排气系统知识

排气系统知识目录•1排气系统结构•2排气系统常用材料•3排气系统的设计计算•4排气系统的设计要点•5常用设计标准和实验标准1、排气系统结构1.1、排气系统综述1.2、消声器1.3、波纹管1.4、催化器1.5、橡胶吊挂1.6、排气尾管1.1排气系统综述把气缸内燃烧废气导出的零部件集合体称为发动机排气系统。汽车的排气系统是排放和降噪的重要总成，它主要由排气管、波纹管、催化器、消声器、尾管、橡胶吊挂等组成。主要功能有：引导发动机排气，使各缸废气顺畅的排出；由于排气门的开闭与活塞往复运动的影响，排气气流呈脉动形式，排气门打开时存在一定的压力，具有一定的能量，气体排出时会产生强烈的排气噪声，因此在排气系统装有排气消声器来降低排气噪声；降低排气污染物CO,HC,NOX,PM等的含量，达到排气净化的作用；如图：1.2消声器结构按消声器的消声机理，可分为阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器阻性消声器是利用在管道内适当地布置吸声材料，部分地吸收管道中传播的声能，类似电路中电阻的作用。这类消声器的特点是在中、高频范围内有良好的消声效果。抗性消声器是利用各种形状、尺寸的管道或共振腔的适当组合，造成声波在系统中传播时阻抗失配，是声波在管道和共振腔内发生反射或干涉，从而降低了它输出的声能。由于它的消声效果随频率而变化，故又称声学滤波器。抗性消声器的消声频带较窄，在中、低频消声效果较好，高频较差。阻抗复合式消声器是把阻性和抗性消声器结合起来，故从低频、中频到高频均具有良好的消声效果。1.3波纹管1.3波纹管•悬挂系统分为两种，一种是断耦式，另一种是半断耦式。•断耦式，就是采用柔性极高的波纹管（如采用0.25mm/层×2层的波纹管结构或者波纹管相当长）将发动机与排气系统的振动和晃动完全阻隔开。断耦式的波纹管不起承载作用，所以波纹管后段的排气系统需设计前后左右上下六方向位移皆有极好限制作用的悬挂。•半断耦式，就是采用强度较大的承载式波纹管（如采用0.4mm/层×2或3层的波纹管结构），发动机的振动和晃动有部分传递到排气系统。采用半断耦式的排气系统，吊环一般设计的偏软，并且对前后位移的限制作用不是很明显。45*10251*10257*10263.5*10245*15251*15257*15263.5*15276*15290*152100*15245*20351*20357*20363.5*20376*20390*203100*20345*25451*25457*25463.5*25476*25490*254100*25445*28251*28257*28263.5*28276*28290*282100*282波纹管系列尺寸1.4催化器•催化器通过封装，被安放在金属外壳内。三元催化器•三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。颗粒捕集器POC•颗粒捕捉器的主要功能是去除车辆尾气中的颗粒物排放。现有可用的量产产品是以陶瓷滤体为基础的颗粒捕集器，它有一个主要缺陷：由于烟尘颗粒在滤清器中的堆积，产品的使用寿命被限制在8～12万公里左右，特别是使用降低捕集器再生温度的添加剂时，颗粒捕集器在使用一定里程后必须进行更换。现在使用颗粒捕捉器也有金属烧结的，其使用里程可以达到20万公里。氧化型催化器DOC•氧化型催化转化器简称DOC，是安装在发动机排气管路中，通过氧化反应，将发动机排气中一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）转化成无害的水（H20）和二氧化碳（CO2）的装置。它是催化转化器技术中的早期产品。结构形式与三效催化转化器基本相同，只是催化剂涂层有所不同，只具有氧化能力，没有还原能力。1.5橡胶吊挂吊挂的变形量，一般设置3~5mm。1.6排气尾管•尾管的结构多种多样，但是尾管一般不直接露在外面，通常都采用一定的装饰，也有车辆为了降低成本采用裸露的排气管。•尾管长度和走向在设计中也是要注意的。2排气系统常用材料•排气系统零部件必须能经受1000℃的高温要求以及气流冲击，并保证排气系统可靠性达到10万公里或者三年（先到者为准）的要求。•一般采用镀铝隔热板，其性能达到的要求为：隔热板两边的温差达到150℃。•隔热板也有采用纯铝板来制作的。橡胶吊挂材料•一般地，橡胶吊挂采用材料为EPDMZXY消声器材料•内部消声管以及消声器筒体内层最常用的材料是SUH409和SUH409L•SUH409的机械性能：•抗拉强度≥360N/mm2•屈服强度≥175N/mm2•伸长率≥22%美国AISI的409，德国的X6CrTi12消声器筒体外层一般采用镀铝板SAID-80.3.1、消声器容积的计算3.2、管路扩张比的计算3.3、系统性能要求3.4、固有频率的要求3、排气系统的设计计算3.1、消声器容积的计算•消声容积指排气系统所有消声器的容积之和。消声器的容积决定了其消声量，因此容积确定的正确与否，将直接影响到整车的噪声水平。由于消声器的容积主要根据发动机的最大功率和扭矩决定，我们通常采用以下公式：•Ｖm＝k×P•Ｖm＝消声器的容量（L）K＝0.14P＝输出功率（Ps）•根据不同车型对噪声的要求水平，K可选0.10～0.20之间不同的值。下图为消声器容积与发动机功率之间的关系。我们尽量将消声器的容积控制在红线附件，不能超出蓝线范围。3.1、消声器容积的计算3.2、管路扩张比的计算•管路扩张比指主消声器的截面积与排气管的截面积的比值。•排气系统的扩张比必须大于１５，即排气管的截面积必须小于主消截面积的１/１５，不然也达不到想要的效果。3.3、系统性能要求•排气背压指发动机装上整套排气系统后，按QC/T524-1999设定测点测得的压强。•插入损失指安装消声器前后，两个排气噪声的差值。•功率损失比指发动机在额定工况下，安装消声器与不安装消声器用等长排气管替代时的功率的差值与不安装消声器用等长排气管替代时的功率的比值。3.3、系统性能要求•根据QC/T631－1999《汽车排气消声器技术条件》，插入损失、功率损失、排气背压按实际车型确定参数，也可根据发动机实际情况供需双方协商确定。3.3、系统性能要求•根据尾气排放标准的要求，一般要求排气系统对发动机排气的净化率（净化前后排气的污染物HC、CO、NOx含量之比）要求在90%以上3.4、固有频率的要求•排气系统由于受到排气流的剧烈冲击，产生强烈振动，因此隔振是降低振动噪声很重要的一方面。•同时，在进行排气系统设计时，要避免与整车固有频率范围重合，应尽量做到差距越大越好，一般地，车身固有频率在25Hz－34Hz之间，因此排气系统振动频率不能设计在这个范围内。4、排气系统的设计要点4.1、管路直径的选择4.2、催化器的位置布置4.3、柔性节的布置4.4、消声器的布置4.5、法兰联接的位置选择4.6、吊挂点的选择4.7、周边间隙要求4.1、管路直径的选择•为获得良好的噪声和低的背压，在排气管和消声器内的排气流速应分别低于0.35c和0.25c（c——声速）。我们可根据此要求来计算排气管的最小管径。•假设某发动机最大排气流量为m(kg/h)，排气温度为T(K)，压力为P(Pa)，在温度T和下气流密度为ρ（kg/m3），声速为c（m/s）。则排气管最小流通面积Smax为:•Smax=m/900cρ。•排气管最小内径为d=。/4maxS4.2、催化器的位置布置•催化器应尽量靠近发动机，提高催化器的起燃温度，可以降低催化器的贵金属配置。4.3、柔性节的布置。•柔性节的布置尽量布置在排气管运动比较小的位置，这样有利与减少柔性节的变形，延长使用寿命。•通常越靠近发动机，其运动越小。4.4、消声器的布置•消声器有一级、二级、三级之分。二级消声应用最多，SUV、跑车等追求动力性的车辆一般才采用一级消声器。对于二级消声，我们将其分别称为前消声器和后消声器。根据声学原理，消声器摆放在不同的位置，将产生不同的消声效果，一般地，推荐如下的消声器摆放位置（见图）：副消声器主消声器4.5、法兰联接的位置选择。•法兰的位置，应以方便维修和安装为前提，一般讲为方便催化器或颗粒捕捉器更换，通常设置一个法兰联接，为方便运输，在前后消声器中间设置连接法兰。4.6、吊挂点的选择•排气系统吊钩位置的选择遵循以下原则：（1）吊钩应该位于振动的节点上；（2）吊钩应该在纵向能够延伸；（3）吊耳应该位于车身结构的刚性处。•对于排气系统吊钩位置的选取必须借助CAE分析来进行，首先对排气系统进行各阶模态分析来确定排气系统上的最佳吊钩位置，根据此位置来确定车身吊钩位置，并增加车身吊钩位置处的刚性。4.7、周边间隙要求•各相邻部件耐温在150℃以下的越远离排气系统越好，相对产生运动部件最少保证与排气系统的间隙大于25mm。5、常用设计标准和实验标准•QC/T57－93汽车匀速行使车内噪声测量方法•GB16170－1996汽车定置噪声限制•QC/T631－1999汽车排气消声器技术条件•QC/T630－1999汽车排气消声器性能试验方法•GB1495－2002汽车加速行使车外噪声限值及测量方法•QC/T58－93汽车加速行使车外噪声测量方法•GB18352轻型汽车污染物排放限值及测量方法•GB14365-93汽车定置噪声限制及其测量方法谢谢