FSAE发动机进气量修正系统的设计与验证_吴新烨

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。

FSAE赛车进气系统流场分析及优化作者：库亚斌来源：《汽车科技》2017年第04期摘要：本文研究的对象是FSAE赛车的进气系统，研究主要参考目标为学校车队的赛车进气系统。

首先运用了理论分析方法查阅相关文献资料，初步建立三维模型，进行仿真分析。

然后运用单一变量分析的方法，对模型各部分参数进行仿真优化，求解出进气系统各部分的最优尺寸。

使用的工具是常用的三维软件CATIA。

对进气系统内气体的流动过程进行分析优化所使用软件为常用的有限元分析软件ANSYS Fluent。

经过分析优化得出了较为理想的FSAE赛车进气系统的流线分布图。

关键词：进气系统；流场分析；FSAE；20mm限流阀中图分类号：U464.234 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）04-0055-06Abstract： The object is FSAE car's intake system， the main reference target university research team racing intake system. First， the theoretical analysis method using access to relevant documents， the initial establishment of three-dimensional model， simulation analysis. Then use the method of univariate analysis of the various parts of the model parameters of simulation and optimization， solving the optimal size of the various parts of the intake system. Tool is commonly used three-dimensional software CATIA. Process flow within the intake system of the gas is analyzed to optimize the software commonly used finite element analysis software ANSYS FLUENT use. After analysis and optimization come to the ideal racing intake system FSAE streamline distribution.Key Words： Air intake system； The flow field analysis； FSAE； 20 mm flow-limiting valves引言大学生方程式汽车大赛（简称“FASE”）是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。

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。

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。

基于FSAE亚翔LD450发动机进气的优化摘要：为了满足FSAE赛事对于发动机性能的需求，本文针对如何基于民用发动机的基础上，通过对进气系统的优化和改造来实现动力性能的提升。

过使用GT-POWER软件建立进气歧管的长度模型，并通过流体力学分析理论，使用FLUENT计算软件对完整的进气系统部件进行流场分析，通过比较不同的进气稳压腔容积和进气歧管长度下对于进气效率的影响，最终基于最佳点建立最优的模型。

同时如何在保证最佳的进气设计走形时还能保持对其他赛车部分不产生运动干涉。

关键词：运动干涉、稳压腔容积、进气歧管长度、FSAE中图分类号：文献标识码：AYa Xiang LD450 optimization FSAE engine intake based Abstract: In order to meet the needs of FSAE race for engine performance, this paper how the engine based on a civil basis, through the intake system optimization and transformation to achieve dynamic performance improvement. By using GT-POWER model software to establish the length of the intake manifold, and by hydrodynamic theory, calculated using the FLUENT software to complete intake system components flow field analysis, by comparing different intake and intake chamber volume regulator under the length of the intakemanifold effects of the gas efficiency, and ultimately the best model based on the best spot to build. How can maintain while in other parts of the car is not in motion to intervene in the design to ensure the best out of shape when the intake.Key words:Movement interference、he regulator chamber volume、the length of the intake manifold、FSAE1.引言FSAE大学生方程式赛车比赛现今成为各大高校中最受欢迎的赛事之一，其中发动机性能的优劣往往是成败关键的主要因素之一。

FSAE方程式赛车进气系统设计
汤沛;倪骁骅;赵雪晶;刘锐;魏民祥
【期刊名称】《制造业自动化》
【年(卷),期】2016(038)011
【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。

【总页数】4页(P33-36)
【作者】汤沛;倪骁骅;赵雪晶;刘锐;魏民祥
【作者单位】盐城工学院汽车学院，盐城 210016; 南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016;盐城工学院汽车学院，盐城 210016;盐城工学院汽车学院，盐城 210016;南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016;南京航空航天大学能源与动力学院，南京 210016
【正文语种】中文
【中图分类】TK413
【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.中国大学生方程式赛车进气系统设计与流场分析 [J], 龙云浩;王子烨;李颖;王海
青
3.大学生方程式赛车进气系统设计 [J], 倪骁骅;汤沛;赵雪晶
4.FSAE方程式赛车制动系统设计 [J], He Huanli;Li Liang
5.FSAE方程式赛车悬架系统设计与仿真研究 [J], 赖锦雄; 周绍鹏; 刘诗汉; 徐亚宇; 潘光焕; 赵煜
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

FSAE赛车发动机燃油经济性改善的仿真与试验
吴新烨;罗树友;黄红武
【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2015(054)003
【摘要】FSAE比赛要求赛车发动机气缸的进气都必须安装限制器,但进气量限制器降低了发动机最大的进气量和燃料的燃烧速率,造成了进气管内的压力损失,从而导致赛车的实际油耗相对增加.以单缸四冲程赛车发动机为研究对象,利用AVL BOOST分析软件对所建立的FSAE赛车发动机模型进行仿真,分析限制器造成的进气管内的压力损失以及对发动机功率、充气效率和燃油消耗的影响,根据分析结果结合电喷系统的特点建立了进气量修正方案.最后通过对发动机喷油脉宽的检测,验证了进气量修正控制单元满足设计要求,从而达到了降低油耗、提高赛车的竞争力的目的.
【总页数】6页(P422-427)
【作者】吴新烨;罗树友;黄红武
【作者单位】厦门大学建筑与土木工程学院,福建厦门361005;厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门361005;厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门361005【正文语种】中文
【中图分类】U464.12
【相关文献】
1.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
2.改善发动机燃油经济性技术研究 [J], 欧阳华;孙莹
3.改善发动机燃油经济性技术研究 [J], 欧阳华;孙莹;
4.FSAE赛车发动机谐振进气系统仿真及设计 [J], 洪汉池;白煜杰;钟铭恩
5.改善二甲醚发动机燃油经济性的试验研究 [J], 吴君华;张光德
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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赛车发动机进排气管分析公路与汽运总第１５２期Ｈｉｇ＾例口了ｓ＆Ａ“￡ｏｍｏ￡ｉｕｅＡ乡夕￡ｉｃ口矗０７ｌｓ１９ＦＳＡＥ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５１０００６）摘要：运用ＧＴ—Ｐｏｗｅｒ软件建立ＦＳＡＥ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，Ｉ生能的影响。

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，舍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；ＦＳＡＥ赛车；发动机；进气管；排气管；ＧＴ—Ｐｏｗｅｒ软件中图分类号：Ｕ４８３文献标志码：Ａ文章编号：１６７ｌ一２６６８【２０１２）０ｓ一００１９一０３ＦＳＡＥ比赛已经吸引众多高等院校的参与，比称为“虚拟发动机”，是目前国内外高等院校进行研赛规则的基本要点是赛车使用排量不超过ｏ．６Ｌ的究的模拟仿真工具。

ＧＴ—Ｐｏｗｅｒ可模拟多种类发发动机，比赛项目包括静态项目和动态项目。

其中，动机，也可用于预测发动机的多种性能，如进排气管动态项目包括加速性、弯道性能和操作稳定性等。

的空气流速和流量、进排气系统的温度和压力、功赛车发动机的所有进气都通过直径为２０ｍｍ的限率、扭矩及ＮＯ。

排放、催化剂化学反应等。

ＧＴ—流阀，如图１所示，限流阀必须设置在发动机节气门Ｐｏｗｅｒ是基于面向对象的交互式界面，从模型图的和进气门中间，这将导致低速时发动机扭矩较小、高建立、运行到数据的后处理，其操作简便、高效。

其速时充量系数不高。

因此，提高发动机低速时的扭界面如图２所示。

矩和高速时的功率显得尤为重要。

该文对一款排量为Ｏ．５９９Ｌ的ＣＢＲ６００型汽油机进行优化改进设ｌｋ“一－?ｈ”岫一Ｉ一¨’ｏ，，?：二?－，…、鲁℃文气．，◆＿４《吐?，?Ｅ等ｊＪ２了且＃目＊，ｉ‘蕾：省２ｒ，计，改善其动力性，从而提高ＦＳＡＥ赛车的竞争力。

图ｌ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。