fsae赛车发动机进排气管分析_彭才望

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1、公路与汽运总第１５２期Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ１９ＦＳＡＥ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；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：１６７１－２６６８（２０１２）０５－０

2、０１９－０３ＦＳＡＥ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０．６Ｌ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ＮＯｘ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

3、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０．５９９Ｌ的ＣＢＲ６００型汽油机进行优化改进设计，改善其动力性，从而提高ＦＳＡＥ赛车的竞争力。限流阀节气门图１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ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ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图２ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ软件界面统来提高发动机的

4、动力性。１ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ介绍２仿真模型的建立ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ是一款包涵内燃机两大机构和五ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ采用模块式结构建立发动机不同大系统的基于一维气体动力学原理的计算软件，被工况时的模型。发动机的内部元件（如缸体、空气滤公路与汽运第５期２０Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ２０１２年９月清器、进排气管道等）模块用方框表示，用圆形来连1.00原长度0.98加长5%接各个元件。各元件的结构、运行参数在相对应的0.96加长10%元件模块和连接件模块中进行定义。0.94加长15%率0.92ＣＢＲ６００型发动机的主要参数如表１所示。利效0.90气用ＧＴ－Ｐｏｗｅｒ软件建

5、立发动机模型，主要建立缸充0.880.86体、进气和排气３个模块。图３为发动机整机模型，0.84主要由管路和接头前后连接组成。0.820.80表１ＣＢＲ６００型发动机部分参数1000200030004000500060007000转速/（r·min-1）项目参数值项目参数值缸数４吸气方式自然吸气图４进气管长度对发动机充气效率的影响缸径／ｍｍ６７额定功率／ｋＷ５０．７170165冲程／ｍｍ４２．５最大扭矩／（Ｎ·ｍ）５１．９160压缩比１２∶１）155m150·N145（/辅助添矩140原长度加口135扭加长5%130加长10%125加长15%1212121211201234115输入空气滤进

6、气管容积腔进气管节流阀进气口进气阀1000200030004000500060007000端口清器接头接头转速/（r·min-1）21212气缸76输出排气管排气口排气阀图５进气管长度对发动机扭矩的影响端口接头511001~7为连接元件。90发动机80图３发动机模型70W60/k率50原长度３进气管长度对发动机性能的影响功40加长5%30加长10%进气系统结构对发动机的动力性能有较大影20加长15%响。根据ＦＳＡＥ赛事规则，必须在发动机节气门和101000200030004000500060007000进气门之间安装直径为２０ｍｍ的限流阀。发动机转速/（r·min-1）进气系统主要包括进气管

7、和进气道两部分，而进气管的形状包括长度、曲率和内径３个方面。下面主图６进气管长度对发动机功率的影响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速的动力性能及充气效率影响很大，且随着长度的系数，在发动机高速状态下，利用惯性增压效应，进增加，其影响越明显。发动机一定时，发动机转矩和气管长度越长，管内流速越高，吸入气缸的新鲜气体充量系数成正相关。因此，由于原发动机的高速谐越多。因为波动效应，