м (Ереван)	0,90	+0,3 бар	1,31	1,55	88	47	0,168–0,204	42–51	159–193	171–208
7,0 л	1000 м (Ереван)	0,90	+0,5 бар	1,51	1,78	107	53	0,190–0,231	48–58	180–219	194–235
7,0 л	2000 м	0,79	атмосферный	0,77	1,00	30	30	0,105–0,127	26–32	99–121	107–130
7,0 л	2000 м	0,79	+0,3 бар	1,31	1,76	106	53	0,165–0,201	42–50	156–190	168–204
7,0 л	2000 м	0,79	+0,5 бар	1,51	2,02	126	59	0,187–0,227	47–57	177–215	190–231
7,0 л	3000 м (перевалы)	0,70	атмосферный	0,68	1,00	30	30	0,092–0,112	23–28	87–106	94–114
7,0 л	3000 м (перевалы)	0,70	+0,3 бар	1,31	2,00	125	58	0,162–0,197	41–50	154–187	165–201
7,0 л	3000 м (перевалы)	0,70	+0,5 бар	1,51	2,30	146	65	0,184–0,223	46–56	174–211	187–227
7,0 л	4000 м (Памир)	0,62	атмосферный	0,60	1,00	30	30	0,081–0,098	20–25	76–93	82–100
7,0 л	4000 м (Памир)	0,62	+0,3 бар	1,31	2,29	145	65	0,159–0,193	40–49	151–183	162–197
7,0 л	4000 м (Памир)	0,62	+0,5 бар	1,51	2,62	167	71	0,180–0,219	45–55	171–207	184–223

2. Момент и мощность по оборотам

Коэффициент наполнения 0,85 на 3200 об/мин (верх вилки), для 0,70 умножить на 0,82. Форма кривой — заводская бензиновая, снята с [D73 дж.52 рис.25]; выше 3000 штатная кривая срезана ограничителем, поэтому спад взят как у ЗИЛ-130 со свободным впуском без ограничителя: 188 л.с. на 3900 при Mmax 43,5 кгс·м [D73 дж.263]; 3600 — продолжение отрезка. Под наддувом — с 2000 об/мин: GBC17-250 выходит на цель с 1150–2150 в зависимости от объёма и высоты (research/turbo.md), ниже момент между атмосферным и наддувом. Для сравнения первой строкой каждого двигателя — штатный на бензине, нетто, по рис.25 и ТУ [D73 дж.53]; выше 3200 его режет ограничитель.

Двигатель	Высота	Режим	1000: M, кгс·м / N, л.с.	1500: M, кгс·м / N, л.с.	2000: M, кгс·м / N, л.с.	2500: M, кгс·м / N, л.с.	3200: M, кгс·м / N, л.с.	3600: M, кгс·м / N, л.с.	4000: M, кгс·м / N, л.с.
6,0 л	0 м	штатный, бензин	36,3 / 51	40,0 / 84	40,9 / 114	39,1 / 136	33,6 / 150	—	—
6,0 л	0 м	атмосферный	30,6 / 43	33,8 / 71	34,5 / 96	33,0 / 115	29,6 / 132	28,4 / 143	27,1 / 151
6,0 л	0 м	+0,3 бар	—	—	43,9 / 122	41,9 / 146	37,7 / 168	36,0 / 181	34,4 / 192
6,0 л	0 м	+0,5 бар	—	—	49,6 / 139	47,5 / 166	42,6 / 191	40,8 / 205	38,9 / 217
6,0 л	1000 м (Ереван)	атмосферный	27,1 / 38	29,9 / 63	30,5 / 85	29,2 / 102	26,2 / 117	25,1 / 126	23,9 / 134
6,0 л	1000 м (Ереван)	+0,3 бар	—	—	43,2 / 121	41,3 / 144	37,1 / 166	35,5 / 178	33,9 / 189
6,0 л	1000 м (Ереван)	+0,5 бар	—	—	48,8 / 136	46,7 / 163	42,0 / 187	40,1 / 202	38,3 / 214
6,0 л	2000 м	атмосферный	23,9 / 33	26,3 / 55	26,9 / 75	25,7 / 90	23,1 / 103	22,1 / 111	21,1 / 118
6,0 л	2000 м	+0,3 бар	—	—	42,4 / 119	40,6 / 142	36,5 / 163	34,9 / 175	33,3 / 186
6,0 л	2000 м	+0,5 бар	—	—	48,0 / 134	45,9 / 160	41,2 / 184	39,5 / 198	37,7 / 210
6,0 л	3000 м (перевалы)	атмосферный	21,0 / 29	23,1 / 48	23,7 / 66	22,6 / 79	20,3 / 91	19,4 / 98	18,6 / 104
6,0 л	3000 м (перевалы)	+0,3 бар	—	—	41,7 / 116	39,9 / 139	35,8 / 160	34,3 / 172	32,7 / 183
6,0 л	3000 м (перевалы)	+0,5 бар	—	—	47,2 / 132	45,1 / 157	40,5 / 181	38,8 / 195	37,0 / 207
6,0 л	4000 м (Памир)	атмосферный	18,4 / 26	20,3 / 42	20,7 / 58	19,8 / 69	17,8 / 80	17,0 / 86	16,3 / 91
6,0 л	4000 м (Памир)	+0,3 бар	—	—	41,0 / 114	39,2 / 137	35,2 / 157	33,7 / 169	32,1 / 179
6,0 л	4000 м (Памир)	+0,5 бар	—	—	46,3 / 129	44,3 / 154	39,8 / 178	38,0 / 191	36,3 / 203
7,0 л	0 м	штатный, бензин	45,0 / 63	46,8 / 98	48,1 / 134	45,1 / 157	40,3 / 180	—	—
7,0 л	0 м	атмосферный	38,4 / 54	39,9 / 84	41,1 / 115	38,5 / 134	34,6 / 155	33,1 / 166	31,6 / 176
7,0 л	0 м	+0,3 бар	—	—	52,2 / 146	48,9 / 171	43,9 / 196	42,0 / 211	40,1 / 224
7,0 л	0 м	+0,5 бар	—	—	59,0 / 165	55,4 / 193	49,7 / 222	47,6 / 239	45,4 / 254
7,0 л	1000 м (Ереван)	атмосферный	34,0 / 47	35,3 / 74	36,3 / 101	34,1 / 119	30,6 / 137	29,3 / 147	27,9 / 156
7,0 л	1000 м (Ереван)	+0,3 бар	—	—	51,3 / 143	48,1 / 168	43,2 / 193	41,4 / 208	39,5 / 221
7,0 л	1000 м (Ереван)	+0,5 бар	—	—	58,1 / 162	54,5 / 190	48,9 / 219	46,8 / 235	44,7 / 250
7,0 л	2000 м	атмосферный	30,0 / 42	31,2 / 65	32,0 / 89	30,0 / 105	27,0 / 121	25,8 / 130	24,6 / 138
7,0 л	2000 м	+0,3 бар	—	—	50,5 / 141	47,3 / 165	42,5 / 190	40,7 / 204	38,8 / 217
7,0 л	2000 м	+0,5 бар	—	—	57,1 / 159	53,6 / 187	48,1 / 215	46,0 / 231	43,9 / 245
7,0 л	3000 м (перевалы)	атмосферный	26,3 / 37	27,4 / 57	28,2 / 79	26,4 / 92	23,7 / 106	22,7 / 114	21,7 / 121
7,0 л	3000 м (перевалы)	+0,3 бар	—	—	49,6 / 139	46,5 / 162	41,8 / 187	40,0 / 201	38,2 / 213
7,0 л	3000 м (перевалы)	+0,5 бар	—	—	56,1 / 157	52,6 / 184	47,3 / 211	45,2 / 227	43,1 / 241
7,0 л	4000 м (Памир)	атмосферный	23,1 / 32	24,0 / 50	24,7 / 69	23,1 / 81	20,8 / 93	19,9 / 100	19,0 / 106
7,0 л	4000 м (Памир)	+0,3 бар	—	—	48,7 / 136	45,7 / 159	41,0 / 183	39,3 / 197	37,5 / 209
7,0 л	4000 м (Памир)	+0,5 бар	—	—	55,1 / 154	51,6 / 180	46,4 / 207	44,4 / 223	42,4 / 237

3. Точки на карте компрессора (одна турбина на ряд)

Приведённый расход, lb/min по стандарту Garrett, при коэффициенте наполнения 0,85 (верх вилки). Для 0,70 умножить на 0,82. πк от оборотов не зависит: целевой MAP постоянный.

Двигатель	Высота	Наддув	πк	1500 об/мин	2000 об/мин	2500 об/мин	3200 об/мин	3600 об/мин	4000 об/мин
6,0 л	0 м	+0,3 бар	1,37	5,3	7,1	8,9	11,4	12,8	14,2
6,0 л	0 м	+0,5 бар	1,57	6,0	8,1	10,1	12,9	14,5	16,1
6,0 л	1000 м (Ереван)	+0,3 бар	1,55	5,9	7,9	9,9	12,7	14,2	15,8
6,0 л	1000 м (Ереван)	+0,5 бар	1,78	6,7	9,0	11,2	14,3	16,1	17,9
6,0 л	2000 м	+0,3 бар	1,76	6,6	8,8	11,0	14,1	15,9	17,7
6,0 л	2000 м	+0,5 бар	2,02	7,5	10,0	12,5	16,0	18,0	20,0
6,0 л	3000 м (перевалы)	+0,3 бар	2,00	7,4	9,9	12,3	15,8	17,8	19,7
6,0 л	3000 м (перевалы)	+0,5 бар	2,30	8,4	11,2	13,9	17,9	20,1	22,3
6,0 л	4000 м (Памир)	+0,3 бар	2,29	8,3	11,1	13,8	17,7	19,9	22,1
6,0 л	4000 м (Памир)	+0,5 бар	2,62	9,4	12,5	15,6	20,0	22,5	25,0
7,0 л	0 м	+0,3 бар	1,37	6,2	8,3	10,4	13,3	14,9	16,6
7,0 л	0 м	+0,5 бар	1,57	7,0	9,4	11,7	15,0	16,9	18,8
7,0 л	1000 м (Ереван)	+0,3 бар	1,55	6,9	9,2	11,5	14,8	16,6	18,5
7,0 л	1000 м (Ереван)	+0,5 бар	1,78	7,8	10,4	13,1	16,7	18,8	20,9
7,0 л	2000 м	+0,3 бар	1,76	7,7	10,3	12,9	16,5	18,5	20,6
7,0 л	2000 м	+0,5 бар	2,02	8,7	11,6	14,6	18,6	21,0	23,3
7,0 л	3000 м (перевалы)	+0,3 бар	2,00	8,6	11,5	14,4	18,4	20,7	23,0
7,0 л	3000 м (перевалы)	+0,5 бар	2,30	9,8	13,0	16,3	20,8	23,4	26,0
7,0 л	4000 м (Памир)	+0,3 бар	2,29	9,7	12,9	16,1	20,6	23,2	25,8
7,0 л	4000 м (Памир)	+0,5 бар	2,62	10,9	14,6	18,2	23,3	26,3	29,2

4. Метановые форсунки

Расчётная точка: 3600 об/мин, +0,5 бар, уровень моря (самый плотный заряд), коэффициент наполнения 0,85, λ 0,90, скважность ≤80%, газ 40 °C. Ø сопла — эквивалентное круглое отверстие, при Cd = 1 и Cd = 0,80. ХХ: 600 об/мин, MAP 0,35 бар, метан по теплу бензинового ХХ; длительность импульса без времени открытия форсунки.

Двигатель	Рампа над MAP, бар	Мощность, л.с./цил	Метан на форсунку, г/с	p рампы абс, бар	Запирание	Cd·A, мм²	Ø Cd=1, мм	Ø Cd=0,80, мм	Импульс ХХ, мс
6,0 л	1,2	27	2,28	2,71	нет	5,07	2,54	2,84	9,7
6,0 л	2,0	27	2,28	3,51	да	3,91	2,23	2,49	8,3
7,0 л	1,2	31	2,66	2,71	нет	5,91	2,74	3,07	8,3
7,0 л	2,0	31	2,66	3,51	да	4,56	2,41	2,69	7,1

5. Раннеры и ресивер

Длина — раннер плюс канал ГБЦ до клапана (длина канала в головке неизвестна). Резонатор Гельмгольца «цилиндр + раннер», K = 2,0 по Энгельману, воздух 40 °C, ε 8. При ε 6,5 длины на 6% короче. Скорость — средняя за такт впуска на 3600 об/мин при наполнении 1.

Двигатель	Ø раннера, мм	L на 2000 об/мин, м	L на 2500 об/мин, м	L на 3000 об/мин, м	Пик при L 0,3 м, об/мин	Пик при L 0,5 м, об/мин	Пик при L 0,7 м, об/мин	Пик при L 0,9 м, об/мин	Скорость, м/с
6,0 л	40	1,88	1,20	0,84	5005	3877	3277	2890	71
6,0 л	45	2,38	1,52	1,06	5631	4362	3686	3251	56
6,0 л	50	2,94	1,88	1,30	6257	4846	4096	3612	46
7,0 л	40	1,61	1,03	0,72	4635	3590	3034	2676	83
7,0 л	45	2,04	1,30	0,91	5214	4039	3413	3010	66
7,0 л	50	2,52	1,61	1,12	5793	4487	3793	3345	53

• Ресивер 6,0 л: 0,7–1,0 рабочего объёма = 4,2–6,0 л.
• Ресивер 7,0 л: 0,7–1,0 рабочего объёма = 4,9–7,0 л.

6. Дроссель

• 7,0 л, 3200 об/мин, наполнение 0,85: 0,143 м³/с при давлении во впуске, от наддува и высоты почти не зависит; Ø60 мм — 51 м/с, напор 1,4% MAP, Ø71 мм — 36 м/с, напор 0,7% MAP.
• 7,0 л, 3600 об/мин, наполнение 0,85: 0,161 м³/с при давлении во впуске, от наддува и высоты почти не зависит; Ø60 мм — 57 м/с, напор 1,8% MAP, Ø71 мм — 41 м/с, напор 0,9% MAP.
• Для сравнения: штатный К-88АМ — 2×Ø36 = 20,4 см², расчётная скорость 52–55 м/с [D73 дж.150–151]; Ø60 — 28,3 см².
• Потеря на открытом дросселе не больше скоростного напора. В долях MAP наддув её не меняет, но цель наддува — MAP после дросселя, и турбина добирает разницу: в подборе турбин на интеркулер и дроссель заложено 5 кПа.

7. Бензиновые форсунки (справка: проект только на метане)

Та же точка: 3600 об/мин, уровень моря, наполнение 0,85, скважность ≤80%; без наддува λ 0,88, под наддувом 0,80. Бензин 14,7 кг воздуха/кг, 0,745 кг/л. Производительность — паспортная при том перепаде, который держит регулятор: с отсылкой к MAP он постоянный. Форсунка, паспортная при 3,0 бар, на 3,8 бар даёт в 1,125 раза больше. ХХ — 600 об/мин, 2,09 кг/ч [D73 дж.225], импульс без времени открытия.

Двигатель	Режим	Бензин на форсунку, г/с	Нужно, см³/мин	Импульс ХХ такой форсунки, мс
6,0 л	атмосферный	1,68	169	6,9
6,0 л	+0,3 бар	2,35	236	4,9
6,0 л	+0,5 бар	2,66	267	4,4
7,0 л	атмосферный	1,96	197	5,9
7,0 л	+0,3 бар	2,74	276	4,2
7,0 л	+0,5 бар	3,10	312	3,7