【正文】 由于這四段排氣管在制作過程時是連在一起的，因此四段排 氣管的直徑要相同，從上得出結(jié)論，排氣管 1， 2， 3 段直徑為 15mm 時，汽油機性能最佳，而排氣管 4 段。由此可見排氣管 4 直徑為 20mm 時，燃油消耗量較少，汽油機經(jīng)濟性較好。當(dāng) 排氣管 4 直徑大于 20mm 時，汽油機燃油消耗量隨著排氣管直徑增大而增大。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 35 圖 油耗隨排氣管 4 直徑變化規(guī)律 由圖 可見 ，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，排氣管 4 直徑小于等于 20mm，隨著排氣管直徑增大，汽油機燃油消耗量逐漸減小。 在發(fā)動機設(shè)計時考慮發(fā)動機輕巧，節(jié)省制造成本原則，由此可見排氣管 4 直徑 為 20mm 時，扭矩較大，動力性較好。當(dāng) 排氣管 4 直徑大于 20mm 時，汽油機扭矩 汽油機扭矩受排氣管直徑影響很小。 圖 扭矩隨排氣管 4 直徑變化規(guī)律 由圖 可見， 當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，排氣管 4 直徑小于等于 20mm 時，隨著排氣管直徑增大，汽油機扭矩逐漸增大。在發(fā)動機設(shè)計時考慮發(fā)動機輕巧，節(jié)省制造成本原則，由此可見排氣管 4 直徑 為 20mm時，充氣效率較高。這是因為直徑過大，排氣已 經(jīng)十分徹底 。造成結(jié)果的原因與圖 的原因相同， 隨著排氣管直徑增大，汽油機排出的廢氣量更加多，更加徹底，留在整個進排氣系統(tǒng)的廢氣就會減少，從而讓更多新鮮空氣進入氣缸中 ， 提高了充氣效率。 充氣效率隨排氣管 4 直徑變化規(guī)律如圖 所示。在汽油機原有數(shù)據(jù)進行模擬的模型中，把排氣管 4 段直徑分為 10mm， 13mm， 15mm， 20mm， 25mm， 30mm 這 6 個階段，并依次在轉(zhuǎn)速為 6750r/min， 7000r/min， 7250r/min， 7500r/min， 7750r/min 時進行模擬計算。 綜合上 述 3 幅圖得出排氣管 3 直徑為 15mm 時，汽油機性能較好。由于 排氣管直徑過大，排氣十分 順暢，排氣背壓不足，排氣門提前開啟，活塞達到下止點前，仍具有一定壓力的燃氣通過排氣門排出，油耗變高 [20]。當(dāng) 排氣管 3 直徑大于 15mm 時，隨著直徑的增大，汽油機油耗增加。 圖 油耗隨排氣管 3 直徑變化規(guī)律 由圖 可見，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，排氣管 3 直徑小于等于 15mm 時，隨著排氣管直徑增大，汽油機燃油消耗量逐漸減小。由此可見當(dāng)排氣管 3 直徑為 15mm 時，扭矩較大，汽油機動力性較好。當(dāng) 排氣管 3 直徑大于 15mm 時，汽油機扭矩受排氣管直徑影響很小。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 32 圖 扭矩隨排氣管 3 直徑變化規(guī)律 由圖 可見，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，排氣管 3 直徑小于等于 15mm 時，隨著排氣管直徑增大，汽油機扭矩逐漸增大。由此可見 排氣管 3 直徑為 15mm 時，汽油機充氣效率較高。 當(dāng)排氣管3 直徑一定時，隨著汽油機轉(zhuǎn)速增加，汽油機充氣效率逐漸減小。造成結(jié)果的原因與圖 的原因相同， 隨著排氣管直徑增大，汽油機排出的廢氣量更加多，更加徹底，留在整個進排氣系統(tǒng)的廢氣就會減少，從而讓更多新鮮空氣進入氣缸中 ， 提高了充氣效率。 充氣效率隨排氣管 3 直徑變化規(guī)律如圖 所示。在汽油機原有數(shù)據(jù)進行模擬的模型中，把排氣管 3 段直徑分為 10mm ， 13mm， 15mm， 20mm， 25mm， 30mm 這 6 個階段，并依次在轉(zhuǎn)速為 6750r/min， 7000r/min， 7250r/min， 7500r/min， 7750r/min 時進行模擬計算。 綜合上述 3 幅圖得出排氣管 2 直徑為 15mm 時，汽油機性能較好。這是因為排氣管直徑過大，排氣過于順暢，排氣背壓不足，排氣門提前開啟，活塞到達下止點前，仍具有一定壓力的燃氣通過排氣門排出，油耗增加 [20]。 造成結(jié)果的原因與圖 的原因相同 ,隨著排氣管直徑增大，汽油機排出的廢氣更徹底，留在整個進排氣系統(tǒng)廢氣減少，新鮮空氣進入氣缸的量增加，燃燒更充分。 圖 油耗隨排氣管 2 直徑變化規(guī)律 由圖 可見 ，當(dāng)排氣管 2 直徑一定 時，隨著汽油機轉(zhuǎn)速增加，汽油機燃油消耗率逐漸增加。由此可見，排氣管 2 直徑為 15mm 時，扭矩較大 ,動力性較好。 當(dāng)排氣管 2 直徑一定時，隨著汽油機轉(zhuǎn)速增加，汽油機扭矩逐漸減小。 造成結(jié)果的原因與圖 的原因相同， 隨著排氣管直徑增大，汽油機排出的廢氣更徹底，留在整個進排氣系統(tǒng)廢氣減少，新鮮空氣進入氣缸總量增加，提高充氣效率，輸出更 多的機械能。 扭矩隨排氣管 2 直徑變化規(guī)律如圖 所示。 這是因為 氣缸充氣需要時間，活塞下行時氣缸充氣，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣 不充分 ，活塞動作已經(jīng)從下 往 上 移動 ，充氣效率降低。這是因為直徑過大，排氣已經(jīng)十分徹底。 提高充氣效率。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 29 圖 充氣效率隨排氣管 2 直徑變化規(guī)律 由圖 可見，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，排氣管 2 直徑小于等于 15mm 時，隨著排氣管直徑增大，汽油機充氣效率逐漸提高。打開 GTPOST，得到汽油機在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)直徑時的燃油消耗量、扭矩、充氣效率的數(shù)值，得出數(shù)據(jù)，繪制圖表。 排氣管 2 段直徑優(yōu)化 本文通過排氣管 2 段直徑的改變對汽油機轉(zhuǎn)速、燃油消耗量、扭矩、充氣效率的影響進行仿真模擬，得出數(shù)據(jù)進行分析。由此可見 ，排氣管 1 直徑為 15mm 時，燃油消耗量較少，汽油機經(jīng)濟性能較好。 當(dāng)排氣管 1 直徑一定時，汽油機燃油消耗量隨著轉(zhuǎn)速的 升高 而增加。 當(dāng)排氣管直徑大于 15mm 時，隨著直徑增大，汽油機油耗 增加。 油耗隨排氣管 1 直徑變化規(guī)律如圖 所示。 因此 就呈現(xiàn)出曲線下降的趨勢。這是因為物體運動具有慣性， 發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，氣缸充氣 不充分 ，活塞動作已經(jīng)從下 往 上 移動 ，充氣效率降低，就會使進入氣缸的氣體減少，燃燒不完全，無法高效的將內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機械能，動力性下降，扭矩下降。這是因為排氣管直徑過大， 排氣 十分順 暢，排氣背壓不足， 排氣門提前開啟，在活塞達到下止點前，仍具有一定壓力的燃氣 通過 排氣門排 出 ，損失 機械能， 扭矩減小，甚至造成起步無力 [20]。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 27 圖 扭矩隨排氣管 1 直徑變化規(guī)律 由圖 可見，當(dāng)汽油機轉(zhuǎn)速一定時， 排氣管 1 直徑小于等于 15mm 時，隨著直徑的增大汽油機扭矩增大 ,這是因為 隨著排氣管直徑增大，汽油機排出的廢氣量更加多，更加徹底，留在整個進排氣系統(tǒng)的廢氣就會減少，從而讓更多新鮮空氣進入氣缸中，使其燃燒更充分，輸出更多的機械能，增大 扭矩。由此可見 排氣管 1 直徑為 15mm時，汽油機充氣效率較高。轉(zhuǎn)速對充氣效率的影響程度稍大于直徑對充氣效率的影響程度。 當(dāng)排氣管 1 直徑一定時，汽油機充氣效率隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小。 圖 充氣效率隨排氣管 1 直徑變化規(guī)律 由圖 可見，當(dāng)汽油機轉(zhuǎn)速一定時，排氣管 1 直徑小于等于 15mm 時，隨著直徑的增大汽油機充氣效率增加。打開 GTPOST，得到汽油機在相應(yīng)轉(zhuǎn)速，相應(yīng)直徑時的燃油消耗量、扭上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 26 矩、充氣效率的數(shù)值 ，得出數(shù)據(jù)，繪制圖表。 排氣管 1 段直徑優(yōu)化 本文通過排氣 管 1 段直徑的改變對汽油機轉(zhuǎn)速、燃油消耗量、扭矩、充氣效率的影響進行仿真模擬，得出數(shù)據(jù)進行分析。 本文研究的排氣管是由彎曲的管道和垂直的管道兩個部分組成的，在建立模型時，把排氣管分為四段，分別是 1 段的彎曲段， 2 段的垂直段， 3 段的彎曲段，以及 4段的垂直段。在研究發(fā)動機排氣 系統(tǒng)時如何更好的運用壓力波，如何更好提高發(fā)動機的充氣效率，如何更好的讓汽油機進氣系統(tǒng)的進氣更充分，如何更好的讓汽油機排氣系統(tǒng)排氣更徹底，就需要在研究時更好的運用仿真軟件。但是由于在實際研究問題操作過程中，為了不讓操作流程過于復(fù)雜，在一般研究中，科研人員大多采用第一種方法。不僅在單一問題上 可以得到 分析解， 在復(fù)雜的 問題上，也可得到 較精確的數(shù)值 解。在 19 世紀的時候人們就已經(jīng)將它進行應(yīng)用，在 20 世紀之后隨著計算機的產(chǎn)生與發(fā)展，特征線法也同樣在此基礎(chǔ)上得到更 好的應(yīng)用。另外一種方法是特征線法。對汽車排氣系統(tǒng)進行研究時，科研人員一般都采用兩種方式。 綜合上述 3 幅圖得出曲管直徑為 30mm 時，汽油機性能較好。這是因為轉(zhuǎn)速增加需要輸出的功率越大，輸出的機械能越大，燃油消耗越多，使更多的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。當(dāng)曲管直徑大于 30mm時， 氣道內(nèi)的紊亂 氣流 趨于穩(wěn)定 ， 進氣的量將不會改變 ， 充氣效率提高不明顯，進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣總量幾乎不變，而由于諧振腔容積的過大，使在容積中消耗的能量損失增加，汽油機燃油消耗量增加。 圖 油耗隨諧振腔容積變化規(guī)律 由圖 可見 ，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，曲管直徑小于 30mm 時，隨著曲管直徑的增加，汽油機燃油消耗量減少。 在發(fā)動機設(shè)計時考慮發(fā)動機輕巧，節(jié)省制造成本原則，由此可見 曲管直徑為 30mm 時，扭矩最大，動力性好。當(dāng)曲管直徑相同時，隨著轉(zhuǎn)速上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 24 的增加，汽油機扭矩逐漸減小。當(dāng)曲管直徑大于 25mm時，氣流內(nèi)的紊亂氣流趨于穩(wěn)定， 進氣門口處的壓力值為一個穩(wěn)定值，進氣的量將不會改變，充氣效率不會提高 ，進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣總量維持不變。 圖 扭矩隨諧振腔容積變化規(guī)律 由圖 可見 ， 當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，當(dāng)曲管直徑小于 25mm 時，汽油機扭矩隨著曲管直徑的增大而增大。 在發(fā)動機設(shè)計時考慮發(fā)動機輕巧，節(jié)省制造成本原則，由此可見曲管直徑為 30mm 時，充氣效率較高。這是因為 當(dāng) 曲管 直徑一定時，隨著汽油機轉(zhuǎn)速的增加，充氣效率逐漸降低。從圖中也可得出，當(dāng)曲管直徑為 30mm， 35mm， 40mm 時，充氣效率較高，并較為接近。因此諧振腔容積的增加， 起到氣流緩沖的作用，減弱進氣壓力脈動， 消除氣道內(nèi)的紊亂氣流，提高充氣效率。增大諧振箱容積 ,波形峰值變小 ,對應(yīng)的諧振轉(zhuǎn)速范圍變寬。增大諧振箱容積 V,對應(yīng)的諧振轉(zhuǎn)速較高。這是因為 諧振腔與進氣管合理匹配 ,能夠使進氣壓力波形成上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 23 諧 振波形。 充氣效率隨諧振腔容積變化規(guī)律如圖 所示。在汽油機原有數(shù)據(jù)進行模擬的模型中，把曲管直徑分為 15mm， 20mm， 25mm， 30mm， 35mm， 40mm 這 6個階段，并依次在轉(zhuǎn)速為 6750r/min， 7000r/min， 7250r/min， 7500r/min， 7750r/min時進行模擬計算。本文也采用該種方式，保持該段曲管長度為25mm 不變，通過這段曲管直徑的改變，改變諧振腔的體積。 主要作用是減少噪音，對進氣有緩沖效果。這種效應(yīng)稱為進氣波效應(yīng)。 為防止壓縮比過大，產(chǎn)生爆燃等現(xiàn)象，綜合上述 3 幅圖得出壓縮比為 10 時，汽油機性能好。這是因為汽油機轉(zhuǎn)速越大，需要消耗的功越多，燃油消耗量越大。表面點火則會更加汽油機的負荷，從而減少使用年限。而當(dāng)壓縮比過大時 ，發(fā)動機工作時會有明顯的抖動現(xiàn)象，不但不能降低油耗，還會發(fā)生“爆燃”和“表面點火”等現(xiàn)象。 圖 油耗隨壓縮比變化規(guī)律 由 圖可見，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，除了壓縮比 和 11 時，汽油機燃油消耗量隨著壓縮比的增大而減小。由此可見壓縮比為 11 時，充氣效率較高。這是因為壓縮比增大， 壓力升高使 進入氣體密度變大，分子之 間的距離減小，燃油分子與氧分子距離更加接近，燃燒更快更充分。 充氣效率隨壓縮比變化規(guī)律如圖 所示。 因此 ，高壓縮比的發(fā)動機意味著可具有較大的動力輸出 [13]。當(dāng)密閉容器中的氣體受到壓縮時，壓力隨著溫度的升高而升高。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 基于 GTPower 汽油機進排氣系統(tǒng)優(yōu)化研究 20 圖 扭 矩隨壓縮比變化規(guī)律 由圖 ，當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，汽油機扭矩隨著壓縮比增大而增大。打開 GTP