• 排氣歧管

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    排氣歧管

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    汽車工程中,排氣歧管將來自多個氣缸的廢氣收集到一根管道中。歧管這個詞來自古英語單詞manigfeald(來自盎格魯-撒克遜語manig[many]和feald[fold]),指的是多個輸入和輸出的折疊在一起(相反,進氣歧管向氣缸)。排氣歧管通常是簡單的鑄鐵不銹鋼單元,用于收集來自多個氣缸的發動機廢氣并將其輸送到排氣管。對于許多發動機而言,售后市場的管狀排氣歧管在美式英語中稱為集管,在英國和澳大利亞英語中稱為抽氣歧管,在英式英語中稱為管狀歧管。這些由每個氣缸的單獨排氣頭管組成,然后通常會聚成一個稱為收集器的管。沒有收集器的標頭稱為zoomie標頭。最常見的售后集管類型由低碳鋼或不銹管制成,用于初級管以及扁平法蘭,可能還有一個直徑較大的收集器,由與初級管相似的材料制成。它們可能涂有陶瓷型飾面(有時在內部和外部),或涂有耐熱飾面,或裸露。鍍鉻接頭是可用的,但這些接頭在使用后往往會變藍。拋光不銹鋼也會著色(通常為黃色),但在大多數情況下少于鉻。使用的另一種修改形式是隔離標準或售后市場歧管。這減少了散發到發動機艙的熱量,從而降低了進氣歧管溫度。有幾種類型的隔熱材料,但三種是特別常見的:

    • 將陶瓷涂料噴涂或刷到歧管上,然后在烤箱固化。它們通常很薄,因此幾乎沒有絕緣特性;然而,它們通過減少輻射的熱量輸出來減少發動機艙的加熱。
    • 通過熱噴涂將陶瓷混合物粘合到歧管上,形成具有非常好的隔熱性的堅韌陶瓷涂層。這通常用于高性能生產汽車和僅限賽道的賽車手。
    • 排氣套完全包裹在歧管周圍。雖然這很便宜且相當簡單,但它可能導致歧管過早退化。

    高性能排氣集管的目標主要是降低流動阻力(背壓),并提高發動機的容積效率,從而增加動力輸出。發生的過程可以用氣體定律來解釋,特別是理想氣體定律和組合氣體定律。

    排氣清除

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    當發動機開始其排氣沖程時,活塞向上移動氣缸孔,從而減小總腔室容積。當排氣閥打開時,高壓廢氣逸入排氣歧管或集管,產生一個由三個主要部分組成的排氣脈沖:

    • 高壓頭是由燃燒室內的排氣與排氣系統外的大氣壓之間的巨大壓力差產生的
    • 隨著廢氣在燃燒室和大氣之間的平衡,壓力差減小,排氣速度降低。這形成了排氣脈沖的中壓體成分
    • 剩余的廢氣形成低壓尾氣。該尾部組件最初可能與環境大氣壓相匹配,但高壓和中壓組件的動量將燃燒室中的壓力降低到低于大氣壓的水平。

    當進氣門和排氣門都部分打開時,這種相對較低的壓力有助于從氣缸中提取所有燃燒產物并在重疊期間引入進氣。這種效果被稱為清除。排氣口和管道的長度、橫截面積和形狀會影響掃氣效果的程度以及掃氣發生的發動機轉速范圍。排氣掃氣效果的大小是排氣脈沖的高壓和中壓分量速度的直接函數。性能集管盡可能提高排氣速度。一種技術是調諧長度的初級管。該技術試圖對每個排氣脈沖的發生進行計時,以便在仍在排氣系統中時一個接一個地連續發生。排氣脈沖的低壓尾隨后用于在下一個排氣脈沖的高壓頭之間產生更大的壓力差,從而增加該排氣脈沖的速度。在具有多個排氣組的V6和V8發動機中,Y管和X管的工作原理相同,即利用排氣脈沖的低壓分量來增加下一個排氣脈沖的速度。在選擇初級管的長度和直徑時必須非常小心。過大的管子會導致廢氣膨脹和減速,降低掃氣效果。太小的管子會產生排氣流阻力,發動機必須工作以將廢氣從腔室中排出,從而降低功率并將排氣留在腔室中以稀釋進入的進氣量。由于發動機在更高的速度下產生更多的廢氣,因此根據預期應用將集管調整到特定的發動機速度范圍。通常,寬主管在較高的發動機轉速下提供最佳的功率和扭矩增益,而窄管在較低的轉速下提供最佳增益。許多集管也進行了共振調諧,以利用低壓反射波稀疏脈沖,這有助于在氣門重疊期間對燃燒室進行掃氣。每當密度發生變化時,例如當排氣合并到收集器中時,所有排氣系統都會產生這個脈沖。為澄清起見,稀疏脈沖是與上面在頭部、身體、尾部描述中描述的相同過程的技術術語。通過調整初級管的長度,通常通過共振調整,稀疏脈沖可以被定時以與發生瓣膜重疊的確切時刻一致。通常,長主管在發動機轉速下的共振比短主管低。一些現代排氣集管帶有陶瓷涂層。該涂層用于防止生銹并減少輻射到發動機艙的熱量。熱量減少將有助于防止進氣歧管熱浸,這將降低進入發動機的空氣溫度。

    為什么交叉平面V8需要H或X排氣管

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    CrossplaneV8發動機有一個左排和右排,每個排包含4個氣缸。當發動機運轉時,活塞根據發動機點火順序點火。如果一個組有兩個連續的活塞點火,它將在排氣管中產生一個高壓區域,因為兩個排氣脈沖及時接近地通過它。當兩個脈沖在排氣管中移動時,它們應該遇到X或H管。當它們遇到管道時,部分脈沖轉移到XH管道中,從而使總壓力小幅降低。壓力降低的原因是流體液體、空氣或氣體)將沿著管道流動,當它到達交叉口時,流體會走阻力最小的路徑,有些會流出,從而稍微降低壓力.如果沒有XH管道,排氣流將不穩定或不一致,發動機將無法以最高效率運行。雙排氣脈沖將導致該組中的下一個排氣脈沖的一部分不能完全離開該氣缸并導致爆震(由于稀空燃比(AFR))或由于富AFR導致的失火,具體取決于關于剩下多少雙脈沖以及該脈沖的混合物是什么。

    排氣歧管

    動態排氣幾何

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    今天對排氣系統和流體動力學的理解已經引起了許多機械改進。在一些雅馬哈摩托車上安裝的排氣極限功率閥(EXUP)中可以看到其中一項改進。它不斷調整排氣系統收集器內的背壓,以增強作為發動機轉速函數的壓力波形成。這確保了良好的中低檔性能。在低發動機轉速下,管網內的波壓低。在排氣門關閉之前發生亥姆霍茲共振的完全振蕩,并且為了增加低速扭矩,人為地誘導大振幅的排氣壓力波。這是通過在來自氣缸的四個主管連接處部分關閉排氣內的內部閥門(EXUP閥門)來實現的。該連接點本質上表現為人造大氣,因此該點壓力的變化控制了反射波在區域不連續性突然增加時的行為。關閉閥門會增加局部壓力,從而導致較大幅度的負反射膨脹波的形成。這將低速扭矩提高到由于增加的背壓而導致的損失超過EXUP調整效果的速度。在更高的速度下,EXUP閥完全打開,排氣可以自由流動。

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    1. 排氣歧管
    2. 排氣清除
    3. 為什么交叉平面V8需要H或X排氣管
    4. 動態排氣幾何

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