CN109058005A - 一种大学生方程式赛车发动机进气装置及其安全控制方法 - Google Patents

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CN109058005A CN201810792239.5A CN201810792239A CN109058005A CN 109058005 A CN109058005 A CN 109058005A CN 201810792239 A CN201810792239 A CN 201810792239A CN 109058005 A CN109058005 A CN 109058005A
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Abstract

本发明具体为一种大学生方程式赛车发动机进气装置及其安全控制方法，解决了现有赛车发动机进气装置存在稳压腔易损坏且影响进气质量的问题。包括空气滤清器、节气门、限流阀、稳压腔、进气歧管及与发动机连接的衬套，上述部件均是由光敏树脂制成的，且其外表面设置有碳纤维布，同时均通过橡胶螺栓连接，稳压腔侧壁镶嵌有气压传感器、汽油浓度传感器、氧浓度传感器。本发明彻底杜绝了稳压器内部回油现象的发生，进而避免了爆炸现象发生的问题，而且进气装置的结构强度及密封性能均得到大幅提升，有效保证了进气系统的进气质量。

Description

一种大学生方程式赛车发动机进气装置及其安全控制方法
技术领域
本发明涉及发动机进气及安全控制领域，具体为一种大学生方程式赛车发动机进气装置及其安全控制方法。
背景技术
赛车发动机是为赛车提供动力的发动机，是汽车的心脏，影响赛车的动力性、经济性和环保性。发动机由进气冲程、压缩冲程等完成一个工作循环，其中进气冲程由进气装置完成的。
赛车的进气系统提高进气质量及其进气密封性，进而能更好的发挥发动机的性能，因此需要设计出更好的稳压腔结构，使进气更加均匀和平顺，而且要求赛车环保、轻量化，同时也要保证较高的强度。
赛车的发动机都是经过调校过的，在不同工况下有不同的进气相位角，在实际比赛时，不同的温度、气压、路况等都会对进气相位角、排气相位角、进气晚关角及排气晚关角产生影响，有可能增加进气系统的回油或回火，是极其危险的。
现有赛车发动机的进气系统容易在稳压器内部回油，再次点火时会导致少量残留气油燃烧爆炸，损坏稳压腔，并造成其他损失；而且赛车的进气阻力较大，进气结构强度及进气密封性较差，无法保证四个缸的进气均匀，严重影响进气系统的进气质量。
发明内容
本发明为了解决现有赛车发动机进气装置存在稳压腔易损坏且影响进气质量的问题，提供了一种大学生方程式赛车发动机进气装置及其安全控制方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种大学生方程式赛车发动机进气装置，包括从上至下依次首尾连接的空气滤清器、节气门、限流阀、稳压腔、进气歧管及与发动机连接的衬套，所述的空气滤清器、节气门、限流阀、稳压腔、进气歧管及衬套均是由光敏树脂制成的，且空气滤清器、节气门、限流阀、稳压腔、进气歧管及衬套的外表面设置有碳纤维布，限流阀与节气门之间、稳压腔与限流阀之间、稳压腔与进气歧管之间均通过橡胶螺栓连接，稳压腔侧壁镶嵌有气压传感器、汽油浓度传感器、氧浓度传感器。
本发明所述的进气装置内部为光敏树脂材质，降低了进气系统沿程阻力的损失；碳纤维布用于提高稳压腔的强度和强度，承受较小的负压变形；采用橡胶螺栓连接，较一般金属螺栓质量减轻了约70％；同时杜绝了赛车进气系统容易在稳压腔内部回油现象的发生，克服了现有赛车发动机进气装置存在稳压腔易损坏且影响进气质量的问题。
限流阀入口锥角A为35°-45°，限流阀出口锥角B为6°-9°，限流阀入口截面直径r1为20mm-30mm，限流阀入口截面直径r1与出口截面直径r2的比例围为0.4-0.6。
该结构设计保证了进气量的充足进入。
稳压腔容积为2.8L-3.3L，稳压腔轴线夹角C为130°-140°；稳压腔是由第一腔体、第二腔体及第三腔体组成的，第一腔体为锥状凸台结构，其锥角D为6°-9°，第二腔体为圆柱状结构，其直径为300mm-350mm，且第二腔体的两端部设置有半径为50mm-60mm的过渡圆角，第三腔体为四个竖向设置的圆柱体。
稳压腔的结构和容积保证稳定湍流的同时保证了四个进气歧管的进气量相同，进而使得进气流畅。
进气歧管的直径为226mm-230mm，进气歧管的出口角度E为3°-5°。
进气歧管的长度及其角度能够减轻循环波动。
光敏树脂的厚度为2mm；碳纤维布与光敏树脂的黏合剂为E44环氧树脂和650聚酰胺树脂，比例为1/4。
一种大学生方程式赛车发动机进气装置的安全控制方法，采用如下步骤：a、当发动机启动后，气压传感器测得稳压腔内部压强转换为电信号x1，汽油浓度传感器测得稳压腔内部汽油浓度转换为电信号x2，氧浓度传感器测得稳压腔内部氧浓度转换为电信号x3，并以电信ECU接收并保存电信号x1，x2，x3，气压传感器的测量范围为-3Mpa-5Mpa，汽油浓度传感器的测量范围为0-0.4g/L，氧浓度传感器的测量范围为0-1.5g/L；
b、ECU根据传入的电信号和预设判定逻辑程序，执行下一步命令，每2S会做一次判断，取2s内气压、汽油浓度及氧浓度的最高值做判断；ECU预设判定逻辑程序为：
其中h的取值范围为2-8，g的取值范围0.5-3，m的取值范围为0.4-1，O表示赛车进气系统处于安全状态，L表示ECU会立马对控电程序发出断电命令，强制电池断开给进气系统供电，ECU会立马对控油程序发出断油命令，同时闪烁显示屏，O、L均为ECU命令信号，f(x)为程序代号，T代表持续时间；
c、如果ECU连续3次判定的值不在安全区间，ECU会立马对控电程序发出断电命令，强制电池断开给进气系统供电，ECU会立马对控油程序发出断油命令，同时闪烁显示屏，提醒车手；如果ECU判定的值一直在安全区，表明赛车进气系统处于安全状态，赛车行驶正常。
本发明彻底杜绝了稳压器内部回油现象的发生，进而避免了爆炸现象发生的问题，而且进气装置的结构强度及密封性能均得到大幅提升，有效保证了进气系统的进气质量，具有结构简单、加工方便且成本低的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中限流阀的结构示意图；
图3为图1中稳压腔的结构示意图；
图4为图1中进气歧管的结构示意图。
图中：1-空气滤清器，2-节气门，3-限流阀，4-稳压腔，4.1-第一腔体，4.2-第二腔体，4.3-第三腔体，5-进气歧管，6-衬套，7-橡胶螺栓，8-气压传感器，9-汽油浓度传感器，10-氧浓度传感器。
具体实施方式
实施例1
一种大学生方程式赛车发动机进气装置，包括从上至下依次首尾连接的空气滤清器1、节气门2、限流阀3、稳压腔4、进气歧管5及与发动机连接的衬套6，所述的空气滤清器1、节气门2、限流阀3、稳压腔4、进气歧管5及衬套6均是由光敏树脂制成的，且空气滤清器1、节气门2、限流阀3、稳压腔4、进气歧管5及衬套6的外表面设置有碳纤维布，限流阀3与节气门2之间、稳压腔4与限流阀3之间、稳压腔4与进气歧管5之间均通过橡胶螺栓7连接，稳压腔4侧壁镶嵌有气压传感器8、汽油浓度传感器9、氧浓度传感器10。
限流阀3入口锥角A为35°，限流阀3出口锥角B为6°，限流阀3入口截面直径r1为20mm，限流阀3入口截面直径r1与出口截面直径r2的比例围为0.4。
稳压腔4容积为2.8L，稳压腔4轴线夹角C为130°；稳压腔4是由第一腔体4.1、第二腔体4.2及第三腔体4.3组成的，第一腔体4.1为锥状凸台结构，其锥角D为6°，第二腔体4.2为圆柱状结构，其直径为300mm，且第二腔体4.2的两端部设置有半径为50mm的过渡圆角，第三腔体4.3为四个竖向设置的圆柱体。
进气歧管5的直径为226mm，进气歧管5的出口角度E为3°。
光敏树脂的厚度为2mm；碳纤维布与光敏树脂的黏合剂为E44环氧树脂和650聚酰胺树脂，比例为1/4。
一种大学生方程式赛车发动机进气装置的安全控制方法，采用如下步骤：a、当发动机启动后，气压传感器8测得稳压腔内部压强转换为电信号x1，汽油浓度传感器9测得稳压腔内部汽油浓度转换为电信号x2，氧浓度传感器10测得稳压腔内部氧浓度转换为电信号x3，并以电信ECU接收并保存电信号x1，x2，x3，气压传感器8的测量范围为-3Mpa-5Mpa，汽油浓度传感器9的测量范围为0-0.4g/L，氧浓度传感器10的测量范围为0-1.5g/L；
b、ECU根据传入的电信号和预设判定逻辑程序，执行下一步命令，每2S会做一次判断，取2s内气压、汽油浓度及氧浓度的最高值做判断；ECU预设判定逻辑程序为：
其中h的取值范围为2-8，g的取值范围0.5-3，m的取值范围为0.4-1，O表示赛车进气系统处于安全状态，L表示ECU会立马对控电程序发出断电命令，强制电池断开给进气系统供电，ECU会立马对控油程序发出断油命令，同时闪烁显示屏，O、L均为ECU命令信号，f(x)为程序代号，T代表持续时间；
c、如果ECU连续3次判定的值不在安全区间，ECU会立马对控电程序发出断电命令，强制电池断开给进气系统供电，ECU会立马对控油程序发出断油命令，同时闪烁显示屏，提醒车手；如果ECU判定的值一直在安全区，表明赛车进气系统处于安全状态，赛车行驶正常。
实施例2
一种大学生方程式赛车发动机进气装置，包括从上至下依次首尾连接的空气滤清器1、节气门2、限流阀3、稳压腔4、进气歧管5及与发动机连接的衬套6，所述的空气滤清器1、节气门2、限流阀3、稳压腔4、进气歧管5及衬套6均是由光敏树脂制成的，且空气滤清器1、节气门2、限流阀3、稳压腔4、进气歧管5及衬套6的外表面设置有碳纤维布，限流阀3与节气门2之间、稳压腔4与限流阀3之间、稳压腔4与进气歧管5之间均通过橡胶螺栓7连接，稳压腔4侧壁镶嵌有气压传感器8、汽油浓度传感器9、氧浓度传感器10。
限流阀3入口锥角A为45°，限流阀3出口锥角B为9°，限流阀3入口截面直径r1为30mm，限流阀3入口截面直径r1与出口截面直径r2的比例围为0.6。
稳压腔4容积为3.3L，稳压腔4轴线夹角C为140°；稳压腔4是由第一腔体4.1、第二腔体4.2及第三腔体4.3组成的，第一腔体4.1为锥状凸台结构，其锥角D为9°，第二腔体4.2为圆柱状结构，其直径为350mm，且第二腔体4.2的两端部设置有半径为60mm的过渡圆角，第三腔体4.3为四个竖向设置的圆柱体。
进气歧管5的直径为230mm，进气歧管5的出口角度E为5°。
光敏树脂的厚度为2mm；碳纤维布与光敏树脂的黏合剂为E44环氧树脂和650聚酰胺树脂，比例为1/4。
一种大学生方程式赛车发动机进气装置的安全控制方法，采用如下步骤：a、当发动机启动后，气压传感器8测得稳压腔内部压强转换为电信号x1，汽油浓度传感器9测得稳压腔内部汽油浓度转换为电信号x2，氧浓度传感器10测得稳压腔内部氧浓度转换为电信号x3，并以电信ECU接收并保存电信号x1，x2，x3，气压传感器8的测量范围为-3Mpa-5Mpa，汽油浓度传感器9的测量范围为0-0.4g/L，氧浓度传感器10的测量范围为0-1.5g/L；
b、ECU根据传入的电信号和预设判定逻辑程序，执行下一步命令，每2S会做一次判断，取2s内气压、汽油浓度及氧浓度的最高值做判断；ECU预设判定逻辑程序为：
其中h的取值范围为2-8，g的取值范围0.5-3，m的取值范围为0.4-1，O表示赛车进气系统处于安全状态，L表示ECU会立马对控电程序发出断电命令，强制电池断开给进气系统供电，ECU会立马对控油程序发出断油命令，同时闪烁显示屏，O、L均为ECU命令信号，f(x)为程序代号，T代表持续时间；
c、如果ECU连续3次判定的值不在安全区间，ECU会立马对控电程序发出断电命令，强制电池断开给进气系统供电，ECU会立马对控油程序发出断油命令，同时闪烁显示屏，提醒车手；如果ECU判定的值一直在安全区，表明赛车进气系统处于安全状态，赛车行驶正常。
实施例3
一种大学生方程式赛车发动机进气装置，包括从上至下依次首尾连接的空气滤清器1、节气门2、限流阀3、稳压腔4、进气歧管5及与发动机连接的衬套6，所述的空气滤清器1、节气门2、限流阀3、稳压腔4、进气歧管5及衬套6均是由光敏树脂制成的，且空气滤清器1、节气门2、限流阀3、稳压腔4、进气歧管5及衬套6的外表面设置有碳纤维布，限流阀3与节气门2之间、稳压腔4与限流阀3之间、稳压腔4与进气歧管5之间均通过橡胶螺栓7连接，稳压腔4侧壁镶嵌有气压传感器8、汽油浓度传感器9、氧浓度传感器10。
限流阀3入口锥角A为40°，限流阀3出口锥角B为7°，限流阀3入口截面直径r1为30mm，限流阀3入口截面直径r1与出口截面直径r2的比例围为0.6。
稳压腔4容积为3.2L，稳压腔4轴线夹角C为136°；稳压腔4是由第一腔体4.1、第二腔体4.2及第三腔体4.3组成的，第一腔体4.1为锥状凸台结构，其锥角D为7°，第二腔体4.2为圆柱状结构，其直径为338mm，且第二腔体4.2的两端部设置有半径为57mm的过渡圆角，第三腔体4.3为四个竖向设置的圆柱体。
进气歧管5的直径为228mm，进气歧管5的出口角度E为3°。
光敏树脂的厚度为2mm；碳纤维布与光敏树脂的黏合剂为E44环氧树脂和650聚酰胺树脂，比例为1/4。
一种大学生方程式赛车发动机进气装置的安全控制方法，采用如下步骤：a、当发动机启动后，气压传感器8测得稳压腔内部压强转换为电信号x1，汽油浓度传感器9测得稳压腔内部汽油浓度转换为电信号x2，氧浓度传感器10测得稳压腔内部氧浓度转换为电信号x3，并以电信ECU接收并保存电信号x1，x2，x3，气压传感器8的测量范围为-3Mpa-5Mpa，汽油浓度传感器9的测量范围为0-0.4g/L，氧浓度传感器10的测量范围为0-1.5g/L；
b、ECU根据传入的电信号和预设判定逻辑程序，执行下一步命令，每2S会做一次判断，取2s内气压、汽油浓度及氧浓度的最高值做判断；ECU预设判定逻辑程序为：
其中h的取值范围为2-8，g的取值范围0.5-3，m的取值范围为0.4-1，O表示赛车进气系统处于安全状态，L表示ECU会立马对控电程序发出断电命令，强制电池断开给进气系统供电，ECU会立马对控油程序发出断油命令，同时闪烁显示屏，O、L均为ECU命令信号，f(x)为程序代号，T代表持续时间；
c、如果ECU连续3次判定的值不在安全区间，ECU会立马对控电程序发出断电命令，强制电池断开给进气系统供电，ECU会立马对控油程序发出断油命令，同时闪烁显示屏，提醒车手；如果ECU判定的值一直在安全区，表明赛车进气系统处于安全状态，赛车行驶正常。
具体实施过程中，对限流阀3出口锥角度B进行ANSYS-fluent仿真分析，出口锥角B＝6°进气流量为-0.728kg/s；出口锥角B＝7°进气量-0.759kg/s；出口锥角B＝8°进气量-0.738kg/s，由此可知锥口B＝7°时，进气量量最佳。
稳压腔4容积为3.2L。以0.4L为间距，在2.0L-4.8L区间内设置变量，观察冲量系数，通过GT-power仿真分析，观察表一，可知转速6000rpm至11000rpm时稳压腔容积为3.2L的冲量系数较高，能保证有充足进气。
表1
进气歧管5为228mm，进气歧管5角度E＝3°。取进气歧管5出口往上60mm的长度进行进气歧管角度E的设计，利用GT-power仿真，设定锥角E取1°，2°，3°，4°，观察扭矩曲线，利用GT-Power进行仿真试验，以指示扭矩为评价指标，转速在6000rpm至11000rpm，进气歧管5角度E＝3°，扭矩较高，见表2。
表2

Claims (6)

1.一种大学生方程式赛车发动机进气装置，其特征在于：包括从上至下依次首尾连接的空气滤清器(1)、节气门(2)、限流阀(3)、稳压腔(4)、进气歧管(5)及与发动机连接的衬套(6)，所述的空气滤清器(1)、节气门(2)、限流阀(3)、稳压腔(4)、进气歧管(5)及衬套(6)均是由光敏树脂制成的，且空气滤清器(1)、节气门(2)、限流阀(3)、稳压腔(4)、进气歧管(5)及衬套(6)的外表面设置有碳纤维布，限流阀(3)与节气门(2)之间、稳压腔(4)与限流阀(3)之间、稳压腔(4)与进气歧管(5)之间均通过橡胶螺栓(7)连接，稳压腔(4)侧壁镶嵌有气压传感器(8)、汽油浓度传感器(9)、氧浓度传感器(10)。
2.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车发动机进气装置，其特征在于：限流阀(3)入口锥角A为35°-45°，限流阀(3)出口锥角B为6°-9°，限流阀(3)入口截面直径r1为20mm-30mm，限流阀(3)入口截面直径r1与出口截面直径r2的比例围为0.4-0.6。
3.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车发动机进气装置，其特征在于：稳压腔(4)容积为2.8L-3.3L，稳压腔(4)轴线夹角C为130°-140°；稳压腔(4)是由第一腔体(4.1)、第二腔体(4.2)及第三腔体(4.3)组成的，第一腔体(4.1)为锥状凸台结构，其锥角D为6°-9°，第二腔体(4.2)为圆柱状结构，其直径为300mm-350mm，且第二腔体(4.2)的两端部设置有半径为50mm-60mm的过渡圆角，第三腔体(4.3)为四个竖向设置的圆柱体。
4.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车发动机进气装置，其特征在于：进气歧管(5)的直径为226mm-230mm，进气歧管(5)的出口角度E为3°-5°。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种大学生方程式赛车发动机进气装置，其特征在于：光敏树脂的厚度为2mm；碳纤维布与光敏树脂的黏合剂为E44环氧树脂和650聚酰胺树脂，比例为1/4。
6.根据权利要求5所述的一种大学生方程式赛车发动机进气装置的安全控制方法，其特征在于：采用如下步骤：a、当发动机启动后，气压传感器(8)测得稳压腔内部压强转换为电信号x1，汽油浓度传感器(9)测得稳压腔内部汽油浓度转换为电信号x2，氧浓度传感器(10)测得稳压腔内部氧浓度转换为电信号x3，并以电信ECU接收并保存电信号x1，x2，x3，气压传感器(8)的测量范围为-3Mpa-5Mpa，汽油浓度传感器(9)的测量范围为0-0.4g/L，氧浓度传感器(10)的测量范围为0-1.5g/L；
b、ECU根据传入的电信号和预设判定逻辑程序，执行下一步命令，每2S做一次判断，取2s内气压、汽油浓度及氧浓度的最高值做判断；ECU预设判定逻辑程序为：
其中h的取值范围为2-8，g的取值范围0.5-3，m的取值范围为0.4-1，O表示赛车进气系统处于安全状态，L表示ECU会立马对控电程序发出断电命令，强制电池断开给进气系统供电，ECU会立马对控油程序发出断油命令，同时闪烁显示屏，O、L均为ECU命令信号，f(x)为程序代号，T代表持续时间；
c、如果ECU连续3次判定的值不在安全区间，ECU会立马对控电程序发出断电命令，强制电池断开给进气系统供电，ECU会立马对控油程序发出断油命令，同时闪烁显示屏，提醒车手；如果ECU判定的值一直在安全区，表明赛车进气系统处于安全状态，赛车行驶正常。
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