培訓(xùn) 排氣系統(tǒng)概論 動力附件所趙睿

1、微型汽車排氣系統(tǒng)概述微型汽車排氣系統(tǒng)概述交叉型乘用車中心動力附件所2012年12月26日1一、微客排氣系統(tǒng)的概念及系統(tǒng)構(gòu)成：概念：把發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的廢氣導(dǎo)出發(fā)動機(jī)的零部件集合體稱為排氣系統(tǒng)。一、排氣管二、三元催化器三、消聲器四、尾管、減振塊等其它附件排氣系統(tǒng)的功能：1）以盡可能小的排氣阻力和噪聲，將發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的廢氣經(jīng)過處理后排放到大氣中；2）降低發(fā)動機(jī)因猛烈燃燒振動產(chǎn)生的噪聲，改善、提高乘員的乘坐舒適性；3）有效控制、降低廢氣污染的排放，保護(hù)環(huán)境。排氣系統(tǒng)的構(gòu)成1、排氣系統(tǒng)的特性1)、 凈化排出氣體的作用，使之達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。2)、 降噪的作用，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。2、排氣系統(tǒng)的組成：歧管，熱

2、端，冷端。1)、 歧管的特性：歧管是連接熱端與發(fā)動機(jī)之間的連接管，發(fā)動機(jī)出口溫度在1000左右，歧管溫度一般在800左右，所以要求的材料必須是耐高溫、強(qiáng)度高、抗熱疲勞.材料一般選擇的SUS429，這種材料在900以上有很好的機(jī)械性能和抗熱疲勞性能。2)、 熱端的特性位于歧管與冷端之間，溫度一般在750-800之間，材料一般選擇的SUS429或SUH409，大多數(shù)轉(zhuǎn)化器一般都放在熱端。3)、 冷端的特性冷端是指消聲部分，一般分前中后，前消溫度在750左右，中消溫度在500左右。溫度低于800，選擇材料是一般耐熱鋼。后消溫度在200左右，尾管在100左右，選擇材料是一般是抗腐蝕性的低耐熱鋼等，尾管

3、一般選擇裝飾性不銹鋼材料。三元催化器三元催化器三元催化器，是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機(jī)外凈化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳、水和氮?dú)?。三元催化器凈化效率十分高，可以凈?0%以上的有害物質(zhì)，是現(xiàn)代轎車上一種標(biāo)準(zhǔn)裝置。當(dāng)然，催化式排氣凈化器也不是全能的，它只能適用于無鉛汽油做燃料的汽車，如果使用含鉛汽油，廢氣中的鉛就會復(fù)蓋催化劑，使凈化器停止工作而不起任何作用，所以現(xiàn)在的車用汽油一般都是無鉛汽油。三元催化器的工作原理是：當(dāng)高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時，三元催化器中的凈化劑將增強(qiáng)CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進(jìn)行一定的氧化

4、-還原化學(xué)反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳?xì)怏w；HC化合物在高溫下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx還原成氮?dú)夂脱鯕?。三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以凈化。三元催化器人類在治理汽車排氣污染的歷程中，在70年代中期之前主要采取以改善燃燒過程為主的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)措施，這些措施盡管對降低排氣污染起到了很大的作用，對汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性帶來副面影響，這種技術(shù)難以滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，人們開始研究機(jī)外凈化技術(shù)-三元催化轉(zhuǎn)化器，三元催化器，是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機(jī)外凈化裝置，它可將汽車尾氣排出的CO、HC和NOx等有害氣體通過氧化和還原作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的二氧化碳、水和氮?dú)?/p>

5、。 三元催化器凈化效率十分高，可以凈化90%以上的有害物質(zhì)，是現(xiàn)代轎車上一種標(biāo)準(zhǔn)裝置。當(dāng)然，催化式排氣凈化器也不是全能的，它只能適用于無鉛汽油做燃料的汽車，如果使用含鉛汽油，廢氣中的鉛就會復(fù)蓋催化劑，使凈化器停止工作而不起任何作用，所以現(xiàn)在的車用汽油一般都是無鉛汽油。三元催化器組成：殼體、減振層、載體、催化劑涂層三元催化器組成：殼體、減振層、載體、催化劑涂層4部分組成部分組成三元催化器組成：殼體、減振層、載體、催化劑涂層三元催化器組成：殼體、減振層、載體、催化劑涂層 4部分組成部分組成1)、 催化劑殼體由耐高溫的不銹鋼材料組成，以防止氧化皮脫落造成載體催化劑殼體由耐高溫的不銹鋼材料組成，以防止

6、氧化皮脫落造成載體的堵塞。為了保證催化劑的反應(yīng)溫度，許多轉(zhuǎn)換器的殼體具有雙重結(jié)構(gòu)，防的堵塞。為了保證催化劑的反應(yīng)溫度，許多轉(zhuǎn)換器的殼體具有雙重結(jié)構(gòu)，防止高溫輻射，外面裝有隔熱罩止高溫輻射，外面裝有隔熱罩 .2)、 減振層：膨脹墊，鋼絲網(wǎng)墊兩種減振層：膨脹墊，鋼絲網(wǎng)墊兩種 .作用：密封保溫和固定載體的作用，防止震動及殼體受熱變形對載體造成的作用：密封保溫和固定載體的作用，防止震動及殼體受熱變形對載體造成的損害損害.現(xiàn)在減振層大多采用膨脹墊現(xiàn)在減振層大多采用膨脹墊.3)、 膨脹墊：由膨脹云母硅酸鋁纖維粘結(jié)劑組成膨脹墊：由膨脹云母硅酸鋁纖維粘結(jié)劑組成 . 膨脹墊第一次受熱時體積膨脹墊第一次受熱時體積

7、明顯膨脹，冷卻時收縮很小，這樣保證殼體與載體之間的完全密封明顯膨脹，冷卻時收縮很小，這樣保證殼體與載體之間的完全密封 .4)、 載體：一般為蜂窩狀陶瓷材料，也有金屬載體的。截面分布正方形小載體：一般為蜂窩狀陶瓷材料，也有金屬載體的。截面分布正方形小孔孔.5)、 涂層：在載體孔道的壁面涂有一層催化劑活性層，其粗糙的表面可使涂層：在載體孔道的壁面涂有一層催化劑活性層，其粗糙的表面可使壁面的實(shí)際催化反應(yīng)表面積擴(kuò)大到壁面的實(shí)際催化反應(yīng)表面積擴(kuò)大到 7000倍倍。在涂層表面分布活性材料的貴。在涂層表面分布活性材料的貴金屬，鉑（金屬，鉑（PT）銠（）銠（RH）鈀（）鈀（PD），鉑（），鉑（PT）主要催化）

8、主要催化CO和和HC的氧化的氧化反應(yīng)，銠（反應(yīng)，銠（RH）用于催化）用于催化NOX的還原反應(yīng)的還原反應(yīng). 鈀（鈀（PD）價格便宜，因此全鈀）價格便宜，因此全鈀催化劑也是研究方向催化劑也是研究方向.2CO+O22CO2;4HC+5O24CO2+2H2O2CO+2NO2CO2+N2;4HC+10NO4CO2+2H2O+5N2三元催化器串接在排氣歧管和和消聲器之間, 氧傳感器之后.三元催化器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是蜂窩狀管道設(shè)計(jì). 在蜂窩管道壁上有鉑,銠和鈀等貴金屬元素的涂層作為催化反應(yīng)媒.三元催化器的最佳工作溫度為: 375800?C; 短時耐受溫度為 900?C.14.614.7空燃比的混合氣在發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)

9、燃燒后流三元催化器過濾, 轉(zhuǎn)化成無害的氣體排出.消聲器發(fā)動機(jī)的排氣壓力約為0.30.5MPa，溫度約為500700，這表明排氣有一定的能量，同時，由于排氣的間歇性，在排氣管內(nèi)引起排氣壓力的脈動。如果將發(fā)動機(jī)排氣直接排放到大氣中，勢必產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。所以排氣消聲器的功用就是通過逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力的脈動來消減排氣噪聲。排氣消聲器主要是引導(dǎo)發(fā)動機(jī)各缸廢氣順暢排出，可分為利用通路節(jié)流產(chǎn)生壓力變動，利用聲的干涉，冷卻排出廢氣等進(jìn)行消聲的方法，按其工作的物理原理可分為吸收式（阻性消聲）和反射式（抗性消聲）兩種型式但在實(shí)際應(yīng)用中是上述兩種型式的結(jié)合體（阻抗復(fù)合式）。阻式消聲器的結(jié)構(gòu)與原理是在消聲

10、器內(nèi)壁上粘接一層吸聲材料或在內(nèi)腔填充吸聲材料，當(dāng)聲波遇到吸聲材料時，部分聲能被吸收，同時由于吸聲材料表面不平滑所產(chǎn)生的流阻降低的廢氣流動速度，從而使廢氣能量降低，達(dá)到降低噪聲的目的，一般借助固定在氣流流動的內(nèi)壁或按一定方式排列在管道中的吸聲材料的吸聲作用，使沿管道傳播的噪音隨距離的增加而衰減 .常用玻璃棉。 阻性消聲器的聲學(xué)性能主要取決于聲吸收結(jié)構(gòu)和吸聲材料的流阻，它通常具有寬頻帶降聲的特性，一般應(yīng)用于轎車。由于汽車廢氣具有高溫、高速、帶油污、有時還帶有火的特點(diǎn)，因此阻性消聲器所采用的吸聲材料應(yīng)耐高溫、耐沖擊、不怕油污和火。優(yōu)點(diǎn)：中高頻寬范圍，特別是刺耳的高頻；缺點(diǎn)：高溫以及氣體的吹出而丟失。

11、抗式消聲器的結(jié)構(gòu)與原理抗式消聲器的結(jié)構(gòu)與原理抗性消聲器一般由一個或多個空腔和共鳴腔或有限管段組成，當(dāng)廢氣通過抗性消聲器時產(chǎn)生阻抗失配。阻抗失配使部分聲能向聲源反射或在空腔內(nèi)來回，從而達(dá)到降低排氣噪聲的目的。抗性消聲器一般是借助管道的突然擴(kuò)張及收縮，或旁接共振腔，使沿管道傳播的噪音在截面突變處一部分向聲源反射，而不通過消聲器，達(dá)到消聲的目的。這種消聲器多用于載貨汽車。隔板將外殼分成了尺寸不等的濾聲室，多空管在室內(nèi)穿過，與外殼形成空腔，當(dāng)排氣氣流通過時，產(chǎn)生阻抗失配，從而降低排氣噪聲。常用的反射式消聲器有擴(kuò)張式和共振式兩種。主要用于削減中低頻率噪聲。擴(kuò)張式消聲器擴(kuò)張式消聲器擴(kuò)張室抗性消聲器；利用管

12、道內(nèi)截面積的變化而引起的聲阻抗不匹配所產(chǎn)生的反射和干涉作用達(dá)到噪音的衰減，這種擴(kuò)張室消聲器的效果主要取決于管道的截面比及所采取的膨脹腔的數(shù)量。共振式消聲器共振式消聲器共振式消聲器是由管道壁開孔與外側(cè)密閉空腔相通而構(gòu)成的。典型的旁支型共振器如圖7所示，也稱亥姆霍茲共振器。當(dāng)氣流經(jīng)過小孔時，小孔孔徑中的氣體在聲波壓力作用下，象活塞一樣進(jìn)出空腔。聲波與孔頸壁面相互摩擦，可使一部分聲能變?yōu)闊崮芏牡?；?dāng)排氣聲波與共振自振頻率相同時，將發(fā)生共振，這時振動的強(qiáng)度最大，空氣柱在孔頸中的速度及磨擦損耗也就最大，吸收的聲能也最多，達(dá)到了消聲的效果。阻抗復(fù)合式消聲器阻抗復(fù)合式消聲器阻性消聲器對中、高頻噪聲的消聲

13、效果好，而抗性消聲器則適于消除低、中頻噪聲。將阻性消聲器對中、高頻噪聲的消聲效果好，而抗性消聲器則適于消除低、中頻噪聲。將阻性、抗性兩種結(jié)構(gòu)的消聲器復(fù)合起來使用獲得寬頻帶的降噪效果。阻性、抗性兩種結(jié)構(gòu)的消聲器復(fù)合起來使用獲得寬頻帶的降噪效果。不同方式的組合，可設(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)形式的阻抗復(fù)合消聲器。一般情況下，是抗性不同方式的組合，可設(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)形式的阻抗復(fù)合消聲器。一般情況下，是抗性部分放在前面部分放在前面(入口端入口端)，阻性部分放在后面，阻性部分放在后面消聲器消聲容積的確定消聲器消聲容積的確定從發(fā)動機(jī)發(fā)聲的能量來看, 發(fā)動機(jī)排量越大, 它排除的廢氣量就越多, 排氣噪聲的能量就越大, 要消聲

14、到允許值, 就必須采用大容量的消聲器. 另一方面, 排量越大, 消聲器承受的高溫、高速脈沖氣流越多、越強(qiáng)烈, 在消聲器內(nèi)就越容易產(chǎn)生再生噪聲, 因此除了必須仔細(xì)設(shè)計(jì)消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀使其符合空氣動力學(xué)性能要求外, 還必須在消聲器內(nèi)部使脈沖迅速平穩(wěn)下來. 消聲器容量越大, 它對脈沖緩沖作用越大。但是消聲器容積也影響整車的布置，增加了成本，所以在綜合考慮的基礎(chǔ)上消聲器容積計(jì)算經(jīng)驗(yàn)值上取發(fā)動機(jī)排量的8-10倍，而美國康明斯公司推薦的經(jīng)驗(yàn)值消聲器的容量一般為發(fā)動機(jī)排量的6倍左右；而日本日野株式會社推薦的值是：消聲器的容量一般為發(fā)動機(jī)排量的56倍左右，可以根據(jù)消聲器在整車上的布置選擇合適的容積，一般考慮

15、噪聲的情況下，消聲器容積越大越好，但是空間利用和成本上，在滿足使用的情況下越小越好。消聲器的技術(shù)要求1）消聲性能好，在排氣噪聲的整個頻率范圍內(nèi)，應(yīng)有足夠的消聲量，同時力求避免產(chǎn)生氣流再生噪聲。2）阻力損失小，即消聲器消耗內(nèi)燃機(jī)的功率要盡可能小。3）減振性能好，消聲器一端與發(fā)動機(jī)相連，另一端則通過掛鉤與車體相連。發(fā)動機(jī)的振動傳遞給消聲器，然后再通過掛鉤傳給車體。要求消聲器傳遞到車體上的力盡可能小。4）耐高溫、耐腐蝕，機(jī)械性能好，工作可靠，使用壽命長，此外消聲器殼體及內(nèi)部隔板剛度要好，以防激發(fā)強(qiáng)烈振動，輻射出較大噪聲。5）消聲器的外型尺寸應(yīng)與整車協(xié)調(diào)。尺寸和重量需根據(jù)產(chǎn)品所要達(dá)到的性能要求以及底盤

16、空間位置來確定，在滿足性能和可靠性要求的基礎(chǔ)上，做到盡量小為最好。6）結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，成本低。功用：功用：減少噪聲和消除廢氣中的火焰及火星。原理：1)多次地變動氣流方向；2)重復(fù)地使氣流通過收縮而又?jǐn)U大的斷面；3)將氣流分割為很多小的支流并沿著不平滑的平面流動4)將氣流冷卻。消聲器雖然能降低噪聲，但會降低一些發(fā)動機(jī)功率，因?yàn)榫退阍O(shè)計(jì)完善的消聲器也會在系統(tǒng)中產(chǎn)生一些背壓，從而降低發(fā)動機(jī)容積功率，因此一些競賽車是不裝消聲器的，開起來噪聲十分大。排氣管徑的選取排氣管徑的選取流體速度與流量成正比而與管道直徑的平方成反比。如果流量一定的，直徑越大，速度越慢。如下圖所示在2700rpm以下時，直徑越大

17、，尾管噪聲越高。我們的設(shè)計(jì)原則是在保證排氣背壓及功率損失的前提下，盡可能采用較小的管徑，這樣不但可以獲得較好的常用轉(zhuǎn)速噪聲，而且可以降低成本，減輕整個消聲器的質(zhì)量，對整車輕量化及降低油耗起到積極作用。吊鉤位置的選取吊鉤位置的選取排氣系統(tǒng)吊鉤位置的選擇遵循以下原則：（1）吊鉤應(yīng)該盡量布置在振動的節(jié)點(diǎn)上或節(jié)點(diǎn)附近；（2）吊鉤應(yīng)該位于車身結(jié)構(gòu)的剛性較強(qiáng)處。對于排氣系統(tǒng)吊鉤位置的選取必須借助CAE分析來進(jìn)行，首先對排氣系統(tǒng)進(jìn)行各階模態(tài)分析，包括自由模態(tài)分析及約束模態(tài)分析來確定排氣系統(tǒng)上的最佳吊鉤位置，根據(jù)此位置結(jié)合車身底板鈑金結(jié)構(gòu)綜合評判確定吊鉤位置，確保車身吊鉤位置處的剛性，保證吊鉤一階模態(tài)頻率250HZ。橡膠吊耳的基本特征橡膠吊耳