一汽集团技术中心——汽车发动机CAE的应用

中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴一汽集团技术中心汽车发动机CAE的应用第一汽车第一伙伴共63页第2页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴零部件系统车辆基础研究应用研究产品开发部件生产厂研发能力一级配套厂研发能力技术中心产品开发技术中心基础研究＋产学研技术中心技术开发¾整车平台（基本型）、关键总成开发和基础技术研究。¾生产一代、准备一代、研发一代。支持一汽集团自主品牌的持续发展支持一汽集团自主品牌的持续发展——接受集团公司指令接受集团公司指令//业主委托业主委托共63页第3页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴商用车部轿车部车身部基础研究部试制部试验部工艺部材料部能力保障部开发策划调度部综合管理部党委工作部科技信息部无锡油泵油嘴研究所海南汽车试验研究所发动机部技术中心技术中心青岛分所无锡油泵油嘴研究所无锡油泵油嘴研究所农安汽车试验场组织结构共63页第4页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴组织结构及分工组织结构及分工一一汽汽技技术术中中心心发发动动机机部部发动机设计室发动机设计室发动机附件室发动机附件室发动机试验室发动机试验室性能开发室性能开发室承担发动机结构设计-缸体、缸盖、配气、运动件。承担发动机附件设计-供油、冷却、润滑、进气、排气。承担发动机试验-性能开发试验、发动机台架标定、机械开发试验。承担发动机性能设计、性能开发、性能预研-性能开发、气道开发、燃烧与排放、CFD分析、发动机控制。机械开发室机械开发室承担发动机机械开发-试验规范制订控制策略的设计、分析核试验验证。主主查查共63页第5页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴计算分析在正确的时间，以正确的方式，回答正确的问题概念研究概念研究概念设计概念设计详细设计详细设计样品试制样品试制试验开发试验开发SOPSOP共63页第6页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴换气系统冷却系统悬置机舱阀系供油系整车匹配润滑系统燃烧系统曲轴系连杆缸体/缸盖主要分析内容共63页第7页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴CAE分析算出结果算准结果评价结果改进建议全面的CAE分析共63页第8页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴发动机工作过程热力学模拟发动机工作过程热力学模拟0123456789101112100120140160180200220240260280300320340360380400420440460480500520540560580600620CrankAngle[Degree]EffectiveValveLift[mm]Intake,CA6DL-30,measuredExhaust,CA6DL-30,measuredIntake,CA6DL-30,thermodyn.(AVLReportBT0085)Exhaust,CA6DL-30,thermodyn.(AVLReportBT0085)800900100011001200130014001500160017001800190020002100220023002400EngineSpeed[rpm]BSFC[g/kw.h]190200210220230Power[Kw]50100150200250Torque[Nm]600740880102011601300SimulationFull-LoadPerformance60080010001200140016001800200022002400EngineSpeed[rpm]Air-MassFlow[g/s]0100200300400Excess-AirCoefficient[-]-0.00.81.62.4Fuel-MassFlow[kg/h]102030405060SimulationComparisonofFull-LoadPerformanceGT-POWER模型优化优化结论优化型线和相位输出：型线和相位输出：型线和相位优化管系输出：管长和管径输出：管长和管径增压器匹配输出：增压器型号输出：增压器型号最终性能预测输出：输出：发动机性能指标是发动机性能指标是否达到预订目标否达到预订目标评价标准评价标准--功率、扭矩和比油耗功率、扭矩和比油耗对标分析对标分析--容积效率、泵气损失等容积效率、泵气损失等共63页第9页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴高原机的模拟计算高原机的模拟计算0.30.40.50.60.70.80.911.1010002000300040004500500052005500600070008000海拔高度（m)气压（bar)245249253257261265269273277281285289293297010002000300040004500500052005500600070008000海拔高度（m)温度（k)海拔3000m12162024287009001100130015001700190021002300转速（rpm)空燃比海拔0m海拔1000m海拔2000m海拔3000mGT-POWER模型通过模拟计算分析，对高通过模拟计算分析，对高原机有了理论上的认识，提出原机有了理论上的认识，提出了正确的低速的改进方向，试了正确的低速的改进方向，试验也验证了方案的准确性。验也验证了方案的准确性。海拔0m限制条件!共63页第10页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴GTGT--POWERPOWER计算模型计算模型优化软件优化软件ISIGHTISIGHT界面界面寻优寻优过程过程优化结果比较优化结果比较共63页第11页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴水套CFD分析保证了发动机冷却要求出口入口缸盖水套缸体水套机油冷却器水套水泵水套发动机水套模型共63页第12页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴机油冷却器改进前后结构及流场的比较原始结构原始机油板流速分布优化后结构优化后机油板流速分布共63页第13页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴缸盖改进前后流场的比较原始缸盖横切面流速分布优化缸盖横切面流速分布EEIIEEII共63页第14页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴缸体各水孔的流量分配长水套流量分配图18%1%1%11%1%1%10%1%1%55%bl156bl2910bl31314bl4短水套流量分配图16%2%2%10%2%2%10%4%3%49%bl-156bl-2910bl-31314bl-4共63页第15页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴水套内压力损失水套内总的压力损失为：shortblock40KPa压力损失分布050001000015000200002500030000350004000045000123456789101112131415161718holenumberpressuredrop(Pa)blockgasskethead水套内总的压力损失为：longblock43KPa冷却水套内的压力损失050001000015000200002500030000350004000045000123456789101112131415161718holepressuredrop(Pa)blockgasskethead共63页第16页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴发动机冷却系统发动机冷却系统CFDCFD分析和LDV测速HighLowTotalPressure共63页第17页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴发动机机舱内流动发动机机舱内流动CFDCFD分析分析几何模型几何模型共63页第18页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴发动机机舱内流动发动机机舱内流动CFDCFD分析分析机舱内空气流动机舱内空气流动共63页第19页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴020406080100120140原车改进1改进2改进3改进4改进5改进6Temperature(oC)TtophoseToil各方案最高水温及油温比较共63页第20页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴Bowl2Bowl9燃烧系统改进共63页第21页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴燃烧室对比‰C12H26的对比bowl9bowl2翻边结构把燃油卷向缸盖，防止了过多的燃油流到挤留区共63页第22页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴气道流动CFD共63页第23页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴GDI汽油机点火仪式-2007/7/15共63页第24页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴GeometryandMeshGeometryandMeshExhaustPortInletPortSparkPlug2.2mmtoexhaustsideCylinderMeshSize:2.5mmTotalMeshNo.:578091共63页第25页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴DropletDistribution共63页第26页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴FuelVaporDistributionAfterinjection10OCA20OCA30OCA40OCA50OCA60OCA共63页第27页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴模态分析结构分析强度分析共63页第28页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGroupCorporationR&DCENTER第一汽车第一伙伴SCR载体速度分布共63页第29页中国第一汽车集团公司技术中心RDC，ChinaFAWGro