培训--排气系统匹配设计

1、1微型汽车排气系统匹配设计微型汽车排气系统匹配设计交叉型乘用车中心动力附件所交叉型乘用车中心动力附件所 2013 2013年年0909月月0101日日一、概念：把发动机气缸内燃烧产生的废气导出发动机的零部件集合体称为 排气系统。一、排气管二、三元催化器三、消声器四、尾管、减振块等其它附件排气系统的功能：1）以尽可能小的排气阻力和噪声，将发动机气缸内的废气经过处理后排放到大气中；2）降低发动机因猛烈燃烧振动产生的噪声，改善、提高乘员的乘坐舒适性；3）有效控制、降低废气污染的排放，保护环境。 排气系统的构成 1、排气系统的特性 1)、 净化排出气体的作用，使之达到排放标准。 2)、 降噪的作用，达

2、到排放标准。 2、排气系统的组成：歧管，热端，冷端。 1)、 歧管的特性： 歧管是连接热端与发动机之间的连接管，发动机出口温度在1000左右，歧管温度一般在800左右，所以要求的材料必须是耐高温、强度高、抗热疲劳.材料一般选择的SUS429，这种材料在900以上有很好的机械性能和抗热疲劳性能。 2)、 热端的特性 位于歧管与冷端之间，温度一般在750-800之间，材料一般选择的SUS429或SUH409，大多数转化器一般都放在热端。 3)、 冷端的特性 冷端是指消声部分，一般分前中后，前消温度在750左右，中消温度在500左右。温度低于800，选择材料是一般耐热钢。 后消温度在200左右，尾管

3、在100左右，选择材料是一般是抗腐蚀性的低耐热钢等，尾管一般选择装饰性不锈钢材料。 三元催化器三元催化器 三元催化器 三元催化器三元催化器组成：壳体、减振层、载体、催化剂涂层组成：壳体、减振层、载体、催化剂涂层4部部分组成分组成三元催化器三元催化器组成：壳体、减振层、载体、催化剂涂层组成：壳体、减振层、载体、催化剂涂层4部分组成部分组成1)、催化剂壳体由耐高温的不锈钢材料组成，以防止氧化皮脱落造成载体催化剂壳体由耐高温的不锈钢材料组成，以防止氧化皮脱落造成载体的堵塞。为了保证催化剂的反应温度，许多转换器的壳体具有双重结构，防的堵塞。为了保证催化剂的反应温度，许多转换器的壳体具有双重结构，防止高

4、温辐射，外面装有隔热罩止高温辐射，外面装有隔热罩.2)、减振层：膨胀垫，钢丝网垫两种减振层：膨胀垫，钢丝网垫两种.作用：密封保温和固定载体的作用，防止震动及壳体受热变形对载体造成的作用：密封保温和固定载体的作用，防止震动及壳体受热变形对载体造成的损害损害.现在减振层大多采用膨胀垫现在减振层大多采用膨胀垫.3)、膨胀垫：由膨胀云母硅酸铝纤维粘结剂组成膨胀垫：由膨胀云母硅酸铝纤维粘结剂组成.膨胀垫第一次受热时体积膨胀垫第一次受热时体积明显膨胀，冷却时收缩很小，这样保证壳体与载体之间的完全密封明显膨胀，冷却时收缩很小，这样保证壳体与载体之间的完全密封.4)、载体：一般为蜂窝状陶瓷材料，也有金属载体的

5、。截面分布正方形小载体：一般为蜂窝状陶瓷材料，也有金属载体的。截面分布正方形小孔孔.5)、涂层：在载体孔道的壁面涂有一层催化剂活性层，其粗糙的表面可使涂层：在载体孔道的壁面涂有一层催化剂活性层，其粗糙的表面可使壁面的实际催化反应表面积扩大到壁面的实际催化反应表面积扩大到7000倍倍。在涂层表面分布活性材料的贵。在涂层表面分布活性材料的贵金属，铂（金属，铂（PT）铑（）铑（RH）钯（）钯（PD），铂（），铂（PT）主要催化）主要催化CO和和HC的氧化的氧化反应，铑（反应，铑（RH）用于催化）用于催化NOX的还原反应的还原反应.钯（钯（PD）价格便宜，因此全钯）价格便宜，因此全钯催化剂也是研究方向

6、催化剂也是研究方向.2CO+O22CO2;4HC+5O24CO2+2H2O2CO+2NO2CO2+N2;4HC+10NO4CO2+2H2O+5N2 三元催化器串接在排气歧管和和消声器之间, 氧传感器之后. 三元催化器的内部结构是蜂窝状管道设计. 在蜂窝管道壁上有铂,铑和钯等贵金属元素的涂层作为催化反应媒. 三元催化器的最佳工作温度为: 375800C; 短时耐受温度为 900C. 14.614.7空燃比的混合气在发动机汽缸内燃烧后流三元催化器过滤, 转化成无害的气体排出.消声器阻式消声器的结构与原理 是在消声器内壁上粘接一层吸声材料或在内腔填充吸声材料，当声波遇到吸声材料时，部分声能被吸收，同

7、时由于吸声材料表面不平滑所产生的流阻降低的废气流动速度，从而使废气能量降低，达到降低噪声的目的，一般借助固定在气流流动的内壁或按一定方式排列在管道中的吸声材料的吸声作用，使沿管道传播的噪音随距离的增加而衰减.常用玻璃棉。 阻性消声器的声学性能主要取决于声吸收结构和吸声材料的流阻，它通常具有宽频带降声的特性，一般应用于轿车。由于汽车废气具有高温、高速、带油污、有时还带有火的特点，因此阻性消声器所采用的吸声材料应耐高温、耐冲击、不怕油污和火。 优点：中高频宽范围，特别是刺耳的高频； 缺点：高温以及气体的吹出而丢失。 抗式消声器的结构与原理抗式消声器的结构与原理 抗性消声器一般由一个或多个空腔和共鸣

8、腔或有限管段组成，当废气通过抗性消声器时产生阻抗失配。阻抗失配使部分声能向声源反射或在空腔内来回，从而达到降低排气噪声的目的。抗性消声器一般是借助管道的突然扩张及收缩，或旁接共振腔，使沿管道传播的噪音在截面突变处一部分向声源反射，而不通过消声器，达到消声的目的。这种消声器多用于载货汽车。隔板将外壳分成了尺寸不等的滤声室，多空管在室内穿过，与外壳形成空腔，当排气气流通过时，产生阻抗失配，从而降低排气噪声。 常用的反射式消声器有扩张式和共振式两种。主要用于削减中低频率噪声。 扩张式消声器扩张式消声器 扩张室抗性消声器；利用管道内截面积的变化而引起的声阻抗不匹配所产生的反射和干涉作用达到噪音的衰减，

9、这种扩张室消声器的效果主要取决于管道的截面比及所采取的膨胀腔的数量。共振式消声器共振式消声器 共振式消声器是由管道壁开孔与外侧密闭空腔相通而构成的。典型的旁支型共振器如图7所示，也称亥姆霍兹共振器。当气流经过小孔时，小孔孔径中的气体在声波压力作用下，象活塞一样进出空腔。声波与孔颈壁面相互摩擦，可使一部分声能变为热能而消耗掉；当排气声波与共振自振频率相同时，将发生共振，这时振动的强度最大，空气柱在孔颈中的速度及磨擦损耗也就最大，吸收的声能也最多，达到了消声的效果。 阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器阻性消声器对中、高频噪声的消声效果好，而抗性消声器则适于消除低、中频噪声。将阻性消声器对中、高频噪声

10、的消声效果好，而抗性消声器则适于消除低、中频噪声。将阻性、抗性两种结构的消声器复合起来使用阻性、抗性两种结构的消声器复合起来使用获得宽频带的降噪效果。获得宽频带的降噪效果。 不同方式的组合，可设计出不同结构形式的阻抗复合消声器。一般情况下，是抗不同方式的组合，可设计出不同结构形式的阻抗复合消声器。一般情况下，是抗性部分放在前面性部分放在前面(入口端入口端)，阻性部分放在后面，阻性部分放在后面消声器消声容积的确定消声器消声容积的确定消声器的技术要求功用：功用：减少噪声和消除废气中的火焰及火星。原理：1)多次地变动气流方向；2)重复地使气流通过收缩而又扩大的断面；3)将气流分割为很多小的支流并沿着

11、不平滑的平面流动4)将气流冷却。 消声器虽然能降低噪声，但会降低一些发动机功率，因为就算设计完善的消声器也会在系统中产生一些背压，从而降低发动机容积功率，因此一些竞赛车是不装消声器的，开起来噪声十分大。 排气管径的选取排气管径的选取 流体速度与流量成正比而与管道直径的平方成反比。如果流量一定的，直径越大，速度越慢。如下图所示在2700rpm以下时，直径越大，尾管噪声越高。我们的设计原则是在保证排气背压及功率损失的前提下，尽可能采用较小的管径，这样不但可以获得较好的常用转速噪声，而且可以降低成本，减轻整个消声器的质量，对整车轻量化及降低油耗起到积极作用。吊钩位置的选取吊钩位置的选取 排气系统吊钩位置的选择遵循以下原则：（1）吊钩应该尽量布置在振动的节点上或节点附近；（2）吊钩应该位于车身结构的刚性较强处。 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，包括自由模态分析及约束模态分析来确定排气系统上的最佳吊钩位置，根据此位置结合车身底板钣金结构综合评判确定吊钩位置，确保车身吊钩位置处的刚性，保证吊钩一阶模态频率250HZ。橡胶吊耳的基本特征橡胶吊耳的基本特征 橡胶吊环有如下作用：1、将排气系统与车身相连2、尽可能的将消声器的振动隔离，使之尽可能少的传递到车身上。常用橡胶材料：硅橡胶（SR）-硅橡胶是一种既耐低