驶向未来的可持续轿车发动机【abaqus软件案例解析】-凯发网站

由于油耗和排放标准日趋严格，导致汽车行业一致努力超越过去已经实现的水平。以马勒动力有限公司为例，仿真工程师们的工作重点现在包括极紧凑型内燃机和电动车行程延伸发动机。在这样的新领域中进行创新，难免会遇到某些设计难题。

在开始每一个产品开发项目之前，仿真工程师们都会先进行一次周期仿真，以准确地判断客户需要什么样的发动机配置和技术。采用cad之后，仿真工程师借助概念级模型来掌握发动机封装体积、成本和重量等信息。

在选中某种概念后，仿真工程师使用产品生命周期管理（plm）凯发网站的解决方案来对模型进行管理。对于流体研究，仿真工程师使用多种1维工具帮助避免和减轻油路系统和冷却系统的压力损失。为指导燃烧室和相关系统的设计，仿真工程师采用计算机流体动力学（cfd）来深入掌握非常复杂的3维行为。

仿真工程师将概念阶段的结构分析纳入开发流程中，主要运用abaqus有限元分析（fea）解决热和应力问题。通过这些研究，仿真工程师找到了降低组件重量和摩擦的方法，如曲轴系、连杆、基板和轴承。在进行预处理、疲劳分析和曲轴系动态分析的时候，仿真工程师可以将abaqus与其它工具进行无缝结合并加以使用，而无需担心集成问题，因为它们都能使用或生成abaqus本地数据。

近期的设计重点是为电动汽车开发一种发动机，充分解决常见的行驶里程不足的问题。里程延长装置（rex）采用小型燃气发动机来给电池充电，能够为传统的电动混合动力模型提供不错的替代方案。在这些设计中，仿真工程师重点考虑的关键问题是延伸装置的大小和散热问题（因为该发动机一般安装在乘客座椅正下方）。

对rex发动机而言，主要的难题是要在大小及重量与耐用性及成本之间取得平衡。结构分析在优化工作中发挥了重要的作用（见图2）。在仿真的帮助下，为诸如曲轴和汽缸体等组件找到了低成本的轻型耐用材料。仿真工程师最终开发出一种极其精简的行李箱大小的便携式内燃机单元，可将其集成到典型的电动汽车中（见图3）。

仿真根本性的价值在我们的新设计的规格中清楚直观地体现出来。rex已经在测试台上实现了目标性能，耗油8.8英制加仑（40升）理论上可行驶400英里（650公里），并有望为大多数上市的混合动力汽车提供替代方案。i3目前已经安装在两款供试驾的大众帕萨特上，每加仑油耗可行驶49英里（节油30%），全面满足eu6法规要求，其co2排放量仅为135g/km，可提供160马力的澎湃动力，自然赢得了客户和行业的一致关注。

在发动机研发领域，技术目标的重要性不言而喻。但和大多数行业一样，开发时限也同样重要。对rex来说，从白纸一张到制作出第一款原型，仿真工程师们只花了12个月的时间。对于i3，甚至用了更少的时间——9个月。

现在，cae和仿真正在帮助我们不断将发动机技术推向前进，使我们能够实现更精简的尺寸、更高的燃油效率和更低的co2排放量，向着开发出更节能的汽车的目标前进。在将来，标准只会变得更加严苛。对于努力工作并以创造性的途径突破技术限制的发动机开发人员来说，仿真的地位将更加突显。