培訓--排氣系統(tǒng)概論-動力附件

1、1微型汽車排氣系統(tǒng)(xtng)概述交叉型乘用車中心(zhngxn)動力附件所 2012年12月26日共二十四頁一、微客排氣系統(tǒng)(xtng)的概念及系統(tǒng)(xtng)構成：概念(ginin)：把發(fā)動機氣缸內燃燒產生的廢氣導出發(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、減振塊等其它附件共二十四頁排氣系統(tǒng)(xtng)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過處理后排放到大氣中；2）降低發(fā)動機因猛烈燃燒(rnsho)振動產生的噪聲，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。 共二十四頁排氣系統(tǒng)(xtng)的構成1、排

2、氣系統(tǒng)的特性1)、凈化排出氣體的作用(zuyng)，使之達到排放標準。2)、降噪的作用，達到排放標準。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

3、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，尾管一般選擇裝飾性不銹鋼材料。共二十四頁三元催化器 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變(zhunbin)為無害的二氧化碳、水和氮氣。 三元催化器凈化效率十分高，可以凈化90%以上的有害物質，是現(xiàn)代轎車上一種標準裝置。當然，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

4、是無鉛汽油。 三元催化器的工作原理是：當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CO、HC和NOx三種氣體的活性，促使其進行一定的氧化-還原化學反應，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳氣體；HC化合物在高溫下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx還原成氮氣和氧氣。三種有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以凈化。 共二十四頁三元催化器 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內凈化技術措施，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濟性帶來副面影響，這種技術難以滿足日益嚴格的排放(pi fn)法規(guī)，人們開始研究機外

5、凈化技術-三元催化轉化器，三元催化器，是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機外凈化裝置，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變?yōu)闊o害的二氧化碳、水和氮氣。 三元催化器凈化效率十分高，可以凈化90%以上的有害物質，是現(xiàn)代轎車上一種標準裝置。當然，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。 共二十四頁三元催化器組成：殼體、減振層、載體、催化劑涂層(t cn)4部分組成共二十四頁三元催化器組成：殼體、減振層、載體、催化劑涂層4部分組成1)、催

6、化劑殼體由耐高溫的不銹鋼材料組成，以防止氧化皮脫落(tulu)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，防止高溫輻射，外面裝有隔熱罩.2)、減振層：膨脹墊，鋼絲網墊兩種.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損害.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.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，其粗糙的表面可使壁面的實際催化反應表面積擴大到7000

7、倍。在涂層表面分布活性材料的貴金屬，鉑（PT）銠（RH）鈀（PD），鉑（PT）主要催化CO和HC的氧化反應，銠（RH）用于催化NOX的還原反應.鈀（PD）價格便宜，因此全鈀催化劑也是研究方向.2CO+O22CO2;4HC+5O24CO2+2H2O2CO+2NO2CO2+N2;4HC+10NO4CO2+2H2O+5N2 共二十四頁共二十四頁 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

8、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(w hi)的氣體排出.共二十四頁 發(fā)動機的排氣壓力約為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，在排氣管內引起排氣壓力的脈動。如果將發(fā)動機排氣直接排放(pi fn)到大氣中，勢必產生強烈的噪聲。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發(fā)動機各缸廢氣順暢排出，可分為利用通路節(jié)流產生壓力變動，利用聲的干涉，冷卻排出廢氣等進行消聲的方法，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）兩種型式但在實際應用中是上述兩種型

9、式的結合體（阻抗復合式）。 消聲器共二十四頁共二十四頁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，同時由于吸聲材料表面不平滑所產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(txng)，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

10、、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。 共二十四頁抗式消聲器的結構(jigu)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，當廢氣通過抗性消聲器時產生阻抗失配。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(gngzhn)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，產生阻抗失配，從而降低排氣噪聲。

11、共二十四頁 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(xujin)中低頻率噪聲。 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(ynq)的聲阻抗不匹配所產生的反射和干涉作用達到噪音的衰減，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量。共二十四頁共振式消聲器 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

12、大，空氣柱在孔頸中的速度及磨擦損耗(snho)也就最大，吸收的聲能也最多，達到了消聲的效果。 共二十四頁阻抗(zkng)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、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。 不同方式的組合，可設計出不同結構形式(xngsh)的阻抗復合消聲器。一般情況下，是抗性部分放在前面(入口端)，阻性部分放在后面共二十四頁 從發(fā)動機發(fā)聲的能量來看,發(fā)動機排量越大,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、越強烈,在

13、消聲器內就越容易產生再生噪聲,因此除了必須仔細(zx)設計消聲器內部結構形狀使其符合空氣動力學性能要求外,還必須在消聲器內部使脈沖迅速平穩(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上消聲器容積計算經驗值上取發(fā)動機排量的8-10倍，而美國康明斯公司推薦的經驗值消聲器的容量一般為發(fā)動機排量的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)動機排量的56倍左右，可以根據消聲器在整車上的布置選擇合適的容積，一般考慮噪聲的情況下，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(xio shn)器消聲

14、(xio shn)容積的確定 共二十四頁1）消聲性能好，在排氣噪聲的整個頻率范圍內，應有足夠的消聲量，同時力求避免產生氣流再生噪聲。2）阻力損失小，即消聲器消耗內燃機的功率要盡可能小。3）減振性能好，消聲器一端與發(fā)動機相連，另一端則通過掛鉤(gugu)與車體相連。發(fā)動機的振動傳遞給消聲器，然后再通過掛鉤(gugu)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，機械性能好，工作可靠，使用壽命長，此外消聲器殼體及內部隔板剛度要好，以防激發(fā)強烈振動，輻射出較大噪聲。5）消聲器的外型尺寸應與整車協(xié)調。尺寸和重量需根據產品所要達到的性能要求以及底盤空間位置來確定，在滿足性能和可靠性要

15、求的基礎上，做到盡量小為最好。6）結構簡單，工藝性好，成本低。消聲器的技術(jsh)要求共二十四頁功用：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不平滑的平面流動(lidng)4)將氣流冷卻。 消聲器雖然(surn)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。 共二十四頁排氣管徑的選取(xunq) 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

16、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(bozhng)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。共二十四頁吊鉤(dio u)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，根據此位置結合車身底板鈑金結構綜合評判

17、(pngpn)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。共二十四頁橡膠(xingjio)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(zhndng)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溫又耐高溫的特種合成橡膠，而且沒有任何毒性。使用溫度范圍-93230。三元乙丙橡膠（EPDM）耐天候性能，耐臭氧老化性能和耐熱性能非常優(yōu)良，但是自粘性能差，硫化速度慢是其最大特點，多用于非油場合，使用溫度范圍-30120。價格較硅橡膠便宜很多。鑒于此，一般地，橡膠吊環(huán)采用材料為三元乙丙橡膠EPDM，個別對耐溫要求高的可采用硅橡膠。其特性主要參考硬度、靜剛度及動剛度幾個參數。共二十四頁內容摘要1。在