CAE技术在发动机开发中的应用

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1、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2发动机结构及CFD分析（详细设计）2.1发动机曲轴动力学分析2.2发动机主轴承座分析2.3连杆强度分析2.4流固耦合分析2.5进气歧管CFD分析2.6冷却水套CFD分析2.7NVH分析2.8发动机附件支架结构强度分析2.9发动机悬置支架结构强度分析3发动机机械开发3.1发动机悬置支架分析3.2连接螺栓断裂分析3.3附件安装凸台断裂分析3.4缸体开裂失效分析3.5共振噪声分析1.1发动机热力学仿真

2、分析软件AVLBoost、RicardoWave、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,LowCost,DOD发动机参数确定:气门正时(IVC,EVO,DURATION)、Valvelift、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

3、。热力学仿真模型难点燃烧参数、摩擦功的确定。例:1.6LNACBREnginewithVVT(B×S=81.0mm×77.5mm)SetupofsimulationmodelInvestigationsonthevalvetimingandtheliftprofilesforintakeandexhaustInvestigationsonthedimensionsoftheintakesystemInvestigationsonthedimensionoftheexhaustsystemEvaluationoftheinfluenceoft

4、heport-flowcharacteristicsEvaluationoftheinfluenceofthepressurelossesintheintakeandexhaustsystemsPredictionoffull-loadperformanceThefollowingengineeringtargets(RON95)hadtobeconsideredfortheperformancecalculations:Ratedpower:87kW(+0/-3%)@6200rpmMax.torque:147Nm(+0/-3%)@4300

5、rpmTorqueatlowspeed:121Nm(+0/-3%)@1500rpmMin.BSFCatFullLoad:275g/kWh主要分析过程及内容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

6、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拐处圆角单元需要细分模态分析（ABAQUS）:一阶扭曲391.93Hz建立子结构分析模型（ABAQUS）定义主自由度分析模型搭建子结构分析结果利用每个工况下各个主轴承座在水平和垂直方向的受力图，可以列出每个工况下的轴承负荷情况表格，从而确定最大载荷点出现的工况及出现的位置。水平方向的轴承载荷垂直方向的轴承载荷曲轴系在某一工况下的最大油膜压力曲轴系在某工况下的最

7、小油膜厚度最大油膜压力小于轴瓦材料表面承受压力，从绝对值来看应小于50MPa，瞬间可接近100Mpa。最小油膜厚度为1.0。由图可知，最小油膜厚度接近1.0，似乎这种最小油膜厚度偏小。据资料统计，有一些发动机轴承，即使在小的最小油膜厚度下，仍然有较好的工作可靠性。这可能与薄壁轴瓦结构柔软的合金层产生了良好的顺应性有关。此外，发动机经磨合后，轴承摩擦副将获得更好的配合，也是原因之一。轴心轨迹主轴颈圆角危险点应力曲柄销圆角危险点应力疲劳分析左图为危险点应力时间历程，横坐标为曲轴转角[deg]，纵坐标为stress[N/mm2]。在指定工况下找到

8、对应曲柄销圆角上的危险点的位置。Smith图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