Vibration prediction of a multi-cylinder engine using multi-body dynamic simulation

This paper analyses the vibration behaviour of an in-line 4-cylinder, 4-strokes, internal combustion turbocharged direct injection gasoline engine. A detailed multi-body numerical model of the engine prototype was used to characterize the whole engine dynamic behaviour, in terms of forces and velocities. The cranktrain multi-body model was created starting from engine geometrical data, and the available combustion loads were employed for the Multi-Body Dynamic Simulation (MBDS). A combined usage of FEM and Multi-Body methodologies were adopted for the dynamic analysis: both crankshaft and cylinder block were considered as flexible bodies, whereas all the other components were considered rigid. The engine mounts were considered as flexible elements with given stiffness and damping. The hydrodynamic bearings were also modelled. The software LMS Virtual Lab (modules PDS and Motion) and ANSYS were used for the simulation.

Questo lavoro analizza il comportamento vibrazionale di un motore a benzina sovralimentato, ad iniezione diretta, quattro tempi, quattro cilindri, mediante l'accoppiamento di differenti tecniche di simulazione numerica: la simulazione agli elementi finiti (FEM) e quella della dinamica multi-body. Una volta realizzato il modello virtuale del cranktrain sono state effettuate delle simulazioni dinamiche al fine di valutare il comportamento del motore ad una prefissata velocità di rotazione, fornendo come forzanti le curve di pressione in camera. La dinamica del motore è stata descritta considerando sia gli effetti della combustione che quelli legati alle forze di inerzia delle masse in movimento presenti nel sistema. All'interno del modello multi-body, l'albero motore e il blocco cilindri sono stati considerati come elementi flessibili; i supporti del motore sono stati considerati flessibili con opportuno smorzamento e si è tenuto conto dei cuscinetti idrodinamici. Le analisi sono state effettuate utilizzando i software commerciali LMS Virtual.Lab (moduli PDS e Motion) e ANSYS.