FSAE发动机进气量修正系统的设计与验证_吴新烨

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FSAE赛车发动机进气系统结构参数优化

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赛车发动机进气系统优化设计

ｇｉｎｅｉｎｔａｋｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｉｒｅｎｃｅｓｏｆＮｉｎｇｙｕａｎＲａｃｉｎｇＴｅａｍｏｆＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｌａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ａｆｔｅｒｃｈｏｏｓｉｎｇｔｈｅｆｏｒｍｏｆ
元分析、Ｆｌｕｅｎｔ软件仿真分析．对进气系统做了结构和力学性能方面的优化。
［关键词］ＦＳＡＥ赛车；进气系统；仿真；优化［中图分类号］ＴＫ４１３．４４［文献标志码］Ａ［文章编号］１６７３ — ３１４２（２０１３）０９ — ００２０ — ０５
ｔｈｅｉｎｔａｋｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｐａｒｔｓ，ｅｎｇｉｎｅｍｏｄｅｌｗａｓｃｏｎｓｔｕｃｒｔｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｏｎＧＴ — ｐｏｗｅｒｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｗｏｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅａｉｒｉｎｔａｋｅｍａｎｉｆｏｌｄａｎｄｔｈｅｖｏｌｕｍｅｆｏｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｃａｖｉｔｙ．Ｔｈｅ３ＤｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｉｎｔａｋｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎｌｙａｓｉｓｗａｓｄｏｎｅｂａｓｅｄｏｎＣＡＴＩＡｓｏｆｔｗａｒｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏａｉｒｌｆｏｗｉｆｅｌｄｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆＦｌｕｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｅｒｆｏｍａｒｎｃｅｓｗｅｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｏｒｆｔｈｅｉｎｔａｋｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＦＳＡＥｃａｒ．

FSAE赛车发动机进气系统设计

收稿日期 =2017-02-16 作者简介：郑颖，主要研究方向：汽车工程。
( 2 ) 进气歧管长度和稳压腔的体积。根据公式（1 )计算进
气歧管的长度。
L= 3 0 a/(nq)
⑴
L a a 其中，表示要计算的进气歧管的长度 ; 为声速，取 =
自身结构储存一定量的空气来减缓抢气，从而改善发动机进
气系统的综合进气性能。
1 采用稳压腔的赛车进气系统 C A TIA 模型
( 1 ) 结构选择。由于汽车的行驶方向总是逆着空气的流动方向，所以进气系统最前端的撞风量较大，针对这一问题，本次设计的赛车进气系统采用对称式的进气管结构，这种布置形式有利于各缸的进气平衡，改善进气歧管上喷油器的喷油效果，并在一定程度上减少了回火等不良现象的发生；同时，这种形式的进气管与进气歧管上没有凹面，受力均匀，增加了稳压腔的刚度。
率和限制车速，并且要求限流阀必须设置于发动机节气门和
进气门之间。但加装限流阀相当于增加了进气的阻力，即改变
了原来发动机的输出性能；另外，赛车发动机一般为多缸结

FSAE赛车发动机进排气系统优化设计

智能网联汽车术专辑
·2019 中国汽车工程学会年会优秀论文（选登）·
FSAE 赛车发动机进排气系统优化设计*
芮宏斌张帅帅史洋鹏蔡斌郑文哲
（西安理工大学机械与精密仪器工程学院，西安 710048）
【引用】芮宏斌，张帅帅，史洋鹏,等. FSAE 赛车发动机进排气系统优化设计[J].汽车文摘，2019（10）：34-39. 【Citation】Rui H., Zhang S., Shi Y., et al. Optimization of Engine Intake and Exhaust System in A FSAE Racing Car[J]. Automotive Di⁃ gest (Chinese), 2019(10):34-39.
Key words: FSAE, Engine intake and exhaust system, Simulation, Optimization
0 引言
发动机的进排气系统设计对车辆动力性、燃油经济性评价指标—功率和油耗的影响较大[1]。中国大学生方程式汽车大赛（FSAE）按赛事规则[2]要求，发动机进气系统用限流阀的安装直径为 20 mm，这种进气系统布置结构对发动机的动力性有较大影响，会导致赛车在动态项目中发动机低速时扭矩和高速时功率的
【摘要】为提高 FSAE（Formula SAE）赛车的性能，对其发动机进排气系统进行数值仿真，获得优化设计方案。利用 FLU⁃ ENT 对限流阀流场进行计算，得到流量损失最小的入口和出口锥角。运用 GT－Power 软件建立发动机仿真分析模型，通过实测外特性曲线比对验证模型的准确性；以发动机进排气系统结构尺寸作为单一变量，分析发动机进排气歧管几何参数对发动机动力性能的影响规律，根据所得参数提出优化设计方案。通过对比分析可知优化后发动机的功率、最大扭矩均有较大的提升，同时峰值扭矩的输出转速区域加宽，输出更加平稳，最大扭矩增加 11.6%。另外，峰值功率对应的转速点向高转速移动，弥补了安装进气限流阀对发动机动力性能下降的影响，达到了设计要求。

FSAE赛车进气系统流场分析及优化

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。

基于ANSYS软件的FSAE赛车发动机进气系统设计

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｉｎｔａｋｅｓｙｓｔｅｍｏｆＦＳＡＥｃａｒｅｎｇｉｎｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｃｏｍｐｌｙｗｉｔｈｔｈｅｒｕｌｅｓｏｆｔｈｅ
应用天地
己口ｌ７年７月第］５卷第７期
基于ＡＮＳＹＳ软件的ＦＳＡＥ赛车发动机进气系统设计
郑颖郑显锋弋驰
（１．西安航空学院西安７１００７７；２．航天六院测试计量研究所西安７１００００）
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＳＡＥｃａｒ；ｅｎｇｉｎｅｉｎｔａｋｅｓｙｓｔｅｍ；ｐｌｅｎｕｍｃｈａｍｂｅｒ
ｇａｍｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｈｉｇｈ — ｓｐｅｅｄａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＦＳＡＥ，ｔｈｅｐｌｅｎｕｍｃｈａｍｂｅｒｉｓｉｎｓｔａｌｌｅｄｉｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅａｉｒｉｎｔａｋｅｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｒｓｔ，ｄｅｓｉｇｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｅｎｇｉｎｅａｉｒｉｎｔａｋｅｓｙｓｔｅｍｏｎｏｕｒｓｃｈｏｏｌｔｅａｍ

毕业设计(论文)-fsae进气系统设计与分析【毕业论文】[管理资料]

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

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

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

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
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修回日期：2013 － 11 － 08 收稿日期：2013 － 09 － 12 基金项目：国家自然科学基金（ 51305372 ） Email：wuxinye@ xmu． edu． cn。作者简介：吴新烨（ 1980 －），博士，助理教授，主要研究方向：汽车轻量化及安全，：． FSAE ．南京理工大学学报， 2014 ，引文格式吴新烨，罗树友，黄红武发动机进气量修正系统的设计与验证［J］ 38 （ 2 ）：234 － 240．投稿网址：http： / / njlgdxxb． paperonce． org
利用涡流增压器提高进气压力，进而提高发动机［2 ］扭矩的输出。许建民等分析了限制器安装的利用 CFD 分析软件位置对发动机动力能的影响，
总第 195 期
吴新烨
罗树友
黄红武
FSAE 发动机进气量修正系统的设计与验证
235
改进了进气系统的设计。D Cordon 等利用 WAVE 分析软件对赛车发动机进行一维循环模拟仿真，分析了进气量限制器对发动机性能的影响并优化［3 ］了进气系统设计。 M Claywell 等人通过 1D＆
戴尔豪西大学研究利用文丘里管连接进气管与发动机，其中文丘里管中心部分为圆形进气限制器，该结构一定程度上降低了限制器造成的压力损失。然而目前研究大多没有考虑限制器对赛车燃油消耗的影响，特别是对应用发动机电喷系统的。赛车的影响事实上限制器引起的进气管内压力损失，降低了发动机电喷系统对进气量测量的准确度，破坏了喷油和空燃比的控制精度，使得赛车实际油耗增加，降低了赛车燃油经济性和在耐久性比赛项目中的竞争力。
［4 ］ 3D 耦合分析的方法，对进气限制器改进设计。
可以完全燃烧，此时发动机具有较好的经济性和排放性，但考虑到发动机的综合性能，在不同的工作状况下需要不同的空燃比。发动机工况通常可以分稳态工况和过度工况两大类。（ 1 ）稳态工况空燃比控制要求发动机进入稳态工况工作时，发动机已经完全预热，进入正常运转，且转速和负荷在一定的时间内不会发安生突变。稳态工况下，传统汽油机负荷［ 8 ］变化时所需的空燃比控制要求如图 2 所示。
［7 ］放性有着密切关系。图 1 所示，气缸内混合 12 ～ 13 气体燃烧温度在空燃比为时出现最高值，
此时火焰传播的平均速率最高，最高爆发压力达到最大值，发动机输出最大功率，该空燃比称为功率空燃比。而当空燃比约为 16 时，空气稍微过量，而燃油完全燃烧，发动机的燃油消耗达到最低，此时的空燃比称为经济空燃比。发动机正常工作时，空燃比一般介于功率空燃比和经济空燃比之间，可以是发动机获得良好的性能。
成正比，
因此发动机每一循环所需的燃油量可以通过控制（2）
式中：K 表示常数，由喷油器的结构决定，表示实
n
（3）
Fc 为基本喷油时间， n 为喷油无效时间，喷油的修正系数。基本喷油时间由气缸进气质量 G a 和目标空燃比 A / F பைடு நூலகம்定，即 Ga Gf = A /F 根据式（ 2 ）可知 Ga = K · （ A / F）
DOI:10.14177/ki.32-1397n.2014.02.012
第 38 卷第 2 期 2014 年 4 月
南京理工大学学报
Journal of Nanjing University of Science and Technology
Vol． 38 No． 2 Apr． 2014
FSAE 发动机进气量修正系统的设计与验证
黄红武吴新烨，罗树友，
（厦门大学机电工程系，福建厦门 361005 ）
要：针对限制器引起的进气管内压力损失会增加赛车实际油耗的问题，该文以单缸四冲程赛车发动机为研究对象，从混合气体空燃比控制、喷油量的控制和进气量测量 3 个方面分析了摘电喷系统，结合电喷系统的特点建立了进气量修正方案，在此基础进行了控制单元的硬件和软件设计。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，达到了降低油耗、提高赛车竞争力的目的。关键词：SAE 方程式赛车；限制器；控制单元；油耗中图分类号：U461． 8 文章编号：1005 － 9830 （ 2014 ） 02 － 0234 － 07
c
2
2． 1
喷油器驱动信号分析
喷油特性分析
）段时间喷油器
喷油器是发动机电喷系统的执行元件，它根据电控单元发出的控制信号，在一定的时刻喷射一定数量的雾化良好的燃油。喷油器的结构如图 4 所示。
喷油控制信号在发动机的 4 个工作行程：进气行程，压缩行
程，做功行程，排气行程中，喷油时刻一般在排气行程上止点前一个角度，电控单元通过调整控制信号有效电平脉冲的宽度及周期实现喷油控制。喷油控制信号如图 5 所示。
图2
发动机负荷变化时所需的空燃比
1 赛车电喷系统空燃比控制策略分析
电喷系统很大程度提高了发动机的功率和扭［5 ］矩，降低了发动机油耗和废气排放量。空燃比的控制是发动机控制核心之一，它直接影响发动机的动力性、经济性和排放性能。 1． 1 空燃比对发动机性能的影响空燃比与发动机的动力性、燃油经济性和排
［ 10 ］不足，满足了空燃比高精度控制的要求。 1． 4 赛车电喷系统空燃比控制流程图
南京理工大学学报
第 38 卷第 2 期
p b 表示进气压力， t 表示开 p f 表示燃料的压力，阀持续的时间。对于发动机特定型号的喷油嘴来说，其流量系数 μ n 和喷油嘴的面积 F n 都是定值，并且由于燃油压力调节器的作用使得喷油嘴的喷油压力与进气歧管的压力差（ p f － p b ）保持恒定，所以喷油器的每次喷油量仅与开阀持续的时间喷油时间来确定 Gf = K · 际喷油时间 = p· Fc + 式中：
p t
赛车发动机空燃比控制流程图如图 3 所示，电喷系统根据曲轴位置传感器、进气压力传感器、进气温度传感器信号确定发动机的进气量，然后根据目标空燃比确定基本喷油量。电喷系统通过曲轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却水温度传感器信息判断发动机的工况，确定闭环控制或开环控制，最后确定实际喷油量，并有电控单元产生喷油信号驱动喷油器。
图5 图4 喷油器的结构
电控单元喷油控制信号
喷油器单次喷油质量 G f 的计算公式为 2· gd f （ p f － p b ） G f = μ n F n· 槡
t
不同的负荷和转速下，喷油控制信号的喷油周期 0 与喷油时间是不同的，以满足此工况下（1）空燃比的控制要求。喷油周期 0 随着转速的增加逐渐缩短，而喷油脉冲宽度直接反映了发动机每一循环的喷油量的变化。
Design and verification on air inflow correction system of FSAE engine
Wu Xinye ， Luo Shuyou， Huang Hongwu
（ Department of Mechanical and Electrical Engineering ， Xiamen University ， Xiamen 361005 ， China） Abstract：In view of that the pressure loss in the air inflow pipe caused by the resrtictor makes the actual fuel consumption relatively increaseing ， the fourstroke engine of the formula SAE car is investigated here． The electronic fuel injection （ EFI） system is analyzed from three aspects of the airfuel ratio control of the mixed gas， the control of fuel injection quantity， and the measurement of air inflow． According to the characteristics of the EFI system ， the air inflow correction scheme is designed ， and the hardware and software of the control unit are accomplished． The test of pulsewidth of EFI system shows that the control unit of air inflow correction can meet the design requirements， reduce the fuel consumption， and improve the competitiveness of the FSAE． Key words：formula SAE ；restrictors；control unit；fuel comsuption 目前针对赛车进气量限制器的研究主要集中在如何增加发动机的进气量，降低进气限制器造［1 ］成的进气管内压力损失。 H Enomoto 等研究了
图1
空燃比对发动机性能的影响
动、暖机、加减速、大负荷以及减速断油的工况下，［ 9 ］要采用开环控制。空燃比的闭环控制在开环控制的基础上增加了氧传感器信号的反馈，从而构成了闭环控制回路。闭环控制弥补了了开环控制的
1． 2
空燃比的控制要求从理论上讲，混合气体在理论空燃比时，燃油
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