发动机进气设计

发动机进气设计

进气部分认识：

Plenum:稳压箱Cylinder Runner:进气歧管

我们主要研究方向是稳压箱体积和进气歧管长度，进气总管的长度与布置有关。总的来说稳压箱体积影响着扭矩和功率还有发动机响应，进气歧管长度影响着平均有效压力，当然对扭矩和功率是有直接影响的。

1稳压箱体积选择：

由于缺乏实验装置，只好借鉴国外的实验。这个实验是在进气总管和进气歧管一定的情况下（进气总管长度符合动态效应），改变稳压箱

体积，通过一系列测试来探

究不同稳压箱体积下发动机

的表现。（F4I发动机）

扭矩与功率

这附图是稳压箱体积1.2L时

与6.0L时发动机的扭矩曲线，可以看到在7000之前，较小的稳压箱有比较小的一个扭矩优势，但是超过7000转之后，较大的稳压箱可以保证扭矩持续输出。图中可以明显看到较大的稳压箱的引擎扭矩远

大于小稳压箱。由于赛车的

加速与扭矩有着直接关系并

且FSAE比赛对车速要求不

高对加速要求很高，所以要

在扭矩提升上下很大功夫才

行。作图时最大功率的对比。

稳压箱压力

左边这幅图则是稳压箱压

力与凸轮轴角度变化的关

系图，其中TC是上止点，

BC是下止点。IVO/IVC分

别指气门开启与关闭。可以

看出较大的稳压箱在进气

时可以提供很好的稳定压

力，而小的稳压箱在上止点与下止点时压力波动很大。有可能是因为稳压箱体积太小会影响到每个进气歧管的动态效应，歧管里不同时段的compression wave 受到了削弱，这可以从下图的2.4L的稳压箱的充气效率急剧下降看出。原因可能是因为小稳压箱里的膨胀波比大稳压箱要大，所以互相影响

很大，导致充气效率下降。

Transient Response瞬时响

应

这里用到了一个方法就是

60ms throttle transient 大

概就是油门瞬间开启吧。

这幅图是平均有效压力

（平均有效压力越大引擎

做工能力越强）与cycle就

是冲程的关系。可以看到

6.0L的平均有效压力在6

个冲程之后才达到平均水

平。最小的稳压箱有最好的

响应，其他体积则差不多。这里值得注意的一点是，6个cycle的延时，就算最有经验的车手能感觉的出来么？所以不要用太大的稳压箱都是可以的。

14号图，体现的是缸内压力与冲程在油门瞬间开启时和之后的状态，也可以看出，不要选太大的稳压箱都是可以的。图15是歧管压力与cycle。小的稳压箱在节气门全开之前，已经让歧管压力超过了大气压最后一幅图：。是瞬间开启油

门时气体充满稳压箱的时间

对比。看完这么多数据。下面

总结一下：

1：不论用多大的稳压箱，在

fsae的限流规则下引擎在

6500转左右会有一个峰值，我

们在传动与末级减速比，也就

是大链轮的大小上要考虑到。

2：6.0L的稳压箱较1.2L的稳压箱提高了31%的扭矩（12500rpm）3：进排气的动态效应在大的稳压箱中才能得到发挥。

4：Torque development was only delayed by 1 to 2 engine

cycles 60 ms when comparing the largest and smallest plenum volumes. 5:小于4.8L的稳压箱都能在油门全开前将进气歧管充满。

6：基本上人是感觉不到引擎的延迟的。

所以综合的来看把稳压箱定在4.8L是比较合适的，可以让我们的赛车有比较高的扭矩。而它的副作用是比较小的。

2．进气歧管长度的计算：

这里介绍一下进气系统的动态效应：

合成波。为了是第一次反射密波

在进气后期到达气门口，进气歧

管长度和转速要合理匹配。

这里可以通过音速与节气

门开启频率等来计算L的

长度。由于时间比较紧。我

就套用公式来计算。

其中k是指气门开启的总

角度与派的比值。a 是指音

速也就是波的传播速度，v

是指在进气歧管入口处的

气流速度，就是稳压箱里的

气流速度，这里取v=0。N 是引擎的转速（角速度），也就是你想用到那一段的转速。因为动态效应是与转速对应的，只能在一定转速下发挥作用。与部长交流后我们定在6000转左右。下面是f4i发动机的数据。

通过给出的进气门开合提前与晚关角，我们可以得出进气门开启角度为270度。所以K=3/2。又a=speed of sound=340.4m/s N=200pai rad/s 可得L=0.20316m =20.3cm

用另外一种方法计算，见上图- - q为1.5 2.5 3.5 4.5…….时上循环的残余密波到达，对充量系数有利。具体过程问我……因为进气的部分比较复杂，影响的因素也特别多，所以只能在大方向上计算长度，计算的结果还需要试验来验证。

3.制造工艺：

由于使用铝或纯碳纤维来制造进气机构，在造型上有着极大的限制所以要使用更好的办法，下面介绍一下。

Fused Deposition Modeling + Composites 就是FDM快速成型系统，制造材料是P400 塑料。可以分各个部分成型后用epoxy黏在一起。

具体就是这个样子。在合肥已经找到制造的厂家。料外壳上包裹3层碳纤维复合

材料。碳纤维与塑料的粘合剂使用PTW&W PT2520

这是具体网页截图。这种粘合剂可以耐高温。碳纤维与塑料粘合的时候需要抽真空，目测市场上有许多这种产品，（放棉被用的那种）虽然不是全真空但是也是比较紧的。

另外还需要在进气歧管的内部涂上这种粘合剂，保护塑料在高温环境正常工作。（具体工艺到时候再说- -）最后是一张成品图，