基于CFD的汽油机进气歧管设计研究含开题及说明书
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外文文献翻译
进气和排气
一 进气歧管
首先介绍了梅赛德斯300SL 1954、进气歧管是不是一个新技术。这里讨论的只是因为它的原则是有用的,我们进一步研究可变进气歧管。
1950年以前,工程师们认为短进气歧管是发动机呼吸的最佳选择。然后,他们发现,在某些条件下,长进气歧管实际上可以提高产量,由于所谓的“增压效应”。这是怎么做的?让我们看看下面的插图:
当新鲜空气吸入燃烧室时,它在进气歧管中聚集速度和动量。当入口阀门关闭时,快速移动的空气撞击阀门并压缩,产生高压。没有地方去,这种高压反弹,沿着进气歧管,击中在另一侧的全会和反弹回来。这样,高压来回沿进气歧管到进气阀再次打开,创建 压力波。
现在有趣的是:如果进气阀在压力波回来的时候完全打开,压力波会因为高压而帮助燃烧室充电。这与用轻增压器增压燃烧室不同,因此我们称之为增压效应。
为了匹配阀门开启的时间,压力波的频率应与发动机转速同步,明显。这个频率取决于进气歧管的长度(L在图中)。长度越长,压力波恢复的时间越长,压力波的频率越低。其结果是,较长的进气歧管导致增压效果在较低的发动机转速。较短的歧管导致增压效应在更高的转速。通过选择合适的歧管长度,我们可以得到所需的功率特性。
计算发现,为了实现有益的增压效果,进气歧管应异常长。如果太短,压力波会在阀门开启之前多次在歧管中来回跳动,这时高压会大大降低。因此,调谐进气歧管应该是长的。
不幸的是,调谐进气歧管只工作在一个狭窄的转速带。如果发动机转速超过波段,压力波到达进气行程太晚,贡献不充电。如果发动机运行低于转速带,压力波将到达进气阀打开之前。在这两种情况下,压力波的低压区甚至可以对气缸充电,阻碍转矩输出。
跑车发动机可以采用较短的调谐进气歧管优化其输出在高转速(费用低到中等转速输出)。与此相反,一个沉重的轿车或商用面包车发动机可以选择一个较长的流形,有利于低转速输出的价格高转速输出。正如你所看到的,流形长度的选择总是一种折衷。这就是为什么许多现代发动机转向可变进气歧管…
二 可变进气歧管(进气 )
自上世纪90年代中期以来,可变进气歧管在自然吸气式发动机上得到了广泛的应用,主要用于拓宽扭矩曲线,或者提高发动机的灵活性。传统的调谐进气歧管集中在一个狭窄的转速范围。与此相反,提供了2个或更多的进气配置阶段,以处理不同的发动机转速。这听起来很像可变气门正时,但一般来说生产成本较低,因为它只涉及一些铸造或塑料歧管和一些电动阀。这解释了为什么它被应用到更便宜和更小的发动机VVT走红之前。今天,许多发动机采用这两种功能,以达到最佳效果。
然而,可变进气歧管是很少使用涡轮增压或增压引擎-大众的2 TFSI发动机是少数例外之一。这是因为强迫感应已经提供了很强的增压作用。这在很大程度上降低了成本效益,因此其额外的成本和重量难以自圆其说。随着越来越多的汽车转向涡轮增压发动机,预计在未来可预见的未来,汽车的普及将会降温。
有两种类型:可变长度型和谐振型。
三 可变长度进气歧管(VLIM)
可变长度进气歧管是直接调节传统进气歧管的缺点。如果一个固定长度的进气歧管进行了优化,一个非常狭窄的转速波段,为什么不给它2套进气歧管,一个短管,以高转速,而另一个长管,以低转速?通过使用简单的蝶阀,长和短管道之间的切换是容易的。
一些早期的VLIM系统,这样福特2.5 Duratec V6,用单独的长和短的管道,这是很明显的在这里。短管到最近的气缸组,而长管转到相反的银行。这样的安排是空间啮合。空间的缺乏导致使用的管道变窄,因此它不是非常适合高性能发动机。
这就是为什么大多数VLIM系统,像这样一个在本田K20C引擎,有长、短进气路径共享同一流形。在低转速时,空气流经长歧管;在高转速时,阀门打开一个捷径路径,从而空气加入歧管在稍后阶段。
四 三级可变长度进气歧管
如果2个阶段不够好,以扩大扭矩曲线,为什么不使用3个阶段?
这里显示的是奥迪4.2升40阀V8用在上世纪90年代末到2000,VLIM系统位于v-valley节省空间。系统内有两个襟翼。两个封闭的,新鲜的空气贯穿歧管的全长。一个皮瓣打开,空气通过一个捷径路径。随着另一个皮瓣打开,甚至更短的路径建立。
以下的扭矩曲线显示的VLIM 3阶段的影响:
三级系统是更复杂一点,空间啮合比二级系统。最终被放弃,当奥迪推出双连续可变气门正时及FSI扩大扭矩曲线。
五 连续可变长度进气歧管-例如宝马
宝马的Diva(区分可变进气)系统首次引入到N52的V8引擎在7系列2001。它是世界上第一个连续可变长度进气歧管。
原理简单。各缸的进气歧管安装在圆形和半凹进v-valley。内壁实际上是一个转子,入口位于其上。当转子旋转,在关系到歧管外壳进风口移动位置。这改变了进气歧管的有效长度,从最大673毫米到231毫米。
低于3500转,使用最大的流形长度优化低端扭矩。超过3500转,转速逐渐降低根据长度,保持在最佳水平 增压效果。
作为主角需要一个圆形建筑,它占用更多的空间(特别是高度)比其他VLIM系统。这阻止它成为流行。就连宝马本身也不热衷于这项技术。当4.4升V8引擎扩大到4.8升,其额外的扭矩允许宝马为简单两VLIM系统放弃DIVA。下一代V8甚至切换到涡轮增压,所以女主角没有希望返回。今天,它仍然是唯一的连续可变进气歧管以往任何时候都生产。
六 谐振进气歧管
拳击手发动机和V型发动机可以采用共振进气歧管扩大扭矩曲线。每个气缸由一个共同的增压室通过单独的管道供给。由两个不同直径的管道相互连接的两个增压室。其中一个管路可由发动机管理系统控制的阀门关闭。点火顺序布置使气缸从每个腔室交替地呼吸,在它们之间产生压力波。如果压力波的频率匹配转速,它可以帮助填充气缸,从而提高了呼吸效率。由于频率也取决于互连管的横截面面积,通过关闭其中一个在低转速,面积以及频率降低,从而提高输出在较低转速。在高转速时,阀门打开,从而提高了高速气缸灌装。
这是保时捷996 GT3的谐振进气系统。注意它有2个管道连接在2个通风室之间。
谐振进气系统已经广泛应用于各种保时捷从964 Carrera。993,保时捷将其与一个额外的可变长度的歧管形成三级进气系统的名字 varioram。然而,该系统消耗的空间(见右下图),所以从996转发回复只有谐振进气系统,虽然保时捷一直使用的名称varioram。本田NSX是谐振进气系统的另一种罕见的应用。
A:低于5000转:长管;共振进气禁用。
B:5000-5800转:长管加短管谐振进气,一连接管的谐振进气关闭。
C:5800转以上:长管加短管共振进气,两个相互连接的管道的共振口打开。
七 调整排气和可变背压排气
排气歧管的设计与进气歧管不同。废气以高压脉冲的形式排出。如果你对脉搏有一个微观的分析,你会发现脉搏并不总是高压的。事实上,在第一次压力激增后不久,有一段负压(即低于大气压力或1巴),如下图所示。为什么?由于气体脉冲具有质量和动量。为了让你更容易理解,想象的气体脉冲作为一个大卡车运行在公路上,你站在路边。当卡车经过你的时候,你的头发很可能被拖到公路上,因为卡车后面有一个低压区域。卡车运行速度越快,压力越低。
如果我们可以收集所有的排气管的排气脉冲相同长度的排气歧管(或“头”),我们将得到一个均匀分布的脉冲串。有趣的是,这种均匀分布的脉冲串实际上有助于吸入废气的燃烧室,作为一个脉冲的低压尾吸下一个脉冲,所以。当进气阀和排气阀在重叠期间打开时,上述效果甚至有助于吸入新鲜空气进入燃烧室。其结果是,这种效应被称为“反向增压”或“清除”。
为了充分利用扫气效果,必须采用等长排气歧管。此外,减少各缸的排气脉冲之间的干扰,个人管应长。这解释了为什么大多数赛车发动机和高性能发动机采用调整排气歧管与非常长和奇怪的路由管道。
调整排气歧管(头)宝马M3 V8。注意收集器前的各个管子长而等长。
为了达到清除效果,排气歧管中的气体流量应足够快。再次乘坐我们的卡车的例子,如果卡车在高速公路上缓慢巡航,几乎没有任何真空效果,你可以感受到。排气脉冲相同。为了加速气流,显然,最好的方法是在整个排气系统中使用窄排气管,包括歧管、收集器和消声器。然而,狭窄的管道也会产生更多的气体流动阻力,或者我们称之为“背压”。在高转速的废气率是巨大的,背压将大到足以超过清除效果的好处。因此,窄的排气管只有利于低转速输出。相反地, 大直径排气管降低背压在高转速,提高顶端功率,但在低转速的废气流量太慢,产生清除效果,所以它的输出在低转速。
这就是为什么许多性能车选择 可变回压排气。在低转速时,排气通过消声器中的一个狭窄的路径,它由多个阶段的消声器。这返回相对较高的背压,但狭窄的路径导致流速高,因此良好的清除效果。在高转速时,旁路阀开启至第二路径,使气体逸出,减少背压,提高输出功率。
八 可变背压排气原理
旁通也改变声音的质量,使它越来越“运动”。因此可变背压排气是流行的跑车
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