由于油耗和排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，導(dǎo)致汽車行業(yè)一致努力超越過去已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的水平。以馬勒動(dòng)力有限公司為例，仿真工程師們的工作重點(diǎn)現(xiàn)在包括極緊湊型內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)車行程延伸發(fā)動(dòng)機(jī)。在這樣的新領(lǐng)域中進(jìn)行創(chuàng)新，難免會(huì)遇到某些設(shè)計(jì)難題。

在開始每一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目之前，仿真工程師們都會(huì)先進(jìn)行一次周期仿真，以準(zhǔn)確地判斷客戶需要什么樣的發(fā)動(dòng)機(jī)配置和技術(shù)。采用CAD之后，仿真工程師借助概念級(jí)模型來掌握發(fā)動(dòng)機(jī)封裝體積、成本和重量等信息。

在選中某種概念后，仿真工程師使用產(chǎn)品生命周期管理（PLM）解決方案來對(duì)模型進(jìn)行管理。對(duì)于流體研究，仿真工程師使用多種1維工具幫助避免和減輕油路系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的壓力損失。為指導(dǎo)燃燒室和相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，仿真工程師采用計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)（CFD）來深入掌握非常復(fù)雜的3維行為。

仿真工程師將概念階段的結(jié)構(gòu)分析納入開發(fā)流程中，主要運(yùn)用Abaqus有限元分析（FEA）解決熱和應(yīng)力問題。通過這些研究，仿真工程師找到了降低組件重量和摩擦的方法，如曲軸系、連桿、基板和軸承。在進(jìn)行預(yù)處理、疲勞分析和曲軸系動(dòng)態(tài)分析的時(shí)候，仿真工程師可以將Abaqus與其它工具進(jìn)行無縫結(jié)合并加以使用，而無需擔(dān)心集成問題，因?yàn)樗鼈兌寄苁褂没蛏葾baqus本地?cái)?shù)據(jù)。

近期的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是為電動(dòng)汽車開發(fā)一種發(fā)動(dòng)機(jī)，充分解決常見的行駛里程不足的問題。里程延長裝置（REx）采用小型燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)來給電池充電，能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)的電動(dòng)混合動(dòng)力模型提供不錯(cuò)的替代方案。在這些設(shè)計(jì)中，仿真工程師重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵問題是延伸裝置的大小和散熱問題（因?yàn)樵摪l(fā)動(dòng)機(jī)一般安裝在乘客座椅正下方）。

對(duì)REx發(fā)動(dòng)機(jī)而言，主要的難題是要在大小及重量與耐用性及成本之間取得平衡。結(jié)構(gòu)分析在優(yōu)化工作中發(fā)揮了重要的作用（見圖2）。在仿真的幫助下，為諸如曲軸和汽缸體等組件找到了低成本的輕型耐用材料。仿真工程師最終開發(fā)出一種極其精簡的行李箱大小的便攜式內(nèi)燃機(jī)單元，可將其集成到典型的電動(dòng)汽車中（見圖3）。

仿真根本性的價(jià)值在我們的新設(shè)計(jì)的規(guī)格中清楚直觀地體現(xiàn)出來。REx已經(jīng)在測試臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)性能，耗油8.8英制加侖（40升）理論上可行駛400英里（650公里），并有望為大多數(shù)上市的混合動(dòng)力汽車提供替代方案。I3目前已經(jīng)安裝在兩款供試駕的大眾帕薩特上，每加侖油耗可行駛49英里（節(jié)油30%），全面滿足EU6法規(guī)要求，其CO2排放量僅為135g/km，可提供160馬力的澎湃動(dòng)力，自然贏得了客戶和行業(yè)的一致關(guān)注。

在發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)領(lǐng)域，技術(shù)目標(biāo)的重要性不言而喻。但和大多數(shù)行業(yè)一樣，開發(fā)時(shí)限也同樣重要。對(duì)REx來說，從白紙一張到制作出第一款原型，仿真工程師們只花了12個(gè)月的時(shí)間。對(duì)于I3，甚至用了更少的時(shí)間——9個(gè)月。

現(xiàn)在，CAE和仿真正在幫助我們不斷將發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)推向前進(jìn)，使我們能夠?qū)崿F(xiàn)更精簡的尺寸、更高的燃油效率和更低的CO2排放量，向著開發(fā)出更節(jié)能的汽車的目標(biāo)前進(jìn)。在將來，標(biāo)準(zhǔn)只會(huì)變得更加嚴(yán)苛。對(duì)于努力工作并以創(chuàng)造性的途徑突破技術(shù)限制的發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)人員來說，仿真的地位將更加突顯。