9. Mai 2016 | Software & Testing Solutions

ZÜNDFOLGENDEFINITION

EINE MULTIDISZIPLINÄRE OPTIMIERUNGSAUFGABE – Auswahl der Zündfolge mit FEV Virtual Engine

Der kontinuierliche Anstieg mechanischer und thermischer Belastung heutiger Motoren macht die Optimierung der Auslegung hinsichtlich unterschiedlichster Aspekte erforderlich. Heute unterstützen zahlreiche Computersimulationen die Entwicklungsprozesse vieler Triebwerkskomponenten.Die Verfahren sind ausgereift und klar definiert, und führen damit bereits zu einem weit fortgeschrittenen Optimierungsstand der Komponenten. Jedoch stellt die Optimierung der designvariablen Zündfolge, die in unterschiedlichen Bereichen Einfluss auf den Motorbetrieb nimmt, nach wie vor eine große Herausforderung dar. Bei der Lösung dieser Aufgabe spielt ein neues Funktionsmodul innerhalb der FEV Virtual Engine-Simulationssoftware eine zentrale Rolle – das neu entwickelte „Firing Order Investigation“-Tool. Derzeit wird an der Implementierung dieses Moduls in die Simulationssoftware gearbeitet.

Aufgabenstellung der Zündfolgenoptimierung

Motoren mit nur wenigen Zylindern verfügen über eine begrenzte Anzahl möglicher Zündfolgen, was deren Auswahl vergleichsweise einfach macht. Mit steigender Zylinderanzahl nimmt die Menge der Alternativen jedoch deutlich zu: So existieren für V16- oder V20-Triebwerke hunderte oder gar tausende mögliche Zündfolgen.

Zudem beeinflusst die Zündfolge die Kurbeltriebsdynamik (Torsions- und Axialverhalten), die globale Dynamik sowie das NVH-Verhalten der gesamten Triebwerksstruktur, das Betriebsverhalten der Lager und die Gasdynamik auf Ansaug- wie Auslassseite.Somit stellt die Auswahl der Zündfolge ein umfassendes und multidisziplinäres Optimierungsproblem dar.

>> VIRTUAL ENGINE ERZEUGT AUTOMATISCH EINE AUFLISTUNG ALLER ALTERNATIVEN ZÜNDFOLGEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DES GEWÜNSCHTEN
AUSGLEICHSKONZEPTS

Technisch sinnvoll statt theoretisch möglich

Die wichtigste Funktion innerhalb des „Firing Order Investigation“- Werkzeugs in FEV Virtual Engine ist die sogenannte „Crankshaft-based Firing order definition Procedure“ (kurbelwellenbasierte Zündfolgebestimmung, CFP). Diese erzeugt automatisch eine Auflistung aller möglichen Zündfolgen für ein vordefiniertes Kurbelwellendesign. Dabei berücksichtigt sie das gewünschte Ausgleichskonzept und reduziert so bereits im Vorfeld die Anzahl der theoretisch möglichen auf die Menge der technisch sinnvollen Zündfolgen.

Das „Crank Concept Analysis“-Modul (CCA) als Bestandteil des Programmsystems von FEV Virtual Engine kombiniert eine Drehschwingungsanalyse im Frequenzbereich mit quasi-statischer Biegeuntersuchung. Unter Verwendung des performanten Solvers des CCA-Moduls kann eine vollfaktorielle Untersuchung über den Einfluss der Zündfolge auf hocheffiziente Weise erfolgen.

Ein besonderes Merkmal des „Firing Order Investigation“-Tools ist die Eigenschaft, dass neben Resultaten aus der eigenen CCA auch Analyseergebnisse von dritter Seite in den Optimierungsprozess einfließen und darin berücksichtigt werden können. Dies ermöglicht eine in jeder Hinsicht multidisziplinäre Evaluierung und Optimierung der Zündfolge.

Zündfolge_Virtual Engine

Anzahl möglicher Zündfolgen für ausgewählte Triebwerkskonfigurationen und typische Kurbelwellen-Layouts

Virtual Engine_Diagramm

Beipielhafte Torsionsspannungsamplitude für unterschiedliche Zündfolgen eines V16-Triebwerks mit einem Kurbelwellendesign

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