发动机紧耦式排气歧管结构设计(2)
5.1 有限元法在结构振动分析中的应用 . 24
5.2 结构振动分析的有限元法 . 24
5.3 结构的固有频率和模态 . 25
5.4 模态分析 . 27
5.5 HyperMesh 软件介绍 28
5.6 排气歧管模型的建立 . 30
5.7 排气歧管有限元模型的建立 . 31
5.8 紧耦合式排气歧管模态分析 . 33
5.9 排气系统的减振 . 39
结论. 40
致谢. 40
参考文献. 41
1 绪论
1．1 概述
自20世纪70年代的石油能源危机以及80年代以来，人们的环境保护意识日
益加强，促使了汽车节能减排科研工不断作的发展。随着人们环保意识的日益增
强，国家对汽车节能减排法规日益严格，汽车发动机升功率逐渐增大，强化程度
越来越高，对发动机排气歧管要求越来越高，排气歧管的可靠性，已经成为发动
机研发人员不可忽视的课题[1]
。
发动机排气系统的主要功能是把发动机在燃烧过程中产生的废气从多个气
缸内收集、清洁（经三元催化器）、消声，然后经排气尾管排放。排气系统的顺
序是发动机排气门——排气歧管-三元催化器-消声器-排出。
为了让排气系统有事半功倍的效果，就要充分利用系统在运作时产生的回压
和吸畷的效果。如果发动机在运作时，个别燃烧室的废气活辫来回不停的做开和
动作以排出废气（为配合燃烧动作），所以排气系统输送的废气并不是连续不断
的，而是一波接一波的。因此，如果车子的汽缸数目越多，或者发动机的转速越
高，废气波便就越密。所谓而回压就是当高压的废气波被高速排出气缸时，会在
它后面形成一个低压区，这个低压区可以吸引下一波的废气，已达到减小排气阻
力，提高排气效率的效果，所谓吸畷就是这个引出下一个波动的过程。适量的回
压可使排气系统内产生良好的吸畷效果，使发动机不费劲地排出废气，排气效率
也比完全不用排气系统更高，残余在气缸内的废气更少，使气缸内可容纳供燃烧
用的新鲜空气也更多。
从上述理论中可以知道，一套高性能排气系统需要有一个设计优良的排气歧
管，把不同气缸排出的废气波不早不迟地、一个接着一个地送到集气管，然后通
过一条笔直而且合理的大口径排气管（和其中的高流量三元催化器/高性能消声
器）把噪音和有害气体清除并高速排出车外。因此排气歧管是排气系统中重要部
件，其设计的好坏不但影响整个排气系统的排气效率，还会影响发动机的泵气损
失及排放，而且还会影响其噪声和振动。排气歧管由排气口安装座、歧管管路（也
称支管）、歧管结合部及结合部安装座组成。
排气歧管在设计上最重要的是要避免各气缸间的排气相互干扰，使废气尽可
能的完全排出管外。其形状复杂的原因是为了使废气在管道内产生涡流，这样不
但强制地驱除了废气，提高了排气速度，也进一步提高消音效果。因此在设计中，
排气歧管对长度、弧度和口径有严格的要求，如各缸歧管都做得尽量长，且长度
尽量相等，内表面尽量光滑，这些要求排气歧管的开发和制作的成本很高。歧管
结合部又分为多合一和多分二合一两种设计，前者是注重高速转速动力输出的设
计，后者则是注重低转速扭矩输出的设计。排气效率最高的就是多合一设计，一
般的多合一产品接合部为较简单的漏斗形，缺点是不能让各歧管排出的废气均匀
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