排气系统介绍

1、 排气系统功用 w 引导排气 w 降低噪声 w 净化尾气 w 产生特别的声音 w 装饰 排气系统设计面临的挑战 w 随着车市竞争的白日化，低廉的成本是必需的。 w 对尾气的净化要求既高效又持久 w 消声性能好，在排气噪声的整个频率范围内应 有足够的消声量。 w 排气阻力小，尽可能的降低发动机的功率损失， 提高整车的动力性能和经济性能。 w 耐腐蚀、耐高温性能好，工作可靠使用寿命长。 w 尽量减少因排气系统的存在而产生的辐射噪声、 射流噪声、结构噪声。减少振动从发动机通过 系统对车身的输出。 排气系统的组成 w 排气歧管、三元催化器、连接管、消声 器、橡胶吊块、隔热板、密封垫片、连 接螺栓等 排

2、气歧管 w 由于靠近气缸，排气温 度很高，另外结构也比 较复杂，从成本方面考 虑一般采用铸铁件，但 是也有为了满足更高要 求的排放限制，缩短起 燃时间采用双层不锈钢 焊接。我们公司的发动 机一般在额定功率时超 过800，温度很高，为 了减少周围件的热负荷 都装了隔热罩。 排气歧管的形式 w 分支管等长式排气歧管： 即各个分管的长度相等 ， 这种结构的歧管保留了 与发动机缸数相关的整 数倍阶次的声音，其他 整数阶次和半阶次的合 成声压都等於零。即等 长度分管只保留了发火 阶次，比较安静。因此 对大多数轿车来说，这 是一种理想的选择。 w 分管中心连接式排气歧 管：即分管分成数目相 等的两部分。在

3、每个部 分内，其分管的长度相 等，两部分对称，交汇 在一起。这种情况，由 于结构的对称性，半阶 声波彼此抵消，所有的 整阶声波全部保留。 w 分管尾端连接式排气歧管：即所有的分管 都接在总管上 。对于这种情况，由於每个 分管的长度都不一样，而且不对称，所以 所有的整阶次声波和半阶次声波全部保留。 这种结构的歧管保留了半阶成分，给人一 种动力强劲的感觉，因此这种歧管设计形 式是运动型汽车的理想选择。 连接管路 （这里只介绍带有减振原件的连接管路） w 作用： w 引导排气走向； w 衰减发动机的振动往排气系统方向的传 播。 连接管路-减振原件 w 现在广泛应用的减振原件有：波纹管和 球连接。他们

4、的不同之处在于是波纹管 有六个自由度，而球连接只有三个转动 自由度，因此波纹管的整体性能要求比 球连接好。如果球连接的参数设置的较 好，可以达到与波纹管相同的隔振效果。 w 减振性能评价方法： 衡量一个隔振原件的隔振效果好坏用两边振 动量级的函数表示。这个函数可以是加速度 传递函数，也可以是力传递函数。比如加速 度传递函数可以表达为： 式中，是输出端在第i个方向的加速度，是输 入端在第j个方向的加速度。i=1，2，.，6， j=1，2，.，6。 由于设计理念的不同这种评价方法仅供参考！ iinput joutput ij a a H _ _ )( 波纹管性能试验示例 w 为了评价A15波纹管的

5、性能，对前管波 纹管前后的振动情况进行了测量。 w 传感器布置情况如下图： w 测量结果如下： w 从上述测量结果看，波纹管在4500r/min以内 还是能够有效的降低振动的传递；但是4500 以上相对较差。 另一个比较成功的例子是A15+宝马发动机车 的前管，通过更改排气系统的形式即改波纹 管承载式为非承载式，消除了整车在1200 r/min左右的车身共振，大家有机会可以体验 一下 皖B A8756的车子跟一般的宝马发动机车 的区别！ 但是，考虑到成本和市场潜力等因素，措施 没有生产线实施 三元催化器结构 工作原理 w 下图为涂覆后的载体的微观图，表面积比较 大。一个101.6123.3 4

6、00/6.5 容积为1L的 载体的表面积超过了2个足球场的面积 具体的反应方程式 三元催化器的作用 消声器 w 消声器可分为主动消声器、被动消声器 以及半主动消声器 w 因主动和半主动消声器还存在很多缺陷， 目前广泛应用的是被动消声器。 被动消声器又可分为：抗性消声器、阻 性消声器、阻抗复合型消声器。 抗性消声器 w 原理：抗性消音器的原理是声波经过消音器 时，声阻抗发生变化，一部分声能被反射回 声源，这样传递声能减少。抗性消音器对降 低单频，特别是低频噪声特别有效，传递损 失很大。在高温和不清洁的气流中使用抗性 消音器比较理想。 w 常用的抗性消声器原件包括：扩张消音器 、 赫尔姆兹消音器

7、、四分之一波长管 、半波长 管等。 常用的抗性消声结构 阻性消声器 w 原理：阻性消音器是在内部安装了一些 吸声材料，当声波通过消音器时，由吸 声材料组成的小腔产生共振，声能转变 成热能，消耗了一部分声能，从而达到 消音效果。 阻性消声器主要是吸收高频噪声而且 频带较宽。 吸声材料绝大多数是安放在消声器里 面 。 阻性消声器示意图 阻抗复合型消声器 为了提高消声器整体性能，在更大频率范 围内的消除噪声，把阻性消音器与抗性消音 器做成一体即成为阻抗复合型消音器。 目前，公司很多车型的消声器采用阻抗复 合型 消声器结构示例 排气系统以及消声器的评价方法 w 排气系统用背压、功率损失、插入损失、 尾

8、管噪声 、气体泄露量、振动衰减率 （排气系统与车身之间）以及寿命周期 长短等指标来评价 w 消声器用辐射噪声、传递损失、耐盐雾 性能等指标来评价。 排气系统设计示例 A13排气系统的初期设计模型 根据前期系统存在的工艺、成本等因素，对远系统进行优化 我个人根据排气系统可能存在的问题，对原有系统进行了优化 排气系统的模拟设计 用CATIA、UG或PRE建立模型 背压以及传递损失的模拟 -通过模拟系统的背压和传递损失，缩短开发周期 下图是我建的A11-1201110BA的前消,A11-1201210BA后消声器总 成筒体的模型 w 这是在 额定转 速下， 模拟所 得的前 消声器 背压图 w 这是在 额定转 速下， 模拟所 得的后 消声器 背压图 w 上图为前后消声器总成的背压图（注:以总成装配 的形式） w 所得结果为11.7kPa,与测量平均值13kPa大致相当 A21后消声器传递损失的模拟 用同样的方法建立 后消模型 w 设定参数建立运行条件 模拟所得的结果 w 排气系统模态分析-寻找节点位置，布置吊钩，尽量 使得传递到车身的力最小 1、首先对系统进行前期处理即网格划分