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FSAE赛车发动机废气涡轮增压的研究
| 论文题名： | FSAE赛车发动机废气涡轮增压的研究 |
| 关键词： | 大学生方程式赛车;发动机;废气涡轮;增压作用;节能减排 |
| 摘要： | 小排量赛车涡轮增压是提高大学生方程式（Formula SAE，简称FSAE）大赛赛车性能的重要途径。通过对大学生方程式大赛小型单缸发动机涡轮增压的研究，也将为汽车行业的节能减排提供技术的积累和借鉴。 本文以HRT15C型单缸赛车发动机为研究对象，以提高赛车的比功率为目标，选型设计了涡轮增压器，并利用 GT-POWER软件进行了匹配计算和仿真分析，匹配计算与仿真分析结果表明，通过涡轮增压可以达到提高小型单缸发动机功率的目的。但目前市场上可供小型单缸汽油机选型使用的涡轮增压器十分有限，所选择的MGT1238型和RHF25型两款涡轮增压器，各有所长，但均存在不足之处。 在仿真研究的基础上，本文设计了小型单缸涡轮增压发动机的试验系统。试验系统包括进排气、冷却、润滑、增压压力控制等子系统。通过所设计的试验系统对选型的两款涡轮增压器 RHF25型和 MGT1238型进行了试验对比分析。试验研究发现，匹配RHF25型涡轮增压器，发动机进气流量相比原机增长明显，但在节气门开度超过40%时，涡轮造成了较大的排气阻力，发动机功率达不到预期目标。匹配 MGT1238型涡轮增压器，在部分负荷下，发动机的功率就已经实现了提升，最大提升率达20.7%。但同时，发动机也存在进气温升大、高转速充气效率低等缺点。已经完成的试验研究结果表明，小型单缸发动机通过选用现有多缸机的涡轮增压器产品虽然能够实现动力性的改善，但是直接安装目前有限可选用的涡轮增压器对发动机动力性的改善存在局限性，难以达到预期的目标。 基于上述研究结果，本文对目标发动机匹配MGT1238型和RHF25型两款涡轮增压器后未达到预期目标的原因进行了进一步分析。分析认为，出现这一问题的主要原因是，与多缸发动机相比，单缸机的排气流量波动剧烈的多，按照平均流量匹配的涡轮并不能实现预期的增压效果。在此基础上，本文提出了两种解决方法，第一，在排气系统加装稳压器，缓解压力和流量波动；第二，将不同增压器的压气机和涡轮重新组合成一个新的增压器。本文取 MGT1238型增压器的涡轮和RHF25型增压器的压气机组合成新型涡轮增压器(R-M增压器)与目标发动机匹配，并在此基础上对增压器尺寸进行优化。仿真研究表明，匹配RHF25涡轮增压器，发动机使用直径160mm球形稳压器时的功率比未使用稳压器时提高了12.7%，实现了匹配目标。R-M增压器与目标单缸发动机匹配效果良好，通过对优化增压器尺寸进行优化，还可以进一步将R-M增压器压气机效率提高1.3%。 |
| 作者： | 周天鹏 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 杨建国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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