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FSAE赛车发动机进气系统改进设计及流场特性分析

李志丰  
【摘要】: 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。 进气管可变技术作为电喷汽油机的一项关键技术,可以使汽油机的进气系统适合较宽的转速范围,使发动机在不同转速下提高充气效率,并且能够保证发动机在高速工况下具有较高的流通性能,在低速工况下缸内气体具有较强的涡流和滚流运动,从而改善发动机动力性和经济性,降低排放指标,本文主要是针对FSAE赛车发动机进气系统进行的改进设计研究及流场特性分析。 首先研究了进气管中气流运动的波动效应和能量损失以及进气过程中一维非定常流动的数值解法。用GT-Power软件建立了发动机模型,分析了进气管长度变化和稳压腔容积变化对发动机性能的影响,确定改进后的进气系统采用二级可变进气管技术,利用GT-Power模拟确定了二级的管长分别为250mm和600mm,二级的切换点为4500r/min。 借助计算流体力学(CFD)辅助内燃机分析理论,利用三维流体计算软件FIRE对改进前后的发动机进气系统包括空气滤清器-进气管-进气道-进气门-气缸进行了流场模拟。比较了改进前后进气系统在不同气门升程下的质量流量、进气门出口速度。 本文采用计算机辅助分析手段,将一维发动机工作过程循环模拟与三维CFD流场分析结合,对原发动机进气系统进行了改进。结果提高了质量流量和进气门出口速度,减少了流动损失,提高了发动机在中高速转速时的转矩和功率。本文所采用理论和方法,可以为进气系统改进设计提供依据,在理论上和工程实践上都具有重要的价值和意义。


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