排气系统消声器设计技术规范标准

1、排气消声系统设计技术规范目录，、主题与合用范围1、主题2、合用范围二、排气消声系统的总称说明及功用三、设计应用1、设计规则和输入2、设计参数的设定2.1 尺寸及重量2.2 排气背压2.3 功率损失比2.4 净化效率2.5 加快行驶车外噪声2.6 插入损失及传达函数插入损失传达函数2.7 尾管噪声2.8 定置噪声2.9 振动3、系统及零零件的设计3.1 系统部署部署原则空隙要求吊钩地点的选用氧传感器孔的部署3.2 消声器的容积确立3.3 排气管径的选用3.4 消声器消声器的截面形状消声器内部结构3.5 赔偿器涟漪管球形连结3.6 橡胶吊环3.7 隔热零件3.8 资料选择排气管、消声器内组件消声器

2、外壳体四、参照文件列表一、主题与合用范围1、主题：本指南规定了与汽车发动机相般配的排气消声系统的系统般配，零零件设计。2、合用范围：本指南合用于装汽油M1、N1类车的排气消声系统设计。二、排气消声系统的总成说明及功用隔热零件、排气系统包含排气歧管、排气管、排气净化妆置、排气消声装置、弹性吊块等。一般地，排气系统拥有以下一些功用：(1)指引发动机排气，使各缸废气顺畅的排出；排气门翻(2)因为排气门的开闭与活塞来去运动的影响，排气气流呈脉动形式，开时存在必定的压力，拥有必定的能量，气体排出时会产生激烈的排气噪声，气体和声波在管道中摩擦也会产生噪声，所以在排气系统装有排气消声器来降低排气噪声;(3)

3、降低排气污染物CO,HC,NOX等的含量，达到排气净化的作用；典型的排气消声系统如图1所示：图1三、设计应用1、设计规则和输入：1.1排气系统能很好的将废气顺畅排出，知足发动机的排气背压，功率损失比的要求。1.2排气系统设计能知足现行中华人民共和国法例要求，详细以下:QC/T571993GB161701996QC/T6311999QC/T6301999GB14952002QC/T5893汽车匀速履行车内噪声丈量方法汽车定置噪声限制汽车排气消声器技术条件汽车排气消声器性能试验方法汽车加快履行车外噪声限值及丈量方法汽车加快履行车外噪声丈量方法GB18352轻型汽车污染物排放限值及丈量方法GB143

4、65-93GB/T4759-95声学灵活车辆定置噪声丈量方法内燃机排气消声器丈量方法1.3排气系统零零件一定能经受1000C的高温要求以及气流冲击,并保证排气系统靠谱性达到10万公里或许三年（先到者为准）的要求，并要求在三包期内插入损失不得减少6dB（A）以上，功率损失不得增添3%以上。1.4 排气系统一定知足顾客对噪声的要求，在整个频次范围内应有足够的消声量，同时力争防止产生气流重生噪声。1.5 消声器在知足消声量的前提下要体积小，重量轻，便于安装和维修，有一个较好的价钱性能比。除消声器几何尺寸和管路走向应切合装车的要求外，消声器的尾管应雅观大方，表面装修应与车的整体造型相协调。2、设计参数

5、的设定2.1 尺寸及重量尺寸和重量需依据产品所要达到的性能要求以及底盘空间地点来确立，可是在知足性能要求的基础上，做到尽量小为最好。2.2 排气背压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（离发动机排气歧管出口或涡轮增压器出口下游75mm处，在排气连结收里丈量，测压头与管内壁齐平，偏差不大于士0.2kPa）。排气背压越高，排气阻力越大，充气效率也就越低，发动机功率、扭矩损失也越大。一般来说，考虑到发动机的功率和扭矩要求，会对排气系统提出一个详细的排气背压要求。对自然吸气发动机，排气背压一般设定在30土5kPa。对增压发动机，排气背压一般设定在40土10k

6、Pa。一般以为消声器的压力损失由两部分构成：一是局部压力损失；二是管壁沿程摩擦阻力损失，二者都是因为流体运动时战胜粘性切应力作功惹起的。局部阻力损失发生在消声器内缩短、扩充等截面突变的地方，大小取决于局部结构型式、管道直径随和流速度，与消声器截面扩充比有关，即m=s2/s1沿程阻力损失发生在消声器管道壁面，其大小取决于管壁粗拙度及气流速度V的大小，而管道直径随和流速度是亲密有关的，所以管径的选用至关重要。所以，往常排气系统应当尽可能地设计成简单的走向，而防止过分曲折的形状。2.3 功率损失比消声器的功率损失比是发动机在标定工况下，使用消声器前后的发动机功率的差值和没有使用消声器时功率值的百分比

7、。丫二(P1-P2)/P1X100%关于丫值，QC/T631-1999汽车排气消声器技术条件规定为<8%,我们一般设定为<5%。2.4 净化效率依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。2.5 加快行驶车外噪声汽车加快行驶车外噪声需知足现行中华人民共和国的法例规定要求，其详细丈量方法和限值见GB1495-2002汽车加快履行车外噪声限值及丈量方法和QC/T5893汽车加快履行车外噪声丈量方法。汽车加快履行车外噪声是一个整车噪声权衡标准，影响汽车加快履行车外噪声的要素主要有三/四个：发动机本体噪声，

8、进气系统噪声、排气系统噪声和车胎-路面摩擦噪声，并且未来车胎-路面摩擦噪声会愈来愈重要。各系统在知足各自的要求的基础上尽量做到更好的噪声水平。现行标准规定2005.1月此后生产的M1类汽车加快行驶车外噪声限值是74dB(A),以下几点要特别说明：1、M1类汽车假如装用直喷式柴油机，其限值增添1dB(A);2、关于越野汽车，其最大总质量大于2t,假如额定功率<150kW,限值增添1dB(A),假如额定功率150kW,限值增添2dB(A)。3、M1类汽车，变速箱行进档多于四个，P>140kW,P/GVM>75kW/t,而且用第三档测试时其尾端出线的速度大于61km/h,其限值增添

9、1dB(A)经过噪声在汽车产品开发中特别重要，针对不一样的市场，要达到不一样的经过噪声标准，所以在产品观点设计阶段就一定要确立经过噪声的目标值。同时还要考虑到未来几年的规定变化，这方面可参照欧美法例，欧共体的标准是最严格的，不远的未来汽车经过噪声标准可能为71dB(A)。2.6 插入损失以及传达函数：插入损失：消声器的插入损失为装置消声器前后，经过排气口辐射声功率级(或许声压级)之差。D=L1-L2关于D值，因为各发动机的噪声水平以及整车种类不一样，所以插入损失的目标值也不一样。QC/T6311999汽车排气消声器技术条件规定为>28dB,JB/T5081-91中小功率柴油机消声器技术条

10、件规定功率损失在小于5%时，插入损失应A25dB。我们要求在发动机各个转速下的插入损失均大于32dB。与传达损失只考虑消音元件自己不一样，插入损失是考虑一个系统。也就是说除了消音元件自己外，插入损失还包含了声源和出声口(如进气口和排气尾管)的声学特色，所以这种方法是描绘整个系统消音成效的最正确表达方式。传达函数排气系统传达函数是指空气介质流传所惹起的声功率的差值，传达损失没有包含声源和管道终结端的声学特征，它只与自己的结构有关。在评论单个消音元件的消音成效或许初步评估系统的消音性能时，往常用传达损失。传达损失是评论消音元件消音成效最简单的一种方法，详细丈量方法以下：图2排气系统由排气管，副消声

11、器、主消声器构成，假如有三元催化器，则应当同时带上；激励体声源（能发出频次为20Hz20000Hz的声源）搁置于排气管的进口端，并用橡胶管与排气管相连。参照麦克风搁置与前端橡胶管上，并在内部接受体声源发出的声功率级接收麦克风搁置于消声器的尾部，接收经过排气系统传达后的声功率级；关于传达函数的目标值，依据整车对噪声水平的要求，其设定值也不同样，一般的，我们设定按图3:DAFsqMKK.Hl图3图中红线为传达损失的限值，在每个频次下的传达函数的值均在红线下部依据整车的噪声水平易发动机的种类不一样，可对该红线地点进行调整。2.7 尾管噪声（三档节气门全开加快）排气系统尾管噪声是权衡排气系统消声成效的

12、一个主要性能指标。尾管噪声的丈量方法见图4:尾管尾管噪声的目标设定以下:在急加快和急减速的状况下，整车载荷为70KgX2,按上述方法进行丈量的尾管噪声见图5:当发动机转速为1000-2000rpm时，噪声值为82dB(A),当发动机转速为5000rpm时，噪声值为92dB(A),当发动机转速为6000rpm时，噪声值为97dB(A)。50C0在急加快和急减速的状况下，整车载荷为70KgX2,按上述方法进行丈量的二阶尾管噪声见图6,四阶尾管噪声见图7,六阶尾管噪声见图8,八阶尾管噪声见图9。图7图8图930004030发动机榭I60QC(rpm)200030004E00怎色视转先500口,500

13、1(rpiTi)1UULblUJjj'anfl4UU0关于以上尾管噪声曲线，能够依据不一样车型所要达到的噪声水平的不一样进行调整2.8定置定置噪声限值按国标GB16170-1996汽车定置噪声限制履行，我们要求定置噪声W85dB(A)。试验方法按国标GB14365-93声学灵活车辆定置噪声丈量方法进行；定置是指车辆不履行，发动机处于空载运行状态，定置噪声可评论、检查灵活车辆的排气噪声水平，不可以表征车辆履行最大噪声级。2.9振动排气系一致端与发动机相连，一端经过挂钩与车体相连。发动机的振动传达给排气系统，而后在经过挂钩传给车体。车体的振动经过座椅、方向盘和地板直接传给顾客，同时车体的振

14、动也会幅射出去，在车内产生噪声，所以控制传到车体的力是排气系统振动控制的最重要的目标之一。排气系统的振动源主要有四个：发动机的机械振动、发动机的气流冲击、声波激励和车体的振动，车体的振动传达方向与前面三种相反，车体振动会经过挂钩传达到排气系统，这种传达会逆向传达到发动机，进而加大了发动机的振动。为了控制排气系统的振动，在进行排气系统设计时要注意以下几点：1、要防止与整车固有频次范围重合，应尽量做到差距越大越好，一般地，车身固有频次在25Hz34Hz之间，所以排气系统振动频次不可以设计在这个范围内c2、在设计排气系统时，要使得其模态越少越好。假如模态太多，那么系统某些频次很简单被激励起来，振动简

15、单被传达到车体。往常排气系统应当尽可能地设计成一条直线，而尽量防止曲折的形状。3、合理选择挂钩的地点，且挂钩的刚度要知足下边的要求：支架频次=(>发动机最大转速x发动机的汽缸数量)/1204、涟漪管和橡胶吊块的设计对排气系统的振动控制至关重要。3系统及零零件的设计3.1、 系统部署部署原则一个完好的排气系统，以前到后，一般部署序次是：预催化器、赔偿器（波纹管）、主催化器、前消声器、后消声器。排气管用于连结以上不一样零件。排气管分段以及连结方式主要依据安装和维修方便确立。假如赔偿器采纳球面法兰，一般不把球面法兰部署在催化器以前。关于知足欧n及以下排放标准的排气系统，因为欧标准不波及冷启动阶

16、段的排放限制，所以一般可不采纳预催化器而只采纳一个主催化器。关于知足欧田及以上排放标准的排气系统，一般在排气歧管出口处部署预催化器（即CCC,ClosedCoupleCatalyst）或许在预催化器前的排气管段采纳优秀的保温举措。主催化器一般部署在车身底板下，所以又叫底板下催化器（UnderFloorCatalyst)。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纳一级消声器。关于二级消声，我们将其分别称为前消声器和后消声器。依据声学原理，消声器摆放在不一样的地点，将产生不一样的消声成效，一般地，介绍以下的消声器摆放地点（见图10):IWI三元催化需副

17、消声雷图10空隙要求排气系统与各相邻零件地空隙关系见图11:T与后佐动物樟依件(T品评t3-F1"睛3Hv_L,"；|7y、杆.机I-鼠»_虱O-7TI.旷iI同IX/ii!-飞物一.”，乖yTni4.j-HJJ/yLO'WTh-|力仔幻箱(40)Z1q/-!！I/;欣淑8tp：h*编8(50)BUf(00)图11各相邻零件耐温在150C以下的越远离排气系统越好，相对产生运动零件最少保证与排气系统的空隙大于25mm,同时要保证最小离地空隙切合整车部署要求。吊钩地点的选用排气系统吊钩地点的选择按照以下原则：(1)、吊钩应当位于振动的节点上；(2)、吊钩应当在

18、纵向能够延长；(3)、吊耳应当位于车身结构的刚性处。关于排气系统吊钩地点的选用一定借助CAE剖析来进行，第一对排气系统进行各阶模态剖析(见图12)来确立排气系统上的最正确吊钩地点，依据此地点来确立车身吊钩地点，并增添车身吊钩地点处的刚性。*图12氧传感器孔的部署有时氧传感器孔需要部署在前管总成或前消声器总成上，由电控部门确认氧传感器孔的地点地区，依据装车空间垂直管面部署氧传感器孔（以下列图所示），垂直部署能使氧传感器更多地接触尾气，比较真切、矫捷地反应出尾气中氧离子的浓度信息，进而使ECU能够更好的进行理论空燃比的反应控制，改良排放。尽量不要倾斜部署，氧传感器螺母倾斜会造成排放结果不稳固1L改

19、进前改进后3.2消声容积确实定消声容积指排气系统全部消声器的容积之和。消声器的容积决定了其消声量,所以容积确立的正确与否，将直接影响到整车的噪声水平。一般要达到理想的消音成效，消音容积假如发动机汽缸体积的10倍左右。因为消声器的容积主要依据发动机的最大功率和扭矩决定，我们往常采纳以下公式：vm=kxPVm=消声器的容量（L）K=0.14P=输出功率（Ps）功率单位是马力，1Ps=1.36x1kW依据不一样车型对噪声的要求水平，K可选0.100.20之间不一样的值。图13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，不可以超出蓝线范围。10159D25图13往常讲，消

20、音容积越大，消音成效就越好，自然其背压也就越大，功率损失增添。可是当消音容积增添到必定的时候，其消音成效的增添慢慢趋缓，以下图所示3.3 排气管径的选用为获取优秀的噪声和低的背压，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)，我们可依据此要求来计算排气管的最小管径。假定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p(kg/m3),声速为c(m/s)。则排气管最小流通面积Smin为：Smin=m/900cp。排气管最小内役为d=23.4 消声器消声器一般要求有大的消声量和消声频次范围，小的排气阻力(即排气背压)和优秀

21、的持久性(3年或许10万公里无异样)。消声器的截面形状消声器的截面形状尽量防止扁平状，并尽可能往圆形凑近，其设计方案的选择如图14的规则最优方案，做好方笳可行方案，不可行方案.图14消声器内部结构消声器内部结构的设计是一个很复杂的课题。按消声器的消声机理，可分为阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合型消声器三类。阻性消声器是利用在管道内适合的部署吸声资料，利用声波在多孔性吸声材猜中流传时，因摩擦将声能转变为热能而发散掉，部分的汲取管道中流传的声能进而达到消声的目的，近似电路中的电阻的作用。这种消声器的特征是在中、高频范围内有优秀的消声成效，对低频消声性能较差。阻性消声器的传声损失与吸声资料的声学性能

22、、气流通道周长、断面面积以及管道长度等要素有关，结构表示以下所示:抗性消声器是利用各样形状、尺寸的管道或共振腔，靠管道截面的突变或旁接共振腔等在声流传过程中惹起惹起阻抗的改变而产生声能的反射、干预，一部分声能被反射回声源，这样传达声能减少，进而降低所输出的声能，达到消声目的。抗性消声器的消声频带较窄，在中、低频消声成效较好，高频较差。抗性消音器主要包含扩充消音器和旁支管消音器，旁支消音器往常包含赫尔姆兹消音器、四分之一波长管。赫尔姆兹消音器传达损失频带比四分之一波长管的消音频带要宽一些。赫尔姆兹消音器往常用来除去低频噪声，而四分之一波长管用来除去频次比较高的噪声。扩充室式消声器是抗性消声器最常

23、用的结构形式，也称膨胀式消声器。它是由一个主要腔室和两边与之相连结的管道构成的，其最基本的形式是单节扩充室消声器，以下列图所示：阻抗复合型消声器是将阻性和抗性消声器联合起来，故从低频到高频都有较好的消声成效。在实质噪声控制工程中，噪声以宽频带居多，往常将阻性和抗性两种结构消声器组合起来使用，以控制高强度的宽频带噪声当前的汽车消声器的设计中，主要结构采纳抗性消声原理，而在此中某些结构则采纳阻性原理，而这些阻性消音器也常常是与抗性消音器做成一体而成为混淆消音器。典型如图15所示：图15阻抗复合式消声器的传达损失能够以为是阻抗与抗性在同一频带内的消声量相叠加，但因为声波在流传过程中拥有反射、绕射、折

24、射和干预等性能，所以消声值其实不是简单的叠加关系，特别关于波长较长的声波来说，当消声器以阻性、抗性的形式复合在一同有声的耦合作用，所以相互有影响。在实质应用中，阻抗复合消声器的传达损失是经过实验或现场丈量确立。3.5 赔偿器赔偿装置是排气系统减振降噪的一个重要零件，同时也是提升排气系统使用寿命的重要零件。它把由发动机惹起的振动及扭转进行汲取，进而降低排气系统的振动传达，同时改良排气系统的受力，提升使用寿命。它所汲取的振动主要来自以下三个方面：1、减少或汲取因为载荷变化、路况所惹起的运动；2、减少因为发动机惯性力所惹起的振动；3、隔绝传到排气系统的发动机产生的结构噪声；我们常有的赔偿器有两种形式

25、：涟漪管和球形连结。涟漪管典型的涟漪管如图16所示悬挂系统分为两种，一种是断耦式，另一种是半断耦式。断耦式，就是采纳柔性极高的涟漪管（如采纳0.25mm/层X2层的涟漪管结构或许涟漪管相当长）将发动机与排气系统的振动和晃动完好隔断开。断耦式的涟漪管不起承载作用，所以涟漪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，就是采纳强度较大的承载式涟漪管（如采纳0.4mm/层x2或3层的涟漪管结构），发动机的振动和晃动有部分传达到排气系统。采纳半断耦式的排气系统，吊环一般设计的偏软，而且对前后位移的限制作用不是很显然。图16球形连结球形连结的零件图纸见图17（球形密封垫），图18（螺栓），图19（弹簧）图17守#女“7图18图19球形连结拥有空间小的特色，同时能很好的起到赔偿作用，现愈来愈被宽泛采纳。关于球形连结的设计，一定知足以下的技术要求；1、在49kPa(0.5Kgf/cm2)压力下，漏肚量小于0.79L/min。2、在振动角为±6°,振动频次为2.5Hz,所受振动力为980±98N为700±10°C的条件下，达成振动次数为100104次。3.6 橡胶吊环图20所