CN213684307U - 一种适用于小型方程式赛车的可变进气系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于发动机领域，具体涉及一种适用于小型方程式赛车的可变进气系统。包括进气管，稳压腔，长进气歧管，短进气歧管，蝶阀和歧管安装面；稳压腔的侧壁均匀设置有两排出口，短进气歧管顶部与稳压腔底部的一排出口连接，短进气歧管另一端与歧管安装面连接；长进气歧管主体呈弯曲型管，且绕稳压腔设置，长进气歧管的进气端与稳压腔的另一排出口连通，长进气歧管的出气端与短进气歧管的侧壁连通；长进气歧管和短进气歧管中分别设有蝶阀，通过对蝶阀的控制，实现长、短进气歧管的切换。本发明发动机在高转速时使用短歧管单独进气，在低转速时使用长短歧管进气，通过长短进气歧管的变化有效的提高了发动机的工作性能，使发动机的工况范围变大。
Description
技术领域
本实用新型属于发动机领域，具体涉及一种适用于小型方程式赛车的可变进气系统。
背景技术
不同工况下发动机对进气气体运动有不同的要求，低转速运转时，为获得较好的动力性和经济性，需要空气和燃油充分混合，应装配长进气歧管；高转速时，为获得高功率，需要新鲜空气快速进入气缸，应装配短进气歧管。可变进气系统是指进气系统随发动机转速变化相应地改变进气管长度，通过改变自身结构实现不同，使进入气缸内气体的充量大小和运动形式适合变化的发动机运转工况。
目前应用于小型方程式赛车的进气系统有以下几种方式：“‘大学生FSAE赛车发动机进气系统设计’，贺彤阳等，机械工程师，2012年11期，第20～23页，2012年11月”提出了一种大学生FSAE赛车发动机进气系统设计，但稳压腔容积定在3.8L，使得油门响应稍微有迟滞；进气管长度为310mm，有些过长，较难满足现有的FSAE大赛规则。
“‘FSC赛车发动机可变进气系统研究’，景猛等，工程科技II辑，2015年5月”提出了一种FSAE赛车可变进气系统CAE仿真及优化设计，加入了长短进气歧管；但是其稳压腔和歧管连接处为平面，阻力很大，同时也没有解决与发动机连接处的密封问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种适用于小型方程式赛车的可变进气系统，发动机在高转速时使用短歧管单独进气，在低转速时使用长短歧管同时进气，减少限流阀和转角处的低压区及涡流的产生，减少连接处的诱导阻力。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种适用于小型方程式赛车的可变进气系统，包括进气管，稳压腔，长进气歧管，短进气歧管，蝶阀和歧管安装面；
所述稳压腔的侧壁均匀设置有两排出口，所述进气管的出气端与稳压腔的进气口连接，所述短进气歧管顶部与稳压腔底部的一排出口连接，短进气歧管另一端与歧管安装面连接；
所述长进气歧管主体呈弯曲型管，且绕稳压腔设置，数量与短进气歧管数量相同，长进气歧管的进气端与稳压腔的另一排出口连通，长进气歧管的出气端与短进气歧管的侧壁连通；
所述长进气歧管和短进气歧管中分别设有蝶阀，通过对蝶阀的控制，实现长、短进气歧管的切换。
进一步的，所述短进气歧管包括依次连接的喇叭形管和直管，喇叭形管大口径端伸入稳压腔内，伸入稳压腔的部分形成风杯；
所述长进气歧管包括依次连接的圆弧管和曲线管，且进气歧管圆弧管与稳压腔相连，曲线管与短进气歧管相连。
进一步的，所述稳压腔主体为从前到后直径逐渐变小的管状，稳压腔的小端面为向外突出的圆弧面，大端面为中部设有进气口的平面，平面与稳压腔的连接处倒圆角设置。
进一步的，所述进气管包括依次连接的节气门安装面，压缩管，限流阀和扩散管，所述节气门安装面与节气门装配。
进一步的，所述稳压腔(5)容积为3L。
进一步的，所述压缩管的压缩角为20°，所述压缩角为压缩管的外壁面与其中轴线的夹角；所述扩散管的扩散角为8°，所述扩散角为扩散管的外壁面与其中轴线的夹角；所述限流阀长度为10mm。
进一步的，还包括密封环，歧管安装面用于与发动机装配，所述密封环位于歧管安装面与发动机的装配面上。
进一步的，包括控制系统和伺服电机，所述控制系统通过控制伺服电机实现蝶阀的开闭，从而实现长、短进气歧管的切换。
进一步的，所述控制系统为stm32单片机。
进一步的，所述长进气歧管和短进气歧管的数量与赛车的气缸的数量相同。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)发动机在高转速时使用短歧管单独进气，在低转速时使用长短歧管同时进气，适应发动机的工作状态，提高充气效率，发动机功率和扭矩；通过长短进气歧管的变化有效的提高了发动机的工作性能，使发动机的最佳工况范围变大。
(2)稳压腔两端不再是平面，而是向外突出的圆弧面，以便补充两端歧管的进气量，使四根歧管进气量更加均匀。
(3)进气短歧管包括依次连接的喇叭形管和直管，所述进气歧管喇叭形管大口径端伸入稳压腔，伸入稳压腔的部分形成风杯，抑制各缸窜气现象的发生，同时也增长了进气歧管长度；进气长歧管包括依次连接的圆弧管和曲线管形成长歧管，且进气歧管圆弧端与稳压腔相连曲线端与进气歧管相连，且长歧管通过平滑曲线绕稳压腔布置可有效的减小可变进气总成的占用空间，提高结构的紧凑性。
(4)优化了压缩管的压缩角和扩散管的扩散角，压缩角为20°，扩散角为8°，同时延长了限流阀长度至10mm，减少了限流阀后部的低压区及涡流的产生。
(5)稳压腔容积为3L，既保证了出气量又不影响油门响应。
(6)设置了密封环，增强进气腔和发动机密封硅胶之间的密封效果。
(7)控制系统核心为基于与ECU之间CAN通信的stm32单片机，控制双伺服电机驱动可变进气蝶阀，等效歧管长度控制效果好，作动精度高，动态响应好，控制逻辑及参数调节方便，且双蝶阀系统可近似互为备份，大大降低可变歧管系统故障风险，后期优化潜力较大。
附图说明
图1为本实用新型的可变进气系统立体图。
图2为本实用新型的可变进气系统主视图。
图3为本实用新型的可变进气系统俯视图。
图4为本实用新型的可变进气系统侧视图。
附图标记说明：
1-节气门安装面，2-压缩管，3-限流阀，4-扩散管，5-稳压腔，6-长进气歧管，7-短进气歧管，8-蝶阀，9-歧管安装面，10-密封环。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
如图1-4所示，一种适用于小型方程式赛车的可变进气系统，包括进气管1、稳压腔5、进气歧管6、7和歧管安装面9。
进气管1一端与稳压腔5连接，四根相互平行设置的短进气歧管7顶部与稳压腔5底部连接，底部与歧管安装面9连接，另外四根相互平行的弯曲长进气歧管6绕稳压腔设置，一端与稳压腔5侧面连接，另一端与短进气歧管7侧面连接，蝶阀8分别安装在短进气歧管7靠近稳压腔一侧和长进气歧管6中间部分，歧管安装面9用于与发动机装配，进气管包括节气门安装面1、压缩管2、限流阀3和扩散管4，压缩管2一端设有节气门安装面1，另一端与限流阀3的一端连接，扩散管4一端与限流阀3的另一端连接，扩散管4另一端与稳压腔5连接，节气门安装面1用于与节气门装配。
进气歧管7包括依次连接的喇叭形管和直管形成短歧管，喇叭形管大口径端与稳压腔5连接，所述进气歧管6包括依次连接的圆弧管和曲线管形成长歧管，且进气歧管6圆弧端与稳压腔相连曲线端与进气歧管7相连。
稳压腔5呈类圆台形，靠近限流阀3的一端直径较大，远离限流阀3的一端直径较小，且小端面为向外突出的圆弧面，使进气歧管进气量更加均匀。
压缩管2的压缩角为20°，压缩角为压缩管2的外壁面与其中轴线的夹角。
扩散管4的扩散角为8°，所述扩散角为扩散管4的外壁面与其中轴线的夹角。
限流阀3长度为10mm，减少了限流阀3后部的低压区及涡流的产生。
稳压腔5容积为3L，既保证了出气量又不影响油门响应。
所述进气歧管7喇叭形管大口径端伸入稳压腔5，伸入稳压腔5的部分形成风杯，抑制各缸窜气现象的发生，同时也增长了进气歧管7长度。长歧管通过平滑曲线绕稳压腔布置可有效的减小可变进气总成的占用空间，提高结构的紧凑性
一种适用于小型方程式赛车的进气腔，还包括密封环10，密封环10设置在进气歧管6、7底部，且位于歧管安装面9底面(即为与发动机连接面)，以增强赛车进气腔和发动机密封硅胶之间的密封效果。
本发明所述的小型方程式赛车的可变进气系统的材料为ABS塑料、光敏树脂或玻璃微珠，可通过3D打印制作。
工作流程：外界的空气从节气门安装面1上安装的节气门体进入进气腔的进气口，然后进入压缩管2减压加速，在限流阀3处流速达到最快，然后进入扩散管4减速增压，之后进入稳压腔5稳压。接着若发动机在高转速时，则被短歧管7直接吸进发动机，新鲜空气快速进入气缸，有利于提高发动机高转速部分的有效功率和转矩；若发动机在低转速时则空气被长短歧管同时吸进发动机，空气和燃油可以得到充分混合，有利于满足发动机低转速时的进气要求。整个进气腔通过歧管安装面9安装在发动机上。
Claims (10)
1.一种适用于小型方程式赛车的可变进气系统，其特征在于，包括进气管，稳压腔(5)，长进气歧管(6)，短进气歧管(7)，蝶阀(8)和歧管安装面(9)；
所述稳压腔(5)的侧壁均匀设置有两排出口，所述进气管的出气端与稳压腔(5)的进气口连接，所述短进气歧管(7)顶部与稳压腔(5)底部的一排出口连接，短进气歧管(7)另一端与歧管安装面(9)连接；
所述长进气歧管(6)主体呈弯曲型管，且绕稳压腔(5)设置，数量与短进气歧管(7)数量相同，长进气歧管(6)的进气端与稳压腔(5)的另一排出口连通，长进气歧管(6)的出气端与短进气歧管(7)的侧壁连通；
所述长进气歧管(6)和短进气歧管(7)中分别设有蝶阀(8)，通过对蝶阀(8)的控制，实现长、短进气歧管的切换。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述短进气歧管(7)包括依次连接的喇叭形管和直管，喇叭形管大口径端伸入稳压腔(5)内，伸入稳压腔(5)的部分形成风杯；
所述长进气歧管(6)包括依次连接的圆弧管和曲线管，且进气歧管圆弧管与稳压腔(5)相连，曲线管与短进气歧管(7)相连。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述稳压腔(5)主体为从前到后直径逐渐变小的管状，稳压腔(5)的小端面为向外突出的圆弧面，大端面为中部设有进气口的平面，平面与稳压腔(5)的连接处倒圆角设置。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述进气管包括依次连接的节气门安装面(1)，压缩管(2)，限流阀(3)和扩散管(4)，所述节气门安装面(1)与节气门装配。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述稳压腔(5)容积为3L。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述压缩管(2)的压缩角为20°，所述压缩角为压缩管(2)的外壁面与其中轴线的夹角；所述扩散管(4)的扩散角为8°，所述扩散角为扩散管(4)的外壁面与其中轴线的夹角；所述限流阀(3)长度为10mm。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括密封环(10)，歧管安装面(9)用于与发动机装配，所述密封环(10)位于歧管安装面(9)与发动机的装配面上。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括控制系统和伺服电机，所述控制系统通过控制伺服电机实现蝶阀的开闭，从而实现长、短进气歧管的切换。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制系统为stm32单片机。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述长进气歧管(6)和短进气歧管(7)的数量与赛车的气缸的数量相同。
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