基于FSAE規則的賽車動力系統研究

摘要：本文根據大學生方程式賽車比賽規則要求，開發設計了參賽賽車的進氣歧管、排氣歧管，并完成整車動力系統的安裝和調試。通過實車測試表明賽車的動力系統在各工況下均能高效率地完成工作，本設計方案可行，效果較好。

關鍵詞：大學生方程式賽車；動力系統；進氣歧管；排氣歧管

1 引言

中國大學生方程式汽車大賽（簡稱“FSC”）是中國汽車工程學會主辦的全國性賽事，由高等院校汽車工程或相關專業在校學生組隊參加。大學生方程式汽車比賽對于動力系統主要針對發動機、啟動機、進氣系統、節氣門和節氣門控制、進氣系統限流閥、渦輪增壓和機械增壓、油路、噴油系統等作出相應的規范和要求。其中進氣系統限流閥要求如下：

1）驅動賽車的發動機必須為四沖程、排量在610cc以下活塞式的發動機。

2）可在規則的限制范圍之內改造發動機。

3）如果使用多個發動機，則總排量不得超過610cc，且所有進氣氣流必須流經同一限流閥。

4）為限制發動機功率，一個內部截面為圓形的限流閥必須安裝在進氣系統的節氣門與發動機之間，并且所有發動機的進氣氣流都應該流經此限流閥。限流閥最大直徑為20mm

5）禁止在限流閥和發動機之間使用任何可以控制進氣流量的裝置。

6）限制器必須安放在便與技術檢查時測量的位置。

7）任何情況下，限流閥的內部截面都不能發生變化（例如限流閥不能作為節氣門可動部件的一部分）。

本文根據大學生方程式賽車比賽規則要求，在進氣門與發動機之間增加一個20毫米的節氣閥，為此設計和改進氣歧管；根據建模結果，合理安排各器件位置，避免相互影響，最后完成各項調試。

2 動力系統研究

2.1賽車簡介

民族之魂賽車采用MoTeC-M84競賽型全替代式ECU、托森專業賽車用機械式限滑差速器、碳纖維復合材料車身，并且為保證賽車的原創性，賽車主要零部件全部獨立設計、制作完成，賽車基本參數如表1所示，基本配置圖如圖所示。

2.2進氣歧管設計

根據比賽規則在進氣口與發動機之間增加一個20mm的限流閥的要求，需要開發設計進氣歧管。FSAE大賽的各項規則限制了發動機的發揮，從而也限制了賽車的車速，重在考察賽車的加速性，發動機多數都在中低轉速運行。而氣道燃油噴射式發動機或柴油機，進氣歧管只是將潔凈的空氣分配到各缸進氣道。進氣歧管必須將空氣、燃油混合氣或潔凈空氣盡可能均勻地分配到各個氣缸，為此進氣歧管內氣體流道的長度應盡可能相等，同時，為了減小氣體流動阻力，提高進氣功效，進氣歧管的內壁應該盡量光滑。通過Fluent軟件分析及制作工藝限制，設計進氣歧管如圖2所示。

2.3排氣歧管設計

排氣歧管是與發動機氣缸體相連的、將各缸的排氣集中起來導入排氣總管的帶有分歧的管路。對它的設計要求主要考慮盡量減少排氣阻力，并避免各汽缸之間相互干擾。排氣過分集中時，各汽缸之間會產生相互干擾，會增加排氣的阻力，進而降低發動機的輸出功率。設計時要使各缸的排氣盡量分開，每缸一個分支，或者兩缸一個分支，且各缸分支盡量長度相同。同時為了減少排氣阻力，要盡量使排氣歧管內壁光滑。排氣歧管設計如圖3所示。

2.4整車裝配

通過catia軟件實現動力系統各部件以及賽車的整車裝配，確定了賽車各系統部件的準確位置。其中圖4是以發動機為主的部分動力系統部件裝配圖。圖5是將動力系統與車架及其他系統部件結合在一起的裝配圖。

2.5動態調試

在完成各項裝配后，在空檔情況下對賽車進行啟動、點火、加減速、怠速等各項性能測試，并將怠速穩定在800rpm左右，其他各項均能達到正常水平后進行動態測試得到測試報告如圖6所示。

3結束語

本項目根據FSAE的比賽規則，獨立完成了進氣歧管、排氣歧管的設計和改進，整車安裝后對整個動力系統進行調試，實車試驗表明賽車在各個工況下均能達到良好的動力特性。

參考文獻

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