株式会社 ヒロテック 製品設計部 製品設計課 様
IDAJ news vol.70お客様紹介コーナーより抜粋
発行日2012年12月  

第一部分 使用GT-POWER进行排气噪声分析

 在试制前的发动机进气到排气的仿真。在使用GT-POWER以前，我们使用内部程序进行分析。使用GT-POWER计算一阶、二阶、三阶排气噪声，并与实验对比，GT-POWER具有较好的预测精度。使用内部程序难以解决计算的温度与实测不一致的问题，而基于试验结果对GT-POWER模型进行调整后，高精度的预测计算可以替代一部分试验。

图一 排气系统噪声分析

采用优化技术，对消音器内部结构进行优化

第二部分 使用GT-POWER与modeFRONTIER对消音器内部结构进行优化

背压与排气噪音是矛盾的关系，为了平衡这种关系，需要使用优化技术进行研究。为了提高分析的精度，需要对内部的详细结构进行模型化分析，在本例中1D的GT-POWER计算一个方案需要花费20分钟。因此，为了缩短优化花费的时间，简化模型并保持GT-POWER模型计算的精度，获得pareto解，在这些解中进一步进行精炼，再带入详细模型进行验证计算。

在过去，GT-POWER与modeFRONTIER的集成式通过批处理文件来实现的，需要特别注意设置以免计算出错，现在已经搭载了GT-POWER与modeFRONTIER集成的直接接口，输入很简便。软件功能的不断优化，对用户而言是十分有益的。

图二 消音器内部结构优化

第三部分 使用GT-POWER进行排气阻力分析

排气管路长度及形状对输出的影响，不仅包括对背压及排气口噪声的影响，对充气效率的影响也很受关注。

除了通过降低背压来提高扭矩，也可以通过改变消音器在排气系统中位置，以及排气管路的长度及形状来使扭矩提高。

因此，在开发初期，进行包括发动机输出、排气口噪声及背压的优化，获得最优的方案。

图三 发动机输出及排气阻力

第四部分 使用STAR-CCM+以及DEP Morpher进行催化器流速分布分析

考察排气管路末端到催化器前的气体状态，在催化器内部，发动机排气与涂覆的贵金属催化剂发生化学反应使排气被净化，催化器内气体流速的均匀分布有利于提高转化效率。进行稳态分析，确认催化器截面的流速分布满足我们的标准。由于排气会集中在催化器的端部，这部分区域内的催化剂会受到侵蚀。在考察排气管形状方面，使用DEP Morpher的变形技术对模型形状进行变更，实现高效的仿真计算。本例中，计算一个case花费4~8个小时左右。

最近研究在发动机附近配置催化器，即排气歧管部分到催化器的距离缩短，这也导致催化器前的气体难以实现均匀分布。

图四 催化器的流速分布分析

第五部分 使用GT-POWER与STAR-CCM+进行氧浓度分布分析

在各个管路的集合部分放置氧传感器，氧气浓度反馈回发动机控制单元。为了准确测量氧气浓度，各排气管路上均要布置传感器。也就是需要再现实际的发动机的流动脉动，以及预测一个循环内的排气浓度情况。氧气浓度分布计算属于非定常分析，计算达到稳定需要7~10天左右。我们目前的课题是，缩短计算时间，提高收敛性。

图五 氧气浓度分布分析

第六部分 使用GT-POWER、STAR-CCM+以及结构软件进行壁面温度预测

    在非稳态的气流分析下，计算一个循环的气体温度，传热系数，结构软件分析，预测壁面温度。

图六 壁面温度预测分析

最后 使用GT-POWER、结构分析软件以及声学分析软件进行辐射噪声分析

计算主消音器的声压级、内部压力变动导致的振动情况，在声学分析软件中进行辐射噪声的预测。

消音器辐射噪声及壳体固有频率的综合设计。扁平比较大的消音器壳体往往具有低的自然频率，但辐射噪声提高，需要研究对策。而且一般出现这种情况部位是可以确认的，可以结合有效的对策去解决。

图七 辐射噪声分析

今后，CAE将成为开发必不可少的工具。