發(fā)動機排氣系統(tǒng)設(shè)計準則

1、 Q/SLK上海申龍客車有限公司企業(yè)標準Q/SLK00001-2009發(fā)動機排氣系統(tǒng)設(shè)計準則2009-02-01發(fā)布 2010-03-01實施上海申龍客車有限公司 發(fā)布目 次前言II1 范圍12 規(guī)范性引用文件13符號、代號、術(shù)語及其定義14 設(shè)計準則15 底盤總布置設(shè)計要求16 模塊化設(shè)計要求17標準化結(jié)構(gòu)、零部件18 數(shù)據(jù)表達要求19 部件（材料）選用要求110設(shè)計計算111 設(shè)計評審要求112裝車質(zhì)量特性113輸出圖樣和文件的明細114制圖要求1前 言本標準由上海申龍客車有限公司提出。本標準由上海申龍客車有限公司技術(shù)中心歸口。本標準起草單位：上海申龍客車有限公司技術(shù)中心。本標準主要起草人

2、： 發(fā)動機排氣系設(shè)計準則1 范圍本標準規(guī)定客車產(chǎn)品發(fā)動機排氣系統(tǒng)的設(shè)計、試驗及評審規(guī)范；本標準適用于客車產(chǎn)品發(fā)動機排氣系統(tǒng)設(shè)計過程控制、試驗標準的確定及設(shè)計效果的評審驗收；本標準不適用于非客車類產(chǎn)品的排氣系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用規(guī)范。2 規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。GB/T 4759-1995 內(nèi)燃機排氣消聲器測量方法GB/T 4760-1995 聲學消聲器測量方法Q

3、C/T 630-93 汽車排氣消聲器性能試驗方法QC/T 631-1999 汽車排氣消聲器技術(shù)條件3 符號、代號、術(shù)語及其定義31 排氣消聲器 排氣消聲器為具有吸聲襯里或特殊形式的氣流管道，可有效地降低氣流噪聲的裝置。32插入損失 消聲器的插入損失為裝置泊聲器前后，通過排氣口輻射聲功率級之差。符號：D，單位；dB。33 功率損失比 消聲器的功率損失比是內(nèi)燃機在標定工況下，使用消聲器前后的功率差值和沒有使用消聲器時功率值的百分比。符號。34 誹氣背壓按QcT 524設(shè)置排氣背壓測量點(離發(fā)動機排氣管出口或禍輪增壓器出口75mm處，在排氣連接管里測量，測壓頭與管內(nèi)壁干齊)，當分50銀消算器勸帶空瞥

4、時，測點處納相對壓力值之差。符號：AP，單位：kPa。 PPex2- Pex1式中；P排氣背壓，kPa； Pex1帶消聲器時測點的相對壓力，kPa； Pex2不帶消聲5E(印帶空管)時測點的相對壓力，kPa。4 設(shè)計準則4.1 應(yīng)滿足的安全、環(huán)保和其它法規(guī)要求及國際慣例4.1.1 試驗道路、條件及試驗準備應(yīng)滿足GB/T 4759-1995（內(nèi)燃機排氣消聲器測量方法）、QC/T 630-93 （汽車排氣消聲器性能試驗方法）之規(guī)定；4.1.2 消聲器等部件的性能、使用要求應(yīng)滿足QC/T 631-1999（汽車排氣消聲器技術(shù)條件）。4.2 應(yīng)滿足的功能要求4.2.1 在保證發(fā)動機最佳性能的同時，把所

5、有排氣安全地運離發(fā)動機并安靜、順暢地排到大氣中去。4.2.2 排氣系統(tǒng)必須把排氣噪聲削減到符合法令、標準或工業(yè)上公認的要求水平；4.3 應(yīng)達到的性能要求4.3.1 需安裝排氣制動裝置時，排氣制動閥不超過發(fā)動機允許的最大背壓；4.3.2 排氣系統(tǒng)應(yīng)能夠防止路面積水，雨水或者沖洗用水進入發(fā)動機或增壓器；4.3.3 滿足發(fā)動機的使用條件，需要經(jīng)受500800高溫排氣；4.3.4 選用部件的使用壽命必須滿足國家及行業(yè)標準；4.3.5 排氣順暢，在發(fā)動機額定負荷和轉(zhuǎn)速工況下，排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的排氣背壓不得大于發(fā)動機技術(shù)參數(shù)表上規(guī)定的限值。4.3.6 排氣系不得出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象4.4 設(shè)計輸入、輸出要求總布置圖紙

6、評審完畢、設(shè)計任務(wù)分解后開始進行排氣系總成的設(shè)計，在設(shè)計的過程中，需要不斷根據(jù)其它總成的要求進行逐步完善。在底盤總布置、發(fā)動機安裝位置及車架型式確定的基礎(chǔ)上開始設(shè)計，設(shè)計服務(wù)于底盤、整車布置及性能設(shè)計。4.5 設(shè)計過程的節(jié)點控制要求本著先易后難、逐步深入的原則，發(fā)動機排氣系設(shè)計節(jié)點按照如下方式：整車總布置底盤總布置發(fā)動機排氣系匹配計算排氣系匹配計算評審消聲器設(shè)計排氣管路設(shè)計其它附件設(shè)計各部件的連接及安裝設(shè)計各模塊設(shè)計評審驗收試驗檢測試驗評審5 布置要求5.1 連接到發(fā)動機排氣歧管或增壓器上的附件不得由于重量、運動或熱膨脹等原因而對排氣歧管和增壓器施加過大的應(yīng)力，同時也不得限制彈性發(fā)動機懸置系統(tǒng)

7、所要求的形變；5.2 保證排氣系統(tǒng)與客車操作區(qū)、乘客區(qū)的密封（可采用通風式隔熱板），防止熱輻射和噪聲的干擾；5.3 發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣應(yīng)合理地排出，不得污染發(fā)動機進氣，不得影響冷卻系的冷卻能力，造成對發(fā)動機及其附件的額外損壞或引起冷卻系統(tǒng)過載；5.4 排氣管和消聲器等高溫的外露零部件，要確保和周邊零部件有足夠的間隔，以避免引起火災(zāi)：5.4.1 與客車車身木質(zhì)零部件的間隔應(yīng)大于100mm；5.4.2 與電線束的間隔應(yīng)大于150mm；5.4.3 與發(fā)動機懸置橡膠軟墊、水箱懸量橡膠軟墊、消聲器懸置橡膠軟墊等的間隔應(yīng)大于100mm；5.4.4 與起動機、怠速提速裝置、電動停油裝置等電器設(shè)備的間隔應(yīng)大于2

8、00mm；5.4.5 與燃油、機油濾清器及管路的間隔應(yīng)大于200mm；5.4.6 如果受結(jié)構(gòu)限制不能確保上述間隔的地方，應(yīng)設(shè)置隔熱板進行隔熱，設(shè)置有效的隔熱板后，與隔熱板的間隔應(yīng)大于35mm。5.5 高壓油泵、噴油器、燃油機油濾清器、燃油機油管件及接頭、機油標尺管口、呼吸器管口的正下方不允許布置消聲器和排氣管等高溫外露零部件，以免因燃油、機油滴漏引起火災(zāi)，如果因結(jié)構(gòu)限制需要布置時，必須設(shè)置有效的擋板。6 結(jié)構(gòu)設(shè)計要求6.1 模塊化設(shè)計要求6.1.1 消聲器的選擇排氣消聲器是排氣系統(tǒng)的主要部件，主要起到降噪作用，它既要滿足車輛噪聲的要求，又要滿足排氣阻力的要求，還要滿足消耗功率盡可能少的要求。排

9、氣消聲器的容積應(yīng)根據(jù)發(fā)動機最大排氣流量來確定。選擇消聲器需要注意的因素有：6.1.1.1 結(jié)構(gòu)允許的空間在空間允許情況下消聲器的體積及容量盡可能大。6.1.1.2 消聲的水平發(fā)動機排氣噪音消減得越低越好。至少應(yīng)滿足國家相關(guān)部門對客車產(chǎn)品噪聲規(guī)定（主要是客車產(chǎn)品得等級評定標準）的最低要求。6.1.1.3 排氣背壓水平排氣背壓影響排氣系工作時消耗的功率。在滿足消減噪聲的基礎(chǔ)上，排氣背壓盡可能小。6.1.1.4 消聲器的種類根據(jù)消聲機理可以把它們分為六種主要的類型：阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復合式消聲器、微穿孔板消聲器、小孔消聲器和有源消聲器。客車產(chǎn)品根據(jù)目前情況應(yīng)選用阻抗復合式消聲器。6.1.1

10、.5 消聲器的形狀根據(jù)消聲器的形狀可以分為：圓柱型、長方型、異型。由于圓柱型消聲器具有比較明顯的抑制振動的傾向、結(jié)構(gòu)簡單等特點?？蛙嚠a(chǎn)品消聲器應(yīng)選用圓柱型（特殊情況也可選用橢圓截面的柱型）。6.1.1.6 消聲器的級數(shù)為了加強消聲效果，可將消聲器從單級分為多級消聲器。多級消聲器即是用具有不同特點的消聲器組合 。目前我公司客車產(chǎn)品應(yīng)選用單級消聲器。6.1.2 排氣管路的設(shè)計排氣管路包括增壓器出口與消聲器之間的管路以及消聲器之后的管路，其主要功用是將發(fā)動機產(chǎn)生的廢氣安全并順暢地排至車外。排氣管路設(shè)計時需要注意的因素主要有：6.1.2.1 為減小排氣阻力，排氣管路應(yīng)盡可能直，對于客車，總布置需要管路

11、彎曲時，彎道的曲率半徑也應(yīng)盡可能大。增壓器渦輪機出口應(yīng)設(shè)計為一直的管件，圓錐形擴壓角不大于10°；6.1.2.2 排氣管應(yīng)遠離進氣口，否則無論是靜止還是行駛狀態(tài)，如果發(fā)動機排出的廢氣被吸入空濾器，空濾器將很快污染失效；6.1.2.3 通常在進口管中的一段增加伸縮節(jié)式波紋管使整個排氣系統(tǒng)呈撓性聯(lián)接，從而起到減振降噪、方便安裝和延長排氣消聲系統(tǒng)壽命的作用，伸縮節(jié)式波紋管，安裝時不可出現(xiàn)彎曲和拉伸現(xiàn)象，設(shè)計時將其看成時剛性的；6.1.2.4 管路的設(shè)計應(yīng)該和流體管路相靠近。在管路的設(shè)計中。應(yīng)盡可能的不使用突變管，應(yīng)盡可能使用變徑管，漸變管。在尾氣排出通過的管路中不能出現(xiàn)管徑變小的現(xiàn)象，防止

12、排氣回流的形成；6.1.2.5 水進入增壓器會損壞軸承和密封圈，如果進入了發(fā)動機氣缸內(nèi)，對發(fā)動機的損壞更大。為了防止路面積水、雨水以及沖洗用水進入，通?？稍谂艢夤苈分性O(shè)置一個位置最低的點，以便流水，水平放置的消聲器也可以起到這個作用；6.1.3 固定及連接部件設(shè)計6.1.3.1 常用的連接方式有：法蘭連接，插入式卡箍連接，止口連接。 止口式通常是用來連接增壓器，插入式通常用在消聲器的進出口連接，法蘭式的連接使用比較廣泛，可以用在真?zhèn)€管路的任何地方，而且連接的強度和可靠程度比其他兩種連接都要高。插入式連接應(yīng)該順著氣流方向，采用小管插入大管的方式，且管子內(nèi)外徑為等直徑為宜，內(nèi)外徑之差不應(yīng)大于1mm

13、。法蘭連接中兩法蘭之間必須使用密封墊來密封，另外法蘭連接也可以做成活動式的。同時由于排氣系的工作溫差大，緊固力易下降，所以初始軸向力的設(shè)定是重要的。排氣管螺栓布置原則首先要保證密封性，另一方面要允許法蘭面相對滑移。一般采用雙螺母或鎖片鎖緊。6.1.3.2 固定和支撐排氣制動必須具有附件支撐，且必須安裝于柔性連接上端。增壓器出口管必須具有和發(fā)動機連接的支撐，如果發(fā)動機本身帶有排氣彎頭，則沒有必要再進行固定。消聲器的固定方法很多，常用的是卡箍式固定，這種固定方式簡單、可靠、靈活。消聲器和固定件的連接必須是柔性的，因為消聲本身是高頻振動的。6.2 標準化結(jié)構(gòu)、零部件6.2.1 客車排氣系管路中排氣管

14、尺寸發(fā)動機排量（L）排氣管直徑（mm）<6766-1010210-14127>14127或1526.2.2 采用浮動支撐時，推薦采用13mm厚的橡膠軟墊來緩解排氣系統(tǒng)的變形量。7 材料選用要求7.1 直徑小于等于90mm的管子推薦使用，Q235/1.2鋼板卷焊管；7.2 直徑大于90mm的管子推薦使用Q235/1.5的鋼板卷焊管；7.3 管路中法蘭連接時，密封墊應(yīng)為耐高溫石棉板或者多層耐熱金屬襯墊（推薦多層耐熱金屬襯墊）；8 設(shè)計計算排氣系統(tǒng)需要計算的環(huán)節(jié)較少，主要有消聲器的計算和整個管路排氣背壓的計算兩方面。消聲器的計算主要包括消聲量及其主要尺寸的計算和確定，管路的排氣背壓的計算

15、主要包括消聲器的排氣阻力和管路部分的排氣阻力。8.1 消聲器的計算：8.1.1 消聲量計算：消聲量首先要確定降低排氣噪聲的目標值，即由發(fā)動機排氣噪聲大小、頻譜特性和消聲器所匹配車輛的噪聲標準限值之間的差值來決定消聲器消聲量的大小。假設(shè)聲源特性屬線性聲源，聲衰減量L為：L=10lg（R2/R1）式中：R1消聲器出口處噪聲限值點到聲源點距離；R2整車噪聲限值測點到聲源點距離；以客車為例，車外加速噪聲限值La82或85dB（參見GB1495-2002），R10.5m（參見QC/T 630-93），R27.5m（參見GB1495-2002），L=10lg（R2/R1）10lg（7.5/0.5）11.6

16、（dB）消聲器出口噪聲限值：LmL+La11.6+8596.6（dB）所裝配發(fā)動機排氣聲壓級為Le120dB，故可得到消聲器的消聲量Ld為：LdLe-Lm120-96.623.4（dB）8.1.2 消聲器容積的計算：傳統(tǒng)消聲器容積計算公式一般是按照美國NELSON公司的標準：式中：V-消聲器容積； n-發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速，r/min； i-缸數(shù)； -沖程數(shù)； Vst-發(fā)動機排量，L; Q-修正系數(shù)，一般取26（對消聲效果要求越高，Q值越大）從公式可見，消聲器容積與與發(fā)動機的排量成正比，因此，也可以采用以下的經(jīng)驗公式： V（A1+A2+A3）×Vst式中：A1-插入損失修正系數(shù)； A2-增

17、壓機型修正系數(shù)； A3-汽車適應(yīng)系數(shù)，此三個參數(shù)的選擇可參照下表：參數(shù)名稱參數(shù)數(shù)值適應(yīng)范圍備注A11插入損失<16dB對插入損失的要求越高，此參數(shù)的數(shù)值也應(yīng)越大，即消聲器的容積也越大。2插入損失為1622dB3插入損失>22dBA21匹配自然吸氣式發(fā)動機增壓發(fā)動機的吸入空氣量大，排氣量也大，對消聲器的容積要求也越大。3匹配增壓發(fā)動機A30重型車小型車對插入損失要求高，此參數(shù)的數(shù)值也應(yīng)越大，即消聲器的容積也越大。1中型車2輕型車8.1.3 消聲器進口直徑:選擇消聲器進口直徑時要避免因進氣直徑過小而引起整個排氣管的截面突變，同時，進氣處氣流流速不宜過大。估算進口直徑Di的公式為：上式中

18、：Q-進口處排氣流量，L/s； Vmax-允許最大氣流流速，m/s；（通常取100m/s）進口處排氣流量可以通過發(fā)動機進氣流量Qi公式估算：Qi0.03Vst×n×c式中：c-充量系數(shù)，一般取0.86對我們目前常用的增壓發(fā)動機而言，通?？蓱?yīng)用以下公式進行計算：上式中：-增壓比； n-額定轉(zhuǎn)速 Vst-發(fā)動機排量排氣流量計算公式：Q（Tb+273）Qi/(Ts+273)上式中：Tb-進口處排氣溫度；（發(fā)動機廠家提供） Ts-進氣溫度；（發(fā)動機廠家提供） -取0.988.1.4 消聲器直徑:首先確定擴張比M：消聲器截面積與消聲器進口截面積之比稱為擴張比（M）。對消聲器插入損失要

19、求越大，擴張比選擇值越大，參數(shù)選擇見下表：車型重型車中型車輕型車、轎車M6-79-1012-15然后根據(jù)上面確定的消聲器進口直徑Di，直接算出圓形消聲器直徑Dm：8.1.5 消聲器長度:當消聲器容積V、消聲器直徑Dm確定后，可直接計算長度LL1.27×1.06×V/Dm另外，根據(jù)我公司設(shè)計消聲器的經(jīng)驗來看，消聲器的長度應(yīng)滿足如下關(guān)系：3<L/Dm<48.1.6 消聲器出口直徑:由于當排氣氣流速度超過一定限值，氣流所產(chǎn)生的再生噪聲將大大減小消聲量。一般控制氣流速度的原則是：消聲器出口管徑應(yīng)不小于進氣管直徑。客車產(chǎn)品消聲器進出口直徑應(yīng)保持一致。8.2 排氣背壓的計算

20、：對排氣背壓的計算是為了保證排氣系統(tǒng)的阻力不超過發(fā)動機參數(shù)表上所要求的阻力值。排氣背壓主要由兩部分組成，一是消聲器產(chǎn)生的阻力，其阻力性能只能由生產(chǎn)廠家提供；一是管路產(chǎn)生的阻力。由于排氣過程中溫度和壓力均不是恒定的，所以要對此過程進行詳細準確的計算是十分困難的，通常是根據(jù)經(jīng)驗公式或圖表進行計算。下圖為排氣阻力計算的經(jīng)驗圖表，可以用來進行設(shè)計初期的計算。以下舉例說明：發(fā)動機的排氣流量為2000cfm（ft3/min）排氣系統(tǒng)的不同部位排氣背壓（in.Hg，英寸汞柱）消聲器0.7512ft.的6直管：12×0.00670.08041.5ft的6柔性管：1.5×0.0067

21、5;20.02014個6的90°彎頭：(16×6×4)/12×0.00670.21442個6的45°彎頭：(9×6×2)/12×0.00670.0603總計1.125單位換算3.809kPa9 設(shè)計評審要求9.1 評審的時機和方法設(shè)計完成后，針對總成設(shè)計布置型式、匹配計算進行評審9.2 評審的項目和依據(jù)排氣系統(tǒng)的評審標準是用于在產(chǎn)品開發(fā)初期，確定排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性的評價標準。9.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的評審：消聲器、排氣管件與車架之間的固定方式是否為浮動連接 ；排氣管路與發(fā)動機排氣口或增壓器出口之間的連接是否為浮動連

22、接 ；此段管路是否沒有任何其他的支承而直接連在增壓器出口上 ；排氣管路中是否有一個位置最低的點，以便流水 ；排氣管和消聲器等高溫的外露零部件，與周邊的零部件是否有足夠間隔空間 ；高壓油泵、噴油器、燃油機油濾清器、燃油機油管件及接頭、機油標尺管口、呼吸器管口等部件是否在消聲器和排氣管等高溫外露零部件的上方 ；9.2.2 計算結(jié)果的評審：排氣系統(tǒng)消聲量要求 dB（A），消聲器插入損失 dB（A）；是否符合要求 。消聲器容積計算結(jié)果 ，實際選用消聲器的容積 ；是否符合要求 。消聲器直徑計算結(jié)果 ，實際選用消聲器的直徑 ；是否符合要求 。消聲器長度計算結(jié)果 ，實際選用消聲器的長度 ；是否符合要求 。9

23、.2.3 試驗結(jié)果的評審：全負荷試驗過程中，排氣阻力 kPa，發(fā)動機參數(shù)表所要求的排氣阻力 kPa；是否符合要求 。全負荷試驗過程中，排氣溫度 ，發(fā)動機參數(shù)表所要求的排氣溫度 ；是否符合要求 。排氣制動裝置啟動時的排氣阻力 kPa，發(fā)動機參數(shù)表所要求的排氣阻力 kPa；是否符合要求 。10 裝車質(zhì)量特性為了保證發(fā)動機的動力性和燃油經(jīng)濟性的充分發(fā)揮，排氣系統(tǒng)應(yīng)的排氣背壓和排氣溫度應(yīng)達到所設(shè)計的要求。排氣系統(tǒng)的阻力即使經(jīng)過計算，最終也應(yīng)用試驗方法來驗證。10.1 試驗設(shè)備與儀器：10.1.1 用于對車輛加載的設(shè)備：動力吸收車或底盤測功機，如果沒有以上設(shè)備可以在10km以上的長坡上進行，如果沒有足夠的長坡則需將車加至滿載，以最高車速行駛，并盡可能地開啟車上的各種設(shè)備以加大發(fā)動機的負荷。10.1.2 測試儀器：10.1.2.1 轉(zhuǎn)速計（用于測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速）；10.1.2.2 數(shù)字溫度計（用于測環(huán)境溫度和排氣溫度，量程應(yīng)在2001000）；10.1.2.3 氣壓計（用