Vývoj motoru - výpočty

Vývoj motoru - výpočty

Pavel Hlaváček Škoda Auto, TPC (Technické centrum - agregáty) 3.12.2010 Radek Petera Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

Vývoj motoru - výpočty Přehled výpočtů používaných ve Škoda Auto při vývoji motoru

- výměna náplně válce, termodynamické výpočty prac. cyklu - rozvodový mechanismus - klikový mechanismus - blok motoru - hlava válců - výfukové potrubí

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

Vývoj motoru - výpočty 1D - proudění 1D – výpočetní model (GT-Power) Výsledek – doporučení navrhované konfigurace motoru k ověření Průtok vzduchu

Moment

Spotřeba

Optimalizace Oveření naladění modelu s měřením Průtok vzduchu

Moment

Spotřeba


- zdvih ventilu - doba otevření ventilu - časování - geometrie sacího a výfukového traktu - komprese - vyosení klikového mechanismu -…

Vývoj motoru - výpočty rozvodový mechanismus - kinematická analýza Tečná síla působící na ventil 6

4

0

500

550

600

650

700

750

800

850

900

Úhel VH

-2

-4

Síla působící na HVA

-6

500, 00

130, 00

Síla na HVA Úhel síly na HVA 120, 00

400, 00

110, 00

100, 00

200, 00

90, 00

80, 00

100, 00

70, 00

0, 00

500

550

600

650

700

750

800

850

900

60, 00

Úhel VH - 100, 00


50, 00

Úhel síly na HVA

300, 00

Síla na HVA

Tečná síla

2

Vývoj motoru - výpočty rozvodový mechanismus – návrh profilu vačky


Vývoj motoru - výpočty rozvodový mechanismus – dynamická analýza MKS-nelineární vent. pružina

MKS - ADAMS

CAD + CDS

500

f2 = 629Hz (Measurement 630Hz)

450

Intake valve 15

80

Lift Velocity Acceleration

400

F2stat = 348N

F o rce (N )

Force (N)

300

250

M eas urem ent M odel

200

150

60

10

Lift (mm), velocity (mm/rad)

350

f1 = 536Hz (Measurement 523Hz)

F1stat = 170N

40

5 20

0

0

0

20

40

60

80

100

120 -20

-5

Acceleration (mm/rad2)

FEM - ANSYS

-40

100

-10 -60

50

-15

-80

0 15

20

25

30

35

Angle (deg)

40

Spring length Sp r in g le n g th (m (mm) m)

Modální tvary f2

f1

Výsledky …

fn

Valve lift

Lift (mm)

Contact pressure 950 900

Intake Pressure (N/mm2)

Měření

Ověření naladění modelu

850

Exhaust 800 750 700 650

Valve acceleration 6000 min-1

600

24

0

1000

2000

Measurement Calculation

3000

4000

5000

6000

Speed (rpm)

Ventilhub

12

Speed (rpm)

Angle (deg)

Spring force

Force (N)

6

Contact force cam - roll 0

1600

1400

-6

0

180

Intake

800

Angle of camshaft

Exhaust 1200

Measurement 1000

600

FFT Vergleich

Force (N)

Calculation

Amplitude

Acceleration

18

400

800

600

400 200

200

0 100

0

0

Angle (deg) 120

140

160

180

200

40

Harmonic order

-200

Angle (deg)


220

240

260

Speed (rpm)

Vývoj motoru - výpočty rozvodový mechanismus – dynamická analýza Zrychlení ventilu při 6000 min-1 24

Měření Výpočet

Zrychlení ventilu

18

12

6

0

0

180

-6

Pootočení VH

800

Fourierův rozklad zrychlení ventilu

Amplituda

Měření Výpočet

0

0

Řád harmonické INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

40

Vývoj motoru - výpočty klikový mechanismus – kliková hřídel Modální souřadnice

EHD Modální tvary

FEMFAT

q1(t)

Reynold´s equation:

tvar 1

  3  p  D   3  p  6η  H  H 2 H    ωB  H       B   Z   Z  ψ 2    t  2

q2(t) φ2

MBS - ADAMS

… φn

σ2

…

0

20000

0.50

15000 10000

0.45

0

-5000

Main bearing 1

-10000

Main bearing 2

-15000 -20000 -20000

-25000

10000

20000

0.30 0.25 0.20 0.15 0.10

90

180

270

360

30000

angle (deg)

450

σn

540

630

720

0.00 1000

qn(t)

Safety factor of crankshaft EA111

0.05

0 0

tvar n

4 3.75 3.5

0.35

Main bearing 4

q2(t)

Koeficient bezpečnosti

0.40

Main bearing 3

-30000 horizontal force (N)

 qi

safety factor

0.55

force (N)

0.60

25000

crank angle (deg)

vertical force (N)

30000

5000

-10000

i

Speed oscillation

Main bearing reaction

10000

f

σ2

σn

Výsledky dynamické analýzy 20000

M

i 1

Modální napětí

Polar diagram at critical speed 30000

-10000

tvar 2

…

u 

σ1

-20000

q1(t)

qn(t)

FEM - ANSYS

-30000 -30000

σ1

…

φ1

1500

2000

2500

3000

3500

speed (rpm)

4000

4500

5000

5500


3.25 3 2.75 2.5 2.25 2 1.75 1.5 1.25 1 1000

1500

2000

2500

3000

3500 4000 speed (rpm)

4500

5000

5500

6000

Vývoj motoru - výpočty klikový mechanismus – kliková hřídel


Vývoj motoru - výpočty klikový mechanismus – kluzná ložiska

Únosnost ložiska celkový tlak

Ztráty třením

tlak při polosuchém tření

P  2   μ  r 3  ω2  Síla přenášená ojnicí Ztrátový výkon

Ohybové napětí na pánvičce


b h

Vývoj motoru - výpočty Výpočet faktoru bezpečnosti Critical cutting plane method Hypotéza ekvivalentního napětí

Bunch of cutting planes for bi-axial stress

• Normal • Character. shear 2D/3D

• Character. equival. etc.

Modifikovaný Haighdiagram pro jednotlivé uzly

Časový průběh ekvivalentího napětí

Kritický bod zatížení

Body zatížení

Haighdiagram pro vzorek


Vývoj motoru - výpočty klikový mechanismus – ojnice Rozložení napětí

s přesahem

Ojnice

Druck

Klik. hřídel

Lož. pánve s přesahem

Šroub s předpětím

Rozložení faktorů bezpečnosti


Zug Zatížení tahem

Pouzdro

Montage Montáž

Pístní čep

Zatížení tlakem

Píst

Vývoj motoru - výpočty blok motoru + hlava válců FEM – Stanovení rozložení teploty

Výpočet proudění va vodním plášti Koeficienty přestupu tepla

FEM-Model Montáž


Montáž + Teplota

Montáž + Teplota + Spalování

Vývoj motoru - výpočty blok motoru + hlava válců


Vývoj motoru - výpočty hlava válců – rozložení teploty na sedle a ventilu 900

správně nalisované sedlo 800

Teplota na povrchu ventilu

špatně nalisované sedlo

700

600

500

400

300

200

Sedlo

100

0

Spalovací prostor

-15

0

Výfukový kanál 15

Vodítko 30

45

Olej 60

75

90

Teplota na sedle

špatně nalisované sedlo správně nalisované sedlo

0°

Obvod sedla INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ

360°

105

Vývoj motoru - výpočty blok motoru – deformace vložky válců

Celk. def.

1. řád

2. řád

3. řád

4. řád


5. řád

6. řád

Vývoj motoru - výpočty blok motoru – uložení klikové hřídele Výpočet zatížení

FEMFAT TransMAX Zatížení

Reakční síly v ložisku

EHD

Výpočet faktoru bezpečnosti

Reynold´s equation:

  3  p  D   3  p  6η  H  H 2 H   ω  H       B   Z   Z  ψ 2  B   t  2

Zatížení 2 1000 6000

MKS - ADAMS

2000

3000

Zatížení 2.

speed 3rd maon bearing reaction

4000

odlitek

(rpm)

Zatížení 4

30000

25000

opracování

20000

kontatní plocha

Zatížení 3.

15000

10000

…

vertical force (N)

5000

• víceosé napětí • definice materiálu • popis povrchu

5000

0

x

p_max

-5000

Zatížení1.

-10000 -15000

-10000

-5000

0

5000

10000

horizontal force (N)

15000

y

Zatížení n

FEM – stanovení napětí

+

Nr.

zatížení

1

montáž

2

Zat. 1.

3

Zat. 2.

4

Zat. 3.

....

....

n

Zat. n-1

Rozložení napětí pro všechna zatížení

=>


Faktor bezpečnosti

Vývoj motoru - výpočty výfukové potrubí Měření FUJI-Folie 250

tlak

200

150

100

Výpočet

50

0

0, 00

0, 20

0, 40

0, 60

0, 80

1, 00

1, 20

posuv

Rozložení teploty

Napětí


Plastické deformace

Vývoj motoru - výpočty

Děkuji za pozornost


Vývoj motoru - výpočty

Recommend Documents