Počítačová simulace spalovacího motoru software Wave

Počítačová simulace spalovacího motoru software Wave Zpracoval: Pavel BRABEC Pracoviště: KVM

Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

In-TECH 2, označuje společný projekt Technické univerzity v Liberci a jejích partnerů - Škoda Auto a.s. a Denso Manufacturing Czech s.r.o. Cílem projektu, který je v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost (OP VK) financován prostřednictvím MŠMT z Evropského sociálního fondu (ESF) a ze státního rozpočtu ČR, je inovace studijního programu ve smyslu progresivních metod řízení inovačního procesu se zaměřením na rozvoj tvůrčího potenciálu studentů. Tento projekt je nutné realizovat zejména proto, že na trhu dochází ke zrychlování inovačního cyklu a zkvalitnění jeho výstupů. ČR nemůže na tyto změny reagovat bez osvojení nejnovějších inženýrských metod v oblasti inovativního a kreativního konstrukčního řešení strojírenských výrobků. Majoritní cílovou skupinou jsou studenti oborů Inovační inženýrství a Konstrukce strojů a zařízení. Cíle budou dosaženy inovací VŠ přednášek a seminářů, vytvořením nových učebních pomůcek a realizací studentských projektů podporovaných experty z partnerských průmyslových podniků. Délka projektu: 1.6.2009 – 31.5. 2012

Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Známé softwary umožňující simulaci spalovacího motoru • software od firmy AVL(BOOST, CRUISE, FIRE, …) • software od firmy LOTUS ENGINEERING • software od firmy Gamma Technologies • software od firmy Ricardo

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ



Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Software firmy AVL

https://www.avl.com/web/ast/products INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ


• nabízí komplexní řešení 1D a 0D • simulační nástroj použitelný pro návrh spalovacího motoru (od konceptu až po fázi kalibrací) • analýza jednotlivých částí nebo i celého systému • může být propojen s FIRE (detailní 3D řešení) nebo pro dráhovou simulaci (Vehicle System a Driveline Analysis)





• komplexní simulační nástroj pro celé vozidlo (celý hnací systém) • umožňuje řešit konvenční vozidla, ale např. i hybridy popř. elektromobily • podrobná analýza toku energie • efektivně řeší řídicí systém vozidla z hlediska účinnosti, spotřeby paliva, emisí, výkonu a jízdních vlastností • efektivní nástroj pro optimalizaci citlivostní analýzu https://www.avl.com/web/ast/products INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ






• zaměřený na řešení proudění u spalovacích motorů (CFD) • komplexní výpočet dynamiky kapalin (3D)





https://www.avl.com/web/ast/products

• řešení akustiky pohonných jednotek, návrh a kontrola mechanických částí motoru = klikový mechanismus (kliková hřídel, ložiska, píst, pístní čep, pístní kroužky, vložka) – řešeno včetně hydrodynamického efektu a kontaktu s mazacím olejem), ventilový rozvod (včetně pohonu) • řeší stacionární podmínky i přechodové děje INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ



Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Software firmy LOTUS ENGINEERING

 Lotus Engine Simulation (LES)  Lotus Vehicle Simulation (LVS)  Lotus Concept Valve Train (LCVT)  Lotus Concept Crank Train (LCCT)  Lotus suspension analysis (RAVEN) and (SHARK)

www.lotuscars.com/engineering INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Software firmy LOTUS ENGINEERING

www.lotuscars.com/engineering INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ



Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Software firmy Gamma Technologies GT-SUITE - softwarový nástroj pro modelování a simulace systémů v automobilovém průmyslu - založen na multi-fyzikální platformě a nabízí vyšší úroveň (vlastní toolboxy) - obsahuje modul GTPower - nabízí moduly pro řešení různých analýz

• Engine performance modeling (including combustion and turbocharging) • Analysis of measured engine cylinder pressure (combustion profiles) • Exhaust aftertreatment • Acoustics of intakes and exhaust • Sil, HiL and Real-Time simulation of engine, vehicle, and cooling • Vehicle dynamics (drive cycles, drivelines) • Hybrid and electric vehicles, fuel cells • Cooling systems and vehicle thermal management • Underhood cooling module analysis (3-D solution with COOL3D) • AC and Rankine Two-Phase Flow (AC, Rankine) • Lubrication circuits and bearings • Fuel injection systems • Hydraulics and pneumatics (valve actuators, brakes, steering, power hydraulics) • Valvetrain/Camshaft kinematics and dynamics • Cranktrain kinematics and dynamics (balancing, engine bearings and mounts) • Crankshaft durability and fatigue • Chain, gear and belt system dynamics (timing drives)

www.gtisoft.com INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Software firmy Gamma Technologies








Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Software firmy Ricardo

www.ricardo.com INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Software firmy Ricardo Wave – simulace 1D motoru a dynamika plynů – obsahuje: • • • • • •

Engine Performance Acoustics and Noise Combustion and Emissions Thermal Analysis Dynamic System Control WAVE-RT – simulace Real time, vývoj algoritmů řízení (SIL a HIL) • 1D/3D CFD Co-Simulation



Vectis - dynamika kapalin (3D) - proudění tekutin ve vozidle a motoru • Aplikace • proudění ve válci (vzduch, přípravy směsi) • spray dynamika • model spalovací • sání a výfukový systém • možnost 1D/3D (snadný přechod) • chladicím okruh • vstřikování paliva • ventilátory • model varu a kavitace


Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Software firmy Ricardo ENDYN 3D nástroj pro návrh: • předpověď mechanického zatížení motoru • kliková hřídel (torze, ohyb, ložiska) • akustická optimalizace • kliková skříň (životnost)


Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Software firmy Ricardo VALDYN dynamická a kinematická analýza ventilového rozvodu



FEARCE metoda konečných prvků (speciální prostředí pro motory a vozidla) • termální analýza (zatížení možno zadat přímo z modelů CFD) • trvanlivostní analýza • životnostní analýza • strukturální optimalizace • snadné zadávání zatížení • …



PISDYN • 3D simulační balíček • dynamiky pístu a ojnice • montážní analýza • optimalizace pístu a vložky • vliv vyosení pístního čepu a pláště pístu • model pro opotřebení, zadírání pístu, mazání pístu • studie kavitace INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ


RINGPAK • moderní 2D simulační balíček pro predikci • optimalizace • snížení tření • diagnostika • dynamika pístních kroužků • hydrodynamické modely • modely mezního mazání • rozšířené modely spotřeby oleje • okrajové podmínky lze přenést z ostatních simulačních nástrojů (3D efekty včetně sekundárního pohybu pístu z PISDYN a deformaci vrtání z FEARCE) INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ


SABR • nástroj pro proces návrhu hřídelů, převodů a ložisek • citlivostní studie • reálné příčiny poruch • detailní modelování přenosu, uložení a velikosti zatížení


Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Základy modelování - úvod

Zdroj: prof. Macek, ČVUT INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ


Zdroj: prof. Macek, ČVUT INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Základy modelování - úvod Měření neposkytuje všechny veličiny nutné pro pochopení probíhajících dějů. Tyto veličiny jsou možné získat pouze výpočtem.

 0-D simulace nepopisuje dynamické jevy v sacím potrubí (tlakové pulsace)  při „ladění“ výkonových parametrů je třeba užít 1-D modelování

Zdroj: Ing. Páv, Ph.D.; ŠA INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ


Nutnou, ale ne postačující rovnice pro řešení 0-D systémů: 1) rovnice zachování energetického toku 2) rovnice zachování hmotnostního toku 3) stavová rovnice plynu


Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave WAVE

• vyznačuje se obecně 0-D přístupem pro simulaci pracovního oběhu ve válci motoru • venkovní části jako kanály, sací a výfukové potrubí se modeluje 1-D přístupem

To umožňuje sestavení velmi komplexního simulačního modelu motoru, který plně akceptuje rozměry skutečného motoru (vrtání, zdvih, kompresní poměr, rozměry sacího a výfukového potrubí, parametry vstřikovače paliva atd.) včetně časování ventilového rozvodu.



• Verifikace modelu (řadový tříválcový zážehový motor Škoda Auto 1.2) prokázala využitelnost simulačního modelu v SW WAVE. • Je však mít na paměti, že vstupním parametrem je charakter hoření směsi ve válci motoru a ten lze získat jen experimentem.

DI injector

Catalyser Throttle

Intake manifold

Exhaust manifold INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ


pe

computed

1 0

70

70

60

60

50

50

torque [Nm]

6 5 4 3 2

torque [Nm]

pi

40 30 20 computed

10

experimental

1,7

1,9

air excess [1]

2,1

2,3

1,5

1,7

1,9 2,1 air excess [1]

30 20 computed experimental

0 -150

2,3

-125

-100

computed

8 7 6 5

pe

40

4 3 2 1

experimental

50

pi

computed

30

20

experimental

0 -150 -125 -100 -75 start of injection [deg CA] (TDC= 0deg CA)

10

0 0


0,1

-75

start of injection [deg CA] (TDC = 0deg CA)

60

pressure [bar]

1,5

40

10

experimnetal

0

pressure [bar]

pressure [bar]

8 7

0,2

0,3

volume [dm3]

0,4

0,5

Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Ukázka modelu – čtyřválcový zážehový motor včetně kompletního výfukového potrubí


Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Ukázka modelu – čtyřválcový vznětový přeplňovaný motor


Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Ukázka modelu – čtyřválcový zážehový motor


Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Ukázka modelu 1-D přístup (potrubí, kanály)






Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Ukázka modelu 0-D přístup (simulace pracovního oběhu ve válci motoru)








Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave Ukázka modelu Post-processing (výsledky simulace) animace

závislost na poloze KH


závislost na rpm

Počítačová simulace spalovacího motoru - software Wave

Děkuji za pozornost.


Počítačová simulace spalovacího motoru software Wave

Recommend Documents