大学生FSAE赛车发动机进气系统设计

FSAE赛车电气系统与仪表的设计与优化一：研究目的：FSAE是以汽车专业为主的一项学生方程式赛车比赛，要求在一年的时间内制造出一辆各方面表现优异且稳定耐久的业余休闲赛车。

电气系统是FSAE赛车很重要的一个组成部分。

也是整车系统中不可缺少的一部分。

其中包括电源，仪表，信号指示灯，点火系统等几个大的部分。

一个配合良好，工作正常，运行稳定的电路系统是使赛车正常运行的重要保障。

所以研究和制作一个简洁，实用，稳定的整车电器系统是很有必要的。

二：研究内容：FSAE赛车电气系统主要由发动机电控系统、数字仪表系统及紧急控制系统组成；本项目组研究内容包括1 FSAE赛车主要电器部件布置匹配设计：a 蓄电池安装位置的确定b 发动机电子控制单元（ECU）的软硬件设计以及ECU辅助电路的设计c 调压整流器的设计d 起动继电器的设计e 油泵继电器和喷油器的设计f 刹车灯及开关2 数字仪表的设计其中发动机ECU和数字仪表的设计作为研究的重点；1三：预期结果：提出一套FSAE赛车整车电气系统方案, 说明主要电器的设置,提高赛车的加速性能;对赛车仪表系统进行设计和优化,最后通过实车验证了上述方案的可行性项目技术路线：1 FSAE赛车与一般汽车一样采用蓄电池负极搭铁(接地)的布线方式，发电机通过调压整流器后并联到蓄电池；赛车线束采用单边走向呈E型布置。

2 本项目采用外挂式改装ECU，首先，外挂ECU将各个传感器所反馈回ECU 的信号进行拦截，针对需要调整的信号进行修改，将本来超过原厂ECU认可上限的信号变成正常信号输入原厂ECU，ECU接收到“正常信号”后将原厂设定的执行程序输出至外挂ECU，这时外挂ECU再将信号进行修改。

3 数字仪表的设计包括对仪表单片机的选型，转速信号处理电路设计，车速表设计和仪表电源电路设计。

特色与创新：1 本项目组的研究是基于整辆赛车的电气系统之上的，涵盖面较全，涉及面很广，以保证赛车的电气系统在各个环境下都能正常可靠的工作为目标，研究过程中要考虑到与赛车各个部分的协调合作，以保证赛车的整体性能；2 设计安装与FSAE赛车发动机匹配的外挂ECU，可以根据发动机的具体参数要求来进行改装；23 数字仪表的设计中的转速信号处理电路设计克服了以下三个技术难点:1) 转速信号的频率υ变化很大: 0～4 000 Hz;2) 转速信号的幅值不固定, 随转速升高而升高;3) 转速传感器信号幅度不固定3。

FSAE 方程式赛车进气系统设计Design on intake system of FSAE racing car汤 沛1,2，倪骁骅1，赵雪晶1，刘 锐2，魏民祥2TANG Pei 1,2, NI Xiao-hua 1, ZHAO Xue-jing 1, LIU Rui 2, WEI Min-xiang 2（1.盐城工学院 汽车学院，盐城 210016；2.南京航空航天大学 能源与动力学院，南京 210016）摘 要：研究分析S.FSAE方程式赛车进气总管的渐缩角与扩张角、稳压腔的容积大小以及进气歧管的内径与长度对充气效率的影响关系。

结合CATIA软件绘图、FLUENT软件对赛车进气系统进行流场分析，运用GT-POWER软件仿真试验得出优化数据。

分析结果得出进气总管的渐缩角为18°、扩张角为6°、进气歧管的长度为180mm、稳压腔体积为2.9L时进气效果最优。

关键词：FSAE方程式赛车；进气系统；优化设计中图分类号：TK413 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2016)11-0033-04收稿日期：2016-09-09基金项目：江苏省普通高校研究生科研创新计划（KYLX-0244）作者简介：汤沛（1981 -），男，江苏盐城人，博士研究生，主要从事发动机仿真设计工作。

0 引言自2010年第一届中国FSC 比赛以来，中国FSC 始终致力于培养国内优秀汽车人才，考验未来一批汽车人的各方面能力。

中国FSC 比赛规定赛事所用发动机排量小于600cc ，且在进气系统的进气总管处设有20mm 的限流阀；同时也规定出进气顺序为：空滤—节气门—总管（内设限流阀）—稳压腔—歧管—发动机。

在以上这些限制条件下，设计出的赛车要取得更好的成绩，并能使发动机工况处于最佳状态，这就要求进气系统做出更合理的设计，并尽可能提高充气效率。

本次的研究目的主要是对进气系统进行优化设计，并验证优化结果。

第36卷第1期 Vol. 36,No. 1西华大学学报（自然科学版）Journal of Xihua University(Natural Science)2017年1月Jan. 2017•新能源汽车与低碳运输•F S A E赛车发动机进气系统结构参数优化(西华大学汽车与交通学院，四川成都610039)摘要:大学生方程式汽车大赛(简称FSAE)规则要求，参赛赛车必须在发动机进气系统中安装流通直径为20 m m的进气限制器。

为弥补加装进气限制器对发动机动力性下降的影响，以FSAE赛车4缸发动机进气系统为研究对象，利用GT - Power建立发动机仿真分析模型，通过外特性实验验证模型的准确性后，以FSAE赛车发动机 进气系统结构尺寸作为单一变量，分析FSAE赛车发动机进气歧管长度及稳压箱容积对发动机性能的影响规律，并 提出优化设计方案。

通过对比实验，可知优化后发动机的动力性能得到提升，最大转矩增幅为5. 9%。

关键词:FSAE;进气管;稳压箱;优化中图分类号:TK41 文献标志码:A 文章编号:1673 -159X(2017)01 -0082-6doi：10. 3969/j. issn. 1673 -159X. 2017. 01. 015Optimization of Structural Parameters for the Engine IntakeSystem of FSAE Racing CarTAN Zhengping, HUANG Haibo, WANG Yongzhong(School of A utomotive and Transportation, Xihua University, Chengdu 610039 China) Abstract：According to the regulation of Formula SAE Rules, the circulating diameter of the intake manifold installed in FSAE racing car’s engine is limited to 20mm. Generally, this leads to the power performance degradation. Therefore, we researched the en­gine intake system of FSAE racing car and the simulation model was established with GT - Power software. The accuracy of the simula­tion model was verified. Then the model was used to calculate and analyze the effects of the length of intake manifold and the volume of plenum on power performance. Finally, the program was developed to optimize the intake system structure size. The experiment results show that the optimization can improve the power performance and increase the maximum torque 5.9%.Keywords ：FSAE ；intake manifold ；plenum ；optimization大学生方程式汽车大赛（简称FSAE)参赛赛车 按其规则[1]要求，必须在发动机进气系统中安装流 通直径为20 mm的进气限制器。

第17卷　第4期厦门理工学院学报Vol .17　No .4 2009年12月Journal of Xia men University of Technol ogyDec .2009 [收稿日期]2009-09-01 [修回日期]2009-10-16[基金项目]厦门市科技计划项目(3502Z20073030)[作者简介]许建民(1981-),男,湖南邵阳人,助教,硕士,从事汽车节能与排放控制研究.FS AE 赛车进气系统改进设计许建民,刘金武,李晓宇(厦门理工学院机械工程系,福建厦门361024)[摘　要]通过对限流阀安装在进气系统不同位置对发动机的影响进行了详细分析,得出一种限流阀最优安装位置,即在节气门阀体和喷油嘴之间.并利用CF D 软件F LUE NT 对其谐振腔进行了流体动力学分析.研究表明:进气系统的改进对发动机的动力性、排放性以及噪音方面有非常大的改善.[关键词]FS AE 赛车;进气系统;谐振腔;CAE[中图分类号]U4641134+14;U46916+96[文献标志码]A [文章编号]1008-3804(2009)04-043-05FS AE 方程式赛事是由美国汽车工程师协会主办的挑战本科生、研究生团队构思、设计、制作和驾驶小型方程式赛车的国际性赛事.FS AE 方程式比赛内容是设计、制造和论证一辆用于业余比赛的小型赛车.该车必须在加速性,制动性和操稳性等方面表现出色,而且成本低廉(要求原型车实际耗资应低于215万美元)、易于维修、可靠性好.同时还需考虑其美观舒适性和零部件的通用性等因素.空气或混合气导入发动机汽缸的零部件集合体称为发动机进气系统.汽油机进气系统包含了空气滤清器、谐振腔、进气歧管、节气门等机构.空气经空气滤清器过滤掉杂质后,流过空气流量计和谐振腔,经由进气道进入进气歧管,与喷油嘴喷出的汽油混合后形成混合气,混合气通过发动机进气门进入发动机燃烧室燃烧产生动力.FS AE 赛车规则基本要点是发动机的所有的进气都要通过限流阀,并且限流阀必须位于发动机节气门和发动机进气门之间.在保证上述比赛规则的前提下,通过改进设计进气系统来提高发动机的动力性、改善其排放性和噪音.1　限流阀安装位置对比分析111　方案Ⅰ中限流阀安装位置分析依据规则要求,目前FS AE 赛车进气顺序从外到内依次是:空气滤清器-谐振腔-橡胶弯管-节气门阀体(包括节气门和喷油嘴)-限流阀-发动机橡胶管-进气门.如图1.该方案限流阀安装在喷油嘴之后,发动机运转时汽油会喷到限流阀上,导致燃油雾化效果急剧变差,而且由于限流阀处在进气系统的最后阶段,这样会导致混合气在进入发动机前体积突变,从而产生不规则的压力波.通过安装上限流阀和卸掉限流阀时的发动机性能对比试验,发现限流阀使发动机动力性能急剧下降.基于方案Ⅰ的发动机(嘉陵JH600,发动机排量600mL )最高转速可达到5000r/m in .厦门理工学院学报2009年112　方案Ⅱ中限流阀安装位置分析方案Ⅱ的进气道的布置顺序依次是:空气滤清器-谐振腔-节气门-橡胶弯管-限流阀-喷油嘴-发动机橡胶管-进气门.见图2所示.该方案将节气门和限流阀同时外移.不改变原喷油嘴,则喷油顺畅,雾化效果比方案Ⅰ要好.但是首先将节气门和喷油嘴分开难度较大,而且改变了节气门位置传感器和进气压力传感器与喷油嘴的位置,节气门与喷油嘴的重新匹配比较困难,喷油雾化效果同样受到很大影响.基于方案Ⅱ的发动机(嘉陵JH600,发动机排量600mL )最高转速可达到6200r/m in .113　方案Ⅲ中限流阀安装位置分析方案Ⅲ的进气道布置顺序依次为:空气滤清器-谐振腔-橡胶弯管-堵上喷油孔的节气门阀体-限流阀-喷油嘴-发动机橡胶管-进气门,如图3所示.该方案在不拆分节气门阀体的前提下,在基本不改变节气门位置传感器和进气压力传感器与喷油嘴之间的位置的前提下,将原喷油嘴堵住,重新加工制作一喷油嘴.由于喷油点位置和角度不变,因此不影响喷油效果,而且限流阀紧跟喷油阀之前,则进气在限流阀处管径缩小,进气速度增大,改善燃油的雾化.通过发动机试验发现发动机的动力性和排放性都有极大的改善.基于方案Ⅲ的发动机(嘉陵JH600,发动机排量600mL )最高转速可达到7100r/m in .比较方案Ⅰ到方案Ⅲ可以发现:当限流阀安装在节气门阀体和喷油嘴之间时,发动机的动力性最好,即方案Ⅲ是最优方案,可以作为设计参考.2　谐振腔CF D 仿真分析211　谐振腔CAE 分析方法仿真的目的是在保证谐振腔容积的前提下尽量减少压力损失,使进气流畅.谐振进气系统通过在进气道上增加谐振腔,调整发动机的固有频率,使得发动机在一定转速范围内获得更大的进气量,以达到改善发动机效率的目的.进气道的设计要求最大限度的提高进气量,保证发动机的进气需求,提高进气效率.采用CF D 软件F LUENT 对进气系统中影响较大的谐振腔进行仿真分析,通过对不同锥角谐振腔的流场分析,得出一种最优的谐振腔.Fluent 软件是个工程运用的CF D 软件,针对每一种流动的物理问题的特点,采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度方面达到最佳[1-2].可以计算流场、传热和化学反应.对二维流动模型,可以生成三角形和矩形网格;对于三维流动模型,则可生成四面体、六面体、三角柱和金字塔等网格;结合具体计算,还可生成混合网格,其自适应功能,能对网格进行细分或粗化,或生成不连续网格、可变网格和滑动网格.F LUE NT 软件在我国已经获得较好的应用.・44・　第4期许建民,等:FS AE 赛车进气系统改进设计212　谐振腔CAE 分析步骤21211　利用G AMB I T 建立计算区域和指定边界条件类型在G AB I T 中创建谐振腔模型,并设定边界条件进行网格划分,谐振腔边界分为进气边界、出气边界、两边wall 边界.为了保证分析精度,此次采用2003200网格截面进行分析.网格划分后,将文件保存为网格mesh 文件.21212　利用F LUENT求解器求解将划分好的模型导入fluent 中进行分析.读入网格文件,检查是否有单元格出错情况.选定的计算模型为流场和温度场,设置标准k -e 湍流模型.定义流体的物理属性,设置进气口和出气口边界条件[3-5].根据本次赛车进气量计算出进气流速为10m /s,进气入口温度为290K .最后显示计算结果.213　谐振腔CAE 分析结果对谐振腔提出了3种几何方案,采用F LU 2E NT 软件进行流体动力学分析,分析方案如表1,表1中所用的参数如图4,分析结果如下.表1　谐振腔流体动力学分析方案参数对比Ta b 11　Pa ram e te rs o f fl u i d m echa n i c ana l ys is f o r re so nat o rD 1/mmD 2/mmD 3/mmL 1/mmL 2/mmα/(°)β/(°)方案Ⅰ62122502002009090方案Ⅱ62122501802108080方案Ⅲ62122501482303060图5是方案Ⅰ的速度场CAE 分析结果.在图5中,外围深色区域为低速区,速度约为0,即为进气死角,中间深色区域为高速区,速度为13m /s,从图5可以看出低速区出现在谐振腔中间外围区域,速度约为0,高速区出现在出口区域,速度为13m /s .整体看来,整个谐振腔中心区域进气速度相对外围区域明显高很多.图6是方案Ⅰ的温度场CAE 分析结果.在图6中,外围深色区域为低温区,温度约为292K,中间深色区域为高温区,温度为310K,从图6可以看出低温区出现在谐振腔入口,温度约为290K,高温区出现在谐振腔外围区域,温度为310K .整体看来,谐振腔外围区域温度明显高于中心区域温度,而且温度场分布很不均匀.・54・厦门理工学院学报2009年图7是方案Ⅱ的速度场CAE 分析结果.在图7中,外围深色区域为低速区,速度约为0,中间深色区域为高速区,速度为14m /s,从图7可以看出低速区出现在谐振腔中间外围区域,速度约为0,高速区出现在出口区域,速度为14m /s .整体看来,从进口到腔体,速度逐渐下降,再从腔体到出口,速度大幅增加.总体上比方案Ⅰ变化比较均匀.图8是方案Ⅱ的温度场CAE 分析结果.在图8中,外围深色区域为低温区,温度约为295K,中间深色区域为高温区,温度为305K,从图8可以看出低温区出现在谐振腔入口,温度约为292K,高温区出现在出口区域,温度为305K .整体看来,从进口经过腔体到出口,温度逐渐增加.总体上温度与轴线基本对称.以下是根据锥角90°和锥角80°谐振腔的流场分析而得出的比较理想谐振腔形状.这样不仅可以充分利用谐振容积,还能最大限度地降低进气阻力,从而提高发动机进气效率.图9是方案Ⅲ的速度场CAE 分析结果.在图9中,外围深色区域为低速区,速度约为0,中间深色区域为高速区,速度为16m /s,从图13可以看出低速区出现在谐振腔中间外围区域,速度约为0,,速度为16m /s .整体看来,从进口到腔体,速度逐渐下降,再从腔体到出口,速度大幅增加.总体上变化比较均匀.图10为方案Ⅲ的温度场CAE 分析结果,从图10可以看出低温区出现在谐振腔入口,温度约为295K,高温区出现在出口中心区域,温度为302K .整体看来,从进口经过腔体到出口,温度逐渐提高.可见总体上温度与轴线对称.比较方案Ⅰ到方案Ⅲ可以发现:在可以满足发动机对谐振腔体积要求的前提下,方案Ⅲ的速度场、温度场分布均匀,进气阻力最小,可以作为设计参考.・64・　第4期许建民,等:FS AE 赛车进气系统改进设计3　结语1)通过对限流阀安装在进气系统不同位置对发动机的影响进行了理论分析,得出限流阀安装在节气门阀体和喷油嘴之间时,发动机的动力性最好.2)通过对不同锥角谐振腔仿真温度场、速度场的对比,可以得出:谐振腔两端减小锥角会缩小进气死角,同时进气流速降低较少,进气温度变化不大,改善发动机的进气.通过整车试验证明改进后的进气系统在动力性、排放性以及噪音方面有非常大的改善.[参考文献][1]王瑞金,张凯,王刚,等.Fluent 技术基础与应用实例[M ].北京:清华大学出版社,2007:33237.[2]周龙保.内燃机学[M ].北京:机械工业出版社,1998:56258.[3]王晗,蔡忆昔,毛笑平.发动机进气系统不均匀性的三维数值模拟[J ].小型内燃机与摩托车,2007,36(3):15217.[4]罗马吉,陈国华,蒋炎坤,等.进气管内三维稳态流动特性的数值分析[J ].小型内燃机与摩托车,2001,30(2):124.[5]夏兴兰,杨雄,朱忠伟,等.数值模拟方法在柴油机进气道改进中的应用[J ].内燃机学报,2002,20(5):22224.Enhanced I n t ake System D esi gn of FSAE Race CarXU J ian 2m in,L I U J in 2wu,L I Xiao 2yu(Depart m ent of Mechanical Engineering,Xiamen University of Technol ogy,Xia men 361024,China )Abstract:A detailed analysis was made t o see how engine was affected by varied positi ons of thr ottle valve on the intake syste m ,which resulted in an op ti m al thr ottle valve positi on bet w een the thr ottle valve p late and nozzle .A CF D Fluent based fluid mechanic analysis was done on its res onat or that indicated that the en 2hanced intake system contributed remarkably t o the dyna m ics,release efficiency and noise reducti on of the en 2gine .Key words:FS AE race car;intake syste m;res onat or;CAE・74・。

毕业设计（论文）-FSAE进气系统设计与分析【毕业论文】FSAE进气系统设计与分析目录摘要 1ABSTRACT 20 引言41 绪论4大学生方程式汽车大赛简介 4汽车发动机进气系统的简介 6定义 6基本构成 6进气形式 7汽车发动机进气系统发展趋势8FSAE赛车进气系统与量产车比较11FSAE规则对进气系统限制11FSAE赛车进气系统主要构成13国内外FSAE赛车进气系统现状与发展142 进气系统方案设计16进气系统设计流程16确定进气形式18确定进气系统材料与制造工艺22节气门体类型选择233 设定进气系统各部件基本参数25系统参数 25空气滤清器25限流阀开口26限流阀26限流阀扩散器27稳压腔28进气道29进气管方案一29进气管方案二30进气管方案三31方案的论证与选择31利用赫尔姆霍兹（Helmholtz）进气谐振原理验算 33 4 进气系统做流体动力学分析35分析软件介绍35模型网格划分与边界条件初步定义37整体分析 38进气管方案二整体分析38进气管方案三整体分析40确定进气系统方案42扩散器理想锥角的CFD模拟426°锥角扩散器分析427°锥角扩散器分析448°锥角扩散器分析46扩散器对比论证47燃油雾化效果模拟485 进气系统制造工艺及装配48零件制造 48装配与安装506 结论与展望52结论52展望53参考文献54译文56原文说明71摘要本毕业设计课题来自我校第二届FSAE赛车项目课题。

FSAE赛事中文名称为大学生方程式赛，是上世纪70年代由美国汽车工程师协会发起，三十一年以来发展至世界各地，致力于培养汽车方向的大学生各方面综合能力。

此项赛事结合了专业知识与工程实践能力，有利于提高大学生的汽车和零部件的自主研发能力。

本文以2011年全国第二届FSAE大学生方程式赛为背景，设计研发一辆符合参赛规则的方程式赛车。

FSAE赛车进气系统以减少进气阻力，增强发动机充气效率，增强动力的同时要使赛车手便于操控为目标，对进气系统进行合理的设计。

进气系统设计说明书前言第一章设计要求1.1 FSEA关于进气系统的主要要求第二章进气方案2.1 进气系统基本结构2.2 进气形式2.3 进气管形式2.3.1 方案一2.3.2 方案二2.3.3 方案三第三章各部件基本参数设计3.1 节气门口径3.2 进气总管长度3.3 稳压腔体积3.4 进气歧管长度第四章流场分析4.1 分析软件介绍4.2 模型网格划分与边界条件初定义4.3 进气总管分析4.4 稳压腔分析4.5进气歧管长度分析验证第五章加工装配5.1 加工装配前言本设计课题来自我校中国大学生方程式汽车大赛项目课题。

该赛事意在培养汽车工程方向及相关专业的在校大学生、研究生的创新力，团队协作能力。

在为期8-12个月的时间里完成一辆小型方程式赛车的设计与制造，并成功完成比赛。

该赛事从2010年在中国开始举办，我校成功完成了2011赛季。

本文结合了2011年宁远车队的设计经验，完成了2012赛季的进气系统的设计与优化。

第一章设计要求1.1 FSAE规则对进气系统的限制○1进气系统必须不能超出外框○2节气门必须为机械控制○3进气歧管必须用支架或机械固定○4为限制发动机功率，一个内部截面为圆形的限流阀必须安装在进气系统的节气门与发动机之间，并且所有发动机的进气气流都应流经此限流阀（最大直径20mm，且截面不能发生变化）第二章进气方案2.1 进气系统基本结构进气系统包含了空滤器、节气门、进气总管、进气歧管、进气门。

由于规则的限制，进气系统的设计主要体现在进气总管和进气歧管上，这两部分需要加工制作。

2.2 进气形式进气方式主要分为三大类：○1自然进气：引擎的运作在气缸内产生的负压，将外部的空气吸入气缸内。

这是汽车最传统进气方式，动力输出平稳，维护简单，但在高转速下乏力。

○2涡轮增压：涡轮增压器的两侧涡轮叶片连接发动机的进气管和排气管，在引擎运作的情况下，利用排出的废气推动排气涡轮叶片，从而带动进气涡轮叶片吸入空气，利用离心增压原理达到增压的效果。

FSAE发动机进排气系统简介及改进分析FSAE进气系统简介进进气系统是发动机的重要组成部分，它的布置形式和结构参数对发动机的充气效率、进气阻力、进气均匀性、缸内混合气运动和燃烧过程有着重要的影响，从而影响发动机的动力性、经济性和排放特性。

因此，进气系统的设计已成为发动机研发的关键技术之一，它在发动机产品的研发过程中，占有重要的地位。

对FSAE赛车来说显得更为重要。

FSAE赛车进气系统包括空气滤清器、节气门、限流阀、进气道、稳压腔、进气歧管，每个结构都有其特定的功能。

进气量控制喷油量，ECU判定喷油量的多少的重要信息来自进气管空气流量传感器，进多少气就喷多少油，有多少混合油气就释放多大的动力。

因此引擎运转时，每一循环所能获得的空气量多少，是决定引擎动力大小的基本因素。

FSAE规则规定发动机必须为排量在610cc以下的活塞式四冲程发动机，且为限制发动机功率，一个内部截为圆形最大直径为20.0mm的限流阀必须安装在节气门与发动机之间，发动机的所有进气气流都必须流经此限流阀，所以我们必须重视限流阀的设计。

因此，如何在限制条件下创新、严谨、细心的制作进气系统，让发动机的性能更充分地发挥才是最大的挑战。

此外为了充分展示我们的能力，还应考虑其可靠性、燃油经济性、美学、成本、可维护性、工艺性等。

效益最大化才能是最大的赢家。

为了更合理的设计进气系统，所以我们必须充分了解各个结构及其功能，了解进气系统中的各种现象并加以运用或减小其不利影响。

空气在进入汽缸的过程中会应紊流而产生进气阻力。

所以首先应减小由紊流产生的阻力。

如图由于进气道内产生了旋涡，形成像障碍物一样的缩流使气流远离管壁边缘，而致使气流截面变小。

所以应避免进气管陡变的情况。

在下图中，由于采用了逐渐增加限流器后部的直径的设计，所以有效的避免了在节流喉管尾流出产生进气涡流。

进气总管连接各进气歧管的管路被设计为喇叭口型。

对于此类方案，为防止紊流的发生，喇叭口的角度应设计为十五度以下。

FSAE大学生方程式赛车发动机缸盖及配气机构设计摘要以FSAE大学生方程式赛车中最常用的HONDA CBR600-F4i发动机为例，探讨了该型号发动机中缸盖及配气机构的结构，并计算缸盖总体尺寸，凸轮型线方程式，并校核气门弹簧力。

气缸盖是提高整机性能的重要结构件之一，是发动机技术竞争的焦点。

气缸盖的气门排列方式与气道结构形式影响进气充量和气流在气缸内的运动，从而影响了燃烧效率，对整机的动力性、经济性以及排放都有直接的影响；配气机构的形式影响充气系数和整机噪声等；缸盖燃烧室决定了影响整机动力性能的压缩比ε，影响HC排放的F/V和对挤流起决定性作用的挤气面积以及挤气间隙，所以燃烧室对整机动力性、经济性、排放等都有重要的影响；气缸盖是整机热负荷与热应力最大的部件之一，热负荷过高将不利于发动机寿命以及可靠性的提高。

在实际中要特别防止发动机的局部过热，因而对缸盖必须要有充分的冷却。

关键词FSAE；发动机；缸盖；气门AbstractIn this paper, Formula in FSAE college students the most commonly used HONDA CBR600 - F4i engine as an example, discusses the model of Cylinder head and gas distribution agencies, and calculate overall size of cylinder head, equation of CAM contour line, and check valve spring force. Cylinder head is one of the core parts that affect the performance of the engine. It is the the focus of the competition. The disposal of the valves and intake manifold structure not only affect fresh air charge but airflow in the cylinder, which immediately affect combustion efficiency and the performance of dynamic, economic and emission. The structure of the air distributing institution has influence on charging efficiency and the noise of engine. The combustion chamber affects compression scale which has great influence on dynamical performance; F/V which affects the exhaust of HC; Squash area and clearance which have great influence on the intensity of squash. So, combustion chamber has great influence on dynamical performance, economical performance, emission and so on. Cylinder head is one of the highest temperature parts. Higher heat stress will lower the engine’s useful life and security. In practical, it is important to avoid local overheating. To full cool to cylinder head is necessary.Key words:FSAE; Engine; Cylinder head; The valve目录摘要 (1)Abstract (1)1 绪论 (1)1.1 FSAE大学生方程式大赛 (1)1.1.1 赛事起源 (1)1.1.2 赛事简介 (1)1.1.3 FSAE大赛的意义 (2)1.2 论文的研究背景及意义 (2)1.3 论文研究的主要内容 (3)2 发动机 (3)2.1 发动机的发展历程 (3)2.2 我国发动机发展现状 (4)2.3 提高发动机动力性的途径 (6)2.3.1 涡轮增压技术 (6)2.3.2 燃油直喷技术 (6)2.3.3 分层燃烧技术 (8)2.3.4 连续可变气门正时机构 (8)3 气缸盖 (8)3.1 气缸盖的工况及设计要求 (8)3.2 气缸盖的材料 (9)3.3 气缸盖结构形式的选择 (9)3.4 进排气道的布置 (10)3.5 气缸盖螺栓的布置 (11)4 气缸盖罩4.1进气门室罩4.2排气门室罩4.3盖板5配气机构 (13)5.1 配气机构的作用及要求 (13)5.1.1 配气机构的功用 (13)5.1.2 配气机构的要求 (13)5.2 配气机构采用的新技术 (14)5.2.1 顶置凸轮轴技术 (14)5.2.2 多气门技术 (14)5.2.3 可变气门正时配气机构(VV A) (15)5.3 总布置设计 (15)5.3.1 气门的布置形式 (15)5.3.1.1 气门顶置式配气机构 (15)5.3.1.2 凸轮轴的布置形式 (15)5.3.1.3 凸轮轴的传动方式 (16)5.3.1.4 每缸气门数及其排列方式 (16)5.3.1.5 气门间隙 (16)5.3.2 配气定时工作原理 (16)6配气机构的零件和组件 (17)6.1 气门 (17)6.2 凸轮型线设计 (19)6.2.1 简介 (19)6.2.2 缓冲段设计 (19)6.2.3 工作段设计 (20)6.3 气门弹簧设计 (23)6.3.1 气门弹簧特性的确定 (23)6.3.2 气门弹簧基本尺寸的确定 (23)6.3.2 弹簧的疲劳强度校核 (24)6.3.3 弹簧的振动校核 (24)参考文献 (28)设计总结 (28)致谢 (27)附录1附录21 绪论1.1 FSAE大学生方程式大赛1.1.1 赛事起源FSAE方程式（Formula SAE）系列赛源于1978年。

赛车发动机进排气管分析彭才望!阳林!贺绍华!王行"广东工业大学机电工程学院!广东广州软件建立赛车发动机系统仿真模型!计算发动机在不同转速下的性能!分析进排气管长度对发动机性能的影响$结果表明!进气管长度对发动机充气效率%扭矩%功率的影响比排气管更显著!合理设计进排气管长度是优化进排气系统的有效方法$关键词!汽车赛车&发动机&进气管&排气管&文章编号!限流阀必须设置在发动机节气门和进气门中间!这将导致低速时发动机扭矩较小，高速时充量系数不高"因此!提高发动机低速时的扭矩和高速时的功率显得尤为重要"该文对一款排量为的型汽油机进行优化改进设计!改善其动力性!从而提高赛车的竞争力节气门限流阀图限流阀安装位置赛车设计及制造中必须力求降低成本!并严格遵守比赛规则!这就限定了对发动机缸体#缸盖的改动"因此!决定通过优化发动机的进排气管长度来改善其动力性"该文运用建立发动机仿真模型!通过计算!优化进排气管长度!提高发动机的充量系数#扭矩和功率!从而改进设计进排气系统来提高发动机的动力性"介绍是一款包涵内燃机两大机构和五大系统的基于一维气体动力学原理的计算软件!被称为$虚拟发动机%!是目前国内外高等院校进行研究的模拟仿真工具"H;*TO[PL可模拟多种类发动机!也可用于预测发动机的多种性能!如进排气管的空气流速和流量#进排气系统的温度和压力#功率#扭矩及<ZJ排放#催化剂化学反应等"H;*TO[PL是基于面向对象的交互式界面!从模型图的建立#运行到数据的后处理!其操作简便#高效"其界面如图+所示"图#",3045678软件界面+"仿真模型的建立H;*TO[PL采用模块式结构建立发动机不同工况时的模型模块用方框表示#用圆形来连接各个元件$各元件的结构!运行参数在相对应的元件模块和连接件模块中进行定义$8IU%##型发动机的主要参数如表"所示$利用H;*TO[PL软件建立发动机模型#主要建立缸体!进气和排气个模块$图为发动机整机模型#主要由管路和接头前后连接组成$表!"(-9%’’型发动机部分参数项目参数值项目参数值缸数!吸气方式自然吸气缸径%@@" %(额定功率%RY" -#’(冲程%@@" !+’-最大扭矩压缩比空气滤清器进气管接头输入端口进气阀容积腔进气管接头节流阀进气口输出端口排气管接头排气口排气阀气缸辅助添加口发动机!(’为连接元件!! " ! " ! " ! " !" !" !"!图&"发动机模型0"进气管长度对发动机性能的影响进气系统结构对发动机的动力性能有较大影响$根据27)9赛事规则#必须在发动机节气门和进气门之间安装直径为+#@@的限流阀$发动机进气系统主要包括进气管和进气道两部分#而进气管的形状包括长度!曲率和内径个方面$下面主要从进气管长度方面进行分析$中低速范围内进气管长度会影响发动机的充量系数#在发动机高速状态下#利用惯性增压效应#进气管长度越长#管内流速越高#吸入气缸的新鲜气体越多$因为波动效应#局部的损失量会增加#并且对发动机的有效功率输出有较大影响$因此#在其他结构因素不变的情况下#运用软件模拟不同进气管长度对发动机充气效率!扭矩!功率的影响结果如图所示从图可以看出(在汽油机内径!曲率等参数不变的前提下#进气管长度变化对发动机中!高转转速进气管长度对发动机充气效率的影响进气管长度对发动机扭矩的影响转速!!""#$%进气管长度对发动机功率的影响速的动力性能及充气效率影响很大#且随着长度的增加#其影响越明显$发动机一定时#发动机转矩和充量系数成正相关$因此#由于原发动机的高速谐振点所对应的发动机转速较高#适当加长进气管长度#对改善发动机中!高转速的动力性能作用比较大$故在不影响发动机整体布置的前提下应适当加长进气管长度$!"排气管长度对发动机性能的影响发动机排气管长度影响排气管道的压力波#适+#"""""公"路"与"汽"运"""""!"#$%&’("1)*+,-,+"./")001"2&+",3(""""""第-期+#"+年&月"当改变排气管的长度!可充分利用压力波的动态效应使发动机的残余废气系数降低"充量系数提高!从而有效地提高发动机的输出功率!达到提升动力的目的#但目前要使发动机具有良好的排气动力效应!一般很难靠经验设计#运用H;*TO[PL!在不改变汽油机其他结构参数的前提下!分析排气管长度对发动机充气效率"扭矩和功率的影响!结果如图(!&所示#转速!!""#$%&’#()*+()*,()*-()*(()../).+/).,/).-/)./充气效率0 /// - /// 1 /// , /// 2 /// + /// 3 ///原长度加长2!加长4/!加长42!图*"排气管长度对发动机充气效率的影响转速!!""#$%#扭矩!!(")#* +,, - ,,, . +++ / +++ 0 +++ 1 +++ 2 +++ ’30’.+’.0’/+’/0’0+’00’1+’10原长度加长0!加长’+!加长’0!图."排气管长度对发动机扭矩的影响转速!!""#$%&’#()功率!*+( ))) , ))) - ))) . ))) / ))) 0 ))) 1 )))2)3).)/)0)1)4)6))原长度加长/!加长6)!加长6/!图/"排气管长度对发动机功率的影响从图(!&可以看出$相同转速下!排气管长度变化对发动机性能的影响不是很明显!其影响程度没有同等条件下进气管的影响大#因此!进气管参数设定以后!单一改变排气管长度不会明显提高发动机的动力性#排气管长度与发动机的充气效率" 功率和扭矩的正负相关系数不大!故对原机的排气系统可以不作大范围的改进#-"结语该文运用H;*TO[PL软件对赛车发动机模型进行计算!在发动机其他结构参数不变的情况下!找到最佳进排气管长度!对发动机系统进行合理有效的改进!为27)9赛车设计提供一定参考#利用所建立的8IU%##汽油机H;*TO[PL仿真模型!可分析进排气管长度对发动机充气效率"扭矩"功率的影响及影响规律#但发动机进排气结构参数多!必须做到多种参数相结合优化分析!以达到更合理的效果!解决27)9赛车比赛中高速功率和充气效率低"低速转矩小的问题#"。

FSAE赛车发动机谐振进气系统仿真及设计洪汉池;白煜杰;钟铭恩【期刊名称】《厦门理工学院学报》【年(卷),期】2012(20)3【摘要】采用GT-power软件建立JH600发动机模型,模拟全负荷时发动机转速与有效功率的关系,通过与试验结果对比,模拟结果与试验数据吻合良好,为进气系统的设计与仿真提供了重要依据.利用正交实验法结合GT-power软件对谐振进气系统进行匹配计算,从而确定了进气管直径、谐振腔直径和限流阀位置等参数.匹配设计结果能有效地提高发动机中高转速下的动力性,弥补了因安装限流阀而导致的赛车发动机功率损失.%1-Dimensional software GT-power was applied to simulate the engine performance. The simulation results were compared to the test results provided by the JH600 engine manufacturer with good agreement. The parameters including the intake runner diameter, the sphere style plenum diameter, and the position of retractor were matched via a combination of the 1-Dimensional simulation and an orthogonal testing design. The matching results can limit the effect of restrictor, and then improve the restricted engine's ability effectively.【总页数】5页(P29-33)【作者】洪汉池;白煜杰;钟铭恩【作者单位】厦门理工学院机械工程系,福建厦门361024;厦门理工学院机械工程系,福建厦门361024;厦门理工学院机械工程系,福建厦门361024【正文语种】中文【中图分类】U464.123【相关文献】1.FSAE赛车发动机进气系统设计与流场分析 [J], 施佳辉;王东方;王燕;鲁宜文2.FSAE赛车发动机进气系统设计 [J], 郑颖;弋驰;3.基于ANSYS的FSAE赛车发动机进气系统仿真分析 [J], 朱布博;孙少杰4.FSAE赛车发动机进气系统设计与流场分析 [J], 施佳辉;王东方;王燕;鲁宜文;5.FSAE赛车发动机进气系统设计 [J], 郑颖;弋驰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。