第5 l卷第 9期 V0 l _ 51 No .9

農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程 A G R I C U L T U R A L E Q U I P ME N T&V E HI C L E E N G I N E E R I N G

2 0 1 3年 9月 S e p t e mb e r 2 01 3

d o i: 1 0 . 3 9 6 9/ j . i s s n . 1 6 7 3— 3 1 4 2 . 2 0 1 3 . 0 9 . 0 0 6

F S AE賽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計 張欣欣，文健康，馮策，祁華憲，李曉剛 ( 2 1 0 0 3 1江蘇省南京市南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院)

[摘要]根據(jù)大學(xué)生方程式賽事對賽車發(fā)動機進氣限流的規(guī)定，并結(jié)合南京農(nóng)業(yè)大學(xué)寧遠車隊以往參賽的經(jīng)驗， 對新賽季賽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。對進氣系統(tǒng)形式及其相關(guān)部件參數(shù)進行選擇，并通過 G T - P o w e r 軟件所建立的發(fā)動機模型，進一步確定進氣總管長度與穩(wěn)壓腔體積這兩個參數(shù)。利用 C A T I A軟件建模和有限 元分析、 F l u e n t軟件仿真分析 .對進氣系統(tǒng)做了結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能方面的優(yōu)化。

[關(guān)鍵詞]F S A E賽車；進氣系統(tǒng)；仿真；優(yōu)化[中圖分類號]T K 4 1 3 . 4 4 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]1 6 7 3— 3 1 4 2 ( 2 0 1 3 ) 0 9— 0 0 2 0— 0 5

Opt i mi z a t i o n o f Eng i ne I nt ak e Sy s t e m i n a FS AE Ra c i ng Ca r

Z h a n g X i n x i n, We n J i a n k a n g, F e n g C e, Q i H u a x i a n, L i X i a o g a n g ( E n g i n e e i r n g C o l l e g e, N a n j i n g A g i r c u l t u r a l U n i v e r s i t y, N a n j i n g C i t y, J i a n g s u P r o v i n c e 2 1 0 0 3 1, C h i n a )

[ A b s t r a c t]A n e n g i n e i n t a k e s y s t e m w a s d e s i g n e d f o r a n e w F S A E c a r i n t h i s p a p e r, a c c o r d i n g t o t h e l i mi t o f F S C r u l e s t o e n - g i n e i

n t a k e s y s t e m a n d t h e e x p e i r e n c e s o f N i n g y u a n R a c i n g T e a m o f N a n j i n g A g r i c u l t u r l a U n i v e r s i t y . A f t e r c h o o s i n g t h e f o r m o f t h e i n t a k e s y s t e m a n d t h e p a r a me t e r s o f t h e r e l e v a n t p a r t s,e n g i n e mo d e l w a s c o n s t uc r t e d a n d s i mu l a t e d o n G T— p o we r s o f t w a r e t o d e t e r mi n e t w o p a r a me t e r s o f t h e l e n g t h o f t h e a i r i n t a k e ma n i f o l d a n d t h e v o l u me f o t h e p r e s s u r e s t a b i l i z i n g c a v i t y . T h e 3 D mo d e l o f t h e i n t a k e s y s t e m wa s b u i l t a n d t h e f i n i t e e l e me n t a n ly a s i s w a s d o n e b a s e d o n CA TI A s o f t wa r e . S i mu l a t i o n f o a i r l f o w i f e l d w a s c o n d u c t e d o n t h e b a s i s o f F l u e n t s o f t wa r e . T h e r e f o r e,t h e g e o me t r y a n d me c h a n i c a l p e r f o ma r n c e s we r e o p t i mi z e d or f t h e i n t a k e s y s t e m o f t h e F S AE c a r .

[ Ke y wo r d s] f o mu r l a F S A E; e n g i n e i n t a k e s y s t e m; s i mu l a t i o n; o p t i mi z a t i o n

0 引言 大學(xué)生方程式汽車大賽 (簡稱“ F S A E” )是由 美國汽車工程協(xié)會舉辦的一項方程式賽車比賽。

在該項賽事中，要求由設(shè)計團隊按照比賽規(guī)則設(shè)計、制造和測試一輛小型方程式賽車。影響賽車性能的核心部件為發(fā)動機 .而發(fā)動機的進氣系統(tǒng)對于發(fā)動機性能有著非常重要的影響。賽式規(guī)則中， 對于進氣系統(tǒng)主要有 4點要求：①進氣系統(tǒng)不得

求對該發(fā)動機進氣系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。

1 進氣系統(tǒng)方案的確定 1 . 1進氣系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

進氣系統(tǒng)作為發(fā)動機的供給系統(tǒng)，主要包含了空濾器、節(jié)氣門、進氣總管、進氣歧管、進氣門。 1 . 2進氣形式的確定

進氣方式主要有自然進氣、渦輪增壓、機械增壓三大類。渦輪增壓和機械增壓均能增加充氣效

超出外框；②節(jié)氣門必須為機械控制；③進氣歧管必須用支架或機械固定：④必須在進氣系統(tǒng)節(jié)氣 門與發(fā)動機之間加裝限流閥。并且所有進入發(fā)動

率[ 。但渦輪增壓會使發(fā)動機的零部件長期處于高負荷狀況，零部件易受損，導(dǎo)致日后的維護成本較高，維修也不方便：更大的弊端是在低轉(zhuǎn)速下渦輪有遲滯現(xiàn)象，輸出不線性，不利于操控。機械增壓則需要對發(fā)動機內(nèi)部進行改動，效率不如渦輪增壓。反觀自然進氣，雖然沒有增壓器，但可以通過改變進氣管長度提高充氣效率。根據(jù)賽事規(guī)則與參賽內(nèi)容，發(fā)動機常處于中低轉(zhuǎn)速工況。因此， 確定進氣方式為自然吸氣。 1 . 3進氣管形式的確定本文采用對稱布置的進氣管形式。如圖 1所

機氣缸的進氣氣流應(yīng)流過該限流閥 (最大直徑 2 0 m m,且截面不能發(fā)生變化 )[ 。 根據(jù)國外賽車發(fā)動機的選用情況 E 2] .南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院寧遠車隊將選用 H o n d a C B R 6 0 0 R R

摩托車發(fā)動機為賽車發(fā)動機，并根據(jù)賽事規(guī)則要

項目來源：國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目(項目編號： 1 2 3 0 B 0 1 )

收稿日期： 2 0 1 3— 0 5— 2 1

修回1 3期： 2 0 1 3— 0 5— 3 0

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