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2018
04-16

使用UW-Madison软件的新型高功率Evinrude舷外机


为了理解在5500 rpm运行的舷外发动机缸内发生了什么,BRP / Evinrude从一个不太可能的来源得到一些帮助:软件代码最初写入了解原子弹爆炸后空气的运动。

Evinrude的250马力的E-TEC G2(显示为低音船供电)是在威斯康星大学麦迪逊工程学院开发的发动机建模软件的帮助下设计的。图片来源:BRP / Evinrude 360​​19980

威斯康星大学麦迪逊分校机械工程荣誉教授罗尔夫·赖茨(Rolf Reitz)说,流体物理学在两种情况下都适用。在二十世纪七十年代,为了应对欧佩克石油危机,赖茨帮助改写了洛斯阿拉莫斯国家实验室武器集团编写的汽车行业代码。

结果成为名为KIVA的套件的基础,该套件可预测并解释发动机缸体内的高度复杂事件,使设计人员能够达到高功率,良好燃油经济性和低排放的“最佳位置”。

威斯康星州Sturtevant的BRP / Evinrude机械工程师Paul Westhoff说,气缸是一个复杂的地方。 Westhoff在2014年推出的Evinrude E-TEC G2发动机燃烧缸的“白纸”设计中领导了计算流体动力学建模。

他说:“在一个非常互动的系统中,一切都在快速移动。

设计师必须平衡进气口和排气口的位置,大小和形状,活塞和汽缸盖的形状;以及燃料喷射的时间和方向以及点燃爆炸的火花。

这些因素共同影响空气进入汽缸并与燃油喷雾混合,以及爆炸后如何燃烧的废气。 Westhoff解释说,实现一个目标可以让另一个目标妥协。 “你想在整个气缸内混合燃料和空气,但不想让燃料从排气口排出。”

Evinrude的新发动机,功率从200马力到300马力,是两冲程,直喷式发动机,代表了电力,经济和低排放的行业最佳组合,Westhoff说。

由于设计的理论组合基本上是不可数的,所以发动机设计的传统方法(依赖于金属原型)是昂贵的,并且每一个修改都花费更多的钱。但直到最近,引擎设计者还是没有什么选择。

所以当BRP / Evinrude,一个拥有700名员工的老牌威斯康星州制造商,现在是BRP公司的一个部门,就开始重新设计其旗舰高功率舷外机,它采用了一种完全不同的方法:硅片设计。

这个过程依赖于在UW-Madison发动机研究中心稳步发展的开源软件KIVA。

Reitz开始研究软件来描述他的博士学位。在70年代后期在普林斯顿大学工作。 Reitz说:“能源部想要从洛斯阿拉莫斯的研究中得出控制方程式 - 物理学应该是相同的 - 并将它们应用于发动机,而且它们非常成功。

最后,威斯康星大学麦迪逊分校开发的软件原理和专业知识通过汽车行业传播开来,而来自私营公司的KIVA和相关软件已经被福特,康明斯,卡特彼勒和许多其他大型发动机制造商投入使用。

Reitz在他漫长的职业生涯中探索发动机内部的复杂事件,还利用KIVA开发了提供世界上最高效率的汽油 - 柴油混合动力发动机。

Westhoff说,Evinrude的“白纸”设计过程开始于所有动作开始的地方:圆筒内。 “我们模拟了气缸内的流体流动 - 从曲轴箱通过进气口将气体引入气缸,从而取代了前一循环的残余废气。因为气缸中的氧气越多,功率越大,所以将捕集到的氧气量最大化是非常重要的。“

E-TEC G2发动机是Evinrude的第二代使用燃料喷射的二次循环,但是第一次使用电子计算机。 “前几代直喷发动机主要是对燃料的适应 系统从一个现有的carbureted引擎,“Westhoff说。 “通过直接喷射,您可以管理化油器不具备的燃油流量。这是新技术。“他补充说,”

多余的电脑设计几乎是免费的。 “使用计算机建模,我们可以做数百次运行,并探索潜在的高收益,高风险的路径。如果我们不得不对原型进行原型设计,那么我们将耗尽资金。“

但是,如果模型足够”足够聪明“来模拟空气,燃料和移动金属的真实世界,那才是真实的。在这里,Reitz说,KIVA已经从发动机研究中心的测试引擎的走廊中获益,这些引擎用于确认和改进流体动力学软件。

KIVA软件不仅评估设计;这也解释了为什么他们的行为,韦斯霍夫补充说。 “引擎可以是一个黑匣子,但这有助于我们理解物理。如果你看三维建模结果,他们可以让你思考不同,并导致其他的想法。结果不是你爷爷的二次打击。“

来源:威斯康星大学麦迪逊分校