CAE技术在发动机开发中的应用.ppt

CAE技术在发动机开发中的应用 奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院 杨万里 目 录 1 发动机性能仿真（概念设计） 1.1 发动机热力学仿真 1.2 发动机配气体机构分析 1.1 发动机热力学仿真 分析软件 AVL Boost、Ricardo Wave、GT-Power等专业热力学分析软件；也可自己开发软件； 分析目的 根据设定的设计指标，如: 低端扭矩，最大扭矩，额定功率，WOT最低油耗，部分负荷燃油耗等参数确定设计方案和重要参数。 设计方案中新技术的采用: CBR,VVT,DGI,TC,TCI,NA,Low Cost,DOD 发动机参数确定: 气门正时(IVC, EVO, DURATION)、Valve lift、气道特性、进气歧管、排气歧管、进气稳压腔、进气系统压损、排气系统背压。分析时进行参数调整,使性能计算指标达到设计目标，另外，还可以进行性能优化分析。 热力学仿真模型 例: 1.6 L NA CBR Engine with VVT (B×S = 81.0 mm×77.5 mm) Setup of simulation model Investigations on the valve timing and the lift profiles for intake and exhaust Investigations on the dimensions of the intake system Investigations on the dimension of the exhaust system Evaluation of the influence of the port-flow characteristics Evaluation of the influence of the pressure losses in the intake and exhaust systems Prediction of full-load performance The following engineering targets (RON 95) had to be considered for the performance calculations: Rated power: 87 kW (+0/-3%) @ 6200 rpm Max. torque: 147 Nm (+0/-3%) @ 4300 rpm Torque at low speed: 121 Nm (+0/-3%) @ 1500 rpm Min. BSFC at Full Load: 275 g/kWh 2.1 发动机曲轴系动力学计算 计算目的： 了解曲轴系的刚度特性，主要是求解曲轴的一阶扭转刚度（模态分析，模型包括曲轴、飞轮、扭转减振器，如果为ISG混合动力曲轴，则还需要加上电动机转子）； 了解曲轴的扭振特性； 了解曲轴的强度特性、评价其疲劳寿命； 了解曲轴轴瓦的受力情况； 了解曲轴的润滑情况； 为发动机振动—声学分析提供载荷； 计算方法： 采用有限元子结构法进行曲轴瞬态动力学分析； 如需要计算最小油膜厚度及最大油膜压力，则需要采用流体动力润滑模型，否则，采用非线弹性弹簧模拟曲轴与轴瓦之间的连接特性； 结构被假设成线弹性柔体； 有限元模型及子结构模型 采用一阶六面体单元 建立简单的简易主轴承座模型 子结构分析结果 2.4 发动机主轴承座结构强度分析 建立了包括缸体、框架、轴瓦、曲轴以及连接螺栓的发动机主轴承座网格模型， 通过指定不同的接触区域、接触条件、载荷、约束边界条件及多点约束，分别建 立了螺栓预紧、轴瓦过盈、曲轴动压力以及热负荷四种工况主轴承座强度分析有 限元模型。采用2阶修正单元并通过接触主从面上单元的对应性来保证计算精度 和收敛性。根据工况和材料决定参与计算的零件数目、零件之间的接触关系及工 况数目。采用ABAQUS软件完成分析过程。 变形结果 2.4 流固耦合分析 2.4.1 发动机缸盖热负荷分析 采用流固耦合分析方法，分析SSI和DSI发动机的温度场和热应力。首先，建立发动机水套的 CFD计算模型，计算发动机冷却水与缸盖壁面的对流换热系数和环境温度： 图1为有限元模型，包括1/4缸盖、进排气阀、座圈、气门导管，图2和图3为CFD计算出的边 界条件。 模型处理 （1）水套壁面的边界条件采用CFD软件计算得到； （2）燃烧室壁面的边界条件采用发动机热力学软件计算得到； （3）气道边界条件通过实验数据或根据经验确定； （4）建立三维模型后，抽取三维模型的壳网格，将CFD边