CAE仿真技术助力内燃机设计优化

内燃机结构复杂，在研发过程中常涉及到强度、刚度、噪声、疲劳寿命、结构优化等多方面的工程问题，同时由于其高温高压的工作特性，一些性能参数如压力、功率、油耗更是设计中的重点，这就需要对内燃机的气动性能、冷却、喷油及燃烧等进行优化。随着现代CAE仿真技术的日趋成熟，企业完全可以将这种先进的研发手段与试验和经验相结合，形成互补，从而提升研发设计能力，有效指导新产品的研发设计，节省产品开发成本，缩短开发周期，从而大幅度提高企业的市场竞争力。

内燃机的强度、刚度问题

• 曲轴强度分析
• 主轴承座强度分析
• 连杆强度分析
• 活塞强度分析
• 附件支架强度分析

内燃机在结构设计中需要考虑不同工况下各零部件的应力和变形。ANSYS软件可以帮助解决在不同的工况条件下，结构零部件的强度、刚度及稳定性校核问题。

内燃机机构动力学问题

• 曲轴、连杆、活塞组件的运动仿真
• 凸轮机构的动力学
• 皮带传动系统的动力学

ANSYS软件可以分析往复式活塞的曲柄连杆活塞机构运动过程，通过输出零部件的位移、速度、加速度等运动曲线，了解机构的运动特性。

内燃机的疲劳耐久性问题

• 活塞的疲劳分析
• 连杆、曲轴的疲劳分析
• 附件支架等的疲劳分析

产品的抗疲劳性能和可靠性会直接影响其在市场竞争中的成败。ANSYS高级疲劳分析和设计软件可以分析内燃机零部件由于反复运动引起的高、低周疲劳问题及接管焊缝疲劳问题。

内燃机的振动问题

• 动力总成、曲轴、油底壳、附件支架等的模态分析

借助ANSYS软件动力学分析功能，对内燃机及部件进行模态分析，以评估其振动特性，通过合理地结构优化，可以降低振动。

内燃机进气效率问题

• 进气歧管、空滤器、进气道流阻分析
• 各缸充气均匀性分析

内燃机进气系统对其效率起着非常重要的作用，运用ANSYS流体动力学分析软件对进气系内气体的流动效果进行分析，可以优化进气系统、减少流动损失、提高流动效率，对于多缸内燃机，优化充气均匀性，改善工作稳定性。

内燃机燃油供给系统的匹配问题

• 喷嘴结构改进与空化现象分析
• 燃油雾化过程分析：油束形态、雾化粒度、贯穿距离等

对于柴油机或直喷式汽油机，喷油系统应保证喷油量、喷油起止时刻与内燃机的转速和负荷相适应，喷油规律、喷油压力、雾化程度、贯穿距离等参数应负荷各工况的需要。运用ANSYS流体动力学软件对喷油系统内的流动情况以及喷雾形成过程进行分析，可以有效的优化燃油在燃烧室内的分布规律。

内燃机的冷却问题

• 冷却水套传热分析
• 冷却水套注水过程分析

冷却系统能保证内燃机在最适宜的温度范围内工作，运用ANSYS流体动力学分析软件分析冷却水的流动及传热，可以优化冷却水路的布置方案，有效组织水流，提高冷却效果。

内燃机的燃烧问题

• 分析不同时刻的放热率、温度、压力等
• 观察火焰结构及火焰的传播
• 燃烧方式分析：PCCI，HCCI，RCCI，稀燃/分层燃烧等
• 污染物生成的分析

点火燃烧过程

柴油机NOx和soot分布

燃烧是内燃机的核心，燃烧的好坏决定着内燃机的功率、油耗、排放等多方面的性能。运用ANSYS流体动力学分析软件分析燃烧过程，可以有效的指导优化燃烧室形状，得到性能指标和排放指标都较好的方案。

内燃机的工作过程问题

• 优化配气正时
• 冷态流动缸内气流的运动变化情况分析
• 全工作循环分析

换气过程是要尽量将燃烧产物排除干净，尽可能的吸入新鲜工质，进、排气门开闭时间对换气的好坏起决定性作用，同时内燃机工作过程中缸内气流的运动情况也影响着可燃混合气的形成进而影响燃烧。运用ANSYS流体动力学分析软件分析冷态工作过程，可以指导设计最佳配气相位，降低排气损失功并冲入最多的工质，根据缸内气体的运动情况优化涡流/滚流更好的形成可燃混合气。

内燃机噪声问题

• 噪声分析
• 进气噪声分析
• 风扇噪声分析

内燃机的主要噪声源分为3种：空气动力性噪声、机械噪声、燃烧噪声。运用ANSYS流体动力学分析软件分析进/排气噪声和风扇噪声，有助于提高内燃机的NVH性能。

相关CAE软件模块

几何建模： Ansys SCDM

结构仿真分析： Ansys Mechanical

多体动力学分析：Recurdyn，MBD4A

疲劳寿命分析：Ansys nCode Designlife、Fe-safe、Ansys Fatigue

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删