News stories from March 2017



Race engine development shifts gear


08 March 2017

Race engine development shifts gear

Traditionally, race engine development has primarily been centred on maximising the air flow rate of an engine by improving its volumetric efficiency as well as increasing the maximum operating speed. Fuelling was typically rich of stoichiometric and obtaining good combustion was rarely an issue. Over the years Ilmor has built up a vast knowledge about how to optimise these types of engines, using 1D simulation tools as well as empirical testing of hardware. CFD studies were only carried out on rare occurrences as they were costly in terms of time and resources with the systems available at the time.

The situation for engine designers is now rapidly changing. Today, developments in both software and hardware mean that in-cylinder CFD studies can now be completed in only a few hours using relatively inexpensive computers. These advances in the simulation technology have coincided with the shift in emphasis towards fuel efficiency in many of the top level racing series, as well as the general automotive industry.

The new generation of fuel efficient racing engines are optimised in a totally different way to what’s traditionally been the case and it’s resulted in a significant change in how we now work at Ilmor. Improving performance is now largely concerned with optimising the combustion efficiency through the generation of in-cylinder charge motion and turbulence, along with the interaction and mixing of the fuel from the direct injection. Tools such as CONVERGE CFD software, developed primarily for this type of work, can model in-cylinder processes and significantly reduce the workload in preparing models.

Simulation allows us to evaluate many more port, combustion chamber and spray geometries than would have been possible by physically testing hardware. As well as saving time and reducing the prototype parts costs, CFD allows us to visualise the complex flow regimes within the engine, enabling our Engineers to understand the processes in more detail. They can be much more creative and it’s led to several fruitful avenues of development that may have traditionally been missed.

Ilmor takes a fairly pragmatic approach to simulation and we still carry out dyno tests on a number of the hardware configurations. It’s important that CFD simulations correlate with the test data to ensure it’s actually taking us in the right direction. Fully predictive CFD isn’t quite here just yet.

For many customers it is important to demonstrate technology through racing. It’s exciting times ahead for CFD simulation to generate real success both on the road and track.  

 

Rennmotorenentwicklung wechselt den Gang

Traditionellerweise war die Entwicklung von Rennmotoren in erster Linie darauf ausgerichtet, die Luftströmungsrate eines Motors zu maximieren, indem der volumetrische Wirkungsgrad verbessert und die maximale Betriebsgeschwindigkeit erhöht wird. Das Treibstoffgemisch war in der Regel fett und eine gute Verbrennung war selten ein Problem. Im Laufe der Jahre hat Ilmor ein umfassendes Wissen darüber aufgebaut, wie man diese Art von Motoren, mit 1D-Simulation-Tools sowie empirischen Tests von Hardware optimiert. CFD-Studien wurden nur bei seltenen Ereignissen durchgeführt, da diese zeit- und ressourcenintensiv mit den damals verfügbaren Systemen waren. Die Situation für Motorenbauer verändert sich jetzt rasant.

Durch die Entwicklungen sowohl in der Software als auch in der Hardware können heute CFD-Untersuchungen innerhalb von nur wenigen Stunden mit relativ preiswerten Computern abgeschlossen werden. Diese Fortschritte in der Simulationstechnologie sind mit der Verschiebung der Bedeutung der Kraftstoff-Effizienz in vielen der Top-Level-Rennserien, sowie der allgemeinen Automobilindustrie zusammengetroffen.

Die neue Generation der kraftstoffsparenden Rennmotoren wird auf eine völlig andere Art und Weise optimiert, als dies traditionell der Fall war und es hat zu einer deutlichen Veränderung der Arbeitsweise bei Ilmor geführt. Die Leistungsverbesserung betrifft nun weitgehend die Optimierung des Verbrennungswirkungsgrades durch die Erzeugung von Ladungsbewegung und Turbulenz im Zylinder zusammen mit der Wechselwirkung und dem Mischen des Kraftstoffs von der Direkteinspritzung. Werkzeuge wie die CONVERGE CFD-Software, die primär für diese Art von Arbeiten entwickelt wurde, können In-Zylinder-Prozesse modellieren und die Arbeitsbelastung bei der Modellvorbereitung deutlich reduzieren.

Die Simulation ermöglicht es uns, viel mehr Kanal-, Brennraum- und Sprühgeometrien auszuwerten, als dies durch physikalisches Testen von Hardware möglich wäre. Neben der Zeitersparnis und der Reduzierung der Kosten für die Prototypenteile ermöglicht CFD die Visualisierung der komplexen Strömungsabläufe im Motor und ermöglicht es unseren Ingenieuren, die Prozesse detaillierter zu verstehen. Dadurch können sie viel kreativer sein und zudem hat es zu einigen fruchtbaren Entwicklungswegen geführt, die traditionell vermisst worden wären.

Ilmor nimmt einen ziemlich pragmatischen Ansatz für die Simulation und trotzdem führen wir noch etliche Prüfstandtests an einer Reihe von Hardware-Konfigurationen aus. Es ist wichtig, dass CFD-Simulationen mit den Testdaten übereinstimmen, um sicherzustellen, dass es uns tatsächlich in die richtige Richtung bringt. Völlig prädiktive CFD ist noch nicht ganz realistisch.

Für viele Kunden ist es wichtig, technischen Fortschritt durch Rennsport zu demonstrieren. Es wird spannend wie mit CFD - Simulationen Erfolge in Zukunft auf der Straße als auch auf der Rennstrecke erzielt werden können.