Pavel Hlaváček Škoda Auto, TPC (Technické centrum - agregáty) 3.12.21 Radek Petera Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.
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
1D - proudění 1D výpočetní model (GT-Power) Výsledek doporučení navrhované konfigurace motoru k ověření Průtok vzduchu Moment Spotřeba Oveření naladění modelu s měřením Průtok vzduchu Moment Spotřeba Optimalizace - zdvih ventilu - doba otevření ventilu - časování - geometrie sacího a výfukového traktu - komprese - vyosení klikového mechanismu -
Tečná síla 6 4 2-2 - 4-6 5 55 6 65 7 75 8 85 9 Síla na HVA 5, 4, 3, 2, 1,, - 1, 5 55 6 65 7 75 8 85 9 13, 12, 11, 1, 9, 8, 7, 6, 5, Úhel síly na HVA Vývoj motoru - výpočty rozvodový mechanismus - kinematická analýza Tečná síla působící na ventil Úhel VH Síla působící na HVA Síla na HVA Úhel síly na HVA Úhel VH
rozvodový mechanismus návrh profilu vačky
Acceleration 24 18 12 6-6 Force (N) Force (N) 18 Amplitude 8 6 4 2 4 Force (N) Pressure (N/mm2) Lift (mm), velocity (mm/rad) Acceleration (mm/rad2) Vývoj motoru - výpočty rozvodový mechanismus dynamická analýza FEM - ANSYS MKS-nelineární vent. pružina 5 f 45 2 = 629Hz (Measurement 63Hz) 4 F 35 2stat = 348N MKS - ADAMS CAD + CDS 15 1 Intake valve Lift Velocity Acceleration 8 6 3 25 2 M eas urem ent M odel 4 5 2 2 4 6 8 1 12 15 1 5 F 1stat = 17N f 1 = 536Hz (Measurement 523Hz) -5-1 -2-4 -6 15 2 25 3 35 4 Spring Spring length length (mm) (mm) -15 Angle (deg) -8 Modální tvary Měření f f 2 1 f n Lift (mm) Výsledky Valve lift 95 Contact pressure 9 Intake 85 Exhaust Ověření naladění modelu Valve acceleration 6 min -1 8 75 7 65 6 Measurement Calculation 1 2 3 4 5 6 Speed (rpm) Ventilhub Angle (deg) Speed (rpm) Force (N) Spring force Contact force cam - roll 16 Angle of camshaft 14 12 Intake Exhaust Measurement Calculation 1 8 FFT Vergleich 6 4 2 1 12 14 16 18 2 22 24 26 Angle (deg) Speed (rpm) Harmonic order -2 Angle (deg)
Zrychlení ventilu Amplituda 24 18 12 6-6 18 8 4 Vývoj motoru - výpočty rozvodový mechanismus dynamická analýza Zrychlení ventilu při 6 min -1 Měření Výpočet Pootočení VH Fourierův rozklad zrychlení ventilu Měření Výpočet Řád harmonické
vertical force (N) force (N) crank angle (deg) safety factor Vývoj motoru - výpočty klikový mechanismus kliková hřídel Modální tvary EHD Reynold s equation: 2 3 p D 3 p 6 η H H H H ω 2 2 B B Z Z ψ t Modální souřadnice q 1 (t) q 2 (t) FEMFAT tvar 1 φ 1 φ 2 φ n MBS - ADAMS q n (t) σ 1 q 1 (t) tvar 2 FEM - ANSYS u Modální napětí M i 1 f i q i σ 2 tvar n q 2 (t) σ 1 σ 2 σ n σ n q n (t) 3 2 1-1 -2 Polar diagram at critical speed -3-3 -2-1 1 2 3 horizontal force (N) Výsledky dynamické analýzy Main bearing reaction 3 25 2 15 1 5-5 Main bearing 1-1 Main bearing 2-15 -2 Main bearing 3-25 Main bearing 4-3 9 18 27 36 45 54 63 72 angle (deg) Speed oscillation.6.55.5.45.4.35.3.25.2.15.1.5. 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 speed (rpm) Koeficient bezpečnosti Safety factor of crankshaft EA111 4 3.75 3.5 3.25 3 2.75 2.5 2.25 2 1.75 1.5 1.25 1 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 speed (rpm)
klikový mechanismus kliková hřídel
klikový mechanismus kluzná ložiska celkový tlak Únosnost ložiska tlak při polosuchém tření Síla přenášená ojnicí Ztráty třením P 2 μ r 3 ω 2 b h Ztrátový výkon Ohybové napětí na pánvičce
Výpočet faktoru bezpečnosti Critical cutting plane method Bunch of cutting planes for bi-axial stress Hypotéza ekvivalentního napětí Normal Character. shear 2D/3D Character. equival. etc. Modifikovaný Haighdiagram pro jednotlivé uzly Kritický bod zatížení Časový průběh ekvivalentího napětí Body zatížení Haighdiagram pro vzorek
Montáž Zatížení tlakem Zatížení tahem Vývoj motoru - výpočty klikový mechanismus ojnice Píst Pístní čep Montage Rozložení napětí Druck Zug Pouzdro s přesahem Ojnice Klik. hřídel Lož. pánve s přesahem Šroub s předpětím Rozložení faktorů bezpečnosti
blok motoru + hlava válců Výpočet proudění va vodním plášti FEM Stanovení rozložení teploty Koeficienty přestupu tepla FEM-Model Montáž Montáž + Teplota Montáž + Teplota + Spalování
blok motoru + hlava válců
Teplota na sedle Teplota na povrchu ventilu Vývoj motoru - výpočty hlava válců rozložení teploty na sedle a ventilu 9 8 správně nalisované sedlo špatně nalisované sedlo 7 6 5 4 3 2 1 Sedlo Spalovací prostor Výfukový kanál Vodítko Olej -15 15 3 45 6 75 9 15 špatně nalisované sedlo správně nalisované sedlo 36 Obvod sedla
blok motoru deformace vložky válců Celk. def. 1. řád 2. řád 3. řád 4. řád 5. řád 6. řád
vertical force (N) Vývoj motoru - výpočty blok motoru uložení klikové hřídele EHD Reynold s equation: 2 3 p D 3 p 6 η H H H H ω 2 2 B B Z Z ψ t MKS - ADAMS Výpočet zatížení Reakční síly v ložisku 1 2 3 4 5 6 Zatížení 3rd maon bearing reaction speed 2. (rpm) 3 25 2 15 1 Zatížení 4 Zatížení 3. FEMFAT TransMAX Zatížení Zatížení 2 Výpočet faktoru bezpečnosti víceosé napětí definice materiálu popis povrchu odlitek opracování kontatní plocha 5-5 -1 p_max Zatížení1. -15-1 -5 5 1 15 horizontal force (N) x y Zatížení n FEM stanovení napětí Rozložení napětí pro všechna zatížení Nr. zatížení Faktor bezpečnosti + 1 montáž 2 Zat. 1. 3 Zat. 2. 4 Zat. 3....... n Zat. n-1 =>
tlak 25 2 15 1 5,, 2, 4, 6, 8 1, 1, 2 Vývoj motoru - výpočty výfukové potrubí Měření FUJI-Folie Výpočet posuv Rozložení teploty Napětí Plastické deformace
Děkuji za pozornost