刘小生
（奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖 241009）
摘要：通过三维绘图软件Pro/E建模、CAE分析软件AVL Boost、FIRE模拟仿真及试验相结合，实现排气歧管的设计、分析及验证。首先建立排气歧管三维模型，并将其应用到整机模型中。经过AVL Boost软件对发动机性能仿真计算，提供排气歧管的改进方向，确定排气歧管主要影响参数。根据boost的仿真计算结果，进一步完善排气歧管三维模型，利用AVL FIRE软件对排气歧管进行CFD分析，根据CFD分析结果优化排气歧管模型。制作排气歧管实物，最终通过试验对比验证其性能。
关键词：卧式发动机、排气歧管、CFD、性能、试验
1．前言
随着整车及发动机行业发展日趋迅速，竞争也越来越激烈，一款新发动机的开发，必然对其经济性及动力性的要求更高。而发动机的排气歧管是影响发动机性能的部件之一，在发动机开发阶段，需要合理设计排气歧管以期排气顺畅，降低排气系统阻力，使气缸内的残余废气压力下降，这样不仅减小了残余废气系数，提高充量系数，而且可以减小泵气损失，提高发动机的热效率。同时良好的排气歧管
流型与结构有助于降低排气流动阻力，特别是对高速多缸发动机，为避免排气压力波的互相干扰，常采用多枝排气歧管或多排气管结构来替代单排气歧管，可以获得良好的扭矩及充气系数。
目前有甚多比较成功的设计开发辅助工具及分析软件。CAD绘图软件、CAE分析软件、及试验手段的合理利用及配合，使发动机零部件的开发周期更短，开发费用更低，发动机的性能更加优异。
本文介绍的是某四缸 1.2L卧式发动机排气歧管设计、分析及验证，在进行热力学开发试验之前，利用三维绘图软件Pro/E进行排气歧管基础模型的绘制，并通过A VL boost软件仿真计算排气歧管对发动机性能的影响，根据计算结果确定不同结构排气歧管模型，对排气歧管进行第二阶段的三维模型设计，利用A VL FIRE软件对排气歧管进行仿真计算，分析排气歧管的流场并优化完善排气歧管三维模型。将各方案的排气歧管三维模型转化为实物，并装配到发动机上进行试验对比分析。该过程CAE软件的应用对设计优化具有很重要的指导意义，合理的边界条件设置、准确的计算模型对输出结果的准确性能很重要，但最终还是需要试验去验证。2．BOOST仿真计算
2.1 模型建立
根据实际发动机结构及试验状态，建立BOOST模型，如图1。
2.2 发动机结构参数输入
发动机主要参数输入见下表1。
图1 BOOST 模型
图2 放热率曲线江铃全顺二手车
2.3 燃烧模型、试验数据等输入
燃烧模型是利用实验得出的缸压曲线，利用BOOST 中的BURN 计算得出的VIBE 模型，如图2。
理想l7汽车2023款最新款价格图片2.4 模型验证
模型验证结果显示计算值与实验值吻合很好，关键点误差在1%以内，后续优化可采用此模型计算，模型验证结果见图3。
图3 模型验证结果
图4 排气歧管模型
2.5 计算结果
不同型式排气歧管对发动机性能的影响
从图中可看出，原排气歧管存在各缸排气干涉现象，致使缸内残余废气系数较高，影响高
速充量，进而影响高速功率的输出，下图所示为原排气歧管与4-2-1排气歧管各转速下缸内残余废气系数的比较。
结果显示：相比原歧管，4-2-1型排气歧管对提高中高速的充量系数有很大帮助，因此提高了中高速的性能。
同时还对4-1型排气歧管进行了仿真计算，结果显示其作用效果与4-2-1较接近。
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1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000
Engine Speed （rpm ）
4-2-1排气歧管 原排气歧管
4-2-1排气歧管 原排气歧管
4-2-1排气歧管 原排气歧管
图5 排气歧管性能对比
3．CFD 仿真计算
起亚k73.1 4-2-1排气歧管结构优化
对4-2-1结构排气歧管基础模型（方案0）进行改进，分析改进前后的排气歧管模型，并进行对比。
3.1.1 边界条件及模型
主要设置：
稳态计算：进口流量0.05Kg/s ，初始温度900℃，出口静压，壁面对流换热 催化剂载体多孔介质设定
①依据实际尺寸设定多孔介质（Porous ）网格大小：3mm ②设定多孔介质方向
③设定载体单元孔密度：600/4.3 ④设定载体壁面厚度 ⑤设定压降计算公式等
注：每个方案每次计算只给定一个进口，共计算四次。即工况1时排气歧管对应的1缸进气，其他三个进口为壁面，依次类推。
1
缸进
2缸进凯美瑞油耗
3
缸进
4
缸进
出口
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