排气系统设计

1、 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 1 页 共 32 页 奇瑞汽车有限公司奇瑞汽车有限公司 设计指南设计指南 编制：编制： 审核：审核： 批准：批准： 发动机工程研究一院发动机工程研究一院 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 2 页 共 32 页 目目 录录 一、一、 主题与适用范围主题与适用范围 1、 主题主题 2、 适用范围适用范围 二、二、 排气消声系统的总成说明及功用排气消声系统的总成说明及功用 三、三、 设计应用设计应用 1、 设计规则和输入设计规则和输入 2、 设计参数的设定设计参数的设定 2.1 尺寸及重量尺寸及重量 2.2 排气背压排气背压 2.3 功率损失比功率损失比 2.4 净化效率净化效率 2.5 加速行驶车外噪声加速行驶车外噪声 2.6 插入损失以及传递函数插入损失以及传递函数 2.6.1 插入损失插入损失 2.6.2 传递函数传递函数 2.7 尾管噪声尾管噪声 2.8 定置噪声定置噪声 2.9 振动振动 3、 系统及零部件的设计系统及零部件的设计

2、3.1 系统布置系统布置 3.1.1 布置原则布置原则 3.1.2 间隙要求间隙要求 3.1.3 吊钩位置的选取吊钩位置的选取 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 3 页 共 32 页 3.1.4 氧传感器孔的布置氧传感器孔的布置 3.2 消声器的容积确定消声器的容积确定 3.3 排气管径的选取排气管径的选取 3.4 消声器消声器 3.4.1 消声器的截面形状消声器的截面形状 3.4.2 消声器内部结构消声器内部结构 3.5 净化装置净化装置 3.6 补偿器补偿器 3.6.1 波纹管波纹管 3.6.2 球形连接球形连接 3.7 橡胶吊环橡胶吊环 3.8 隔热部件隔热部件 3.9 材料选择材料选择 3.9.1 排气管、消声器内组件排气管、消声器内组件 3.9.2 消声器外壳体消声器外壳体 四、排气消声系统的设计开发流程四、排气消声系统的设计开发流程 五、修订说明五、修订说明 六、参考文献列表六、参考文献列表 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 4 页 共 32 页 一、主题与适

3、用范围一、主题与适用范围 1、主题、主题: 本指南规定了与汽车发动机相匹配的排气消声系统的系统匹配，零部件设计以 及开发的流程等。 2、适用范围、适用范围: 本指南适用于奇瑞所有装汽油或柴油发动机的 M1 类车的排气消声系统设计 二、排气消声系统的总成说明及功用二、排气消声系统的总成说明及功用 排气系统包括排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声装置、隔热部件、弹性吊 块等。一般地，排气系统具有以下一些功用： (1)、引导发动机排气，使各缸废气顺畅的排出； (2)、由于排气门的开闭与活塞往复运动的影响，排气气流呈脉动形式，排气门打开时存 在一定的压力，具有一定的能量，气体排出时会产生强烈的排气噪声，气体和声波在 管道中摩擦也会产生噪声,因此在排气系统装有排气消声器来降低排气噪声； (3)、降低排气污染物 CO,HC,NOX等的含量，达到排气净化的作用； 注：在本指南中，我们将只介绍排气管和排气消声装置的详细设计，对排气歧管和排气注：在本指南中，我们将只介绍排气管和排气消声装置的详细设计，对排气歧管和排气 净化装置的详细设计见其他设计指南。净化装置的详细设计见其他设计指南。 典型的排气消

4、声系统如图 1 所示： 图图 1 三、设计应用三、设计应用 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 5 页 共 32 页 1、设计规则和输入、设计规则和输入: 1.1 排气系统能很好的将废气顺畅排出，满足发动机的排气背压，功率损失比的要 求。 1.2 排气系统设计能满足现行中华人民共和国法规要求，具体如下： QC/T 5793 汽车匀速行使车内噪声测量方法 GB161701996 汽车定置噪声限制 QC/T 6311999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 6301999 汽车排气消声器性能试验方法 GB14952002 汽车加速行使车外噪声限值及测量方法 QC/T 5893 汽车加速行使车外噪声测量方法 GB18352 轻型汽车污染物排放限值及测量方法 GB14365- 93 声学 机动车辆定置噪声测量方法 GB/T 4759- 95 内燃机排气消声器测量方法 JB/T 5081- 91 中小型柴油机消声器技术条件 1.3 排气系统零部件必须能经受 1000的高温要求以及气流冲击，并保证排气系统 可靠性达到 10 万公里或者三年(先

5、到者为准)的要求，并要求在三包期内插入损失不得减少 6dB(A)以上，功率损失不得增加 3%以上。 1.4 排气系统必须满足顾客对噪声的要求，在整个频率范围内应有足够的消声量， 同时力求避免产生气流再生噪声。 1.5 消声器在满足消声量的前提下要体积小，重量轻，便于安装和维修，有一个较 好的价格性能比。除消声器几何尺寸和管路走向应符合装车的要求外，消声器的尾管应美观 大方，表面装饰应与车的总体造型相协调。 2、设计参数的设定、设计参数的设定 2.1 尺寸及重量尺寸及重量 尺寸和重量需根据产品所要达到的性能要求以及底盘空间位置来确定，但是在满足性 能要求的基础上，做到尽量小为最好。 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 6 页 共 32 页 2.2 排气背压排气背压 排气背压指发动机装上整套排气系统后，按 QC/T 524- 1999 设定测点测得的压强(离发 动机排气歧管出口或涡轮增压器出口下游 75mm 处，在排气连接管里测量，测压头与管内 壁齐平，误差不大于0.2kPa)。排气背压越高，排气阻力越大，充气效率也就越低，发动 机功

6、率、扭矩损失也越大。一般来说，考虑到发动机的功率和扭矩要求，会对排气系统提 出一个具体的排气背压要求。 对自然吸气发动机，排气背压一般设定在 305kPa。 对增压发动机，排气背压一般设定在 4010kPa。 对于我公司开发的 AVL 发动机，具体的排气背压要求见表一 表一： 发动机型号 排气背压目标值 1.6L CBR VVT 28dB，JB/T 5081- 91中小功率柴油机 消声器技术条件规定功率损失在小于 5%时，插入损失应25dB。我们要求在发动机各个转 速下的插入损失均大于 32 dB。 与传递损失只考虑消音元件本身不同，插入损失是考虑一个系统。也就是说除了消音元 件本身外，插入损失还包括了声源和出声口(如进气口和排气尾管)的声学特征，因此这种方 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 9 页 共 32 页 法是描述整个系统消音效果的最佳表达方式。 2.6.2 传递函数传递函数: 排气系统传递函数是指空气介质传播所引起的声功率的差值，传递损失没有包括声源和 管道终结端的声学特性，它只与自身的结构有关。在评价单个消音元件的消

7、音效果或者初步 评估系统的消音性能时，通常用传递损失。传递损失是评价消音元件消音效果最简单的一种 方法，具体测量方法如下： 图图 2 排气系统由排气管，副消声器、主消声器组成，如果有三元催化器，则应该同时带上; 激励体声源（能发出频率为 20Hz20000Hz 的声源）放置于排气管的入口端，并用橡胶 管与排气管相连。 参考麦克风参考麦克风放置与前端橡胶管上，并在内部接受体声源发出的声功率级; 接收麦克风接收麦克风放置于消声器的尾部，接收经过排气系统传递后的声功率级; 两个麦克风所测数值的差值即为排气系统的传递函数的值。 对于传递函数的目标值，根据整车对噪声水平的要求，其设定值也不相同，一般的，我 们设定按图 3： 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 10 页 共 32 页 图中红线为传递损失的限值，在每个频率下的传递函数的值均在红线下部。根据整车 的噪声水平和发动机的类型不同，可对该红线位置进行调整。 2.7 尾管噪声尾管噪声(三档节气门全开加速三档节气门全开加速) 排气系统尾管噪声是衡量排气系统消声效果的一个主要性能指标。 尾管

8、噪声的测量方法见图 4： 尾管 500mm 后消声器 45 麦克风 车辆中心 平面视图平面视图 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 11 页 共 32 页 图图 4 尾管噪声的目标设定如下： （1） 、在急加速和急减速的情况下，整车载荷为 70KgX2，按上述方法进行测量的尾管 噪声见图 5： 当发动机转速为 1000- 2000rpm时， 噪声值为 82 dB(A)， 当发动机转速为 5000rpm 时，噪声值为 92 dB(A)，当发动机转速为 6000rpm时，噪声值为 97 dB(A)。 图图 5 在急加速和急减速的情况下， 整车载荷为 70KgX2， 按上述方法进行测量的二阶尾管噪声见图 6，四阶尾管噪声见图 7，六阶尾管噪声见图 8，八阶尾管噪声见图 9。 图图 6 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 12 页 共 32 页 图图 7 图图 8 图图 9 对于以上尾管噪声曲线，可以根据不同车型所要达到的噪声水平的不同进行调整。 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排

9、气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 13 页 共 32 页 2.8 定置噪声定置噪声 定置噪声限值按国标 GB161701996汽车定置噪声限制执行，我们要求定置噪声 85dB(A)。试验方法按国标 GB14365-93声学 机动车辆定置噪声测量方法进行；定 置是指车辆不行使，发动机处于空载运转状态，定置噪声可评价、检查机动车辆的排气噪 声水平，不能表征车辆行使最大噪声级。 2.9 振动振动 排气系统一端与发动机相连， 一端通过挂钩与车体相连。 发动机的振动传递给排气系统， 然后在通过挂钩传给车体。车体的振动通过座椅、方向盘和地板直接传给顾客，同时车体的 振动也会幅射出去，在车内产生噪声，所以控制传到车体的力是排气系统振动控制的最重要 的目标之一。 排气系统的振动源主要有四个：发动机的机械振动、发动机的气流冲击、声波激励和车 体的振动，车体的振动传递方向与前面三种相反，车体振动会通过挂钩传递到排气系统，这 种传递会逆向传递到发动机，从而加大了发动机的振动。 为了控制排气系统的振动，在进行排气系统设计时要注意以下几点： 1、要避免与整车固有频率范围重合，应尽量做到差距越大越好，一般地，车身固有频 率在 25Hz34Hz 之间，因此排气系统振动频率不能设计在这个范围内。 2、在设计排气系统时，要使得其模态越少越好。如果模态太多，那么系统某些频率很 容易被激励起来，振动容易被传递到车体。通常排气系统应该尽可能地设计成一条直线，而 尽量避免弯曲的形状 3、合理选择挂钩的位置，且挂钩的刚度要满足下面的要求： 发动机最大转速发动机的汽缸数目x 120 支架频率 发动机最大转速发动机的汽缸数目x 120 支架频率 4、波纹管和橡胶吊块的设计对排气系统的振动控制至关重要，这部分内容将在波纹管 和橡胶吊块的设计指南中进行介绍。 3 系统及零部件的设计系统及零部件的设计 3.1、系统布置、系统布置 3.1.1 布置原则布置原则 对一个完整的排气系统，从前到后，一般布置次序是：预催化器、补偿器（波纹管） 、主 奇汽车有限公司 奇瑞汽车有限公司 排气消声系统设计开发指南 编制日期： 编者： 版次： 第 14 页 共 32 页 催化器、前消声器、后消声器。 排气管用于连接以上不同部件。 排气管分段以

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