摘　　要 I
Abstract II
第1章绪　　论 1
1.1 课题的来源和意义 1
1.2 汽车试验装置的发展概况 1
1.3 汽车排气装置性能试验台国内外发展概况 2
1.4 本课题研究内容及主要工作 3
第2章汽车排气装置的组成和工作原理 5
2.1汽车排气装置的作用和组成 5
2.2汽车排气装置的工作原理 5
2.3汽车排气装置相关资料 8
2.4 本章小结 9
第3章燃乙醇汽油车排气管内部温度与滴水量测定试验方案设计 10
3.1试验方案 10
3.2试验装置 10
3.3排气管内部温度变化的测定 12
3.3.1怠速试验 12
3.3.1.1平地怠速试验 12
3.3.1.2坡道怠速试验 14
3.3.2低速工况试验 15
3.3.3中速工况试验 16
3.3.4高速工况试验 17
3.4排气尾管末端滴水量的试验测定 18
3.4.1怠速试验 18
3.4.1.1平地怠速试验 18
3.4.1.2坡道怠速试验 18
3.4.2低速工况试验 19
3.4.3中速工况试验 19
3.4.4高速工况试验 20
3.5排气管末端滴水量的分析 21
3.6本章小结 21
第4章捷达汽车消声器结构改进设计 22
4.1 乙醇汽油燃烧理化特性分析 22
4.1.1车用乙醇汽油的定义 22
4.1.2车用乙醇汽油的优点 22
4.2材料涂层保温特性分析以及热传递效率分析 23
4.3汽车消声器制作加工工艺 24
4.3.1汽车消声器介绍 24
4.3.2消声器的技术指标 25
4.3.3消声器的设计步骤 27
4.4消声器改进及设计 27
4.5 本章小结 28
第5章汽车排气装置性能实验台整体结构设计及校核 29
5.1 实验台总体设计方案 29
5.2定位件的校核 31
5.3 实验台的整体校核 31
5.4 本章小结 31
结　　论 34
参考文献 35
致　　谢 36
附录A 37
附录B 38

摘　　要

北方冬季，环境温度较低，汽车尾气中的水蒸汽就会在排气管壁冷凝成水滴，并且随排气流至路面，尤其针对使用乙醇汽油的车辆。乙醇汽油作为一种车用清洁燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃烧的排放物中生成的水分也较多，受周围的环境温度以及排气降噪能量转换的影响，汽车的排气管会向外滴水，这是一个很普遍的现象。
基于乙醇汽油燃烧特点，车辆使用乙醇汽油导致路面结冰，在公交站台、上坡路段、十字路口等处，尤其在在一些拥挤路段，冬季更容易形成冰层，大多路段都是难清理的薄冰。这不仅减缓了车速，造成冬季拥挤市区行车的不便，延长了车在路面的时间，更增加燃油消耗，而且增加了有害物质的排放，减少制动距离，使刮碰等事故不断，不但没有达到节能减排的目的，还增加了大量人力、时间和物质成本。
因此，针对东北寒冷的冬季，在尽量少的影响原有排气系统下，如何改进排气系统以减少或消除汽车燃烧乙醇汽油所排除的水分导致的路面结冰问题，对乙醇汽油在寒冷地区的应用，及道路的交通拥挤问题的缓解有着重大而深远的意义。
本设计主要是针对捷达汽车排气装置进行展开，首先介绍了捷达汽车排气装置的内部结构、工作原理及运行情况。在此基础上，提出了一种以试验为目的的排气装置实验台设计方案。针对它的性能测试目的，该实验台的特点是结构相对较为简单，实验台设有数显温度传感器，便于在试验过程中，让操作者直观了解并通过更换不同排气装置进行性能测试来增强其动手能力，以达到良好的试验效果。

关键词：；排气装置；消声器；实验台；试验；温度；

ABSTRACT

The north winter, environmental temperature is lower, the automobile exhaust steam will exhaust pipe wall into the droplets in condensation, and exhaust flow to the pavement with, especially to use ethanol and gasoline vehicles. Ethanol and gasoline, as a kind of car, and the rich in oxygen clean fuel element, but the burning ethanol and gasoline emissions generated by the surrounding water more, also the environment temperature and exhaust noise reduction of energy conversion, the influence of the car exhaust the drop of water, this to is a common phenomenon.
Based on ethanol and gasoline, combustion characteristics vehicle use ethanol in gasoline, bus station in the icy road intersection, uphill, the place such as in crowded, especially in some sections, more easy to form ice in winter, most of the roads are clear, it is the thin ice. This not only slow its speed, and cause the winter driving the inconvenience, crowded downtown extended the car in the pavement of the time, the more increase fuel consumption, and increased the discharge of harmful materials, reduce braking distance, scraping the touch, etc, not only have no accidents have reached the purpose of energy conservation and emission reduction, and also adds a great human, time and material cost.
Therefore, in view of the northeast cold winter, in the influence of less as far as possible the original exhaust system, how to improve the exhaust system to reduce or eliminate the burning ethanol and gasoline car out of the icy road to the water problem, ethanol and gasoline in cold area, and the application of road traffic congestion relief has a great and profound significance.
This design is mainly aimed at faw car exhaust device, opened first introduced the exhaust device inside the jetta structure, working principle and operation. Based on this, puts forward a kind of to test for the purpose of exhaust device test bench design scheme. According to its performance testing purpose, this test bench is characteristic of the structure are relatively simple, test bench with digital display temperature sensor, facilitate in the study, let the operator can learn about and by changing different exhaust device performance testing to enhance its beginning ability, to achieve good testing result.
Key words：Exhaust device；Muffler；Experimental stage；Trial；Temperature；

第1章绪　　论

1.1 课题的来源和意义
我国汽车行业在全世界来说应该属于那种旭日东升，蓬勃发展的一种类型。由于众所周知的原因，我国的汽车工业虽起步于上世纪50年代，但却踯躅于60年代，徘徊在70年代，直到改革开放我国政府提出把汽车工业作为支柱性产业重点发展，才开始快速发展。正是由于这些曲折和波折，使我国汽车业的设计、制造、应用等各领域的技术水平均大幅落后于其他发达国家，汽车试验领域也是没有例外。
改革开放以来，受政策的支持和资金的扶持，以及各厂家和相关单位及院校的共同努力，我国的汽车工业大踏步向前发展，取得了不小的进步，我国的汽车产量在2003年已经跃居世界第5位，我国的技术水平也相应取得了飞速的发展，我国汽车的大量出口已指日可待。作为汽车技术一部分的汽车试验领域也取得了一些显著成果。由于一直紧跟国外先进汽车的试验研究方法，从理论上也达到了较高的水平，基本上达到了世界的平均水平，但是受到技术和成本的限制，尚未普遍应用于科研、教学和生产部门。
汽车零部件试验在汽车设计和制造领域占据重要的地位，因此试验台的种类也很多，有的结构简单，但耗费较高，有的现代化程度高，适合规模大、效益高的大型试验部门使用，但造价昂贵。而一些小型科研单位以及高等院校受资金、场地、人员、环境等的影响，不可能采用上述那些要求较高的试验台。本课题在于研究一种经济实用而且经久耐用，便于操作，占地较小，适合于室内安装的试验台，以供那些条件有限的单位使用。
汽车排气装置是使用条件复杂，受环境影响较大，可靠性要求高的重要部件，因此从产品开发到生产直至使用都要对其进行大量的试验，以确定其各种性能参数，为汽车的生产、销售以及维修单位和汽车的使用者提供可靠的参考，防止出现重大的事故。在此领域各国都在潜心研究，以不断提高试验的准确性，从而提供更可靠的试验数据，为社会服务。
1.2 汽车试验装置的发展概况
十九世纪下半叶,德国的戴姆勒-奔驰公司、法国的标致公司、美国的福特公司、意大利的菲亚特公司等先后生产出了第一辆汽车。随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，汽车性能也不断提高。由于汽车工业与其他工业、农业、国防和人民的日常生活密切相关，汽车质量引起人们的广泛重视。二十世纪初期，美国人亨利·福特创立了流水线作业的生产形式，使生产效率大幅提高，生产成本下降，使用范围急剧扩大，汽车的可靠性、寿命和性能方面的问题突出出来，要求开展试验研究工作。
汽车试验的发展历史经历了大致如下三个阶段：第一个阶段从十九世纪末到第二次世界大战结束，是汽车试验的逐步建立，主要包括基本试验台的建立，基本试验规范和标准的形成；第二个阶段从第二次世界大战结束到上世纪七

全部文件.gif

试验台整体布局图A0.gif

试验台架图A1.gif

飞轮护罩A3.gif

试验环境示意图A1.gif

温度传感器固定装置A2.gif

温度传感器固定装置零件图1A3.gif

温度传感器固定装置零件图2A3.gif

消声器固定装置A3.gif

消音器连接装置A2.gif

消音器下支撑A2.gif

内容简介：: 毕业设计（论文）题目审定表指导教师姓名鲍宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计课题适用专业车辆工程课题类型Y 课题简介（主要内容、意义、现有条件、预期成果及表现形式）：一、主要研究内容：（1）设计实验方案确定汽车排气管中水蒸气液化的临界点；（2）消音器制作加工工艺改进设计；（3）实验台各机构的设计及总体布局；（4）实验台的整体校核。二、研究的意义北方冬季，环境温度较低，汽车尾气中的水蒸汽就会在排气管壁冷凝成水滴，并且随排气流至路面，尤其针对使用乙醇汽油的车辆。乙醇汽油作为一种车用清洁燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃烧的排放物中生成的水分也较多，受周围的环境温度以及排气降噪能量转换的影响，汽车的排气管会向外滴水，这是一个很普遍的现象因此，针对东北寒冷的冬季，在尽量少的影响原有排气系统下，如何改进排气系统以减少或消除汽车燃烧乙醇汽油所排除的水分导致的路面结冰问题，对乙醇汽油在寒冷地区的应用，及道路的交通拥挤问题的缓解有着重大而深远的意义。三、现有条件实验室调研。四、预期成果及表现形式1、设计说明书（20000字）。2、设计图纸（折合零号图纸3张）。3、使用说明书指导教师签字：年月日教研室意见1选题与专业培养目标的符合度好较好一般较差2对学生能力培养及全面训练的程度好较好一般较差3选题与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度好较好一般较差4论文选题的理论意义或实际价值好较好一般较差5课题预计工作量较大适中较小6课题预计难易程度较难一般较易教研室主任签字：年月日系（部）教学指导委员会意见：负责人签字：年月日注：课题类型填写 W.科研项目；X.生产（社会）实际；Y.实验室建设；Z.其它。SY-025-BY-1SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名刘泓伸院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-7班指导教师姓名鲍宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计一、设计（论文）目的、意义北方冬季，环境温度较低，汽车尾气中的水蒸汽就会在排气管壁冷凝成水滴，并且随排气流至路面，尤其针对使用乙醇汽油的车辆。乙醇汽油作为一种车用清洁燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃烧的排放物中生成的水分也较多，受周围的环境温度以及排气降噪能量转换的影响，汽车的排气管会向外滴水，这是一个很普遍的现象因此，针对东北寒冷的冬季，在尽量少的影响原有排气系统下，如何改进排气系统以减少或消除汽车燃烧乙醇汽油所排除的水分导致的路面结冰问题，对乙醇汽油在寒冷地区的应用，及道路的交通拥挤问题的缓解有着重大而深远的意义二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）设计内容:1) 设计实验方案确定汽车排气管中水蒸气液化的临界点2) 消音器制作加工工艺改进设计；3）实验台各机构的设计及总体布局；4) 试验台整体校核；研究方法:实验室调研三、设计（论文）完成后应提交的成果：1、设计说明部分：（1）毕业设计计算说明书（15000字）2、设计图纸：CAD零件图和装配图。（折合零号图至少三张）四、设计（论文）进度安排：（1）第1周( 2月28日3月6日)：查阅参考资料，收集相关技术资料，了解冬季汽车尾气排放特征，熟悉乙醇汽油燃烧理化特性。（2）第2周( 3月7日3月13日)：结合任务书制定设计方案，撰写开题报告。（3）第3周(3月14日3月20日)：设计实验方案，确定尾气中水分与气体完全分离的临界点；。（4）第4周( 3月21日3月27日)：根据设计方案，研究乙醇汽油燃烧理化特性分析，材料涂层保温特性分析以及热传递效率分析。（5）第5周(3月28日4月3日)：绘制图纸，研究汽车尾气排放消音降噪控制理论及方法（6）第6周(4月4日4月10日)：继续绘制图纸。进行消音器制作加工工艺改进及设计。（7）第7周(4月11日4月17日)：绘制零件图，继续绘制图纸。进行排气装置性能试验台设计。（8）第8周(4月18日4月24日)：接受中期检查。（9）第9周(4月25日5月1日)：对中期检查的不足之处进行修改。（10）第10周(5月2日5月8日)：对设计草图进行修改，进一步完善设计。（11）第11周(5月9日5月15日)：进行相关校核。（12）第12周( 5月16日5月22日)：完成设计图纸及说明书初稿。（13）第13周( 5月23日5月29日)：说明书及图纸送审，根据审阅老师意见进行修改。（14）第14周( 5月30日6月5日)：预答辩。（15）第15周( 6月6日6月12日)：修改预答辩中发现的问题准备答辩。（16）第16周( 6月13日6月19日)：修改预答辩中发现的问题准备答辩。（17）第17周( 6月20日6月26日)：答辩。五、主要参考资料六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆07-7 学生姓名: 刘泓伸导师姓名: 鲍宇开题时间: 2011.02.28 指导委员会审查意见：签字：年月日毕业设计（论文）开题报告学生姓名刘泓伸院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-7班指导教师姓名鲍宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计一、课题研究现状、选题目的和意义1、课题研究现状汽车问世以来经过100多年发展，全世界汽车保有量已超过6亿量。这么庞大的汽车队伍，给人们带来了极大的物质享受，同时汽车的排污与噪声也对环境造成严重威胁，引起了全世界人民的关注。我国早于80年代初即颁布国家标准，规定汽车污染物排放及噪声允许法规。为了缓解汽车工业的飞速发展所带来的能源紧张和环境污染双重压力, 研制开发清洁代用燃料以及合理的资源利用已成为日益突出的现实性课题。乙醇作为替代燃料之一逐渐引起了人们的重视。乙醇以其独特的理化特性在发动机上正得到越来越广泛的应用。国内外的学者对乙醇汽油进行了大量研究，结果表明：在发动机未作任何改动或优化调整时，发动机燃用小比例醇类混合燃料时的动力性和经济性与燃烧汽油基本一致，排放性能得到改善。汽车排气系统从靠近发动机的方向开始，由排气歧管、前管、挠性管、催化转换器、中心管、主消音器和末端管等7个零部件构成。根据车种的不同，有的安装了数个催化转换器，有的安装了副消音器。 1.1排气歧管排气歧管是靠近发动机的部分，由于排出气体的温度高达900，因此要求材料具有良好的抗氧化性、高温强度和热疲劳特性。而且，为能进行复杂的形状加工，还要求材料应具有良好的成形性。采用不锈钢制作的排气歧管根据其构造的不同，可以分为两类。一类是将钢板冲压后焊接而成，另一类是将钢管弯曲后焊接而成，对于后者，还有的使用双重管构造的钢管。用作排气歧管的不锈钢有奥氏体系不锈钢和铁素体系不锈钢等两种。奥氏体系不锈钢具有良好的高温强度，但由于容易发生氧化皮剥落，因此在抗氧化性方面不如铁素体系不锈钢。作为使用的钢种有SUS304（18Cr-8Ni）和SUS XM15J1（18Cr-13Ni-4Si）。另一方面，铁素体系不锈钢虽然抗氧化性好，但高温强度不如奥氏体系不锈钢。由于热膨胀系数小，因此在热疲劳特性方面有利。作为使用钢种有SUH409L（11Cr-Ti-LC）和SUS430J1L（18Cr-0.5Cu-Nb-LC，N），但近年来随着废气排放规定的强化，排气温度呈高温化的趋势，据说有的高达950。在这种情况下，可以使用SUS444（19Cr-2Mo）系不锈钢。另外，作为降低成本的材料，还有的使用了降低Cr量的SUS429（15Cr）系不锈钢。采用双重管的排气歧管通常是内管使用奥氏体系不锈钢，外管使用铁素体系不锈钢。 1.2前管前管使用的材料有SHU409L、SUS436L（17Cr-1Mo-LC，N），SUS430J1L等铁素体系不锈钢，但在采用中空双重时，还有的使用奥氏体系不锈钢作内管。作为今后的发展趋势，低成本、抗氧化性和热疲劳特性好的铁素体系不锈钢毫无疑问将成为主流。尤其是，由于排气温度的高温化和管子的薄壁化，可以认为将采用高温性能更好的钢种，如SUS429级。 1.3挠性管挠性管由蛇腹状的双重管和用不锈钢钢丝网将其包裹起来的外编带构成。从使用性能来看，要求具有高温疲劳性，为了做成蛇腹形状，还要求它具有加工性。尤其是，在寒冷地区为防止道路冻结使用了化雪盐，因此要求管的外侧还应具有耐高温盐害腐蚀性。使用的材料主要是SUS304。但是，由于在寒冷地区为防止道路冻结使用了化雪盐，要求管的外侧还应具有耐高温盐害腐蚀性，因此使用了添加Si、增加Ni添加量的耐高温盐害腐蚀性能更高的SUS XM15J1。最近，开始已使用SUS316L（18Cr-12Ni-2.5No-LC），其价格比SUS XM15J1更便宜，抗晶界腐蚀性比SUS304更高。 1.4催化转换器（催化载体和催化转换器外壳）为减少汽车排出的废气对空气的污染，安装了被称作“催化转换器”的排气净化系统。催化转换器安装在排气歧管下面或底盘下面等，因此要能够经受住高温和振动等苛刻条件的考验。对于催化载体，在使用了铁素体系不锈钢箔材制作的金属载体。使用铁素体系不锈钢箔材的原因是它的热冲击特性小且热容量小的缘故。金属载体由采用不锈钢钢箔制作的蜂窝状型芯和采用不锈钢钢板制作的外壳构成。蜂巢上的型芯是把平箔材和波浪状箔材卷起后通过钎焊等焊接结合而成的。外壳要求具有高温强度、耐高温盐害性加工性。对于箔材的要求是抗氧化性要好，因此使用了Fe-Cr-Al系铁素体不锈钢。具有代表性的钢种是Fe-20Cr-5Al合金。为提高氧化皮膜的密封性，还有的添加了少量Hf、Y、Ce等稀土类金属元素（REM）。今后对抗氧化性的要求将会进一步提高。对于催化转换器的外壳，大部分是使用SUS430（17Cr）系不锈钢，但随着排气温度的升高，目前还有的正在使用SUS430J1L或SUS429系等高温特性更好的铁素体系不锈钢。 1.5中心管中心管所用的材料，以前是采用热浸镀铝钢板，由于对管的内外面采取了防湿气腐蚀的措施，因此不锈钢的使用量剧增，主要是使用SUS410（13Cr）系不锈钢、SHU409L和SUS430系不锈钢。 1.6主消音器目前主消音器用材料主要是SUS436L，但为了降低成本，减少Mo的SUS432系不锈钢（17Cr-0.5Mo）的使用量正在增加。对于外壳和末端板等，从美观和防腐蚀措施来看，还有的使用镀铝不锈钢。 1.7末端管由于末端管的使用温度低，因此从材料的性能来看，使用镀铝钢板就可以了，但是，从图案性的方面来看，有的使用SUS409L和SUS430系等高纯度铁素体系不锈钢，有的则使用奥氏体系的SUS304不锈钢。在对图案有特别要求的情况下，还有的使用镀Cr不锈钢钢管或热浸镀铝不锈钢钢管。二、设计（论文）目的、意义北方冬季，环境温度较低，汽车尾气中的水蒸汽就会在排气管壁冷凝成水滴，并且随排气流至路面，尤其针对使用乙醇汽油的车辆。乙醇汽油作为一种车用清洁燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃烧的排放物中生成的水分也较多，受周围的环境温度以及排气降噪能量转换的影响，汽车的排气管会向外滴水，这是一个很普遍的现象因此，针对东北寒冷的冬季，在尽量少的影响原有排气系统下，如何改进排气系统以减少或消除汽车燃烧乙醇汽油所排除的水分导致的路面结冰问题，对乙醇汽油在寒冷地区的应用，及道路的交通拥挤问题的缓解有着重大而深远的意义。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题设计的主要内容：1) 设计实验方案确定汽车排气管中水蒸气液化的临界点2) 消音器制作加工工艺改进设计；3）实验台各机构的设计及总体布局；4) 实验台整体校核；拟解决的主要问题1)设计实验方案，通过试验方案来确定排气管中水蒸气液化的临界点；2) 查找资料，择材料涂层，研究材料涂层保温特性以及热传递效率；3) 探索汽车尾气排放消音降噪控制理论及方法；4) 消音器制作加工工艺改进及设计5）试验台的设计及校核；3、技术路线（研究方法）整体方案的确定设计实验方案乙醇汽油燃烧特性汽车尾气排放消音降噪控制理论及方法5) 消音器制作加工工艺改进及设计消音器制作加工工艺改进及设计利用AUTOCAD绘图完成毕业设计和设计说明书四、进度安排（1）第1周( 3月1日3月7日)：查阅参考资料，收集相关技术资料，了解冬季汽车尾气排放特征，熟悉乙醇汽油燃烧理化特性。（2）第2周( 3月8日3月14日)：结合任务书制定设计方案，撰写开题报告。（3）第3周(3月15日3月21日)：设计试验方案，确定汽车排气管中水蒸气液化成水滴的临界点。（4）第4周( 3月22日3月28日)：根据设计方案，研究乙醇汽油燃烧理化特性分析；材料涂层保温特性分析以及热传递效率分析。（5）第5周(3月29日4月4日)：绘制图纸，研究汽车尾气排放消音降噪控制理论及方法（6）第6周(4月5日4月11日)：继续绘制图纸。进行消音器制作加工工艺改进及设计。（7）第7周(4月12日4月18日)：绘制零件图，继续绘制图纸。对实验台进行设计及校核，撰写设计说明书（8）第8周(4月19日4月25日)：接受中期检查。（9）第9周(4月26日5月2日)：对中期检查的不足之处进行修改。（10）第10周(5月3日5月9日)：对设计草图进行修改，进一步完善设计。（11）第11周(5月10日5月16日)：进行相关校核。（12）第12周( 5月17日5月23日)：完成设计图纸及说明书初稿。（13）第13周( 5月24日5月30日)：说明书及图纸送审，根据审阅老师意见进行修改。（14）第14周( 5月31日6月6日)：预答辩。（15）第15周( 6月7日6月13日)：修改预答辩中发现的问题准备答辩。（16）第16周( 6月14日6月20日)：修改预答辩中发现的问题准备答辩。（17）第17周( 6月21日6月27日)：答辩。五、参考文献1.李俄收;汽车新型排气净化装置 J. 内燃机, 20052.沈克富,刘耀球;D型进排气歧管J;汽车技术;1982年11期 3.田炜;重量轻的排气歧管J;汽车技术;1981年05期 4.王兵;6BT排气歧管N;中国汽车报;2000年5.钱曾权;美国用不锈钢制造汽车排气系统J;汽车与配件;1988年02期 6.张浚源,李未,程昌圻;应用模拟程序进行492Q汽油机进排气歧管改型设计J;内燃机工程;1990年01期 7.MotohiroInaba ,周永林 ,王维成;汽车排气系统低噪声和低压力的控制技术J;小型内燃机与摩托车;1991年02期 8.任宪忠;柴油机尾气热量排放规律及其应用研究D;东北农业大学;2000年9.邹有武;汽车排气系统用材的现状和展望J;汽车工艺与材料;1992年07期 10.张肇富;汽车排气净化用催化剂技术的现状和将来动向J;环境与可持续发展;1993年04期11.汽车排气系统零件用不锈网N;世界金属导报;2001年12.张文茹,杨成义,谢建国. 汽车排气系统用铁素体不锈钢的发展J机械管理开发, 1999, 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Hakan BayraktarExperimental and Theoretical Investigationof Using Gasoline-ethanol Blends in Spark-ignition EnginesJRenewable Energy，2005，30（11）：1733 1747六、备注指导教师意见：签字：年月日毕业设计（论文）中期检查表填表日期2010年 4月18 日迄今已进行 8 周剩余 9 周学生姓名刘泓伸院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-7指导教师姓名鲍宇职称高级实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容（1）发动机的选型；（2）收集排气系统相关资料；（3）实验台附加设备选；（4）实验台架布局设计；（5）实验台设计草图。（1）实验台总体结构的设计；（2）装配图及定位件图纸；（3）说明书的撰写。存在问题及努力方向在设计的过程中，对台架的总体设计布局不够合理，对装配图的画法不够清晰。在以后的设计中将明确目标，理清思路，认真学习研究将毕业设计完成。学生签字：刘泓伸指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-5毕业设计评阅人评分表学生姓名刘泓伸专业班级车辆07-7指导教师姓名鲍宇职称高级实验师题目捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计评阅组或预答辩组成员姓名出席人数序号评价项目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力255计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）156插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）5得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计答辩评分表学生姓名刘泓伸专业班级车辆07-7指导教师鲍宇职称高级实验师题目捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计答辩时间月日时答辩组成员姓名出席人数序号评审指标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度102设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力103应用文献资料、计算机、外文的能力104设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性155毕业设计答辩准备情况56毕业设计自述情况207毕业设计答辩回答问题情况30总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名刘泓伸性别男院系汽车与交通工程学院专业车辆工程班级07-7设计（论文）题目捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计平时成绩评分（开题、中检、出勤）指导教师姓名鲍宇职称高级实验师指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院系公章：年月日注：1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。优秀毕业设计（论文）推荐表题目捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计类别毕业设计学生姓名刘泓伸院（系）、专业、班级汽车与交通工程学院车辆07-7指导教师鲍宇职称高级实验师设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院、系公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它毕业设计（论文）过程管理材料题目捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计学生姓名刘泓伸院系名称汽车与交通工程学院专业班级车辆07-7班指导教师鲍宇职称高级实验师教研室车辆工程起止时间2011.2.28-2011.6.24教务处制本科学生毕业设计捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 B07-7班学生姓名：刘泓伸指导教师：鲍宇职称：高级实验师黑龙江工程学院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Jetta Car Exhaust Device and Improve Performance Test DesignCandidate：Liu hongshenSpecialty：Vehicle Engineering Class：B07-7Supervisor：Senior Experimental Division.Bao YuHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 课题的来源和意义11.2 汽车试验装置的发展概况11.3 汽车排气装置性能试验台国内外发展概况21.4 本课题研究内容及主要工作3第2章汽车排气装置的组成和工作原理52.1汽车排气装置的作用和组成52.2汽车排气装置的工作原理52.3汽车排气装置相关资料82.4 本章小结9第3章燃乙醇汽油车排气管内部温度与滴水量测定试验方案设计103.1试验方案103.2试验装置103.3排气管内部温度变化的测定123.3.1怠速试验123.3.1.1平地怠速试验123.3.1.2坡道怠速试验143.3.2低速工况试验153.3.3中速工况试验163.3.4高速工况试验173.4排气尾管末端滴水量的试验测定183.4.1怠速试验183.4.1.1平地怠速试验183.4.1.2坡道怠速试验183.4.2低速工况试验193.4.3中速工况试验193.4.4高速工况试验203.5排气管末端滴水量的分析213.6本章小结21第4章捷达汽车消声器结构改进设计224.1 乙醇汽油燃烧理化特性分析224.1.1车用乙醇汽油的定义224.1.2车用乙醇汽油的优点224.2材料涂层保温特性分析以及热传递效率分析234.3汽车消声器制作加工工艺244.3.1汽车消声器介绍244.3.2消声器的技术指标254.3.3消声器的设计步骤274.4消声器改进及设计274.5 本章小结28第5章汽车排气装置性能实验台整体结构设计及校核295.1 实验台总体设计方案295.2定位件的校核315.3 实验台的整体校核315.4 本章小结31结论34参考文献35致谢36附录A37附录B38摘要北方冬季，环境温度较低，汽车尾气中的水蒸汽就会在排气管壁冷凝成水滴，并且随排气流至路面，尤其针对使用乙醇汽油的车辆。乙醇汽油作为一种车用清洁燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃烧的排放物中生成的水分也较多，受周围的环境温度以及排气降噪能量转换的影响，汽车的排气管会向外滴水，这是一个很普遍的现象。基于乙醇汽油燃烧特点，车辆使用乙醇汽油导致路面结冰，在公交站台、上坡路段、十字路口等处，尤其在在一些拥挤路段，冬季更容易形成冰层，大多路段都是难清理的薄冰。这不仅减缓了车速，造成冬季拥挤市区行车的不便，延长了车在路面的时间，更增加燃油消耗，而且增加了有害物质的排放，减少制动距离，使刮碰等事故不断，不但没有达到节能减排的目的，还增加了大量人力、时间和物质成本。因此，针对东北寒冷的冬季，在尽量少的影响原有排气系统下，如何改进排气系统以减少或消除汽车燃烧乙醇汽油所排除的水分导致的路面结冰问题，对乙醇汽油在寒冷地区的应用，及道路的交通拥挤问题的缓解有着重大而深远的意义。本设计主要是针对捷达汽车排气装置进行展开，首先介绍了捷达汽车排气装置的内部结构、工作原理及运行情况。在此基础上，提出了一种以试验为目的的排气装置实验台设计方案。针对它的性能测试目的，该实验台的特点是结构相对较为简单，实验台设有数显温度传感器，便于在试验过程中，让操作者直观了解并通过更换不同排气装置进行性能测试来增强其动手能力，以达到良好的试验效果。关键词：；排气装置；消声器；实验台；试验；温度； ABSTRACTThe north winter, environmental temperature is lower, the automobile exhaust steam will exhaust pipe wall into the droplets in condensation, and exhaust flow to the pavement with, especially to use ethanol and gasoline vehicles. Ethanol and gasoline, as a kind of car, and the rich in oxygen clean fuel element, but the burning ethanol and gasoline emissions generated by the surrounding water more, also the environment temperature and exhaust noise reduction of energy conversion, the influence of the car exhaust the drop of water, this to is a common phenomenon.Based on ethanol and gasoline, combustion characteristics vehicle use ethanol in gasoline, bus station in the icy road intersection, uphill, the place such as in crowded, especially in some sections, more easy to form ice in winter, most of the roads are clear, it is the thin ice. This not only slow its speed, and cause the winter driving the inconvenience, crowded downtown extended the car in the pavement of the time, the more increase fuel consumption, and increased the discharge of harmful materials, reduce braking distance, scraping the touch, etc, not only have no accidents have reached the purpose of energy conservation and emission reduction, and also adds a great human, time and material cost.Therefore, in view of the northeast cold winter, in the influence of less as far as possible the original exhaust system, how to improve the exhaust system to reduce or eliminate the burning ethanol and gasoline car out of the icy road to the water problem, ethanol and gasoline in cold area, and the application of road traffic congestion relief has a great and profound significance.This design is mainly aimed at faw car exhaust device, opened first introduced the exhaust device inside the jetta structure, working principle and operation. Based on this, puts forward a kind of to test for the purpose of exhaust device test bench design scheme. According to its performance testing purpose, this test bench is characteristic of the structure are relatively simple, test bench with digital display temperature sensor, facilitate in the study, let the operator can learn about and by changing different exhaust device performance testing to enhance its beginning ability, to achieve good testing result.Key words：Exhaust device；Muffler；Experimental stage；Trial；Temperature； 39第1章绪论1.1 课题的来源和意义我国汽车行业在全世界来说应该属于那种旭日东升，蓬勃发展的一种类型。由于众所周知的原因，我国的汽车工业虽起步于上世纪50年代，但却踯躅于60年代，徘徊在70年代，直到改革开放我国政府提出把汽车工业作为支柱性产业重点发展，才开始快速发展。正是由于这些曲折和波折，使我国汽车业的设计、制造、应用等各领域的技术水平均大幅落后于其他发达国家，汽车试验领域也是没有例外。改革开放以来，受政策的支持和资金的扶持，以及各厂家和相关单位及院校的共同努力，我国的汽车工业大踏步向前发展，取得了不小的进步，我国的汽车产量在2003年已经跃居世界第5位，我国的技术水平也相应取得了飞速的发展，我国汽车的大量出口已指日可待。作为汽车技术一部分的汽车试验领域也取得了一些显著成果。由于一直紧跟国外先进汽车的试验研究方法，从理论上也达到了较高的水平，基本上达到了世界的平均水平，但是受到技术和成本的限制，尚未普遍应用于科研、教学和生产部门。汽车零部件试验在汽车设计和制造领域占据重要的地位，因此试验台的种类也很多，有的结构简单，但耗费较高，有的现代化程度高，适合规模大、效益高的大型试验部门使用，但造价昂贵。而一些小型科研单位以及高等院校受资金、场地、人员、环境等的影响，不可能采用上述那些要求较高的试验台。本课题在于研究一种经济实用而且经久耐用，便于操作，占地较小，适合于室内安装的试验台，以供那些条件有限的单位使用。汽车排气装置是使用条件复杂，受环境影响较大，可靠性要求高的重要部件，因此从产品开发到生产直至使用都要对其进行大量的试验，以确定其各种性能参数，为汽车的生产、销售以及维修单位和汽车的使用者提供可靠的参考，防止出现重大的事故。在此领域各国都在潜心研究，以不断提高试验的准确性，从而提供更可靠的试验数据，为社会服务。1.2 汽车试验装置的发展概况十九世纪下半叶,德国的戴姆勒-奔驰公司、法国的标致公司、美国的福特公司、意大利的菲亚特公司等先后生产出了第一辆汽车。随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，汽车性能也不断提高。由于汽车工业与其他工业、农业、国防和人民的日常生活密切相关，汽车质量引起人们的广泛重视。二十世纪初期，美国人亨利福特创立了流水线作业的生产形式，使生产效率大幅提高，生产成本下降，使用范围急剧扩大，汽车的可靠性、寿命和性能方面的问题突出出来，要求开展试验研究工作。汽车试验的发展历史经历了大致如下三个阶段：第一个阶段从十九世纪末到第二次世界大战结束，是汽车试验的逐步建立，主要包括基本试验台的建立，基本试验规范和标准的形成；第二个阶段从第二次世界大战结束到上世纪七十年代，由于相邻工业的发展，相邻学科的发展和渗透，使汽车试验理论、试验设备、试验标准和规范有了长足的发展和进步；第三个阶段的主要标志是电子计算机在汽车试验中的应用和标准法规的完善。1.3 汽车排气装置性能试验台国内外发展概况排气装置研究涉及流体力学、传热、振动声学等多门学科且消声器排气噪声频带较宽，具有一定的复杂性。由于排气温度较高，因此其排气消声器大都用抗性消声器。传统的抗性消声器一般都是由扩张室、内插管、穿孔管、穿孔板和其它由这些消声器单元派生出来的单元组合而成。西方发达国家在消声理论方面研究起步较早，发展也较快，早在上个世纪20年代，美国的Stewart就将声学滤波器的原理用于抗性消声器的研究。50年代Davis等人根据截面突变处声压和体积速度连续的原理。采用一维波动方程计算了简单扩张腔，多级膨胀腔及旁通共振腔的消声特性。此后，研究人员采用声电类比的方法，根据电学中的四端网络法，于50年代后期发展了不考虑气流及温度梯度的声传递矩阵法，为排气消声器的设计开创了新的方法，且一直沿用至今。60年代以后，对于消声器的理论研究越来越深入，逐步解决了气流与声波的相互作用，如何考虑温度梯度的影响等问题。许多人员如日本的福田基一等在噪声控制技术方面做了大量的理论和试验研究，为设计和改进消声器提供了大量的数据及理论基础进入20世纪末，消声器理论研究又进入了一个新的高峰。1995年，H.Luoetal研究了各种轴向部分穿孔插入管消声器的一维传递矩阵理论模型，计算了它的传声损失，此模型对于消声器的设计具有指导作用。同年，Chao-Nan Wang研究了穿孔插入式消声器的数值计算，克服了在管道开口端边界条件难于确定的困难，进行了不同插入方式空气平均流量和穿孔率等消声器的消声量计算。1996年，王诗恩和高宋英用存在声源及气流时的一维波动方程描述了抗性消声器中噪声的传播过程，建立了抗性消声器插入损失模型，1998年，胡立臣用传递矩阵法模拟计算消声器的插入损失，用以评价包括源阻抗及尾管辐射阻抗在内的整个排气系统的声学特性，推导出六种消声单元的传递矩阵，并应用于插入损失计算之中，同年M.L.Munjaletal，给出了一种用于分析反流，三通道和开口端开有小孔的消声器的频域理论分析模型，推导出一维传递矩阵。2000年，唐永琪等在消声器功能计算过程中考虑了气流和温度梯度的影响，并采用三维滤图方法研究气流对消声器消声性能的影响。以上的一维平面波模型是对消声器内部声场的近似理论分析，当消声器截面几何尺寸较小，且噪声频率不太高(1000Hz)的情况下，这种分析方法是适用的。但当噪声频率提高，实验结果与理论分析均表明，在消声器腔内存在高次模式波，这时平面波与线性化假设便不再适用，而应采取更加精确的二维理论方法来进行分析，其方法包括：有限差分法、有限元法和边界单元法等。对消声器的消声性能和空气动力性能进行试验和评价也是重要的内容之一。目前消声器实验方法通常包括两种，即实验室模拟试验和实际现场试验。实验室模拟试验装置通常由鼓风机、噪声发生装置，加热装置，气流流速及温度控制装置等组成，用来模拟发动机的实际排气，并在消声器的入口和出口端测试声压级及气流压力。得到消声器的插入损失和压力损失用来评价消声器的消声性能和排气阻力性能。例如：山东大学的刘丽萍利用试验室方法研究了消声器内气体流速对消声量的影响，证明了气体流速是影响消声特性的重要因素，试验室方法较为方便，特别是可代替发动机台架试验来验证排气阻力。消声器的实际现场试验是在汽油机上做消声器的性能试验，噪声通常测试对比装与不装消声器时的耳旁噪声或最大加速环境噪声（GB/T4760-1995，声学消声器测量方法。GB/T14365-1993，声学机动车辆噪声测量方法）。排气阻力性能通常做发动机台架试验来评价，如测试负荷特性、比油耗或调速性能。为了提高试验效率，有人采用正交试验法等技术，福建农业大学的翁红林利用正交试验法，对汽油机排气消声器进行试验，用较少试验次数采集多因素，多水平的试验数据，从试验数据的分析中得出各因素对消声性能的影响程度及范围，得出各主要结构参数对消声器性能的影响程度。华东船舶工业学院的郁飞用正交试验方法研究了排气噪声和相关影响参数之间的关系。1.4 本课题研究内容及主要工作北方冬季，环境温度较低，汽车尾气中的水蒸汽就会在排气管壁冷凝成水滴，并且随排气流至路面，尤其针对使用乙醇汽油的车辆。乙醇汽油作为一种车用清洁燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃烧的排放物中生成的水分也较多，受周围的环境温度以及排气降噪能量转换的影响，汽车的排气管会向外滴水，这是一个很普遍的现象。基于乙醇汽油燃烧特点，车辆使用乙醇汽油导致路面结冰，在公交站台、上坡路段、十字路口等处，尤其在在一些拥挤路段，冬季更容易形成冰层，大多路段都是难清理的薄冰。这不仅减缓了车速，造成冬季拥挤市区行车的不便，延长了车在路面的时间，更增加燃油消耗，而且增加了有害物质的排放，减少制动距离，使刮碰等事故不断，不但没有达到节能减排的目的，还增加了大量人力、时间和物质成本。因此，针对东北寒冷的冬季，在尽量少的影响原有排气系统下，如何改进排气系统以减少或消除汽车燃烧乙醇汽油所排除的水分导致的路面结冰问题，对乙醇汽油在寒冷地区的应用，及道路的交通拥挤问题的缓解有着重大而深远的意义。本文设计了两种方案：一种是实车来进行测试，分析水蒸气在排气管内凝结成水滴的位置。第二种是设计实验台来模拟实车试验，具有较强的演示功能，可以确定怠速下排气管内部的温度变化，实现不同车型排气装置工况演示。可以进行排气装置性能测试，使学生能够直观看到不同排气装置的各种工况，并对不同的演示现象进行必要的分析。并在消声器的入口和出口端测试声压级及气流压力。得到消声器的插入损失和压力损失用来评价消声器的消声性能和排气阻力性能。第2章汽车排气装置的组成和工作原理2.1汽车排气装置的作用和组成汽车排气装置的作用：它的作用是将从排气门排出的废气进行信息反馈（由氧传感器完成）和净化有害气体（由三元催化器完成）及消音（由消音器完成）后排出车外。汽车排气装置的组成：汽车排气装置一般由排气歧管、排气管、催化转换器、排气温度传感器、消音器和排气尾管等组成如图2.1所示。图2.1 排气装置组成示意图2.2汽车排气装置的工作原理排气歧管：排气歧管的形状十分重要。为了防止各缸排气相互干扰和排气倒流，并利用排气惯性降低排气阻力，应将排气歧管做得长些，且各缸支管应相互独立，长度相等。还有用不锈钢制造的排气歧管，其优点是质量轻，耐久性好，内壁光滑，排气阻力小如图2.2所示。图2.2 捷达汽车排气歧管示意图排气净化装置：汽车在使用过程中，发动机所排废气中含有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、微粒及硫化物等有害物质，对环境造成污染，危害人类健康，所以必须对发动机排气进行净化。催化转化器：催化转化器是利用催化剂的作用将排气中的CO、HC和NOx转化成对人体无害气体的一种排气净化装置，又称为催化净化转化器。催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器两种类型。氧化催化转化器在金属铂、钯或铑等催化剂的作用下，可将排气中的CO和HC氧化成CO2和H2O，因此这种催化转换器也称做二元催化转换器，使用时须向氧化催化转换器供给二次空气作为氧化剂才能使其有效地工作。三元催化转换器可同时减少CO、HC和NOx的排放。它以排气中的CO和HC作为还原剂，把NOx还原为氮（N2）和氧(O2)而CO和HC在还原反应中被氧化为CO2和H2O。当同时采用两种转换器时，常把两者放在同一个转换器内如图2.3所示。图2.3 三元催化转换器示意图消音器：汽车的排气噪声是行车噪声的主要组成部分，世界各国对各种车辆产生的噪声极限值都有严格的规定，如欧共体规定，轿车为77dB，载货汽车为84dB，因此需减小排气噪声。排气消音器的功用就是降低排气噪声并消除废气中的火星及火焰。根据干涉原理，排气消音器有吸收、反射两种基本消声方式。在吸收式消声器上通过的废气在玻璃纤维、钢纤维和石棉等吸声材料上的摩擦而减小其能量。反射式消声器则由多个串联的谐调腔与不同长度的多孔反射管相互连接在一起。废气在其中经过多次反射、碰撞、膨胀、冷却而降低其压力，减轻了震动如图2.4所示。图2.4 汽车消声器剖面图2.3汽车排气装置相关资料由于汽车尾气净化及汽车轻量化降低油耗的社会要求日益高涨，不锈钢在汽车中的使用近十年增加4倍。起初是以铁铬钦不诱钢为主，而后各种高性能不诱钢开始使用.在排气歧管前置管、软管、催化剂金属载体及消声器所组成的排气系统所用材料。美国60年代就开始将铁铬钦不锈钢用于排气系统。日本70年代对排气标准作了规定迫使汽车制造厂商在汽车排气系统中安装三元催化净化装置。.当时也将铁铬钦不锈钢用于排气系统1989年日本要求汽车制造厂商保证排气系统部件能够使用三年或行驶六万Km。这一规定加速不锈钢替换镀铝钢板的进程。如今美国和日本轿车的排气系统已全部采用不锈钢制造，每辆轿车排气系统不锈钢用量因轿车型号而异,但最近由于采用了改善汽车燃烧的措施使得排气岐管的使用温度提高，为此排气岐管材料改用耐高温及耐腐蚀的铁素体不锈钢，以降低噪声为目的软管采用耐高温及耐盐类腐蚀的不锈钢制造，在美国和欧洲所用材料则是在基础上增加质量分数使之获得更好的性能，欧洲的高档轿车上其排气系统使用奥氏体不锈钢为了提高消声器的耐腐蚀寿命。 2.4 本章小结本章设计内容主要针对汽车排气装置结构、工作原理进行阐述，分析不同汽车排气装置结构与特性，分析了不同汽车排气装置的原理及未来汽车排气装置的发展趋势，为设计排气装置实验台及对不同的排气装置改进设计提供理论基础。第3章燃乙醇汽油车排气管内部温度与滴水量测定试验方案设计近年来，由于国际石油资源的匮乏，新型绿色清洁燃料能源乙醇汽油加入了汽车能源行列。作为可再生、原料来源广泛的清洁能源，乙醇汽油不仅使我国石油资源紧缺的问题得到缓解，改善了汽车有害废气造成的环境污染。总体认为乙醇汽油在我国完全适用。然而乙醇中碳氢比高，燃烧时产生的水蒸气相对较多，导致汽车尾气含水量较高。由于我国黄河以北的大部分地区冬季气温较低，造成乙醇汽油燃烧状况较差，在以乙醇汽油为燃料的机动车辆排气管中，有水分随尾气一起排放，这些水分遇低温凝结成薄冰，覆盖在路面上，使车辆的制动距离增加，给行车带来不便，特别是在破路地段和交叉路口极易引发交通事故。3.1试验方案为了研究燃乙醇汽油车排气管内部温度以及汽车排气管末端滴水量随不同的大气环境温度及汽车行驶速度而发生变化的情况，本设计以黑龙江省哈尔滨市为试验地点。测量时，根据试验地区哈尔滨市的气温状况设定为两个阶段：冬季试验和春季试验，每个阶段的试验测试包括怠速、低速工况（2030km/h）、中速工况（6070km/h）、高速工况（8090lm/h）试验四个环节，其中怠速试验又分为平地怠速与坡道怠速试验两部分。试验方案分为实车试验和试验台试验两种，平地怠速试验可以用试验台来进行试验分析，坡道怠速试验、低速工况、中速工况、高速工况可以选用实车来进行试验。3.2试验装置试验使用的车型选为捷达王（排量1.6L），试验仪器如下：捷达汽车排气装置性能试验台、TM-902C型数显温度传感器六个、摄像机一部、温度计一支、量筒一个、接水装置一组。为了进行排气管内部温度测定实验，试验前在排气管上选取六个测试点安装温度传感器，TM-902C型数显温度传感器固定装置如图3.1所示。3.1数显温度传感器固定装置TM-902C型温度传感器是一种接触式温度仪，其操作简便，测量时通过被测介质与测温元件进行充分的热交换而达到测温目的，试验时数据采集方便简洁。试验测量时，传感器的探针可以伸入排气管内部测试温度，所得试验数据相对准确。在进行温度测量试验时，将温度传感器通过固定装置安装在汽车排气管上。传感器的数据线经过车窗进入驾驶室内，测试人员可以在车内对试验数据进行录制及观测。六个温度传感器分别布置在避开主、副消音器的排气管前段、中段和末段的弯管上，从排气管入口至出口方向，六个传感器依次编号为从一号至六号，一号测试点距离排气歧管聚合处大约1 M，六号测点在排气尾管末端附近，其余各点的设计安装位置的分布情况如图3.2所示。图3.2 数显温度传感器在排气管上的安装位置实际进行试验仪器安装时，由于受到排气管周围的实际环境条件的限制，温度传感器的安装位置需要根据实际情况确定，为了进行排气尾管滴水量的测定，试验之前在排气的排气尾管末端布置了接水装置。接水装置由矿泉水瓶、铁丝和螺钉构成。首先在排气管末端焊接两个螺钉作为固定耳，在矿泉水瓶靠上位置剪出一个与排气管直径大小相应的洞，保证能够将排气管伸入矿泉水瓶中，然后用铁丝将它们固定在排气尾管的末端，这样便可以保证在每个阶段的试验过程中，汽车尾气中的水分可以全部流入接水装置。待各个环节的试验结束后，再将矿泉水瓶中的水分倒入量筒，即可得到该试验阶段排气管末端的滴水量。3.3排气管内部温度变化的测定3.3.1怠速试验在怠速试验中，针对排气管内部温度的测定试验包括平地怠速和坡道怠速（坡道怠速约15）两部分。3.3.1.1平地怠速试验平地怠速试验分为冬季试验和春季试验试验台试验环境如图3.3。图3.3 试验台试验环境图（1）冬季试验冬季平地怠速试验时，先用温度计测出环境温度，进行试验时，保持试验台在水平路面上静止，试验台启动后处于怠速工况下暖车一段时间，等待温度传感器的数据不再有明显上升趋势后，读取传感器LED屏幕所显示的数据，共测试三次，每次试验约持续15min，得到排气管内部六点位置温度分布数据表3-1所示。找到出现100的区域在哪个测试点，即是水蒸气液化的临界温度。表3-1 冬季平地怠速试验排气管内部温度单位：测试时间12345615min15min 15min（2）春季试验春季平地怠速试验时，用温度计测试出环境温度。保持汽车在水平路面上静止，汽车启动后处于怠速工况下一段时间，待温度传感器的数据不再有上升趋势后，读取传感器LED屏幕所显示的数据，共测试三次，每次试验约持续15min，得到排气管内部六点位置温度分布数据表3-2所示，从而来分析水蒸气液化的临界区域出现在几号测试点来确定水蒸气产生的位置。表3-2 春季平地怠速试验排气管内部温度单位：测试时间12345615min15min 15min通过对比分析来确定冬季、春季随着外界环境温度的变化，排气管内部温度的波动变化，水蒸气液化形成水滴的区域，并能得出排气管内部温度受外界环境温度的影响的变化。3.3.1.2坡道怠速试验（1）冬季试验进行冬季坡道怠速试验时，用温度计测试出室外环境温度，试验时保持汽车在角度约15的坡道路面上静止，汽车启动后处于怠速工况下，暖车一段时间，等待温度传感器的数据不再有上升趋势，读取传感器LED屏幕所显示的数据，共测二次，每次试验约持续15min，得到排气管内部六点位置温度分布数据如表3-3所示。从而来分析水蒸气液化的临界区域出现在几号测试点。表3-3 冬季坡道怠速试验排气管内部温度单位：测试时间123456（2）春季试验进行春季坡道怠速试验时，用温度计测出环境温度，试验时保持汽车在角度约15的坡道路面上静止，汽车启动后处于怠速工况下一段时间，待温度传感器的数据不再有上升趋势，然后读取传感器LED屏幕所显示的数据，共测二次，每次试验约持续15min，得到排气管内部六点位置温度分布数据如表3-4所示。表3-4 春季坡道怠速试验排气管内部温度单位：测试时间123456通过对比分析来确定冬季、春季随着外界环境温度的变化，行驶坡路角度的变化，排气管内部温度的波动变化，水蒸气液化形成水滴的区域，并能得出排气管内部温度受外界环境温度的影响的变化。3.3.2低速工况试验在低速工况试验当中，针对燃乙醇汽油车的排气管内部温度分布的测定试验选取了哈尔滨市区车流量相对较大，车型速度较为缓慢的红旗大街路段中的三个部分作为试验地段：A.从黑龙江工程学院到长江路段；B.从长江路到先锋转盘道路段；C.从先锋转盘道到黑龙江工程学院路段；（1）冬季试验冬季低速工况试验，用温度计测试室外环境温度，试验车辆分别在各个试验路段行驶。在每个路段进行试验时，首先汽车启动行驶一段时间，待温度传感器的数据不再有明显的上升趋势后，便开始读取传感器LED屏幕所显示的数据。每次试验大约持续15min左右，分别在三个试验路段各测试一次，行车速度维持在2030km/h左右，得到排气管内部六点位置温度分布数据如表3-5所示。表3-5 冬季低速工况试验排气管内部温度单位：测试时间试验路段123456ABC（2）春季试验春季低速工况试验，用温度计测出环境温度。汽车分别在三个试验路段行驶。在每个路段进行试验时，待车辆启动行驶一段时间，温度传感器的数据不再有明显的上升趋势后，开始读取并记录温度传感器LED屏幕所显示的数据。每次试验大约持续10min左右，共测试四次，行车速度维持在2030km/h左右，得到排气管内部六点位置温度分布数据如表3-6所示。表3-6 春季低速工况试验排气管内部温度单位：测试时间试验路段123456ABC对两组试验数据进行对比分析，找到低速工况下冬季和春季的排气管内水蒸气液化的凝结温度100分别出现在几号测试点附近。说明水蒸气很可能以液态形式存储于该区域之内。3.3.3中速工况试验在中速工况试验中，针对排气管内温度分布情况进行的测定试验，选取了与进行低速工况试验路段相比，车流量相对较低，车流速较高的哈尔滨市二环路作为试验路段进行三次试验，进行每次试验时绕二环路行驶一圈，试验路段D。（1）冬季试验冬季中速工况试验，用温度计测出环境温度，三次试验，车辆分别在二环路行驶一圈。每次进行试验测定时，待汽车启动行驶一段时间，温度传感器的数据不再有明显上升趋势后，开始录制并提取传感器LED屏幕所显示的数据。每次试验约持续50min左右，行车速度维持在6070km/h左右，得到排气管内部六点位置温度分布数据表3-7所示。表3-7 冬季中速工况试验排气管内部温度单位：测试时间试验路段123456DDD（2）春季试验春季中速工况试验，用温度计测出环境温度，在试验路段进行试验时，待汽车启动行驶一段时间，温度传感器的数据不再有明显的上升趋势后，开始记录提取传感器LED屏幕所显示的数据，每次试验约持续一个小时左右，共测试三次，行车速度维持在6070km/h左右，得到排气管内部六点位置温度分布数据表3-8所示。表3-8 春季中速工况试验排气管内部温度单位：测试时间试验路段123456DDD通过对比来发现在中速工况下冬季和春季排气管内部凝结温度100临界区域分别出现在几号区域，说明很有可能以液态形式存储于该区域之内，或能够以气态形式排放到大气环境中。3.3.4高速工况试验为了进行高速工况行车试验，针对排气管内部温度的测定选取哈牡高速公路哈尔滨至花果山路段作为试验路段E。（1）冬季试验进行冬季高速工况试验时，用温度计测试试验环境温度，试验车辆在高速公路上行驶。试验时，车辆启动后行驶一段时间，待温度传感器的数据不再有明显的上升趋势后，读取传感器LED屏幕所显示的数据，每次试验约持续约30min左右，共测试二次，行车速度维持在8090km/h左右，得到排气管内部六点位置温度分布数据表3-9所示。表3-9 冬季高速工况试验排气管内部温度单位：测试时间试验路段123456EEE（2）春季试验春季高速工况试验，用温度计测试出试验环境温度，汽车在高速公路上行驶。试验时，汽车启动后行驶一段时间，待温度传感器的数据不再有明显的上升趋势，读取传感器LED屏幕所显示的数据，每次试验约持续约30min左右，共测试二次，行车速度维持在8090km/h左右，得到排气管内部六点位置温度分布数据表3-10所示。表3-10 春季高速工况试验排气管内部温度单位：测试时间试验路段123456EEE3.4排气尾管末端滴水量的试验测定对应乙醇汽油车排气管内温度分布情况的测定试验，同时进行排气尾管末端滴水量的测定试验。每个环节的温度试验测定结束后，同时将排气尾管末端的接水装置卸下，将该装置的水分倒出，使用量筒进行测量并记录。3.4.1怠速试验3.4.1.1平地怠速试验冬、春两季平地怠速排气管滴水量的测定试验相关数据见表3-11、表3-12。表3-11 冬季平地怠速试验排气管滴水量试验数据时间试验地点温度（）车速（km/h）里程（km）用时(min)水量（ml）备注平地怠速15平地怠速15平地怠速15表3-12 春季平地怠速试验排气管滴水量试验数据时间试验地点温度（）车速（km/h）里程（km）用时(min)水量（ml）备注平地怠速15平地怠速15平地怠速15通过对冬季和春季平地怠速试验燃乙醇汽油车排气尾管末端的单位小时滴水量进行对比分析，可知环境温度对排气尾管末端滴水量的影响。3.4.1.2坡道怠速试验冬、春两季坡道怠速排气管滴水量的测定试验相关数据见表3-13、表3-14。表3-12 冬季坡道怠速试验排气管滴水量试验数据时间试验地点温度车速（km/h）里程（km）用时（min）水量（ml）备注斜坡怠速坡度15斜坡怠速坡度15表3-13 春季坡道怠速试验排气管滴水量试验数据时间试验地点温度车速（km/h）里程（km）用时（min）水量（ml）备注斜坡怠速坡度15斜坡怠速坡度15通过对冬季和春季坡道怠速试验燃乙醇汽油车排气尾管末端的单位小时滴水量进行对比分析，可知行驶路况对排气尾管末端滴水量的影响。3.4.2低速工况试验冬、春两季低速工况行车排气管滴水量的测定试验相关数据见表3-14、表3-15。表3-14 冬季低速工况试验排气管滴水量试验数据时间试验地点温度（）车速（km/h）里程（km）用时（min）水量（ml）备注A2030B2030C2030表3-15 春季低速工况试验排气管滴水量试验数据时间试验地点温度（）车速（km/h）里程（km）用时（min）水量（ml）备注A2030B2030C2030通过对冬季和春季低速工况试验燃乙醇汽油车排气尾管末端的单位小时滴水量进行对比分析，可知低速工况下环境温度对排气尾管末端滴水量的影响。3.4.3中速工况试验冬、春两季中速工况试验排气管接水量的测定试验相关数据见表3-16、表3-17所示。表3-16 冬季中速工况试验排气管滴水量试验数据时间试验地点温度（）车速（km/h）里程（km）用时（min）水量（ml）备注.D607060706070表3-17 春季中速工况试验排气管滴水量试验数据时间试验地点温度（）车速（km/h）里程（km）用时（min）水量（ml）备注D607060706070通过对冬季和春季中速工况试验燃乙醇汽油车排气尾管末端的单位小时滴水量进行对比分析，可知中速工况下环境温度对排气尾管末端滴水量的影响。3.4.4高速工况试验冬、春两季高速公路行车进行排气尾管末端滴水量的测定试验相关数据见表3-18、表3-19所示。表3-18 冬季高速工况试验排气管滴水量试验数据时间试验地点温度（）车速（km/h）里程（km）用时（min）水量（ml）备注E80908090表3-19 春季高速工况试验排气管滴水量试验数据时间试验地点温度（）车速（km/h）里程（km）用时（min）水量（ml）备注E80908090通过对冬季和春季高速工况试验燃乙醇汽油车排气尾管末端的单位小时滴水量进行对比分析，可知高速工况下环境温度对排气尾管末端滴水量的影响。3.5排气管末端滴水量的分析表3-20 各种工况下排气管末端平均每小时接水量ml/h怠速试验低速试验中速试验高速试验冬季春季表3-20为各个工况下排气管末端平均每小时接水量（ml/h）,通过对比表中的试验数据可以分析出，试验车辆排气尾管末端出口的接水量多少随外界温度以及汽车的工况的变化情况。可看出随着车辆行驶速度的增加，以及环境温度的上升，排气管滴水量的变化。3.6本章小结本章针对燃乙醇汽油车在平地怠速、坡道怠速（坡度约为15）、低速、中速、高速等工况下，对燃乙醇汽油车的排气管内部温度分布进行了试验测定设计，通过设计试验得到了燃乙醇汽油车排气管内部温度分布的变化规律，通过设计方案在哈尔滨地区进行冬、春两季四种工况的试验对比，可以得出环境温度较低时汽车排气管的滴水量，车辆频繁起步停车，低速工况下排气管的滴水量，环境温度升高，汽车行驶速度提高，排气管内的水蒸气液化的临界区域的变化趋势。第4章捷达汽车消声器结构改进设计4.1 乙醇汽油燃烧理化特性分析4.1.1车用乙醇汽油的定义车用乙醇汽油是指在不含MTBE等氧添加剂的专用汽油组分油中按体积比加入一定比例（我国目前暂定为10%）的变性燃料乙醇，由车用乙醇汽油定点调配中心按国际GB18351-2004的质量要求。通过待定工艺混配而成的新一代清洁环保型车用燃料。变性材料乙醇的定义：乙醇俗称酒精，变性燃料乙醇是按国标GB18350-2001质量标准通过专用设备，特定脱水工艺生产的含量在99.2%（V/V）以上的无水乙醇经变性处理后，易于从外观和气味上区别于可食用酒精，用于混配车用乙醇汽油车用乙醇汽油按研究法辛烷值分为90号、93号、95号、97号四个标号。标示方法是在汽油号前加注字母E，作为车用乙醇汽油的统一标示，即E90#、E93#、E95#、E97#、目前试点推广使用的车用乙醇汽油暂有E90#、E93#、E97#三个标号。车用乙醇汽油适用于装配点燃式发动机的各类车辆，无论是化油器还是电喷供油方式的大、中、小型车辆。4.1.2车用乙醇汽油的优点提高燃油品质：车用乙醇汽油中的乙醇，既是一种能源，又是一种性能优良的汽油品质改良剂。首先，乙醇作为“绿色”增氧剂，可完全替代汽油中氧添加剂MTBE的使用，因MTBE对地下水资源危害严重，一些发达国家已立法禁止使用。乙醇按10%的比例混配入汽油中，可使氧含量达到3.5%。助燃效果好，使汽油中不能燃烧的部分充分燃烧，提高了汽油的燃烧效率。另外由于乙醇中的辛烷值（RON）指数可达111个单位，乙醇按10%的比例混入汽油中，可使辛烷值提高2-3单位，提高了油品的抗暴性能。降低尾气有害排放：汽车有害尾气的排放，特别是在人口密度较大、车流量较大的区域和城市，已成为一种严重的环境污染源。车用乙醇汽油由于燃烧充分，可使汽车有害尾气排放总量降低33%以上。根据中国汽车研究中心与2001年所做的车用乙醇汽油8万公里行车试验检测数据表明：尾气排放中CO排放明显降低，最大降低率已达55%，算术平均降低率30.8%，HC化合物算术平均降低率为13.4%。燃烧充分，减少积碳，车用乙醇汽油由于燃烧彻底，解决了普通汽油燃烧不完全所形成的炭粒和聚现象，能有效地预防和消除发动机、燃烧室、气门、火花塞、排气管、消声器等部位积炭的产生，避免了因积炭形成而引起的故障，延长了发动机的使用寿命。燃油系统自洁：车用乙醇汽油中加入的乙醇是一种性能优良的有机溶剂，具有良好的清洁作用，能有效地消除汽车油箱及油路系统中燃油杂质的沉淀和凝固（特别是胶质胶化现象）具有良好的油路疏通作用。4.2材料涂层保温特性分析以及热传递效率分析保温材料一般是指导热系数小于或等于0.2的材料。保温材料：绝热产品种类很多，包括泡沫塑料、矿物棉制品、泡沫玻璃、膨胀珍珠岩绝热制品、胶粉EPS颗粒保温浆料、矿物喷涂棉、发泡水泥保温制品。选用时除应考虑材料的导热系数外，还应考虑材料的吸水率、燃烧性能、强度等指标。酚醛泡沫材料属于高分子有机硬质铝箔泡沫产品，是由热固性酚醛树脂发泡而成，它具有质轻，防火，遇明火不燃烧、无烟、无毒、无滴落，使用温度范围广（-196+200）低温环境下不收缩、不脆化，是暖通制冷工程理想的绝热材料，由于酚醛泡沫闭孔率高，则导热系数低，隔热性能好，并具有抗水性和水蒸气渗透性，是理想的保温节能材料，由于酚醛具有苯环结构，所以尺寸稳定，变化率1%，且化学成分稳定，防腐抗老化，特别是能耐有机溶液、强酸、弱碱腐蚀。在生产工艺发泡中不用氟利昂做发泡剂符合国际环保标准，其分子结构中含有氢，氧，碳元素，高温分解时，溢出的气体无毒，无味，对人体，环境均无害，符合国家绿色环保要求。故此，酚醛超级复合板是最理想的防火，绝热，节能，美观的环保绿色保温材料。酚醛泡沫素有“保温之王”的美称，是新一代保温防火隔音材料，是最有发展前途的一种新型保温材料，因为这种新材料与通常的高分子树脂依靠加入阻燃剂得到的材料有本质的不同，在火中不燃烧，不熔化，也不会散发有毒烟雾，遇热不变形，并且有质轻、无毒、无腐蚀、保温、节能隔音，价廉等优点，且不用氟利昂发泡，无环境污染、加工性好，施工方便，其综合性能是目前各种保温材料无法比拟的。酚醛泡沫保温材料是一种新型难燃，防火低烟保温材料，它是由酚醛树脂加入阻燃剂、抑烟剂、发泡剂、固化剂及其它助剂制成的闭孔硬质泡沫塑料。它最突出的特点是难燃、低烟、抗高温歧变。它可以现场浇注发泡，可模制、也可机械加工，可制成板材，管壳及各种异型产品。它克服了原有泡沫塑料型保温材料易燃、多烟、遇热变形的缺点，保留了原有泡沫塑料型保温材料质轻、施工方便等特点。酚醛泡沫简介：酚醛泡沫保温材料常简称为酚醛泡沫，酚醛泡沫是以酚醛树脂和阻燃剂、抑烟剂，固化剂，发泡剂，及其它助剂等多种物质，经科学配方制成的闭孔型硬质泡沫塑料。酚醛泡沫具有以下优异的性能：具有均匀的闭孔结构，导热系数低，绝热性好，与聚氨酯相当，优于聚苯乙烯泡沫；在火焰的直接作用下具有结碳、无滴落物，无卷曲、无熔化现象，火焰燃烧后表面形成一层“石墨泡沫”层，有效地保护层内的泡沫结构，抗火焰穿透时间可达1小时。适用的温度范围大，短期内可在-200+200下使用，可在-140+160下长期使用，优于聚苯乙烯泡沫（80）和聚氨酯泡沫（110）。酚醛分子中只含有碳、氢、氧原子，受到高温分解时，除了产生少量CO气体外，不会再产生其他有毒气体，最大烟密度为5.0%，25mm厚的酚醛泡沫在经受1500的火焰喷射10min后仅表面略有碳化却烧不穿，既不会着火更不会散发浓烟和毒气。酚醛泡沫除了可能会被强碱腐蚀外，几乎能够耐所有无机酸，有机酸，有机溶剂的侵蚀。长期暴露于阳光下，无明显老化现象，因而具有较好的耐老化性。具有良好的闭孔结构，吸水率低、防蒸汽渗透力强，在作为隔热目的使用时，不会出现结露。尺寸稳定，变化率小，在使用温度范围内尺寸变化率小于4%。酚醛泡沫的成本低，仅相当于聚氨酯泡沫的三分之一。酚醛保温材料酚醛泡沫的特性：高阻燃、低发烟。氧指数可达56%，烟密度小于5。1200不燃烧，遇火只碳化无滴落物。绝缘性好，导热系数低，酚醛泡沫材料是由“密闭式小气泡”组成，能良好阻断温度形成的热对流现象，其导热系数为0.020.03W/mk，达到节约能源的目的。耐热性高，酚醛保温发泡材料使用温度为-60150，尺寸稳定，不吸水，抗老化，使用寿命长。无氟发泡，无毒无味，是绿色环保建材，发泡过程不使用氟氯碳化物，配比合理，反应完全，形成的化合物无残留毒物，无任何气味，耐酸耐碱，对于酸性碱性具有良好的抵抗性。4.3汽车消声器制作加工工艺4.3.1汽车消声器介绍排气噪声是发动机空气动力噪声的主要部分，要优先给予降低，消音器是控制气流噪声的一种基本方法，对以气流为噪声为主的噪声，均可在进、排气口安装消声器来降低噪声，消声器广泛用在内燃机、各种风机、燃气轮机和各种高速气流排放的噪声控制中，利用消声器可使排气噪声减弱2030dB。根据消声原理，消声器结构可以分为阻性消声器、抗性消声器(膨胀式、干涉式、共振式)，或者将它们合理组合起来构成阻抗复合消声器。阻性消声器是利用多孔吸声材料（如玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料等）。以一定方式布置在管内，当气流通过阻性消声器时，声波便引起吸声材料孔隙中的空气和细小纤维的振动，由于摩擦和粘滞阻力，声能变为热能而吸收，从而起到消声作用。阻性消声器的消声效率（以声衰减值和消声频率范围来衡量）与吸声材料的吸声系数、吸声材料护面部分长度、吸声部分断面周长/断面积之比等参数有关。吸声材料越厚，所能吸收声音的频率越低。相对于一定宽度（或直径）的气流通道，当噪声频率高至一定值后，由于噪声波长相对于管道尺寸较小，则声波成束状通过气流通道，很少或根本不与吸声材料接触，而导致消声器的消声性能显著下降，这时如采用较窄的气流通道可以取得较好的效果，因此若需在宽的频率范围内具有良好的吸声，厚的吸声层和窄的通道组合是最好的。抗性消音器是利用不同形状的管道和共振腔进行适当的组合，借助于管道截面和形状的变化而引起声阻抗不匹配所产生的反射和干涉作用，达到衰减噪声的目的。其消声效果与管道形状、尺寸和结构有关，一般选择性强，适用于窄带噪声和低、中频噪声的消减。（1）膨胀式抗性消声器：它的消声效果（噪声能量传递衰减量、消声频率）主要取决于流通管道截面比和膨胀室的长度，为了在较宽的频率范围内有较好的消声效果，通常把不同结构尺寸的膨胀室消声单元串联起来。（2）共振式抗性消声器：它是利用多个小孔（或孔径通道）处的空气柱和空腔内的空气构成气体振动系统。孔径中的空气柱类似于一个空气活塞，具有一定的声质量。空腔类似于一个空气弹簧，具有一定的声学特性。当通过气流的噪声频率等于该气体振动系统的固有频率f0时，将引起劲中空气柱发生共振，共振时空气柱与劲壁产生剧烈摩擦，声能就因克服摩擦阻力而消耗，使噪声降低。由于单个共振器的吸振频率很窄，因而工程实用上多为多孔组合的共振式消声器即在气流流通的管道上钻出不同尺寸的多排小孔，这样吸声频带就变宽了，共振式消声器适用于消减低、中频峰值噪声的情况，在一般情况下往往也不单独使用，而常和膨胀式抗性消声器、阻性消声器合理组合一起。（3）干涉式抗性消声器：在主管道旁另设旁通道，旁通道的长度L1做得比主管道长度L大一个值，比值等于需要消声波长的一半/2（或半波的奇数倍）。这样，声波沿主管道和旁通道通过不同途径，在旁通道与主管道的另一端汇合处，由于相位相反而相互减弱了噪声。这种消声器对特别突出的一个或几个有调音效果较好。阻抗复合式消声器：实际应用上，往往是把阻性或抗性结构加以组合而构成复合式消声器，同时采用高效微穿孔板吸声结构作为消声器的贴衬材料，使消声器具有宽频带，高消声量的特点。4.3.2消声器的技术指标评价内燃机用消声器的主要技术指标是指损失L1,功率损失比Ln，容积比和工艺性等。插入损失L1L的定义为：在给定测量点上，仅由于排气噪声声源和给定测点之间使用消声器前后的总声压级，计权声压级和频带声压级之差，为了测试插入损失，无消声系统应加装和消声器相同长度的空管，一般要求大于25dB以上。功率损失比是内燃机在节气门（或齿条）位置和转速不变的条件下，使用消声器前后的功率差值与未使用消声器时功率值的百分比。一般要求小于5%。容积比是指消声器容积与发动机工作容积之比，用此衡量消声器外形尺寸的紧凑性。消声量大小以消声器的插入损失来评价。插入损失是指装消声器前后，在消声器出口某固定点测量的排气声压级之差。D=L1-L2式中：D是插入损失dB L1是安装消声器前在某点测量的排气声压级dB L2是安装消声器后在某点测量的排气声压级dB在实际测量时先测量不装消声器的排气噪声，按插入损失定义，为保证测量点位置不变，用一根同消声器等长，管径与消声器进气管相同的空管代替消声器。再测量装消声器时的排气声压级。评价发动机额定功率点的功率损失比R的计算公式为：R=（P1-P2）/P1x100%式中；P1是不带消声器而带空气管时的发动机功率KW P2是带消声器后发动机功率KW功率损失比要求为：重型车R3%、中型车R5%、轻型车R6%。实际测量中，用直接测量消声器排气背压来评价消声器性能，货车柴油车一般为10Kpa3.结构强度主要是指抗震性、密封性、抗回火性等，消声器台架试验中经20次试验后，消声器不出现咬口或焊接部位损坏。试验完毕后测量漏气量总和不超过200L/min，插入损失下降不大于3dB，功率损失比增加不大于1.5%。设计消声器时首先要确定降低排气噪声的目标值，即由发动机排气噪声大小，频谱特性和消声器所匹配车辆的噪声标准限值来决定消声器消声量大小。假设声源特性属线性声源，声衰减量L为L=10Lg（R2/R1）式中 R1是消声器出口处噪声限值点到声源点距离 R2是整车噪声限值测点到声源点距离现以轻型汽车计算为例，已知整车车外加速行驶噪声限值La=84dB R1=0.5m(按消声器试验规范)，R2=7.5m（按整车噪声试验规范） L=10Lg（R2/R1）=10Lg(7.5/0.5)=11.6dB消声器出口噪声限值Lm=L+La=95.6dB。轻型车发动机排气声压级为120dB,那么消声器的消声量应大于120-95.6=24.4dB4.3.3消声器的设计步骤1、根据国家有关机动车辆、内燃机的噪声限值和本产品设计开发目标，合理确定排气噪声的控制目标值（用噪声评价数NR表示）。2、测量机动车辆或内燃机不带消声器时排气噪声的倍频程频谱曲线。3、分别计算出在倍频各个中心频率（31.5,634K,8K）下，在规定位置处，排气噪声实际声压级与确定排气噪声的控制目标声压级之差值，并绘出排气噪声必需（最低）的消声量频率特性。4、以3项结果为依据，并考虑其他限定条件，确定消声器的类型，结构和尺寸，初步计算设计消声器的消声特性。5、在样品消声器制作出来后，应装机实测消声效果，并作进一步改进完善。6、所设计的消声器应符合已颁布的消声器技术标准中的有关规定。汽车消音器主要是有源于电学滤波器相似的基本原理，选取适当相位相反的声波的管和室进行组合，就可以滤掉某些频率成分的噪声，从而达到消声的目的，与电学滤波器类似，每一个带管的小室都有自己的固有频率。抗性消声器适用于好像是一个声学滤波器，消除中、低频噪声。是在原来的声场中，在薄板上用孔径小于钻头穿孔，利用多孔吸声材料来降低噪声的，把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列，就构成了阻性消声器。4.4消声器改进及设计在上述理论基础上，针对寒地乙醇汽油车尾气水分可采取的控制措施，一般通过实验的方法，确定汽车尾气中水蒸气冷凝的临界点, 根据临界点的位置选择具体的控制措施。可以从接水和改造两个方面入手采取控制措施。具体研究内容如下：1、在排气管出口处安装接水装置由于水是从排气管滴向地面的，所以可以在排气管出口处进行收集，只需在排气管出口处安装一个水分回收装置，回收装置可以做成倒三角的形式，用紧固件将其固定在排气管的出口，收集部分不用做得很大，以免影响正常的行驶。回收装置安装好以后，根据路况待汽车行驶一定里程后将水排出，然后继续收集。这种方法比较简单易行，但对驾驶员来讲比较麻烦，需要经常下车。2、对排气管进行改造如果排气管中的水蒸气转化成水的临界点是在排气管的中节和后节，控制水分可以在水分到达排气管出口之前进行。（1）对排气管的结构进行改造，将排气管的后节设计成U型，在U型管的下端开一个收集口，并用电磁阀控制，电磁阀可以在驾驶室直接控制，这样水分就会被留在排气管内，驾驶员可以在适当的地方操作电磁阀，将收集的水分排出。这种方法可以大大减少水分滴向地面的情况，达到控制目的且改造方法相对比较容易，成本较低，收集也较容易，可操作性强。（2）在排气管后节适当的地方将水分引到发动机附近，利用发动机的高温使水分蒸发，这样就可以避免水分滴向地面，而且还可以充分利用发动机的余热。但是，水分在引向发动机附近的过程中仍以液态的形式存在，要想使回收的水分全部蒸发掉，引流管应该有一定的倾斜角度，但可能还要受到底盘其他部件的影响，所以在设计的过程中要综合考虑各种因素的影响。（3）用温度传感器测试出排气管中水蒸气液化成水滴的位置，在此位置外面覆盖保温材料涂层，减少排气管内部与外部进行热交换，使排气管中水蒸气液化的区域向排气管尾端移动，达到水蒸气以气态形式排放到空气当中，避免水蒸气在排气管中液化。4.5 本章小结本章对消音器的加工工艺及设计步骤做了详细的介绍，并对乙醇燃烧理化特性进行分析，对材料涂层保温特性分析以及热传递效率分析，提出了如何改进排气装置来减少排气管滴水问题。针对寒冷地区乙醇汽油车尾气水分可采取的控制措施，通过具体的实验方法，确定汽车尾气中水蒸气液化成水滴的临界点, 根据临界点的位置选择具体的控制措施。如果临界点在排气管内, 依靠层流疏导与水分迁移过程描述原则, 可以设计一个实验台和新型的排气管, 使排气管内的水分变成水蒸气或在排气管内部收集；如果临界点在排气管出口处, 就可以设计一个实用、可行、效果良好的水分回收装置, 安装在排气管出口附近, 防止水滴到地面上。第5章汽车排气装置性能实验台整体结构设计及校核5.1 实验台总体设计方案为了搭建测试环境，以捷达汽车为基本参考车型，配备EA113电控发动机，该车型配有先进的计算机控制系统，采用典型的前置发动机、前轮驱动结构因此，设计时采用横置发动机，使实验台结构紧凑，便于性能测试，以真实反应车型的工作特点；气配线则利用原车型连接器单独连接制成线束，沿台架边缘布线。台架上安装了转向轮，移动很方便，还设计了防尘档板，形状显得更加美观大方。台架高度为1130mm，宽为1000mm，底座长1490mm安装四个转向轮以方便移动，如图5.1所示。图5.1 实验台整体布局图实验台的动力机架采用框架结构，用方管焊接而成发动机安放在机架中央，固定在机架底面上；台架下方安装支撑轮，使台架可按要求移动为节省空间，没有采用原车油箱，而是用BJ2020副油箱替代，安装时对油箱进行了改造以保证燃油位置传感器和汽油泵可靠工作原车排气管尺寸较大，不便于安装在台架上，故对原车排气管进行了变形改造，并尽可能降低排气噪声及排气阻力。为保证实验操作的安全，实验台配有灭火器，以防止由于意外及操作不当起火而造成损失；台架板面上还布置有安全开关，操作过程中因不正常操作出现意外故障时，可通过安全开关及时熄火，避免事故的发生此外，考虑到发动机排气对室内环境的危害，实验台还配置了专用废气导出管为了对不同车型排气装置做性能测试，设计了一个针对不同型号排气消音器的连接装置，如图5.2所示。5.2 消音器连接装置根据实验台所用的器材部件确定出试验台台架各边尺寸，在制做过程中要将框架的各边按照所设定的进行选材，根据校核，我们选择45#碳素钢材作为实验台架的基础材料，采用焊接技术进行连接。我们将选好的材料按实际设计的尺寸进行选截，由于理论的设计尺寸，和现实中制作的误差，在截取后还要进行尺寸测量，对不符合要求的要采取适当的方式进行校准，以满足制作的需要。在整个焊接过程中要遵循由简入烦、由外到内、由下至上的原则进行。将钢料截好之后，按由下到上的顺序将各边焊接在一起，即先将下地面的各边焊接在一起之后，再焊接四根立柱，最后焊接上部横梁。在实验台框架各主边焊接完了后，我们要在框架主边上焊接或用螺栓连接一些小的部件，用来支撑排气装置。5.2定位件的校核排气装置试验台的发动机由前后两个定位件对其进行托举固定，其定位件是七个直径为8mm的螺钉。因为发动机完全置于空中，故此七个螺钉平均承受该自动变速器重力，此处的受力为剪应力。发动机的重力G=1550N,每个螺钉承受的剪力为FQ=G/7=221.4N。所以，故该定位件符合强度要求。5.3 实验台的整体校核实验台的总重量主要由主机和台架两部分组成：主机重量约155Kg、台架自重约50Kg，其他部分大约为25Kg，则台架总重大约为230Kg。台架由四个转向轮支撑，将四个支撑点转化为两根简支梁上各两个约束点，这两根简支梁分别承受115Kg的均布载荷P。简化后的力学模型如图5.3所示。yxPXLFAyAAA FByB图5.3 实验台受力分析对其进行受力分析，所得到的剪力图Q和弯距图M分别如图5.4、图5.5所示。图5.4 剪力Q图图5.5 弯矩M(X)图受力较核：1求支座的约束力FAy、FBy由载荷及支座约束力的对称性可知FAy = FBy = P =775N （5.1）2求任意截面上的内力设所求危险截面距支座A的距离为X，由平衡条件可得Fiy = 0 则： FAyPXFQ(X) = 0 （5.2）Mio0 则： FAyX PX2M(X)0 （5.3）将（5.1）代入（5.2）可得： FQ(X)FAyPXPLPX （0XL）（5.4）将（5.1）代入（5.3）可得： M(X)FAyXPX2PLXPX2 （5.5）因为,弯曲应力的最大之发生在弯矩最大点,求弯矩的最大值。即求M(X)的最大值。所以由（5.5）代入相关数据可得：当时X = L =0.42m = 224.07N.m横截面上的最大正应力公式为：（5.6）其中Wz为弯曲截面系数由于该支撑轮处的制作材料选用的是45号钢板制成。根据型钢表可以查得：则由参考资料查得，该钢板的许用拉应力为许用压应力为由受力图可知该支撑架只承受压应力，因此，此时无需对拉应力进行校核只需对压应力进行校核即可。由于所以该支撑架符合要求，所选材料合格。5.4 本章小结本章主要介绍了捷达汽车排气装置实验台的总体设计部分，对捷达汽车排气装置实验台的主体台架布置进行了介绍。在设计过程中对实验台的布局部分有些不够合理，但在经过反复审定后，确定了试验台的整体布局。捷达汽车排气装置实验台的设计是该设计的主体部分，详细阐述了其总体方案的确定，对整个实验台进行了必要的受力校核，以及相关重要电器元件的选择和布置。对进行排气管性能测试，打下基础。结论本设计首先对汽车排气系统的历史、发展趋势及分类、结构和基本原理等做了一番概述，从中也着重说明了排气系统目前在汽车安全配置方面的重要性，另一方面，这也意味着排气装置在汽车专业试验领域的不可忽略性，室内实验台是最佳的选择。接着论文分析了国内外排气装置实验台研制现状，随后提出了捷达汽车排气装置实验台总体方案，完成了实验台的结构设计。捷达汽车排气装置实验台能形象地模拟和实时演示排气装置工作过程及完成相应的测试。该实验台可直观反应不同车型排气装置的作用原理，使汽车的排气装置工作过程更真实易懂。实验台操作简单，结构明了，设计时充分考虑了和试验演示相结合，可实现温度、消声量、插入损失值和压力损失值的检测。随着排气系统向复合化、集成化、低成本化发展，排气装置实验台也必将在技术上有大的突破。在认真总结前面工作的基础上，得出以下结论： 1、本实验系统能够模拟捷达汽车排气装置工作过程。2、可以作为研究汽车排气管内部温度与滴水量测定试验。 3、可以在消声器的入口和出口端测试声压级及气流压力，得到消声器的插入损失值和压力损失值用来评价消声器的消声性能和排气阻力性能。参考文献1蒋启成,汽车排气系统的模态实验分析J，机械设计与制造，2009(1)144-1452夏耀良.汽车电控示教台研制J .重庆职业技术学

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