Pavel Hlavá ek Škoda Auto, TPC (Technické centrum - agregáty) 13.11.29 Radek Petera Tento materiál vznikl jako sou ást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpo tem R.
ehled výpo používaných ve Škoda Auto p i vývoji motoru - vým na nápln válce, termodynamické výpo ty prac. cyklu - rozvodový mechanismus - klikový mechanismus - blok motoru - hlava válc - výfukové potrubí 2
1D - proud ní 1D výpo etní model (GT-Power) Výsledek doporu ení navrhované konfigurace motoru k ov ení Pr tok vzduchu Moment Spot eba Ove ení nalad ní modelu s m ením Pr tok vzduchu Moment Spot eba Optimalizace - zdvih ventilu - doba otev ení ventilu asování - geometrie sacího a výfukového traktu - komprese - vyosení klikového mechanismu - 3
-2-4 -6 6 4 2 5 55 6 65 7 75 8 85 9 5, 4, 3, 2, 1,, - 1, 5 55 6 65 7 75 8 85 9 13, 12, 11, 1, 9, 8, 7, 6, 5, Vývoj motoru - výpo ty rozvodový mechanismus - kinematická analýza Te ná síla p sobící na ventil Te ná síla Úhel VH Síla na HVA Úhel síly na HVA Síla na HVA Úhel síly na HVA Síla p sobící na HVA Úhel VH 4
rozvodový mechanismus návrh profilu va ky 5
2 4 1 8 1 2 6-6 1 8 8 6 4 2 4 Vývoj motoru - výpo ty rozvodový mechanismus dynamická analýza FEM - ANSYS MKS-nelineární vent. pružina 5 f 2 = 629Hz 45 (Measurement 63Hz) 4 F 35 2stat = 348N MKS - ADAMS CAD + CDS 15 1 Intake valve Lift Velocity Acceleration 8 6 Force (N) Force (N) 3 25 2 15 F 1stat = 17N Measurem ent Model f 1 = 536Hz (Measurement 523Hz) Lift (mm), velocity (mm/rad) 4 5 2 2 4 6 8 1 12-2 -5-4 Acceleration (mm/rad2) 1-1 -6 5-15 -8 15 2 25 3 35 4 Spring Spring length length (mm) (mm) Angle (deg) Modální tvary ení 2 1 Lift (mm) Výsledky Valve lift 95 Contact pressure 9 Intake Ov ení nalad ní modelu Valve acceleration 6 min -1 Pressure (N/mm2) 85 8 75 7 65 Exhaust 6 Measurement Calculation 1 2 3 4 5 6 Speed (rpm) Acceleration Ventilhub Angle (deg) Speed (rpm) Force (N) Spring force Contact force cam - roll 16 Angle of camshaft 14 12 Intake Exhaust Measurement Calculation 1 FFT Vergleich Amplitude Force (N) 8 6 4 2 1 12 14 16 18 2 22 24 26 Angle (deg) Speed (rpm) Harmonic order -2 Angle (deg) 6
24 18 12-6 6 1 8 8 4 Vývoj motoru - výpo ty rozvodový mechanismus dynamická analýza Zrychlení ventilu p i 6 min -1 ení Výpo et Zrychlení ventilu Pooto ení VH Fourier v rozklad zrychlení ventilu ení Výpo et Amplituda 7 ád harmonické
klikový mechanismus kliková h ídel Modální tvary EHD Reynold s equation: 2 3 p D 3 p 6 H H H H 2 2 B B Z Z t Modální sou adnice q 1 (t) q 2 (t) FEMFAT tvar 1 1 2 n MBS - ADAMS q n (t) 1 q 1 (t) tvar 2 FEM - ANSYS u Modální nap tí M i 1 i q i 2 tvar n q 2 (t) 1 2 n n q n (t) 3 2 vertical force (N) 1-1 -2 Polar diagram at critical speed -3-3 -2-1 1 2 3 horizontal force (N) Výsledky dynamické analýzy force (N) 3 25 2 15 1 5-5 -1-15 -2-25 -3 Main bearing 1 Main bearing 2 Main bearing 3 Main bearing 4 Main bearing reaction 9 18 27 36 45 54 63 72 angle (deg) crank angle (deg).6.55.5.45.4.35.3.25.2.15.1.5 Speed oscillation. 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 speed (rpm) Koeficient bezpe nosti safety factor 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) 8
klikový mechanismus kluzná ložiska celkový tlak Únosnost ložiska tlak p i polosuchém t ení Síla p enášená ojnicí Ztráty t ením P 2 r 3 2 b h Ztrátový výkon Ohybové nap tí na pánvi ce 9
klikový mechanismus ojnice Píst Pístní ep Pouzdro s p esahem Ojnice Klik. h ídel Lož. pánve s p esahem Šroub s p edp tím Montage Montáž Rozložení nap tí Druck Zatížení tlakem Zug Zatížení tahem Rozložení faktor bezpe nosti 1
Výpo et faktoru bezpe nosti Critical cutting plane method Bunch of cutting planes for bi-axial stress Hypotéza ekvivalentního nap tí Normal Character. shear 2D/3D Character. equival. etc. Modifikovaný Haighdiagram pro jednotlivé uzly Kritický bod zatížení asový pr h ekvivalentího nap tí Body zatížení Haighdiagram pro vzorek 11
blok motoru + hlava válc Výpo et proud ní va vodním plášti FEM Stanovení rozložení teploty Koeficienty p estupu tepla FEM-Model Montáž Montáž + Teplota Montáž + Teplota + Spalování 12
hlava válc rozložení teploty na sedle a ventilu Teplota na povrchu ventilu Sedlo správn nalisované sedlo špatn nalisované sedlo Spalovací prostor Výfukový kanál Vodítko Olej Teplota na sedle špatn nalisované sedlo správn nalisované sedlo 36 Obvod sedla 13
blok motoru deformace vložky válc Celk. def. 1. ád 2. ád 3. ád 4. ád 5. ád 6. ád 14
blok motoru uložení klikové h ídele EHD Reynold s equation: 2 3 p D 3 p 6 H H H H 2 2 B B Z Z t MKS - ADAMS Výpo et zatížení Reak ní síly v ložisku 1 2 3 4 5 6 Zatížení 3rd maon bearing reaction speed 2. (rpm) vertical force (N) 3 25 2 15 1 5-5 -1 p_max Zatížení1. -15-1 -5 5 1 15 horizontal force (N) Zatížení 4 Zatížení 3. x y FEMFAT TransMAX Zatížení Zatížení 2 Zatížení n Výpo et faktoru bezpe nosti víceosé nap tí definice materiálu popis povrchu odlitek opracování kontatní plocha FEM stanovení nap tí Rozložení nap tí pro všechna zatížení Nr. zatížení Faktor bezpe nosti + 1 montáž 2 Zat.1. 3 Zat. 2. 4 Zat. 3....... n Zat. n-1 => 15
2 1 5 1 5,, 2,4, 6, 8 1, Vývoj motoru - výpo ty výfukové potrubí ení FUJI-Folie tlak Výpo et posuv Rozložení teploty Nap tí Plastické deformace 16
kuji za pozornost 17