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(fā)動機呼吸的最佳選擇。然后，他們發(fā)現(xiàn)，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(chuàng)建 壓力波。 現(xiàn)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(fā)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(fā)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(fā)現(xiàn)，為了實現(xiàn)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(fā)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(fā)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(qū)甚至可以對氣缸充電，阻礙轉矩輸出。 跑車發(fā)動機可以采用較短的調諧進氣歧管優(yōu)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(fā)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(xiàn)代發(fā)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(fā)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(fā)動機的靈活性。傳統(tǒng)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(fā)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(fā)動機VVT走紅之前。今天，許多發(fā)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(fā)動機是少數(shù)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(fā)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(jié)傳統(tǒng)進氣歧管的缺點。如果一個固定長度的進氣歧管進行了優(yōu)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(tǒng)，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。空間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(fā)動機。 這就是為什么大多數(shù)VLIM系統(tǒng)，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(tǒng)位于v-valley節(jié)省空間。系統(tǒng)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(tǒng)是更復雜一點，空間嚙合比二級系統(tǒng)。最終被放棄，當奧迪推出雙連續(xù)可變氣門正時及FSI擴大扭矩曲線。 五 連續(xù)可變長度進氣歧管-例如寶馬 寶馬的Diva（區(qū)分可變進氣）系統(tǒng)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(xù)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(yōu)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(tǒng)。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(tǒng)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(xù)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(fā)動機和V型發(fā)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(fā)動機管理系統(tǒng)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(tǒng)。注意它有2個管道連接在2個通風室之間。 諧振進氣系統(tǒng)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(tǒng)的名字 varioram。然而，該系統(tǒng)消耗的空間（見右下圖），所以從996轉發(fā)回復只有諧振進氣系統(tǒng)，雖然保時捷一直使用的名稱varioram。本田NSX是諧振進氣系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(fā)很可能被拖到公路上，因為卡車后面有一個低壓區(qū)域?？ㄜ囘\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(shù)賽車發(fā)動機和高性能發(fā)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(tǒng)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