基于CFD的汽油機進氣歧管設計研究含開題及說明書

基于CFD的汽油機進氣歧管設計研究含開題及說明書,基于,CFD,汽油機,歧管,設計,研究,開題,說明書 外文文獻翻譯 進氣和排氣 一 進氣歧管 首先介紹了梅賽德斯300SL 1954、進氣歧管是不是一個新技術。這里討論的只是因為它的原則是有用的，我們進一步研究可變進氣歧管。 1950年以前，工程師們認為短進氣歧管是發動機呼吸的最佳選擇。然后，他們發現，在某些條件下，長進氣歧管實際上可以提高產量，由于所謂的“增壓效應”。這是怎么做的？讓我們看看下面的插圖： 當新鮮空氣吸入燃燒室時，它在進氣歧管中聚集速度和動量。當入口閥門關閉時，快速移動的空氣撞擊閥門并壓縮，產生高壓。沒有地方去，這種高壓反彈，沿著進氣歧管，擊中在另一側的全會和反彈回來。這樣，高壓來回沿進氣歧管到進氣閥再次打開，創建 壓力波。 現在有趣的是：如果進氣閥在壓力波回來的時候完全打開，壓力波會因為高壓而幫助燃燒室充電。這與用輕增壓器增壓燃燒室不同，因此我們稱之為增壓效應。 為了匹配閥門開啟的時間，壓力波的頻率應與發動機轉速同步，明顯。這個頻率取決于進氣歧管的長度（L在圖中）。長度越長，壓力波恢復的時間越長，壓力波的頻率越低。其結果是，較長的進氣歧管導致增壓效果在較低的發動機轉速。較短的歧管導致增壓效應在更高的轉速。通過選擇合適的歧管長度，我們可以得到所需的功率特性。 計算發現，為了實現有益的增壓效果，進氣歧管應異常長。如果太短，壓力波會在閥門開啟之前多次在歧管中來回跳動，這時高壓會大大降低。因此，調諧進氣歧管應該是長的。 不幸的是，調諧進氣歧管只工作在一個狹窄的轉速帶。如果發動機轉速超過波段，壓力波到達進氣行程太晚，貢獻不充電。如果發動機運行低于轉速帶，壓力波將到達進氣閥打開之前。在這兩種情況下，壓力波的低壓區甚至可以對氣缸充電，阻礙轉矩輸出。 跑車發動機可以采用較短的調諧進氣歧管優化其輸出在高轉速（費用低到中等轉速輸出）。與此相反，一個沉重的轎車或商用面包車發動機可以選擇一個較長的流形，有利于低轉速輸出的價格高轉速輸出。正如你所看到的，流形長度的選擇總是一種折衷。這就是為什么許多現代發動機轉向可變進氣歧管… 二 可變進氣歧管（進氣 ） 自上世紀90年代中期以來，可變進氣歧管在自然吸氣式發動機上得到了廣泛的應用，主要用于拓寬扭矩曲線，或者提高發動機的靈活性。傳統的調諧進氣歧管集中在一個狹窄的轉速范圍。與此相反，提供了2個或更多的進氣配置階段，以處理不同的發動機轉速。這聽起來很像可變氣門正時，但一般來說生產成本較低，因為它只涉及一些鑄造或塑料歧管和一些電動閥。這解釋了為什么它被應用到更便宜和更小的發動機VVT走紅之前。今天，許多發動機采用這兩種功能，以達到最佳效果。 然而，可變進氣歧管是很少使用渦輪增壓或增壓引擎-大眾的2 TFSI發動機是少數例外之一。這是因為強迫感應已經提供了很強的增壓作用。這在很大程度上降低了成本效益，因此其額外的成本和重量難以自圓其說。隨著越來越多的汽車轉向渦輪增壓發動機，預計在未來可預見的未來，汽車的普及將會降溫。 有兩種類型：可變長度型和諧振型。 三 可變長度進氣歧管（VLIM） 可變長度進氣歧管是直接調節傳統進氣歧管的缺點。如果一個固定長度的進氣歧管進行了優化，一個非常狹窄的轉速波段，為什么不給它2套進氣歧管，一個短管，以高轉速，而另一個長管，以低轉速？通過使用簡單的蝶閥，長和短管道之間的切換是容易的。 一些早期的VLIM系統，這樣福特2.5 Duratec V6，用單獨的長和短的管道，這是很明顯的在這里。短管到最近的氣缸組，而長管轉到相反的銀行。這樣的安排是空間嚙合?？臻g的缺乏導致使用的管道變窄，因此它不是非常適合高性能發動機。 這就是為什么大多數VLIM系統，像這樣一個在本田K20C引擎，有長、短進氣路徑共享同一流形。在低轉速時，空氣流經長歧管；在高轉速時，閥門打開一個捷徑路徑，從而空氣加入歧管在稍后階段。 四 三級可變長度進氣歧管 如果2個階段不夠好，以擴大扭矩曲線，為什么不使用3個階段？ 這里顯示的是奧迪4.2升40閥V8用在上世紀90年代末到2000，VLIM系統位于v-valley節省空間。系統內有兩個襟翼。兩個封閉的，新鮮的空氣貫穿歧管的全長。一個皮瓣打開，空氣通過一個捷徑路徑。隨著另一個皮瓣打開，甚至更短的路徑建立。 以下的扭矩曲線顯示的VLIM 3階段的影響： 三級系統是更復雜一點，空間嚙合比二級系統。最終被放棄，當奧迪推出雙連續可變氣門正時及FSI擴大扭矩曲線。 五 連續可變長度進氣歧管-例如寶馬 寶馬的Diva（區分可變進氣）系統首次引入到N52的V8引擎在7系列2001。它是世界上第一個連續可變長度進氣歧管。 原理簡單。各缸的進氣歧管安裝在圓形和半凹進v-valley。內壁實際上是一個轉子，入口位于其上。當轉子旋轉，在關系到歧管外殼進風口移動位置。這改變了進氣歧管的有效長度，從最大673毫米到231毫米。 低于3500轉，使用最大的流形長度優化低端扭矩。超過3500轉，轉速逐漸降低根據長度，保持在最佳水平 增壓效果。 作為主角需要一個圓形建筑，它占用更多的空間（特別是高度）比其他VLIM系統。這阻止它成為流行。就連寶馬本身也不熱衷于這項技術。當4.4升V8引擎擴大到4.8升，其額外的扭矩允許寶馬為簡單兩VLIM系統放棄DIVA。下一代V8甚至切換到渦輪增壓，所以女主角沒有希望返回。今天，它仍然是唯一的連續可變進氣歧管以往任何時候都生產。 六 諧振進氣歧管 拳擊手發動機和V型發動機可以采用共振進氣歧管擴大扭矩曲線。每個氣缸由一個共同的增壓室通過單獨的管道供給。由兩個不同直徑的管道相互連接的兩個增壓室。其中一個管路可由發動機管理系統控制的閥門關閉。點火順序布置使氣缸從每個腔室交替地呼吸，在它們之間產生壓力波。如果壓力波的頻率匹配轉速，它可以幫助填充氣缸，從而提高了呼吸效率。由于頻率也取決于互連管的橫截面面積，通過關閉其中一個在低轉速，面積以及頻率降低，從而提高輸出在較低轉速。在高轉速時，閥門打開，從而提高了高速氣缸灌裝。 這是保時捷996 GT3的諧振進氣系統。注意它有2個管道連接在2個通風室之間。 諧振進氣系統已經廣泛應用于各種保時捷從964 Carrera。993，保時捷將其與一個額外的可變長度的歧管形成三級進氣系統的名字 varioram。然而，該系統消耗的空間（見右下圖），所以從996轉發回復只有諧振進氣系統，雖然保時捷一直使用的名稱varioram。本田NSX是諧振進氣系統的另一種罕見的應用。 A：低于5000轉：長管；共振進氣禁用。 B：5000-5800轉：長管加短管諧振進氣，一連接管的諧振進氣關閉。 C：5800轉以上：長管加短管共振進氣，兩個相互連接的管道的共振口打開。 七 調整排氣和可變背壓排氣 排氣歧管的設計與進氣歧管不同。廢氣以高壓脈沖的形式排出。如果你對脈搏有一個微觀的分析，你會發現脈搏并不總是高壓的。事實上，在第一次壓力激增后不久，有一段負壓（即低于大氣壓力或1巴），如下圖所示。為什么？由于氣體脈沖具有質量和動量。為了讓你更容易理解，想象的氣體脈沖作為一個大卡車運行在公路上，你站在路邊。當卡車經過你的時候，你的頭發很可能被拖到公路上，因為卡車后面有一個低壓區域。卡車運行速度越快，壓力越低。 如果我們可以收集所有的排氣管的排氣脈沖相同長度的排氣歧管（或“頭”），我們將得到一個均勻分布的脈沖串。有趣的是，這種均勻分布的脈沖串實際上有助于吸入廢氣的燃燒室，作為一個脈沖的低壓尾吸下一個脈沖，所以。當進氣閥和排氣閥在重疊期間打開時，上述效果甚至有助于吸入新鮮空氣進入燃燒室。其結果是，這種效應被稱為“反向增壓”或“清除”。 為了充分利用掃氣效果，必須采用等長排氣歧管。此外，減少各缸的排氣脈沖之間的干擾，個人管應長。這解釋了為什么大多數賽車發動機和高性能發動機采用調整排氣歧管與非常長和奇怪的路由管道。 調整排氣歧管（頭）寶馬M3 V8。注意收集器前的各個管子長而等長。 為了達到清除效果，排氣歧管中的氣體流量應足夠快。再次乘坐我們的卡車的例子，如果卡車在高速公路上緩慢巡航，幾乎沒有任何真空效果，你可以感受到。排氣脈沖相同。為了加速氣流，顯然，最好的方法是在整個排氣系統中使用窄排氣管，包括歧管、收集器和消聲器。然而，狹窄的管道也會產生更多的氣體流動阻力，或者我們稱之為“背壓”。在高轉速的廢氣率是巨大的，背壓將大到足以超過清除效果的好處。因此，窄的排氣管只有利于低轉速輸出。相反地, 大直徑排氣管降低背壓在高轉速，提高頂端功率，但在低轉速的廢氣流量太慢，產生清除效果，所以它的輸出在低轉速。 這就是為什么許多性能車選擇 可變回壓排氣。在低轉速時，排氣通過消聲器中的一個狹窄的路徑，它由多個階段的消聲器。這返回相對較高的背壓，但狹窄的路徑導致流速高，因此良好的清除效果。在高轉速時，旁路閥開啟至第二路徑，使氣體逸出，減少背壓，提高輸出功率。 八 可變背壓排氣原理 旁通也改變聲音的質量，使它越來越“運動”。因此可變背壓排氣是流行的跑車 第 9 頁 共 9頁