排氣系統(tǒng)介紹

1、 排氣系統(tǒng)功用 w 引導(dǎo)排氣 w 降低噪聲 w 凈化尾氣 w 產(chǎn)生特別的聲音 w 裝飾 排氣系統(tǒng)設(shè)計面臨的挑戰(zhàn) w 隨著車市競爭的白日化，低廉的成本是必需的。 w 對尾氣的凈化要求既高效又持久 w 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。 w 排氣阻力小，盡可能的降低發(fā)動機(jī)的功率損失， 提高整車的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能。 w 耐腐蝕、耐高溫性能好，工作可靠使用壽命長。 w 盡量減少因排氣系統(tǒng)的存在而產(chǎn)生的輻射噪聲、 射流噪聲、結(jié)構(gòu)噪聲。減少振動從發(fā)動機(jī)通過 系統(tǒng)對車身的輸出。 排氣系統(tǒng)的組成 w 排氣歧管、三元催化器、連接管、消聲 器、橡膠吊塊、隔熱板、密封墊片、連 接螺栓等 排

2、氣歧管 w 由于靠近氣缸，排氣溫 度很高，另外結(jié)構(gòu)也比 較復(fù)雜，從成本方面考 慮一般采用鑄鐵件，但 是也有為了滿足更高要 求的排放限制，縮短起 燃時間采用雙層不銹鋼 焊接。我們公司的發(fā)動 機(jī)一般在額定功率時超 過800，溫度很高，為 了減少周圍件的熱負(fù)荷 都裝了隔熱罩。 排氣歧管的形式 w 分支管等長式排氣歧管： 即各個分管的長度相等 ， 這種結(jié)構(gòu)的歧管保留了 與發(fā)動機(jī)缸數(shù)相關(guān)的整 數(shù)倍階次的聲音，其他 整數(shù)階次和半階次的合 成聲壓都等於零。即等 長度分管只保留了發(fā)火 階次，比較安靜。因此 對大多數(shù)轎車來說，這 是一種理想的選擇。 w 分管中心連接式排氣歧 管：即分管分成數(shù)目相 等的兩部分。在

3、每個部 分內(nèi)，其分管的長度相 等，兩部分對稱，交匯 在一起。這種情況，由 于結(jié)構(gòu)的對稱性，半階 聲波彼此抵消，所有的 整階聲波全部保留。 w 分管尾端連接式排氣歧管：即所有的分管 都接在總管上 。對于這種情況，由於每個 分管的長度都不一樣，而且不對稱，所以 所有的整階次聲波和半階次聲波全部保留。 這種結(jié)構(gòu)的歧管保留了半階成分，給人一 種動力強(qiáng)勁的感覺，因此這種歧管設(shè)計形 式是運(yùn)動型汽車的理想選擇。 連接管路 （這里只介紹帶有減振原件的連接管路） w 作用： w 引導(dǎo)排氣走向； w 衰減發(fā)動機(jī)的振動往排氣系統(tǒng)方向的傳 播。 連接管路-減振原件 w 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的減振原件有：波紋管和 球連接。他們

4、的不同之處在于是波紋管 有六個自由度，而球連接只有三個轉(zhuǎn)動 自由度，因此波紋管的整體性能要求比 球連接好。如果球連接的參數(shù)設(shè)置的較 好，可以達(dá)到與波紋管相同的隔振效果。 w 減振性能評價方法： 衡量一個隔振原件的隔振效果好壞用兩邊振 動量級的函數(shù)表示。這個函數(shù)可以是加速度 傳遞函數(shù)，也可以是力傳遞函數(shù)。比如加速 度傳遞函數(shù)可以表達(dá)為： 式中，是輸出端在第i個方向的加速度，是輸 入端在第j個方向的加速度。i=1，2，.，6， j=1，2，.，6。 由于設(shè)計理念的不同這種評價方法僅供參考！ iinput joutput ij a a H _ _ )( 波紋管性能試驗(yàn)示例 w 為了評價A15波紋管的

5、性能，對前管波 紋管前后的振動情況進(jìn)行了測量。 w 傳感器布置情況如下圖： w 測量結(jié)果如下： w 從上述測量結(jié)果看，波紋管在4500r/min以內(nèi) 還是能夠有效的降低振動的傳遞；但是4500 以上相對較差。 另一個比較成功的例子是A15+寶馬發(fā)動機(jī)車 的前管，通過更改排氣系統(tǒng)的形式即改波紋 管承載式為非承載式，消除了整車在1200 r/min左右的車身共振，大家有機(jī)會可以體驗(yàn) 一下 皖B A8756的車子跟一般的寶馬發(fā)動機(jī)車 的區(qū)別！ 但是，考慮到成本和市場潛力等因素，措施 沒有生產(chǎn)線實(shí)施 三元催化器結(jié)構(gòu) 工作原理 w 下圖為涂覆后的載體的微觀圖，表面積比較 大。一個101.6123.3 4

6、00/6.5 容積為1L的 載體的表面積超過了2個足球場的面積 具體的反應(yīng)方程式 三元催化器的作用 消聲器 w 消聲器可分為主動消聲器、被動消聲器 以及半主動消聲器 w 因主動和半主動消聲器還存在很多缺陷， 目前廣泛應(yīng)用的是被動消聲器。 被動消聲器又可分為：抗性消聲器、阻 性消聲器、阻抗復(fù)合型消聲器。 抗性消聲器 w 原理：抗性消音器的原理是聲波經(jīng)過消音器 時，聲阻抗發(fā)生變化，一部分聲能被反射回 聲源，這樣傳遞聲能減少?？剐韵羝鲗?低單頻，特別是低頻噪聲特別有效，傳遞損 失很大。在高溫和不清潔的氣流中使用抗性 消音器比較理想。 w 常用的抗性消聲器原件包括：擴(kuò)張消音器 、 赫爾姆茲消音器

7、、四分之一波長管 、半波長 管等。 常用的抗性消聲結(jié)構(gòu) 阻性消聲器 w 原理：阻性消音器是在內(nèi)部安裝了一些 吸聲材料，當(dāng)聲波通過消音器時，由吸 聲材料組成的小腔產(chǎn)生共振，聲能轉(zhuǎn)變 成熱能，消耗了一部分聲能，從而達(dá)到 消音效果。 阻性消聲器主要是吸收高頻噪聲而且 頻帶較寬。 吸聲材料絕大多數(shù)是安放在消聲器里 面 。 阻性消聲器示意圖 阻抗復(fù)合型消聲器 為了提高消聲器整體性能，在更大頻率范 圍內(nèi)的消除噪聲，把阻性消音器與抗性消音 器做成一體即成為阻抗復(fù)合型消音器。 目前，公司很多車型的消聲器采用阻抗復(fù) 合型 消聲器結(jié)構(gòu)示例 排氣系統(tǒng)以及消聲器的評價方法 w 排氣系統(tǒng)用背壓、功率損失、插入損失、 尾

8、管噪聲 、氣體泄露量、振動衰減率 （排氣系統(tǒng)與車身之間）以及壽命周期 長短等指標(biāo)來評價 w 消聲器用輻射噪聲、傳遞損失、耐鹽霧 性能等指標(biāo)來評價。 排氣系統(tǒng)設(shè)計示例 A13排氣系統(tǒng)的初期設(shè)計模型 根據(jù)前期系統(tǒng)存在的工藝、成本等因素，對遠(yuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化 我個人根據(jù)排氣系統(tǒng)可能存在的問題，對原有系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化 排氣系統(tǒng)的模擬設(shè)計 用CATIA、UG或PRE建立模型 背壓以及傳遞損失的模擬 -通過模擬系統(tǒng)的背壓和傳遞損失，縮短開發(fā)周期 下圖是我建的A11-1201110BA的前消,A11-1201210BA后消聲器總 成筒體的模型 w 這是在 額定轉(zhuǎn) 速下， 模擬所 得的前 消聲器 背壓圖 w 這是在 額定轉(zhuǎn) 速下， 模擬所 得的后 消聲器 背壓圖 w 上圖為前后消聲器總成的背壓圖（注:以總成裝配 的形式） w 所得結(jié)果為11.7kPa,與測量平均值13kPa大致相當(dāng) A21后消聲器傳遞損失的模擬 用同樣的方法建立 后消模型 w 設(shè)定參數(shù)建立運(yùn)行條件 模擬所得的結(jié)果 w 排氣系統(tǒng)模態(tài)分析-尋找節(jié)點(diǎn)位置，布置吊鉤，盡量 使得傳遞到車身的力最小 1、首先對系統(tǒng)進(jìn)行前期處理即網(wǎng)格劃分