排气歧管

在汽车工程中，排气歧管将来自多个气缸的废气收集到一根管道中。歧管这个词来自古英语单词manigfeald（来自盎格鲁-撒克逊语manig[many]和feald[fold]），指的是多个输入和输出的折叠在一起（相反，进气歧管向气缸）。排气歧管通常是简单的铸铁或不锈钢单元，用于收集来自多个气缸的发动机废气并将其输送到排气管。对于许多发动机而言，售后市场的管状排气歧管在美式英语中称为集管，在英国和澳大利亚英语中称为抽气歧管，在英式英语中称为管状歧管。这些由每个气缸的单独排气头管组成，然后通常会聚成一个称为收集器的管。没有收集器的标头称为zoomie标头。最常见的售后集管类型由低碳钢或不锈钢管制成，用于初级管以及扁平法兰，可能还有一个直径较大的收集器，由与初级管相似的材料制成。它们可能涂有陶瓷型饰面（有时在内部和外部），或涂有耐热饰面，或裸露。镀铬接头是可用的，但这些接头在使用后往往会变蓝。抛光不锈钢也会着色（通常为黄色），但在大多数情况下少于铬。使用的另一种修改形式是隔离标准或售后市场歧管。这减少了散发到发动机舱的热量，从而降低了进气歧管温度。有几种类型的隔热材料，但三种是特别常见的：

• 将陶瓷涂料喷涂或刷到歧管上，然后在烤箱中固化。它们通常很薄，因此几乎没有绝缘特性；然而，它们通过减少辐射的热量输出来减少发动机舱的加热。
• 通过热喷涂将陶瓷混合物粘合到歧管上，形成具有非常好的隔热性的坚韧陶瓷涂层。这通常用于高性能生产汽车和仅限赛道的赛车手。
• 排气套完全包裹在歧管周围。虽然这很便宜且相当简单，但它可能导致歧管过早退化。

高性能排气集管的目标主要是降低流动阻力（背压），并提高发动机的容积效率，从而增加动力输出。发生的过程可以用气体定律来解释，特别是理想气体定律和组合气体定律。

当发动机开始其排气冲程时，活塞向上移动气缸孔，从而减小总腔室容积。当排气阀打开时，高压废气逸入排气歧管或集管，产生一个由三个主要部分组成的排气脉冲：

• 高压头是由燃烧室内的排气与排气系统外的大气压之间的巨大压力差产生的
• 随着废气在燃烧室和大气之间的平衡，压力差减小，排气速度降低。这形成了排气脉冲的中压体成分
• 剩余的废气形成低压尾气。该尾部组件最初可能与环境大气压相匹配，但高压和中压组件的动量将燃烧室中的压力降低到低于大气压的水平。

当进气门和排气门都部分打开时，这种相对较低的压力有助于从气缸中提取所有燃烧产物并在重叠期间引入进气。这种效果被称为清除。排气口和管道的长度、横截面积和形状会影响扫气效果的程度以及扫气发生的发动机转速范围。排气扫气效果的大小是排气脉冲的高压和中压分量速度的直接函数。性能集管尽可能提高排气速度。一种技术是调谐长度的初级管。该技术试图对每个排气脉冲的发生进行计时，以便在仍在排气系统中时一个接一个地连续发生。排气脉冲的低压尾随后用于在下一个排气脉冲的高压头之间产生更大的压力差，从而增加该排气脉冲的速度。在具有多个排气组的V6和V8发动机中，Y管和X管的工作原理相同，即利用排气脉冲的低压分量来增加下一个排气脉冲的速度。在选择初级管的长度和直径时必须非常小心。过大的管子会导致废气膨胀和减速，降低扫气效果。太小的管子会产生排气流阻力，发动机必须工作以将废气从腔室中排出，从而降低功率并将排气留在腔室中以稀释进入的进气量。由于发动机在更高的速度下产生更多的废气，因此根据预期应用将集管调整到特定的发动机速度范围。通常，宽主管在较高的发动机转速下提供最佳的功率和扭矩增益，而窄管在较低的转速下提供最佳增益。许多集管也进行了共振调谐，以利用低压反射波稀疏脉冲，这有助于在气门重叠期间对燃烧室进行扫气。每当密度发生变化时，例如当排气合并到收集器中时，所有排气系统都会产生这个脉冲。为澄清起见，稀疏脉冲是与上面在头部、身体、尾部描述中描述的相同过程的技术术语。通过调整初级管的长度，通常通过共振调整，稀疏脉冲可以被定时以与发生瓣膜重叠的确切时刻一致。通常，长主管在发动机转速下的共振比短主管低。一些现代排气集管带有陶瓷涂层。该涂层用于防止生锈并减少辐射到发动机舱的热量。热量减少将有助于防止进气歧管热浸，这将降低进入发动机的空气温度。

CrossplaneV8发动机有一个左排和右排，每个排包含4个气缸。当发动机运转时，活塞根据发动机点火顺序点火。如果一个组有两个连续的活塞点火，它将在排气管中产生一个高压区域，因为两个排气脉冲及时接近地通过它。当两个脉冲在排气管中移动时，它们应该遇到X或H管。当它们遇到管道时，部分脉冲转移到XH管道中，从而使总压力小幅降低。压力降低的原因是流体（液体、空气或气体）将沿着管道流动，当它到达交叉口时，流体会走阻力最小的路径，有些会流出，从而稍微降低压力.如果没有XH管道，排气流将不稳定或不一致，发动机将无法以最高效率运行。双排气脉冲将导致该组中的下一个排气脉冲的一部分不能完全离开该气缸并导致爆震（由于稀空燃比（AFR））或由于富AFR导致的失火，具体取决于关于剩下多少双脉冲以及该脉冲的混合物是什么。

今天对排气系统和流体动力学的理解已经引起了许多机械改进。在一些雅马哈摩托车上安装的排气极限功率阀(EXUP)中可以看到其中一项改进。它不断调整排气系统收集器内的背压，以增强作为发动机转速函数的压力波形成。这确保了良好的中低档性能。在低发动机转速下，管网内的波压低。在排气门关闭之前发生亥姆霍兹共振的完全振荡，并且为了增加低速扭矩，人为地诱导大振幅的排气压力波。这是通过在来自气缸的四个主管连接处部分关闭排气内的内部阀门（EXUP阀门）来实现的。该连接点本质上表现为人造大气，因此该点压力的变化控制了反射波在区域不连续性突然增加时的行为。关闭阀门会增加局部压力，从而导致较大幅度的负反射膨胀波的形成。这将低速扭矩提高到由于增加的背压而导致的损失超过EXUP调整效果的速度。在更高的速度下，EXUP阀完全打开，排气可以自由流动。