【正文】 集合器位置正面然后根據(jù)以上兩個(gè)大致位置和排氣歧管要求的長(zhǎng)度進(jìn)行布置，由于從正面看最右側(cè)的排氣管需要避開機(jī)濾和發(fā)動(dòng)機(jī)支架，而且離集合器最遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)榱艘屗母艢夤艿乳L(zhǎng)，讓它走直線。再設(shè)計(jì)中就是不斷嘗試集合器的位置，來(lái)符合這個(gè)要求。淘汰明顯不符合要求的方案，減少有限元分析的工作量。 排氣歧管編號(hào)然后就是在集合器上的排氣管布置，一個(gè)叫成功的布置列子如圖。： 排氣歧管管口（a）這種排布方式的確定就是4管需要避開2管。然而它可以避免由于4管廢氣出口帶靠近廢氣進(jìn)口、導(dǎo)致彎管的中心線半徑太小，在市場(chǎng)上沒(méi)不到如此規(guī)格的預(yù)彎管。 排氣歧管正面（b） 排氣歧管側(cè)面面（b）：（c）這種排布方式不是很理想最主要的原因就是4號(hào)管特別彎曲，制造難度大。所以這種布置方案沒(méi)有嘗試去做。所以選擇了第一種方案。它的缺點(diǎn)也很，大就是排氣管內(nèi)壁粗糙、重量大、小批量生產(chǎn)不方便。這種工藝的特點(diǎn)便是排氣管重量輕，不利于大量制造，但是小批量生產(chǎn)容易。排氣歧管使用金屬管彎曲成形和焊接工藝的關(guān)鍵就是彎曲質(zhì)量的問(wèn)題。這既會(huì)影響使用質(zhì)量, 又嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量, 而用于賽車排氣管的彎管, 管件的等截面積是首位的,如果產(chǎn)生了截面積顯著收縮, 就嚴(yán)重影響了使用的性能。內(nèi)側(cè)受壓應(yīng)力作用而產(chǎn)生塑性壓縮, 同樣, 因壓縮量較大及管件剛性不足,材料首先產(chǎn)生材料首先產(chǎn)生彈性失穩(wěn), 在外力N作用下沿彎曲圓周方向呈波紋狀, 造成管件局部區(qū)域承受剪切應(yīng)力的作用, 隨著P 力的增加,材料產(chǎn)生剪切屈服, 即 , 從而產(chǎn)生向管內(nèi)起皺的現(xiàn)象。針對(duì)產(chǎn)生彎曲截面積收縮的原因, 采取下列工藝方法予以解決:(1) 彎曲成型時(shí), 在彎曲拉伸邊設(shè)置輔助支承芯棒2, 所示, 以平衡剪應(yīng)力, 消除剪切屈服, 避免法向塑性位錯(cuò)( 彎形) , 從而解決壓扁問(wèn)題。解決了這兩個(gè)問(wèn)題, 管件的截面積收縮就基本上得到了解決, 本例的關(guān)鍵問(wèn)題也就基本解決。而選擇這樣的預(yù)彎管就必須知道這些管材的技術(shù)參數(shù)，主要就是：管外徑、管壁厚、中心線半徑、彎曲角度、腿長(zhǎng)。而中碳鋼雖然是最便宜的但是在重量和導(dǎo)熱方面都不如不銹鋼，所以最后選擇了不銹鋼預(yù)彎管最為排氣管的材料。其中使用了專用畫線工具。 管材切割然后把截好的管材更具設(shè)計(jì)要求組合焊接好，注意首先焊接在一個(gè)平面內(nèi)的管材。先是把歧管裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上固定好，定好位置。 排氣歧管（1）然后把星形片焊接上堵住四根歧管矩形組合后留下的空隙，最后把集合器焊接上，歧管算是完成了。在集合器的工藝方案上有兩種選擇。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)就是價(jià)格便宜，焊縫只有一條，焊接影響小。還有就是在和歧管末端連接的時(shí)候需要把四根歧管矩形組合后留下的空隙用星形片填上（），以免漏氣。這種工藝的優(yōu)點(diǎn)就是整體精度比沖壓成形好，無(wú)需填補(bǔ)星形空間。 焊接成形集合器經(jīng)過(guò)分析對(duì)比較雖然焊接成形集合器整體性能比較好，可是考慮到成本因素最后選擇了沖壓彎折成形的集合器。第一種為膨脹箱，在該箱內(nèi)氣體流過(guò)管子中突然擴(kuò)大的官腔；第二種為側(cè)置共振器，它具有單獨(dú)的封閉小室，由小孔或者很短的小管子與排氣管相通；第三種，管子中的收縮部分也起到消聲作用，通俗說(shuō)的就是在排氣管中加入了擾流片。實(shí)際工程運(yùn)用中多數(shù)車倆是使用三種方法組合消聲。以上分析的是民用車常用的消聲器結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)單，消聲效果好然而很顯然，由于廢氣需要經(jīng)過(guò)多個(gè)腔室，排氣阻力很大。 賽車消聲器，排氣阻力可以降到最低在管道的管壁上打了許多小孔讓氣流流過(guò)，這樣和外面的封閉的大桶配合組成的膨脹腔，而且在腔中間填滿了消聲玻璃纖維，用來(lái)吸收氣體脈沖。在消音氣的參數(shù)選擇上，由于每個(gè)廠家的設(shè)計(jì)不一樣，每個(gè)膨脹腔的設(shè)計(jì)不同，消音棉的不同品質(zhì)，腔室的組合不同都會(huì)影響到消音效果。美國(guó)Nelson消聲器公司推薦的消聲器容積計(jì)算公式為：V=Q?n?Vst/1000?τ?i …………………………………（ ）式中： n — 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min； v — 消聲器容積； i — 缸數(shù)； τ— 沖程數(shù)； Vst— 發(fā)動(dòng)機(jī)排量，L； Q —修正系數(shù)，取2到6，對(duì)消聲器要求越高時(shí)，Q應(yīng)越大。5 用FLUENT有限元分析軟件分析排氣管 流體力學(xué)是以流體為研究對(duì)象，研究其平衡、運(yùn)動(dòng)時(shí)的宏觀物理量變化規(guī)律，以及互相作用。CFD是計(jì)算流體力學(xué)的簡(jiǎn)稱，它是基于離散化的數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)流體的流場(chǎng)進(jìn)行分析的一個(gè)科學(xué)分支。根據(jù)流體力學(xué)基本理論，流體流動(dòng)可以做以下劃分：（1） 可壓縮與不可壓縮流體；根據(jù)流體壓縮性的大小可以將流體分為可壓縮流體與不可壓縮流體。除擊水現(xiàn)象外，液體均可視為不可壓縮流體。高速氣流側(cè)需要考慮密度變化的影響，視為可壓縮流體。定常流動(dòng)（又稱非穩(wěn)定流域或者非恒定流）是指流場(chǎng)中任一空間點(diǎn)上各運(yùn)動(dòng)要素不隨隨時(shí)間變化。（3） 層流與湍流若流體質(zhì)點(diǎn)互相不摻混，有條不紊地做有序的成層流動(dòng)，這種流動(dòng)狀態(tài)稱為層流。其局部速度、壓力等物理量在時(shí)間和空間都可能發(fā)生不規(guī)則脈動(dòng)。表 煙氣性質(zhì)ρ/kgkg1m1 m1 氣體流速較高，粘性定義為kepsilon方程。壓力出口（Pressure outlet）是對(duì)著集合器。殘差設(shè)定為1x10，則計(jì)算結(jié)果小于該值后求解收斂。+02 m/s，出現(xiàn)在排氣歧管第一個(gè)彎管處。從速度云圖和壓力云圖中可以看出彎曲段對(duì)氣流的影響巨大，如果在設(shè)計(jì)中可以減小排氣彎曲，排氣氣流就會(huì)順暢很多。而在排氣歧管的制造過(guò)程中還是發(fā)現(xiàn)了許多設(shè)計(jì)問(wèn)題。另外與發(fā)動(dòng)機(jī)接口處由于凸臺(tái)加工精度不足，所以讓發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣歧管的裝配難度又加大了。（3）歧管口和發(fā)動(dòng)機(jī)相出凸臺(tái)加工精度低，裝配不方便。從分析可以看出排氣管彎曲太多是造成歧管缺陷最大的原因。最終沒(méi)有采用這個(gè)方案的原因是最后4號(hào)歧管進(jìn)口和出口的距離太近導(dǎo)致需要彎曲半徑很小的預(yù)彎管。所以最佳的辦法就是把集合器的位置改變。所以要合理設(shè)計(jì)排氣歧管，最好的辦法就是在總布置中給排氣歧管留下足夠的空間，讓集合器的位置可以遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)給歧管彎曲留下足夠的空間，避免過(guò)小的彎曲半徑出現(xiàn)。加工難度降低、排氣阻力減小。 導(dǎo)流星形塊 導(dǎo)流星形塊7 總結(jié)和建議 總結(jié)本次排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一FSAE大賽為背景，以實(shí)際制造出一套符合比賽規(guī)則，適合比賽車輛，性能優(yōu)良的排氣系統(tǒng)為目的。本文主要工作是完成了賽車排氣系統(tǒng)的參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，排氣系統(tǒng)的性能分析和排氣管的加工制作。分析結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的排氣系統(tǒng)能夠滿足FSAE賽車的要求；（3）根據(jù)所設(shè)計(jì)的排氣管參數(shù)，輸出工程圖紙，完成了排氣管的加工制作，并根據(jù)加工制作存在的問(wèn)題，提出了排氣管設(shè)計(jì)的進(jìn)一步意見。 建議如前文所述排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最主要的就是讓排氣系統(tǒng)更加順暢，而諧振原理的運(yùn)用最重要的就是計(jì)算好合適的排氣歧管管徑和長(zhǎng)度。而根據(jù)計(jì)算和fluent分析可知排氣氣流在歧管中遇到最大阻力的便是在彎管處，所以減小彎管是設(shè)計(jì)很重要的一個(gè)方法。總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程，在減少?gòu)澢矫嫦拗谱畲蟮木褪橇艚o排氣系統(tǒng)的空間不夠。如果在賽車設(shè)計(jì)初期能夠較早考慮排氣系統(tǒng)的布置，給予足夠的空間就能大大提設(shè)計(jì)出來(lái)的排氣系統(tǒng)整體的整體性能和工藝性。intake systems, [M]. Ohio: UpperSaddle River,New Jersey Columbus,2004.[8] Smith, To Win[M]. Aero Publishers 1978.[9] [M] .北京:人民交通出版社,2005.[10] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1975.[11] ,[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1988.[12] 龐劍,諶剛,:理論與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2006.[13] [M].北京: 北京理工大學(xué)出版社,2004.[14] (設(shè)計(jì)篇)[M]. 北京:人民交通出版社,2001.譯 文第一章基本知識(shí) 基本要求作為一輛車的機(jī)械部件之一，從制造者的角度來(lái)看，排氣系統(tǒng)需要滿足的基本要求有：能走快速方便的制造；能夠與一個(gè)車系的的車適用；都?jí)蚩焖侔惭b的車架上與發(fā)動(dòng)機(jī)上；和其它部分干涉小，有足夠的間隙；發(fā)動(dòng)機(jī)室溫度低；如果需要能夠給進(jìn)氣預(yù)熱；耐久性好；可以接受的噪音水平；發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速的時(shí)候掃氣效果好，高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力損失小。有可能對(duì)于一個(gè)比賽排氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)最后一條是最重要的，但是剩余的要求是重要的，一個(gè)設(shè)計(jì)者不能只考慮發(fā)動(dòng)機(jī)性能而忽略了其它的要求?，F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)中對(duì)動(dòng)力限制最大的就是節(jié)氣門。最高速度很少使用，只有在空曠的大直路上使用?，F(xiàn)在駕駛車輛是換擋越來(lái)越簡(jiǎn)單了，特別是一些小發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特征越來(lái)越好。在這個(gè)情況下，額外的動(dòng)力很難不被感受到，個(gè)別感受到是當(dāng)50英里每小時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)動(dòng)力輸出大大好于60或者70英里每小時(shí)。現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)如蒸汽機(jī)一樣已近不在重要了，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低速的時(shí)候牽引力已近很流暢了，而且最高檔位是一個(gè)重要的賣點(diǎn)。感謝化油器的制造者和研究改進(jìn)燃燒室設(shè)計(jì)和布局的人，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)能夠優(yōu)秀的符合這些要求。那些正在注意到工廠要求的人并沒(méi)有意識(shí)到一些圈外人若提供了可以做一些看上去簡(jiǎn)單的改進(jìn)方法。任何減少這些動(dòng)力損失的方法都會(huì)讓一個(gè)工程師患得患失。而且一些小型高功率發(fā)動(dòng)機(jī)趨向更高，甚至是大大超過(guò)以前的轉(zhuǎn)速。實(shí)際上混合氣來(lái)源于節(jié)氣門，從燃燒的角度來(lái)看，在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)空燃比是做了很多妥協(xié)的。1．3控制混合氣做為輔助，觀察簡(jiǎn)單二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)：這種發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)載的時(shí)候有著讓人討厭的不規(guī)則運(yùn)轉(zhuǎn)特性。所以不可避免的讓新鮮的混合氣點(diǎn)不著火以至于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不流暢.那些對(duì)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)感到可笑的人也許會(huì)認(rèn)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)也許接受不了四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)也有類似的毛病。理論上由于活塞從上行轉(zhuǎn)換到下行配合氣門運(yùn)作，排氣沖程和吸氣沖程被很好的隔絕了，然而要知道排氣和進(jìn)氣之間的轉(zhuǎn)換非常短，它的時(shí)間比活塞的行程頂部所處的時(shí)間少，而在3000轉(zhuǎn)每分鐘的時(shí)候這個(gè)時(shí)間只有兩千分之一秒。這個(gè)設(shè)計(jì)氣門相位的方法被用在側(cè)邊氣門時(shí)代的發(fā)動(dòng)機(jī)上，那種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室是很薄的一層而且壓縮比在4比1左右。第六章多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的個(gè)氣缸顯然均可想單獨(dú)的管子排氣，因此問(wèn)題實(shí)質(zhì)上與單缸發(fā)動(dòng)機(jī)相同，而后者已在前一章中討論過(guò)了。對(duì)于賽車，常采用等截面管子以免采用多級(jí)膨脹室體積龐大，這樣的限制是很不希望的，應(yīng)為摩托賽車制造廠在四缸和六缸機(jī)上裝單獨(dú)的膨脹室仍設(shè)法獲得了組的轉(zhuǎn)彎間隙。這樣不但在布置上有明顯的優(yōu)點(diǎn)，而且減少了所需要的消聲器的數(shù)量，提高了通過(guò)每個(gè)消聲器的脈沖頻率。在回合兩根排氣尾管的情況下，應(yīng)使匯合到每根排氣管的的各缸具有均勻的發(fā)貨間隔。大量生產(chǎn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)往往把所有排氣通氣道都直接引到一根價(jià)格便宜的鑄鐵排氣歧管中區(qū)，然后再?gòu)拇似绻芤粋€(gè)單獨(dú)的排氣尾管和消聲系統(tǒng)中去。以前的全部分析均假設(shè)氣體的流動(dòng)為一維流動(dòng)，也即脈動(dòng)沖波經(jīng)過(guò)管道時(shí)，它的前鋒為平面，而且只有當(dāng)脈沖波順著管子運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)發(fā)生壓力變化，不存在徑向壓力變化。Deccker等對(duì)氣流用過(guò)簡(jiǎn)單的管道接頭是的情況作了實(shí)驗(yàn)研究。彎管接頭是的不同流動(dòng)階段。向向進(jìn)口上游反射一個(gè)稀疏波。但是在b的情況下，壓縮波從管角A反射回來(lái)，不僅一部分進(jìn)入到兩個(gè)出口支管中去，而且還不分的返回到管道上游。如果氣流在進(jìn)入管道中發(fā)生超音速，則此波的上游部分會(huì)固定在管道接頭處，這將在下游影子很大的紊流。汽缸的兩根排氣管在靠近曲軸箱底部連成一根直徑與原來(lái)相同的管子，穿過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)下面。；同時(shí)向打開著的排氣門反射回去一個(gè)小的稀疏波，是哪里略微減壓。此波返回后繼續(xù)使開啟著的排氣門處減壓。住壓縮波繼續(xù)前進(jìn)，并在兩個(gè)消聲器的擴(kuò)散管中的膨脹；因此進(jìn)一步延長(zhǎng)了返回來(lái)的稀疏波。發(fā)動(dòng)機(jī)在大部分轉(zhuǎn)速下，功率都有顯著的提高，但最明顯到是在4599轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)。這種做法的原理與上述相類似但沒(méi)有與流入相應(yīng)的消聲器作為最后膨脹相對(duì)應(yīng)的東西。在該發(fā)動(dòng)機(jī)上，四根排氣管都與一根公共的排氣管相接，后者再分成兩根管子與錐形消聲器相連接。這種非常成功的分支排氣系統(tǒng)為今后設(shè)計(jì)開創(chuàng)了很好的先列。目前成功的V8發(fā)動(dòng)機(jī)就其排氣管而言與兩個(gè)四個(gè)氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)相同。在前一種由四管相連接成兩管，在再由兩管匯成單管的情況下，從汽缸出來(lái)的壓縮波在每個(gè)接頭處進(jìn)行膨脹，并在管子開口端做最后膨脹之前想排氣口返回兩個(gè)稀疏波。在高速下，第二次減壓來(lái)的太晚。但是中等轉(zhuǎn)速下第二次減壓的好處就消失了，特別在氣門重疊期間。雖然目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)可以用來(lái)設(shè)計(jì)這種四缸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的分支排氣系統(tǒng)，但大多數(shù)常用的系統(tǒng)都是用式湊發(fā)研制而成的。以上這些定性討論實(shí)在過(guò)于簡(jiǎn)單化了。如果流通系統(tǒng)中每個(gè)單元都設(shè)計(jì)成阻力為最小，而又不影響其它的職能，就顯然有利于達(dá)到上訴目的。在實(shí)際的充量更換過(guò)程中，開啟面積不斷變化。一般，這些壓力也是不斷變化的。幸而，從在無(wú)需運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行的簡(jiǎn)單得多的觀察中可以得出很有用的結(jié)論。如假定運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)上每一瞬間的流與量與在和它相同的開啟面積及相同的壓差條件下以穩(wěn)定氣流測(cè)得的流量相等，則它實(shí)際能達(dá)到總流量通常是可以計(jì)算的很精確的。對(duì)受活塞控制的氣口來(lái)說(shuō)，可提供的最大開口集合面積取決于所需要的氣口開閉定時(shí)、氣口在缸套圓周上能占據(jù)的百分比，以及一些力學(xué)上的考慮。充量更換期間的面積變化取決于幾何關(guān)系。最后還是在氣門開啟期間實(shí)際可行的開始面積隨時(shí)間變化規(guī)律的主要影響因素。在理想上，氣體應(yīng)以相同的速度流過(guò)全部的開啟面積。當(dāng)然在這樣做時(shí)，進(jìn)氣系統(tǒng)的其它作用一定不能忽略不計(jì)。原文說(shuō)明題名：Scientific design of exhaus