﻿ CBR600发动机排气优化设计 HONDA CBR600 Engine Exhaust System Optimization

Dynamical Systems and Control
Vol.07 No.01(2018), Article ID:23182,12 pages
10.12677/DSC.2018.71003

HONDA CBR600 Engine Exhaust System Optimization

Shiwei Liang, Min Qiu, Li Huang, Jiahao Xu, Feng Yang

Shanghai University of Engineering Science, Shanghai

Received: Dec. 3rd, 2017; accepted: Dec. 20th, 2017; published: Dec. 27th, 2017

ABSTRACT

Based on the 2016 FSAE formula student China, we design and manufacture a high performance exhaust system for a formula car. In the whole design process, the weight of exhaust system, the exhaust efficiency and the dynamic performance of the engine were realized on the basis of meeting the rules of the competition, and the requirements of the manufacturing process performance were satisfied.

Keywords:Exhaust System, Resonance Effect, Back Pressure, Silencer, Bend

CBR600发动机排气优化设计

1. 引言

2. 绪论

2.1. 赛车排气系统与民用汽车排气系统性能比较

Figure 1. Racing exhaust system

2.2. 赛事对排气噪音的要求

1) 赛车排气系统上必须安装有消音器。

2) 排气出口位置必须设计合理，使得赛车无论以任何速度行驶，车手都不会受到赛车尾气污染。

3) 排气系统最终出口不得处于后轴中心线后450 mm以外的位置，同时其离地距离不得高于600 mm。

4) 噪音等级上限，空挡时噪音等级上限为100 dB加权分贝。其他速度时噪音等级上限为110 dB [1] 。

3. 排气系统基本原理

3.1. 排气系统的作用

3.2. 排气系统设计理论

3.2.1. 压力波在管道中传播的特性

3.2.2. 波动效应在排气歧管设计中的应用

4. 排气系统形式选择

4.1. 四出二排气形式

4.2. 四出一排气形式

4.3. 四出二出一排气形式

Figure 2. Four to two exhaust system

Figure 3. Four to one exhaust system

Figure 4. Four-two-one exhaust system

4.4. 排气形式选择

5. 排气系统设计

5.1. 排气歧管参数计算

$P=\frac{850×\text{ED}}{\text{RPM}}-3$

P3M排气歧管长度(inch)

ED：180˚ + 排气气门早于排气行程下止点开启曲轴转角(度)

$\text{ID}=\sqrt{\frac{\text{CC}}{25×\left(P+3\right)}}×2.1$

P2.排气歧管长度(inch)

CC歧管发动机排量(cm3)

ID排气歧管内径(inch)

5.2. 排气歧管法兰设计

Figure 5. Flange of exhaust manifold

5.3. 排气系统材料选用

5.4. 排气系统模型构建

Figure 6. Exhaust system assembly

6. 排气系统设计分析

6.1. GT power软件对排气系统整体形式分析

6.2. ANSYS分析

ANSYS速度云图分析

Figure 7. GT power engine modeling

Figure 8. Simulation fluctuation diagram of exhaust pressure of No.1 cylinder

Figure 9. Velocity profile of section from 1 to 4 cylinder

Figure 10. Improved velocity profile of section from 1 to 4 cylinder

7. 排气系统加工制作

7.1. 排气管弯头制作

7.2. 排气管初步搭建

7.3. 排气管焊接

Figure 11. Elbow cutting

Figure 12. The exhaust system is completed

Figure 13. Flange welding completed

Figure 14. Exhaust system welding completed

Figure 15. Exhaust system installation completed

Figure 16. Exhaust system testing in the racing car

8. 结论

1) 收集各方面关于排气原理以及优化案例的资料。

2) 根据赛规要求，完成排气形式的选择，根据资料对排气管的参数进行计算并得出结论。

3) 使用SolidWorks软件对整个排气系统进行建模。

4) 使用ANSYS及GT power等仿真软件对模型进行分析，通过分析得出的结果对原模型进行修改。

5) 对最终冻结的方案进行加工制作，并完成排气系统成品。

6) 完成排气系统的实际使用测试。

HONDA CBR600 Engine Exhaust System Optimization[J]. 动力系统与控制, 2018, 07(01): 27-38. http://dx.doi.org/10.12677/DSC.2018.71003

1. 1. 中国大学生方程式赛车规则委员会. 2016大学生方程式汽车大赛规则[EB/OL]. http://www.formulastudent.com.cn/info/11154772.xhtml

2. 2. 陈家瑞. 汽车构造[M]. 北京: 机械工业出版社, 2003: 234-245.

3. 3. 赵骞, 顾灿松. 排气系统尾管对发动机性能及噪声影响研究[J]. 内燃机, 2010 (6): 5-8, 11.

4. 4. 王建昕, 帅石金. 汽车发动机原理[M]. 北京: 清华大学出版社, 2011: 106-108.

5. 5. 刘惟信. 汽车设计[M]. 北京: 清华大学出版社, 2001: 667-749.

6. 6. 黄泽好, 等. 某发动机排气歧管流场分析与结构优化[J]. 西南大学学报, 2011, 33(1): 153-157.