CN111828163B - 一种满足fsc限流阀要求的cbr600直列四缸发动机的可变进气机构 - Google Patents

一种满足fsc限流阀要求的cbr600直列四缸发动机的可变进气机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种满足FSC限流阀要求的CBR600直列四缸发动机的可变进气机构，包括空气滤清器和节气门，两者顺次连接，还包括入口锥管、限流阀、文丘里管、稳压腔以及可变进气腔，入口锥管的入口与节气门连接，其出口与限流阀的一端连接，限流阀的另一端与文丘里管的一端连接，文丘里管的另一端与稳压腔的顶端顺滑连通，稳压腔的底部连接至少一个可变进气腔；可变进气腔包括相对设置的低转速歧管和高转速歧管，低转速歧管与高转速歧管之间形成用于安装控制阀的腔室；控制阀位于靠近稳压腔的位置；本发明可以将发动机的峰值功率、峰值扭矩进行大幅度的提升，同时满足赛车运行的经济性以及动力性。

Description

一种满足FSC限流阀要求的CBR600直列四缸发动机的可变进 气机构
技术领域
本发明涉及一种满足FSC限流阀要求的CBR600直列四缸发动机的可变进气机构，属于可变进气机构。
背景技术
根据大学生方程式赛车大赛的规则，为限制发动机功率，必须在进气系统中安装一个圆环形的直径为20mm的限流阀，并且所有发动机的进气气流都应流经此限流阀；为了提高限流之后发动机的充气效率与提高赛车的动力性，全国各个高校车队均对限流以后如何提高发动机充气效率这个课题进行了深入研究；在家用车与F1赛车中，均有可变进气机构的运用，大多采用无极可变的进气机构，效果好但是成本高，并且设计制造难度大；而现有的二级可变进气歧管管径弯曲并且体积较大，难以满足赛车动力系统布置紧凑的要求。
大学生方程式赛车对动力系统输出特性的要求主要表现在低转速时扭矩大以提升加速性能，高转速时功率大以提高最大车速；具体而言，对于CBR600发动机表现为低转速约2000～3000转时要求进气平稳，在高转速约6000转要求进气量大；因此进气歧管的参数选择对进气状况的影响至为关键。当歧管长度长、内径小时，进气流速大，气缸内的可燃混合气燃烧较为充分彻底，输出扭矩更大并且输出稳定；当歧管长度短、内径大时，进气量大，气缸内的油量可以适当提升，输出功率大；故合理设置二级可变歧管的参数能够很好地满足赛车需要的动力输出特性。
发明内容
本发明提供一种满足FSC限流阀要求的CBR600直列四缸发动机的可变进气机构，可以将发动机的峰值功率、峰值扭矩进行大幅度的提升，同时满足赛车运行的经济性以及动力性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种满足FSC限流阀要求的CBR600直列四缸发动机的可变进气机构，包括空气滤清器和节气门，两者顺次连接，还包括入口锥管、限流阀、文丘里管、稳压腔以及可变进气腔，入口锥管的入口与节气门连接，其出口与限流阀的一端连接，限流阀的另一端与文丘里管的一端连接，文丘里管的另一端与稳压腔的顶端顺滑连通，稳压腔的底部连接至少一个可变进气腔；
前述的可变进气腔包括相对设置的低转速歧管和高转速歧管，低转速歧管与高转速歧管之间形成用于安装控制阀的腔室；
其中，控制阀位于靠近稳压腔的位置；
作为本发明的进一步优选，
前述的低转速歧管包括顺次平滑连接的四部分，分别为A段直管、B段弯管、C段弯管以及D段弯管，A段直管的中心线垂直于稳压腔底部表面伸出，且A段直管的长度范围为19mm-25mm；
B段弯管向高转速歧管方向弯曲，其曲率半径范围为20mm-30mm，弧度范围为12°-20°；
C段弯管向高转速歧管方向弯曲，其曲率半径范围为80mm-100mm，弧度范围为40°-50°；
D段弯管曲率半径大于100mm，且其向低转速歧管外部弯曲；
作为本发明的进一步优选，A段直管的长度为20mm；
B段弯管曲率半径为30mm，弧度为15°；
C段弯管曲率半径为90mm，弧度为45°；
作为本发明的进一步优选，前述的高转速歧管包括顺次平滑连接的是三部分，分别为E段直管、F段弯管以及G段弯管，E段直管的中心线垂直于稳压腔底部表面伸出，且E段直管的长度范围为4mm-10mm；
F段弯管向低转速歧管方向弯曲，其曲率半径范围为200mm-270mm，弧度范围为25°-30°；
G段弯管曲率半径大于270mm，且其向高转速歧管外部弯曲；
作为本发明的进一步优选，
E段直管的长度为5mm；
F段弯管曲率半径为230mm，弧度为25°；
作为本发明的进一步优选，入口锥管的入口向节气门方向扩张，其倾斜角度为10°-15°；
入口锥管的出口与限流阀的一端连接，出口向限流阀方向收缩，其收缩的倾斜角度为6°-9°；
作为本发明的进一步优选，前述的可变进气腔包括四个，并列设置在稳压腔的底部。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的文丘里管与稳压腔以及可变进气腔利用3D打印成型，成本较低，同时能够满足赛车对直线加速性能好与最高车速快的两个要求；
2、本发明提供的进气机构可将发动机的峰值功率提升9.1％，峰值扭矩提升8.4％，在低成本的同时最大程度满足赛车运行的经济性与动力性；
3、本发明的可变进气腔与控制阀的装配形式简单，结构紧凑，能够紧凑地布置赛车的动力系统。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明提供的优选实施例的整体结构示意图；
图2是本发明提供的优选实施例的可变进气腔结构示意图；
图3是本发明提供的优选实施例中文丘里管与稳压腔上半部分连接的示意图；
图4是本发明提供的优选实施例中稳压腔下半部分与可变进气腔连接的示意图。
图中：1为空气滤清器，2为节气门，3为限流阀，4为入口锥管，5为文丘里管，6为稳压腔，7为低转速歧管，8为高转速歧管，9为安装孔。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
对于大学生方程式赛车对动力系统输出特性的要求主要表现在低转速时扭矩大以提升加速性能，高转速时功率大以提高最大车速，因此进气歧管的参数选择对进气状况的影响至为关键；
本申请设计了一种可变进气机构，使其参数能够很好的满足赛车需要的动力输出特性；包括空气滤清器1和节气门2，两者顺次连接，还包括入口锥管4、限流阀3、文丘里管5、稳压腔6以及可变进气腔，入口锥管4的入口与节气门2连接，其出口与限流阀3的一端连接，限流阀3的另一端与文丘里管5的一端连接，文丘里管5的另一端与稳压腔6的顶端顺滑连通，稳压腔6的底部连接至少一个可变进气腔；可变进气腔底部出口处与发动机喷油座相连实现进气系统的安装。
前述的可变进气腔包括相对设置的低转速歧管7和高转速歧管8，低转速歧管7与高转速歧管8之间形成用于安装控制阀的腔室；其中，控制阀位于靠近稳压腔6的位置；上述设计可以很好的满足赛车对直线加速性能以及车速的要求。
前述描述的结构中，限流阀3的直径为20mm，稳压腔6的内部容积为3.5L。
具体的，本申请提供一种图1所示的优选实施例，可变进气腔为四个，并列排布设置在稳压腔6的底部，每个可变进气腔内安装的控制阀用于高转速歧管8、低转速歧管7的切换；
图2所示，低转速歧管7包括顺次平滑连接的四部分，分别为A段直管、B段弯管、C段弯管以及D段弯管，A段直管的中心线垂直于稳压腔6底部表面伸出，且A段直管的长度范围为19mm-25mm；B段弯管向高转速歧管8方向弯曲，其曲率半径范围为20mm-30mm，弧度范围为12°-20°；C段弯管向高转速歧管8方向弯曲，其曲率半径范围为80mm-100mm，弧度范围为40°-50°；D段弯管曲率半径大于100mm，且其向低转速歧管7外部弯曲。
高转速歧管8包括顺次平滑连接的是三部分，分别为E段直管、F段弯管以及G段弯管，E段直管的中心线垂直于稳压腔6底部表面伸出，且E段直管的长度范围为4mm-10mm；F段弯管向低转速歧管7方向弯曲，其曲率半径范围为200mm-270mm，弧度范围为25°-30°；G段弯管曲率半径大于270mm，且其向高转速歧管8外部弯曲。
从图中1中可以看出，入口锥管4是一个呈锥形状设置的结构，为了使其与节气门2、限流阀3更加贴合连接，在入口锥管4与节气门2连接的入口处设置了锥角，锥角向节气门2方向扩张，其倾斜角度为10°-15°；在入口锥角与限流阀3连接的出口处同样设置了锥角，锥角向限流阀3方向收缩，其收缩的倾斜角度为6°-9°。
在本申请中，稳压腔6是将均分的两个半腔合并形成的，图3和图4可以看出，两个半腔通过法兰盘固定形成，为了保证稳压腔6的密封性，在两个半腔的贴合面上涂抹密封胶后再用法兰盘固定；在制作的时候，将稳压腔6的上半部分与文丘里管5作为一个整体如图3所示，稳压腔6的下半部分与可变进气腔作为整体如图4所示，这两个部分采用3D打印成型，腔体的厚度为3mm，分型面位于稳压腔6内，通过3D打印成型，成本较低。在高转速歧管8、低转速歧管7靠近稳压腔6的腔面上分别开设安装孔9，控制阀嵌入高转速歧管8与低转速歧管7形成的腔室内，尽量将控制阀与高转速歧管8、低转速歧管7贴合放置。
实施例：
在本实施例中，关于低转速歧管7的设计中，A段直管的长度为20mm；B段弯管曲率半径为30mm，弧度为15°；C段弯管曲率半径为90mm，弧度为45°。高转速歧管8的设计中，E段直管的长度为5mm；F段弯管曲率半径为230mm，弧度为25°；将低转速歧管7、高转速歧管8的曲率长度做上述的具体限定，在经过多次实验后发现，设计参数如下表所示：
Figure BDA0002554464760000041
Figure BDA0002554464760000051
由上表可以看出，本申请提供的可变进气机构可将发动机的峰值功率提升9.1％，峰值扭矩提升8.4％，满足了低成本需求的同时，最大程度满足赛车运行的经济性与动力性。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种满足FSC限流阀要求的CBR600直列四缸发动机的可变进气机构，包括空气滤清器和节气门，两者顺次连接，其特征在于：还包括入口锥管、限流阀、文丘里管、稳压腔以及可变进气腔，入口锥管的入口与节气门连接，其出口与限流阀的一端连接，限流阀的另一端与文丘里管的一端连接，文丘里管的另一端与稳压腔的顶端顺滑连通，稳压腔的底部连接至少一个可变进气腔；
文丘里管与稳压腔以及可变进气腔利用3D打印成型；
前述的可变进气腔包括相对设置的低转速歧管和高转速歧管，低转速歧管与高转速歧管之间形成用于安装控制阀的腔室；
其中，控制阀位于靠近稳压腔的位置；
前述的低转速歧管包括顺次平滑连接的四部分，分别为A段直管、B段弯管、C段弯管以及D段弯管，A段直管的中心线垂直于稳压腔底部表面伸出，且A段直管的长度范围为19mm-25mm；
B段弯管向高转速歧管方向弯曲，其曲率半径范围为20mm-30mm，弧度范围为12°-20°；
C段弯管向高转速歧管方向弯曲，其曲率半径范围为80mm-100mm，弧度范围为40°-50°；
D段弯管曲率半径大于100mm，且其向低转速歧管外部弯曲；
前述的高转速歧管包括顺次平滑连接的是三部分，分别为E段直管、F段弯管以及G段弯管，E段直管的中心线垂直于稳压腔底部表面伸出，且E段直管的长度范围为4mm-10mm；
F段弯管向低转速歧管方向弯曲，其曲率半径范围为200mm-270mm，弧度范围为25°-30°；
G段弯管曲率半径大于270mm，且其向高转速歧管外部弯曲。
2.根据权利要求1所述的满足FSC限流阀要求的CBR600直列四缸发动机的可变进气机构，其特征在于：
A段直管的长度为20mm；
B段弯管曲率半径为30mm，弧度为15°；
C段弯管曲率半径为90mm，弧度为45°。
3.根据权利要求1所述的满足FSC限流阀要求的CBR600直列四缸发动机的可变进气机构，其特征在于：
E段直管的长度为5mm；
F段弯管曲率半径为230mm，弧度为25°。
4.根据权利要求1所述的满足FSC限流阀要求的CBR600直列四缸发动机的可变进气机构，其特征在于：
入口锥管的入口向节气门方向扩张，其倾斜角度为10°-15°；
入口锥管的出口与限流阀的一端连接，出口向限流阀方向收缩，其收缩的倾斜角度为6°-9°。
5.根据权利要求1所述的满足FSC限流阀要求的CBR600直列四缸发动机的可变进气机构，其特征在于：前述的可变进气腔包括四个，并列设置在稳压腔的底部。
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