1、。排氣消聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范內(nèi)容一.主題和適用范圍1.主題2.適用范圍二、排氣消聲器系統(tǒng)的概述和功能三。設(shè)計(jì)和應(yīng)用1.設(shè)計(jì)規(guī)則和輸入2.設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)置2.1尺寸和重量2.2排氣背壓2.3功率損耗比2.4凈化效率2.5車外加速噪音2.6插入損耗和傳遞函數(shù)插入損耗轉(zhuǎn)移函數(shù)2.7排氣尾管噪音2.8固定噪聲2.9振動(dòng)3.系統(tǒng)和部件的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)布局3.1.1布局原則3.1.2間隙要求3.1.3吊鉤位置的選擇3.1.4氧傳感器孔的布置3.2消聲器容積的確定3.3排氣管直徑的選擇3.4消音器3.4.1消聲器的橫截面形狀3.4.2消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.5補(bǔ)償器3.5.1波紋管3.5.2球形連接3.6橡膠圈3.7

2、隔熱部件3.8材料選擇3.8.1排氣管和消聲器的內(nèi)部部件3.8.2消音器外殼四.參考文獻(xiàn)列表一.主題和適用范圍1.主題：本指南規(guī)定了與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的排氣消聲系統(tǒng)的系統(tǒng)匹配和部件設(shè)計(jì)。2.適用范圍：本指南適用于M1和N1汽油車排氣消聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。二、排氣消聲器系統(tǒng)裝配說明和功能排氣系統(tǒng)包括排氣歧管、排氣管、排氣凈化裝置、排氣消聲裝置、隔熱部件、彈性掛塊等。通常，排氣系統(tǒng)具有以下功能：(1)引導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣，使每個(gè)氣缸的排氣都能順利排出；(2)由于排氣閥的打開和關(guān)閉以及活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的影響，廢氣流呈脈動(dòng)形式。當(dāng)排氣閥打開時(shí)，有一定的壓力和一定的能量。氣體排放時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的排氣噪聲，管道中氣體與

3、聲波的摩擦也會(huì)產(chǎn)生噪聲。因此，排氣消聲器安裝在排氣系統(tǒng)中以降低排氣噪聲。(3)降低一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物等排氣污染物的含量，達(dá)到排氣凈化的效果；典型的排氣消聲器系統(tǒng)如圖1所示。圖1三。設(shè)計(jì)和應(yīng)用1.設(shè)計(jì)規(guī)則和輸入：1.1排氣系統(tǒng)能夠平穩(wěn)排放廢氣，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓和功率損失率的要求。1.2排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠滿足中華人民共和國(guó)現(xiàn)行法律法規(guī)的要求，具體如下：QC/T57-1993勻速運(yùn)動(dòng)車輛內(nèi)部噪聲測(cè)量方法GB16170-1996車輛靜態(tài)噪聲限值Qc/t631-1999汽車排氣消聲器技術(shù)要求質(zhì)量控制/T630-1999汽車排氣消聲器性能測(cè)試方法GB1495-2002汽車加速運(yùn)動(dòng)外部噪聲限值

4、及測(cè)量方法Qc/t58-93加速行駛時(shí)車外噪聲測(cè)量方法輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法GB14365-93機(jī)動(dòng)車靜態(tài)噪聲聲學(xué)測(cè)量方法內(nèi)燃機(jī)排氣消聲器的測(cè)量方法1.3排氣系統(tǒng)的部件必須能夠承受1000的高溫要求和氣流的沖擊，確保排氣系統(tǒng)的可靠性滿足100，000公里或三年(以先到者為準(zhǔn))的要求，并要求在三包期間插入損耗不得減少6dB(A)以上，功率損耗不得增加3%以上。1.4排氣系統(tǒng)必須滿足用戶對(duì)噪聲的要求，并且在整個(gè)頻率范圍內(nèi)有足夠的噪聲消除，同時(shí)努力避免氣流再生噪聲的產(chǎn)生。1.5消聲器體積小、重量輕、安裝維護(hù)方便，在滿足消聲量的前提下，具有良好的性價(jià)比。除消聲器的幾何尺寸和管道方向應(yīng)滿足裝載

5、要求外，消聲器的尾管應(yīng)美觀大方，表面裝飾應(yīng)與汽車的整體外形相協(xié)調(diào)。2.設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)置2.1尺寸和重量尺寸和重量應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的性能要求和底盤的空間位置來確定，但在滿足性能要求的基礎(chǔ)上，最好保持尺寸盡可能小。2.2排氣背壓排氣背壓是指發(fā)動(dòng)機(jī)安裝一套完整的排氣系統(tǒng)后，由QC/T524-1999設(shè)定測(cè)量點(diǎn)測(cè)得的壓力(在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管出口或渦輪增壓器出口下游75毫米處的排氣連接管中測(cè)量，壓力測(cè)量頭與管內(nèi)壁齊平，誤差不大于0.2千帕)。排氣背壓越高，排氣阻力越大，充氣效率越低，發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩?fù)p失越大。一般來說，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩要求，將對(duì)排氣系統(tǒng)提出具體的排氣背壓要求。對(duì)于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，排氣背壓通

6、常設(shè)置為305千帕。對(duì)于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，排氣背壓通常設(shè)置為4010千帕。一般認(rèn)為消聲器的壓力損失由兩部分組成：一是局部壓力損失；第二是沿管壁的摩擦阻力損失，這兩種損失都是由于流體運(yùn)動(dòng)時(shí)克服粘性剪切應(yīng)力做功而引起的。局部阻力損失發(fā)生在消聲器橫截面突然變化的地方，例如收縮和膨脹。尺寸取決于局部結(jié)構(gòu)類型、管道直徑和氣流速度，并且與消聲器的橫截面膨脹比相關(guān)，即m=s2/s1。沿路徑的阻力損失發(fā)生在消聲管的壁面上，其大小取決于管壁的粗糙度和氣流速度的大小。管的直徑與氣流速度密切相關(guān)，因此管直徑的選擇非常重要。因此，總的來說，排氣系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)得盡可能簡(jiǎn)單，并避免過度彎曲的形狀。2.3功率損耗比消聲器的功率損失比

7、是消聲器使用前后的發(fā)動(dòng)機(jī)功率與消聲器在標(biāo)定工況下不使用時(shí)功率值的百分比之差。=(P1-P2)/P1100%對(duì)于值，QC/T 631-1999 汽車排氣消聲器技術(shù)條件規(guī)定了8%，我們一般將其設(shè)置為5%。2.4凈化效率根據(jù)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，排氣系統(tǒng)通常要求發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的凈化率(凈化前后廢氣中碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氮氧化物的含量之?在90%以上。2.5車外加速噪音汽車加速時(shí)車外噪聲必須符合中華人民共和國(guó)現(xiàn)行法規(guī)。具體的測(cè)量方法和限值見GB1495-2002 汽車加速行使車外噪聲限值及測(cè)量方法和QC/T 58-93 汽車加速行使車外噪聲測(cè)量方法。車外噪聲是整個(gè)車輛噪聲的量度。影響車外噪聲的因素有三四

8、個(gè)：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體噪聲、進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲、排氣系統(tǒng)噪聲和輪胎-路面摩擦噪聲。在未來，輪胎-路面摩擦噪聲將變得越來越重要。每個(gè)系統(tǒng)都將在滿足自身要求的基礎(chǔ)上，盡最大努力達(dá)到更好的噪聲水平?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，2005年1月以后生產(chǎn)的M1級(jí)汽車的噪聲限值為74dB(A)，應(yīng)特別說明以下幾點(diǎn)：1.如果在M1型車輛上安裝直噴式柴油機(jī)，其極限值將增加1dB(A)；2.對(duì)于越野車輛，最大總質(zhì)量大于2t。如果額定功率小于150千瓦，極限值將增加1dB(A)。如果額定功率150千瓦，極限值將增加2dB(A)。3.對(duì)于M1型車輛，變速箱有四個(gè)以上的前進(jìn)檔，p 140 kw，p/gvm 75 kw/t，在三檔測(cè)試時(shí)，尾端出線速

9、度大于61km/h，極限值增加1dB(A)直通噪聲在汽車產(chǎn)品的開發(fā)中非常重要。對(duì)于不同的市場(chǎng)，為了達(dá)到不同的穿越噪聲標(biāo)準(zhǔn)，有必要在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段確定穿越噪聲的目標(biāo)值。與此同時(shí)，未來幾年的法規(guī)變化也應(yīng)考慮在內(nèi)。在這方面，可以參考?xì)W洲和美國(guó)的法規(guī)。歐洲共同體標(biāo)準(zhǔn)是最嚴(yán)格的。在不久的將來，汽車通過的噪聲標(biāo)準(zhǔn)可能是71dB(A)。2.6插入損耗和傳遞函數(shù)：2.6.1插入損耗：消聲器的插入損失是消聲器安裝前后通過排氣口輻射的聲功率級(jí)(或聲壓級(jí))之間的差異。D=L1-L2對(duì)于D值，由于每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)和不同車型的噪聲水平不同，插入損耗的目標(biāo)值也不同。QC/T 631-1999 汽車排氣消聲器技術(shù)條件規(guī)定28

10、dB，JB/T 5081-91 中小功率柴油機(jī)消聲器技術(shù)條件 s插入損耗被視為一個(gè)系統(tǒng)，不同于僅考慮消聲元件本身的傳輸損耗。也就是說，除了消聲元件本身，插入損失還包括聲源和聲音出口(如進(jìn)氣口和排氣尾管)的聲學(xué)特性，因此這種方法是描述整個(gè)系統(tǒng)消聲效果的最佳表達(dá)方式。2.6.2傳遞函數(shù)：排氣系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是指空氣介質(zhì)傳播引起的聲功率差。傳遞損失不包括聲源和管道末端的聲學(xué)特性。它只與自己的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)評(píng)估單個(gè)消聲元件的消聲效果或初步評(píng)估系統(tǒng)的消聲性能時(shí)，通常使用傳輸損耗。傳輸損耗是評(píng)估消聲元件消聲效果的最簡(jiǎn)單方法。具體測(cè)量方法如下：圖2排氣系統(tǒng)由排氣管、輔助消音器和主消音器組成。如果有三元催化劑，應(yīng)

11、該同時(shí)攜帶。激勵(lì)聲源(能發(fā)出頻率為20 Hz至20Hz-20000Hz的聲源)置于排氣管的進(jìn)口端，并通過橡膠管與排氣管連接。參考麥克風(fēng)放置在前橡膠管上，接收內(nèi)部身體聲源發(fā)出的聲功率級(jí)。接收麥克風(fēng)放置在消聲器的尾部，接收排氣系統(tǒng)發(fā)出的聲功率級(jí)。對(duì)于傳遞函數(shù)的目標(biāo)值，根據(jù)整車對(duì)噪聲水平的要求，設(shè)定值也不同。通常，我們將其設(shè)置為如圖3所示：圖3圖中的紅線是傳輸損耗的極限值，每個(gè)頻率下的傳輸函數(shù)值都低于紅線。紅線的位置可以根據(jù)整車的噪聲水平和發(fā)動(dòng)機(jī)類型進(jìn)行調(diào)整。2.7排氣尾管噪音(三檔全油門加速)排氣系統(tǒng)排氣尾管噪聲是衡量排氣系統(tǒng)消聲效果的主要性能指標(biāo)。排氣尾管噪聲的測(cè)量方法見圖4。圖4排氣尾管噪聲的

12、目標(biāo)設(shè)置如下：在快速加速和快速減速條件下，車輛負(fù)載為70KgX2。通過上述方法測(cè)量的尾管噪聲如圖5所示：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1000-2000rpm時(shí)，噪聲值為82dB(A)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為5000rpm時(shí)，噪聲值為92dB(A)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為6000rpm時(shí)，噪聲值為97dB(A)。圖5在快速加減速條件下，車輛載荷為70KgX2。通過上述方法測(cè)量的二階尾管噪聲示于圖6，四階尾管噪聲示于圖7，六階尾管噪聲示于圖8，八階尾管噪聲示于圖9。圖6圖7圖8圖9對(duì)于上述排氣尾管噪聲曲線，可以根據(jù)不同型號(hào)達(dá)到的不同噪聲水平進(jìn)行調(diào)整。2.8固定噪聲固定噪聲限值按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB16170-1996 汽車定置噪聲限

13、制執(zhí)行。我們要求固定噪聲85dB(A)。試驗(yàn)方法按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB14365-93 聲學(xué) 機(jī)動(dòng)車輛定置噪聲測(cè)量方法進(jìn)行。固定位置意味著車輛不運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)處于空載運(yùn)行狀態(tài)。固定位置噪聲可以評(píng)估和檢查機(jī)動(dòng)車輛的排氣噪聲水平，但不能代表車輛的最大噪聲水平。2.9振動(dòng)排氣系統(tǒng)的一端與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，另一端通過掛鉤與車身連接。發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)傳遞到排氣系統(tǒng)，然后通過掛鉤傳遞到車身。車身的振動(dòng)通過座椅、方向盤和地板直接傳遞給客戶。同時(shí)，車身的振動(dòng)也輻射出去，在車內(nèi)產(chǎn)生噪音。因此，控制傳遞到車身的力是排氣系統(tǒng)振動(dòng)控制的最重要目標(biāo)之一。排氣系統(tǒng)有四個(gè)主要的振動(dòng)源：發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流沖擊、聲音激勵(lì)和車身振動(dòng)。

14、車身的振動(dòng)傳遞方向與前三個(gè)方向相反。車身的振動(dòng)將通過掛鉤傳遞到排氣系統(tǒng)，該傳遞將反向傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。為了控制排氣系統(tǒng)的振動(dòng)，當(dāng)d3.合理選擇吊鉤的位置，吊鉤的剛度應(yīng)符合下列要求：支架頻率=(最大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速x氣缸數(shù))/1204.波紋管和橡膠懸掛塊的設(shè)計(jì)對(duì)排氣系統(tǒng)的振動(dòng)控制至關(guān)重要。3系統(tǒng)和部件的設(shè)計(jì)3.1。系統(tǒng)布置3.1.1布局原則對(duì)于一個(gè)完整的排氣系統(tǒng)，從前到后的總體布置順序是：預(yù)催化器、補(bǔ)償器(波紋管)、主催化器、前消音器和后消音器。排氣管用于連接上述不同的部件。排氣管的管段和連接方式主要根據(jù)安裝和維護(hù)的方便性來確定。如果補(bǔ)償器采用球形法蘭，球形法蘭一般不布置在催化劑前面

15、。對(duì)于符合歐二及以下排放標(biāo)準(zhǔn)的排氣系統(tǒng)，由于歐二標(biāo)準(zhǔn)不涉及冷啟動(dòng)期間的排放限制，通?？赡軆H使用一種主催化劑而不是預(yù)催化劑。對(duì)于符合歐三及以上排放標(biāo)準(zhǔn)的排氣系統(tǒng)，預(yù)催化劑(CCC、封閉耦合催化劑)一般布置在排氣歧管的出口處，或者在預(yù)催化劑前的排氣管段采取良好的保溫措施。主催化劑通常布置在車身地板下，因此也稱為地板下催化劑。消音器分為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。二級(jí)消聲器使用最頻繁。越野車、跑車和其他追求動(dòng)力的車輛通常使用主消聲器。對(duì)于二級(jí)消聲器，我們分別稱之為前消聲器和后消聲器。根據(jù)聲學(xué)原理，放置在不同位置的消聲器會(huì)產(chǎn)生不同的消聲效果。通常，推薦以下消音器放置位置(見圖10):圖103.1.2間隙要求排氣系統(tǒng)和每個(gè)相鄰部件之間的間隙關(guān)系見圖11。圖11離排氣系統(tǒng)越遠(yuǎn)，每個(gè)相鄰部件的耐溫性越好，低于150。相對(duì)移動(dòng)的部件與排氣系統(tǒng)之間的間隙至少大于25毫米，同時(shí)與地面的最小間隙應(yīng)滿足整車的布局要求。3.1.3吊鉤位置的選擇排氣系統(tǒng)掛鉤位置的選擇應(yīng)遵循以下原則：(1)、吊鉤應(yīng)位于振動(dòng)節(jié)點(diǎn)上；(2)、吊鉤應(yīng)能在縱向延伸；(3)吊耳應(yīng)位于車身結(jié)構(gòu)的剛性處。排氣系統(tǒng)掛鉤位置的選擇必須通過CAE分析進(jìn)行。首先，對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行各種