Počítačová simulace spalovacího motoru software Wave

Transkript

1 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.

2 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:

3 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

4 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

5 Software firmy AVL

6 Software firmy AVL 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)

7 Software firmy AVL

8 Software firmy AVL 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

9 Software firmy AVL

10 Software firmy AVL

11 Software firmy AVL zaměřený na řešení proudění u spalovacích motorů (CFD) komplexní výpočet dynamiky kapalin (3D)

12 Software firmy AVL

13 Software firmy AVL 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

14 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

15 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)

16 Software firmy LOTUS ENGINEERING

17 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

18 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 GT- Power - 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)

19 Software firmy Gamma Technologies

20 Software firmy Gamma Technologies

21 Software firmy Gamma Technologies

22 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

23 Software firmy Ricardo

24 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

25 Software firmy Ricardo 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

26 Software firmy Ricardo ENDYN 3D nástroj pro návrh: předpověď mechanického zatížení motoru kliková hřídel (torze, ohyb, ložiska) akustická optimalizace kliková skříň (životnost)

27 Software firmy Ricardo VALDYN dynamická a kinematická analýza ventilového rozvodu

28 Software firmy Ricardo 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

29 Software firmy Ricardo 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

30 Software firmy Ricardo 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)

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

32 Základy modelování - úvod Zdroj: prof. Macek, ČVUT

33 Základy modelování - úvod Zdroj: prof. Macek, ČVUT

34 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

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

36 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.

37 WAVE 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 Throttle Catalyser Intake Exhaust

38 WAVE pressure [bar] pi pe computed 1 experimental 0 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 air excess [1] torque [Nm] computed experimnetal 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 air excess [1] torque [Nm] computed experimental start of injection [deg CA] (TDC = 0deg CA) 60 pressure [bar] pi pe computed experimental start of injection [deg CA] (TDC= 0deg CA) pressure [bar] computed experimental 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 volume [dm 3 ]

39 Ukázka modelu čtyřválcový zážehový motor včetně kompletního výfukového potrubí

40 Ukázka modelu čtyřválcový vznětový přeplňovaný motor

41 Ukázka modelu čtyřválcový zážehový motor

42 1-D přístup (potrubí, kanály) Ukázka modelu

43 1-D přístup (potrubí, kanály) Ukázka modelu

44 1-D přístup (potrubí, kanály) Ukázka modelu

45 Ukázka modelu 0-D přístup (simulace pracovního oběhu ve válci motoru)

46 Ukázka modelu 0-D přístup (simulace pracovního oběhu ve válci motoru)

47 Ukázka modelu 0-D přístup (simulace pracovního oběhu ve válci motoru)

48 Ukázka modelu 0-D přístup (simulace pracovního oběhu ve válci motoru)

49 Post-processing (výsledky simulace) Ukázka modelu animace závislost na rpm závislost na poloze KH

50 Děkuji za pozornost.