问题

为什么同样的发动机421排气歧管比41排气歧管高转速输出动力高?

回答
这问题提得很有意思,咱们就来掰扯掰扯,为什么421排气歧管在同样发动机、同样转速下,比41排气歧管能输出更高的动力。这背后的原理,其实和发动机的“呼吸”息息相关。

首先,得明白排气歧管是干嘛的。简单说,就是把汽缸里燃烧完的废气,集中起来,然后排出到排气系统里。它连接着每一个汽缸的排气口,将这些高温高压的气体汇拢,再导向一个出口。

为啥“421”会比“41”更牛?

这里的“421”和“41”指的是排气歧管的结构样式。

“41”排气歧管(或称“ collettor 41”):这是最常见的排气歧管形式。顾名思义,它就像一条大河,把来自四个汽缸的四条“小溪”(排气管),直接汇集到一条主管道里。从设计上看,它比较简单,制造也相对容易。

“421”排气歧管(或称“ collettor 421”):这个就有点讲究了。它不是把四条排气管直接合一,而是先将两个汽缸的排气管汇合成两条,然后再将这两条汇合后的排气管,最终汇集成一条。你可以想象成,先是两条支流汇成一条更大的河流,然后再汇入主干道。

核心原理:共振与背压

要理解为什么421在某些工况下更优,关键在于两个概念:排气脉冲(Exhaust Pulse)和背压(Backpressure)。

1. 排气脉冲(Exhaust Pulse):
发动机工作时,每一个汽缸的排气都不是均匀连续的,而是呈现出短暂而强烈的“脉冲”。就像一个人深吸一口气,然后猛地吐出来。
当一个汽缸排气时,会产生一个高压的废气波,这个波会沿着排气歧管传播。
当排气歧管的长度、直径以及汇合点的设计与排气脉冲的频率相匹配时,就会发生一种叫做共振(Resonance)的现象。

2. 背压(Backpressure):
背压是指排气系统对排气气体回流的阻力。就像我们用嘴对着吸管吹气,如果吸管太细或者太长,吹起来就会吃力。
过高的背压会阻碍废气的排出,导致燃烧室内的残余废气增多,影响下一次进气,从而降低发动机的效率和动力。

421歧管如何发挥优势?

现在我们把这两个概念放到421和41的结构上:

41歧管的“弊端”:
在41歧管中,四个汽缸的排气脉冲会很快地汇合到同一根管道。
问题在于,当一个汽缸排气时,产生的“吸力”(也叫“回流效应”或“扫气效应”)还没有完全消散,另一个汽缸的排气脉冲就已经到达了这个汇合点。
这就好比几个人争着抢一个出口,结果就是互相干扰。其中一个汽缸的排气脉冲,可能会“挤压”或“推挤”另一个汽缸的排气脉冲,导致排气效率下降,尤其是在中低转速时。
更直接地说,41歧管的汇合设计,更容易在某些转速区间造成较高的背压,因为它们“挤”在一起了。

421歧管的“妙处”:
421的设计,先让配对的汽缸(通常是点火顺序相邻的汽缸)先汇合。
为什么是配对的汽缸?这是有讲究的。发动机的点火顺序通常是1342(直列四缸)。那么,1和3、2和4就是天然的配对。
当1号汽缸排气时,它产生一个排气脉冲。而421的设计,可以让1号和3号汽缸的排气管先汇合,而2号和4号汽缸的排气管形成另一路。
关键点在于,利用排气脉冲的“吸力”。当一个汽缸(比如1号)的排气脉冲通过后,它在排气管内会产生一个短暂的低压区域,这就像一个“真空吸尘器”,会把管道内的残余废气稍微吸走一点,同时也能“拉动”下游的排气。
在421结构中,2号和4号汽缸的排气管分开一段距离后再汇合,这给了1号和3号汽缸的排气脉冲一个“喘息”和“独立传播”的空间。
当1号和3号的排气脉冲汇合时,如果它们的长度设计得当,可以实现所谓的“干涉效应”(Interference Effect)。简单来说,就是第一个排气脉冲(比如1号)在传播过程中,会在汇合点产生一个短暂的负压波(抽吸作用)。当第二个排气脉冲(3号)到达汇合点时,这个负压波正好能把它“吸”走,或者说,把3号的排气脉冲“牵引”得更快,从而提高排气效率。
然后,这两路汇合后的排气(来自1&3,和来自2&4),再最终汇集成一条。这时候,这两路排气的汇合,也经过了精心设计,使得它们产生的负压波能更有效地协助彼此的排气。
所以,421歧管通过巧妙地利用排气脉冲的产生和传播,以及通过合理设计管道长度和汇合点,可以实现更好的“扫气”效果(Scavenging),有效降低背压,特别是在中高转速区间。

为什么是“高转速”?

“高转速”是421歧管优势最明显体现的区间。

低转速时:发动机的排气脉冲频率较低,而且每个汽缸排气的时间间隔相对较长。这时候,41歧管的干扰可能没那么明显,甚至可能因为它的汇合更直接,能提供相对较低的背压。421歧管需要更长的管道来发挥其共振效应,所以在低转速时,这种效应可能还没被完全激发,反而因为管道的长度增加了额外的阻力,使得动力表现不如41。
中高转速时:随着转速的升高,排气脉冲的频率加快,而且每个汽缸的排气事件叠加得更快。这时候,41歧管的“挤压”效应就变得非常明显,导致背压迅速升高,极大地影响了排气效率,进而削弱了发动机的动力输出。
而421歧管,通过其分段汇合的设计,能够在中高转速区间,更好地利用排气脉冲的干涉效应,形成更强的扫气作用。这就像给了排气气体一个更有序、更高效的通道。每一次排气脉冲都能更好地“拉动”后续的废气,同时避免了不必要的相互干扰,从而降低了整体背压。
更低的背压意味着燃烧室内残余废气更少,新鲜混合气能更好地进入燃烧室,这直接转化为更高的充气效率,最终在高转速时爆发出更强的动力。

总结一下:

421排气歧管之所以在同样的发动机、同样的转速下,比41排气歧管输出更高的动力,主要原因是它通过分段汇合的设计,能够在中高转速区间更有效地利用排气脉冲产生的干涉效应,实现更好的扫气作用,从而降低背压,提高充气效率。

你可以把它比作是在修建一个城市的水道系统。41歧管就像把四条小溪直接汇入一条大河,容易造成拥堵和水流紊乱。而421歧管则更像是先将两条小溪汇成一个稍大的河流,再与另一条小溪汇合,最终流入主河道,整个水流更平稳、更快速。

当然,这其中还有很多细节,比如管道的直径、长度、弯曲度,汇合角度等等,这些都需要根据具体的发动机类型、排量、工作区间来精密计算和设计,才能达到最佳效果。但核心原理,就是围绕着如何让发动机的“呼吸”——进气和排气——变得更顺畅、更高效。

网友意见

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详细的就不过多阐述了,简单来说,4-2-1排气管布局将4个气缸中的两个排气管先集合,再把2个集合到1个。能够有效避免排气干涉,可以增加脉动扫气。从而让燃烧室内新鲜的混合气更多,燃烧室温度更低,点火角更提前,热效率更高,功率扭矩自然就大了。

排气干涉

一般4缸机,点火顺序为1-3-4-2,比如第一个气缸燃烧后开始排气,此时第三个气缸进行燃烧,再排气。这时,当第一个气缸排气还没有完成,第三个气缸开始排气的时候,会出现压力波,第一个气缸容易受到影响废气倒灌到燃烧室,发生排气干涉。所以采用了4-2-1排气结构,1和4连接,2和3连接,避免相互间的排气干涉。排气干涉最大的坏处就是提高了燃烧室混合气温度以及降低了进气量。

但是4-2-1也有缺点,相比4-1来说,排气管过长,导致催化器激活需要的热量更多,所以启动时噪音更大。现在随着排放法规的压力,为了更好的促进催化器加热,4-1的布局会更多。

脉动扫气功效

这块比较复杂,简单来说就是利用4-2-1布局,更好的发挥废气气体动能,促进扫气效果,从而增加燃烧室内实际新鲜混合气,提高功率扭矩。

另外,4-2-1布局布置起来会死人的。。。

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