培訓--排氣系統(tǒng)匹配設計

1、1微型汽車排氣系統(tǒng)匹配設計微型汽車排氣系統(tǒng)匹配設計交叉型乘用車中心動力附件所交叉型乘用車中心動力附件所 2013 2013年年0909月月0101日日一、概念：把發(fā)動機氣缸內燃燒產(chǎn)生的廢氣導出發(fā)動機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)動機氣缸內的廢氣經(jīng)過處理后排放到大氣中；2）降低發(fā)動機因猛烈燃燒振動產(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，保護環(huán)境。 排氣系統(tǒng)的構成 1、排氣系統(tǒng)的特性 1)、 凈化排出氣體的作用，使之達到排放標準。 2)、 降噪的作用，達

2、到排放標準。 2、排氣系統(tǒng)的組成：歧管，熱端，冷端。 1)、 歧管的特性： 歧管是連接熱端與發(fā)動機之間的連接管，發(fā)動機出口溫度在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

3、在100左右，選擇材料是一般是抗腐蝕性的低耐熱鋼等，尾管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 三元催化器三元催化器組成：殼體、減振層、載體、催化劑涂層組成：殼體、減振層、載體、催化劑涂層4部部分組成分組成三元催化器三元催化器組成：殼體、減振層、載體、催化劑涂層組成：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，以防止氧化皮脫落造成載體的堵塞。為了保證催化劑的反應溫度，許多轉換器的殼體具有雙重結構，防的堵塞。為了保證催化劑的反應溫度，許多轉換器的殼體具有雙重結構，防止高

4、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劑組成膨脹墊：由膨脹云母硅酸鋁纖維粘結劑組成.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

5、。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際催化反應表面積擴大到壁面的實際催化反應表面積擴大到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）主要催化CO和和HC的氧化的氧化反應，銠（反應，銠（RH）用于催化）用于催化NOX的還原反應的還原反應.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

6、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. 三元催化器的內部結構是蜂窩狀管道設計. 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媒. 三元催化器的最佳工作溫度為: 375800C; 短時耐受溫度為 900C. 14.614.7空燃比的混合氣在發(fā)動機汽缸內燃燒后流三元催化器過濾, 轉化成無害的氣體排出.消聲器阻式消聲器的結構與原理 是在消聲器內壁上粘接一層吸聲材料或在內腔填充吸聲材料，當聲波遇到吸聲材料時，部分聲能被吸收，同

7、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，達到降低噪聲的目的，一般借助固定在氣流流動的內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。 阻性消聲器的聲學性能主要取決于聲吸收結構和吸聲材料的流阻，它通常具有寬頻帶降聲的特性，一般應用于轎車。由于汽車廢氣具有高溫、高速、帶油污、有時還帶有火的特點，因此阻性消聲器所采用的吸聲材料應耐高溫、耐沖擊、不怕油污和火。 優(yōu)點：中高頻寬范圍，特別是刺耳的高頻； 缺點：高溫以及氣體的吹出而丟失。 抗式消聲器的結構與原理抗式消聲器的結構與原理 抗性消聲器一般由一個或多個空腔和共鳴

8、腔或有限管段組成，當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來回，從而達到降低排氣噪聲的目的?？剐韵暺饕话闶墙柚艿赖耐蝗粩U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，多空管在室內穿過，與外殼形成空腔，當排氣氣流通過時，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張式和共振式兩種。主要用于削減中低頻率噪聲。 擴張式消聲器擴張式消聲器 擴張室抗性消聲器；利用管道內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到噪音的衰減，

9、這種擴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密閉空腔相通而構成的。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?；當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，達到了消聲的效果。 阻抗復合式消聲器阻抗復合式消聲器阻性消聲器對中、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。將阻性消聲器對中、高頻噪聲

10、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、抗性兩種結構的消聲器復合起來使用阻性、抗性兩種結構的消聲器復合起來使用獲得寬頻帶的降噪效果。獲得寬頻帶的降噪效果。 不同方式的組合，可設計出不同結構形式的阻抗復合消聲器。一般情況下，是抗不同方式的組合，可設計出不同結構形式的阻抗復合消聲器。一般情況下，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聲器消聲容積的確定消聲器消聲容積的確定消聲器的技術要求功用：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)重復地使氣流通過收縮而又擴大的斷面；3)將氣流分割為很多小的支流并沿著

11、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)動機功率，因為就算設計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，尾管噪聲越高。我們的設計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速噪聲，而且可以降低成本，減輕整個消聲器的質量，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）吊鉤應該盡量布置在振動的節(jié)點上或節(jié)點附近；（2）吊鉤應該位于車身結構的剛性較強處。 對于排氣系統(tǒng)吊鉤位置的選取必須借助CAE分析來進行，首先對排氣系統(tǒng)進行各階模態(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)此位置結合車身底板鈑金結構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的基本特征 橡膠吊環(huán)有如下作用：1、將排氣系統(tǒng)與車身相連2、盡可能的將消聲器的振動隔離，使之盡可能少的傳遞到車身上。常用橡膠材料：硅橡膠（SR）-硅橡膠是一種既耐低