1、 目的

     隨著環(huán)保法規(guī)對(duì)車輛排放的要求越來(lái)越高，排氣系統(tǒng)在車輛的系統(tǒng)組成和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，越來(lái)越占有重要的地位。為使排氣系統(tǒng)滿足各階段國(guó)家及地方法規(guī)的要求，提高對(duì)排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量水平，需對(duì)車輛的排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出較規(guī)范的要求，以便在設(shè)計(jì)和制造過程中，參照?qǐng)?zhí)行。

2、 設(shè)計(jì)規(guī)范

2.1  排氣系統(tǒng)及消聲器的設(shè)計(jì)輸入

2.1.1  車輛產(chǎn)品的排氣系統(tǒng)的配置和走向，依所配車輛的總體結(jié)構(gòu)布置的需要來(lái)設(shè)計(jì)。而消聲器的性能開發(fā)則需要依所配發(fā)動(dòng)機(jī)及其對(duì)排氣系統(tǒng)的具體要求。在初步設(shè)計(jì)選型時(shí)，應(yīng)將發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)性能參數(shù)及其上的關(guān)鍵件的基準(zhǔn)要素等（如曲軸箱后端面與曲軸主軸線的交點(diǎn)坐標(biāo)、動(dòng)力線偏移量及傾角等），作為設(shè)計(jì)條件輸入設(shè)計(jì)，作為消聲器選型及性能開發(fā)的依據(jù)之一。并根據(jù)國(guó)家、地方及企業(yè)有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)系統(tǒng)和消聲器的性能設(shè)計(jì)目標(biāo)提出要求，見附錄1。

2.1.2  排氣系統(tǒng)及其消聲器在進(jìn)行初步選型設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案分析和匹配計(jì)算分析，并提供選型設(shè)計(jì)分析報(bào)告，見附錄2。

2.2  設(shè)計(jì)原則

2.2.1  排氣系統(tǒng)及其消聲器的設(shè)計(jì)，應(yīng)使排氣阻力盡可能的小，以使其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損失盡可能小。

2.2.2  排氣系統(tǒng)及其消聲器要有較好的音質(zhì)和較低的音強(qiáng)，即應(yīng)有較大的插入損失。

2.2.3  排氣系統(tǒng)及其消聲器要有較好的外觀和內(nèi)在質(zhì)量及較長(zhǎng)的使用壽命。

2.3  排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和布置

2.3.1  排氣管內(nèi)徑的確定  在結(jié)構(gòu)布置允許的情況下，排氣管內(nèi)徑應(yīng)盡可能大些，以降低管道內(nèi)得氣流速度，減少氣流阻力產(chǎn)生的功率損失和再生噪聲。一般應(yīng)≥發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管出口內(nèi)徑?；蚋鶕?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排量等參數(shù)，按公式 (1) 計(jì)算初步確定排氣管內(nèi)徑。

D=2 √Q/(πV)       ……………………………………………………（1）

式中：Q—發(fā)動(dòng)機(jī)排量； V— 氣流速度，一般取 50~60 m/s 。

2.3.2  排氣管的布置和轉(zhuǎn)彎，應(yīng)使排氣盡可能順暢。管的中心轉(zhuǎn)彎半徑一般應(yīng)≥（1.5~2）D，其折彎成型角應(yīng)大于90o，以大于120o為宜。整個(gè)系統(tǒng)的管道轉(zhuǎn)彎數(shù)應(yīng)盡可能少，一般情況下不多于6個(gè)。排氣尾管段的方向應(yīng)與水平面縱向下彎5o~10o，出口方向應(yīng)盡可能指向地面的車身投影的縱向中線。

2.3.3  排氣管道及消聲器的材料，除卡車和低檔乘用車可以采用鍍鋁鋼板及卷管外，排氣管道和消聲器一般應(yīng)采用SUH403、SUH409等耐熱不銹鋼板、管,以保證排氣系統(tǒng)的外觀并具有較長(zhǎng)的使用壽命。排氣管壁厚一般應(yīng)大于1.2 mm，雙層管≥2×0.5mm。對(duì)于消聲器的板厚和層數(shù)等，除要考慮系統(tǒng)的質(zhì)量外，同時(shí)應(yīng)根據(jù)車型檔次、系統(tǒng)的成本、制造技術(shù)水平、開發(fā)周期等因素綜合考慮。為減小發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)對(duì)排氣系統(tǒng)的影響和管道連接時(shí)的精度要求，可以在管道中采用金屬編織層波紋軟管及柔性管件。

2.3.4  排氣管道與周圍相鄰件間的間隙 (考慮到制作誤差10mm)，兩件間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的（如固定在一起的），其設(shè)計(jì)間隙不得小于15mm；在公共法線方向(或接近)有（或可能有）相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相鄰件，自運(yùn)動(dòng)件的最大運(yùn)動(dòng)極限位置始起計(jì)，其設(shè)計(jì)間隙不得小于30mm。在公共切線(或接近)方向有（或可能有）相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而其他方向無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相鄰件，在垂直于運(yùn)動(dòng)方向的相對(duì)間隙，其設(shè)計(jì)值一般不得小于15mm。

2.3.5  對(duì)于需要隔離熱源或怕熱的相鄰件，其設(shè)計(jì)間隙一般不得小于50mm。必要時(shí)，應(yīng)協(xié)調(diào)“怕熱件”的系統(tǒng)工程師，在“怕熱件”或其承載件上采取隔熱措施。也可以在排氣系統(tǒng)件上采取隔熱措施，以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置、安裝、維修方便，成本低、不產(chǎn)生噪聲等為原則，決定在那個(gè)部件上采取隔熱措施。

2.3.6  排氣管道間的連接結(jié)構(gòu)方式和密封，應(yīng)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置、制造、安裝、維修方便，重量輕、成本低，有足夠的結(jié)構(gòu)剛度，密封性好為原則。連接結(jié)構(gòu)的方式可以采用平面雙孔（或三孔）法蘭、平面密封墊片或凹坑加平面密封圈的方式，也可以采用球面或錐面密封，用單側(cè)活動(dòng)法蘭等結(jié)構(gòu)。對(duì)于排氣管道件的制造要求，應(yīng)在設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)要求中注明。

2.3.7  排氣系統(tǒng)支撐懸掛裝置的布置設(shè)計(jì)

2.3. 7.1  在結(jié)構(gòu)布置允許的情況下，排氣系統(tǒng)主支撐懸掛副的位置以設(shè)置在消聲器體上為宜(采用一副的，應(yīng)靠近中部；采用兩副的應(yīng)分置在兩端),可獲得最佳支撐，NVH和壽命。

2.3. 7.2  當(dāng)消聲器的尾管伸出消聲器體的長(zhǎng)度超過300 mm時(shí)，應(yīng)在尾口附近適當(dāng)位置設(shè)置尾管支撐懸掛副。

2.3. 7.3  當(dāng)排氣系統(tǒng)中配有質(zhì)量較大的部件時(shí)（如三元催化器、凈化器等），應(yīng)在其附近相連件的適當(dāng)位置設(shè)置支撐懸掛副。

2.3. 7.4  排氣系統(tǒng)中其他部位的支撐設(shè)置，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)布置的需要及其與車架、底板件結(jié)構(gòu)、距離等條件進(jìn)行設(shè)置。

2.3. 7.5  排氣系統(tǒng)支撐懸掛件的結(jié)構(gòu)方式，一般采用在車架或排氣管上固定伸出連接吊鉤或吊板等金屬件，二者之間采用純或帶編織層的橡膠結(jié)構(gòu)件 。

2.4  排氣凈化裝置的布置設(shè)計(jì)

2.4.1  排氣凈化裝置的三元催化轉(zhuǎn)化器和氧化轉(zhuǎn)化器（簡(jiǎn)稱凈化器-下同）是車輛機(jī)外排放凈化功能的重要部件之一，其性能決定了除發(fā)動(dòng)機(jī)和燃油系統(tǒng)本身的排放性能之外運(yùn)行車輛的環(huán)保性能。一般而言，排氣凈化裝置的布置距發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管口的距離越近越好。由于排氣凈化裝置的三元催化器或凈化器的外形尺寸相對(duì)較大，工作溫度較高（700℃~930℃以上），車輛需在發(fā)動(dòng)機(jī)附近布置的元件較多，有的元件尚需避開高溫。因此其布置可能需要距排氣歧管口有一定的距離，但根據(jù)其工作特性和具體發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其的要求，一般最大距離不得超過一定值（1200mm）。對(duì)于采取兩級(jí)催化的排氣凈化裝置，前級(jí)催化器布置的距岐管口近一些，甚至緊接歧管口（稱為緊耦合型），第二級(jí)根據(jù)周圍相鄰件的布置空間及其裝調(diào)方便性等要求進(jìn)行設(shè)計(jì)布置。

2.4.2  排氣凈化裝置的連接方式的要求與排氣管道間的連接結(jié)構(gòu)方式和密封等要求相同。但有時(shí)需根據(jù)總體設(shè)計(jì)及排氣系統(tǒng)等對(duì)催化器的連接要求進(jìn)行，有時(shí)需要將催化器設(shè)計(jì)為一個(gè)單獨(dú)的連接總成，以便更換維修；有的則需將催化器體直接焊接在某段排氣管上。

2.4.3  氧傳感器的布置 必須滿足氧傳感器的安裝要求，否則將損壞氧傳感器或使其信號(hào)傳遞錯(cuò)誤，造成ECU判斷錯(cuò)誤而錯(cuò)誤控制供給，進(jìn)而損害發(fā)動(dòng)機(jī)和催化裝置。因此，在進(jìn)行氧傳感器的布置設(shè)計(jì)時(shí)，要求氧傳感器的感知端朝下，使氧傳感器體的軸線與水平面成大于10°角，以避免發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)冷凝水凝聚在氧傳感器殼體合感知陶瓷之間。為避免在氧傳感器前的排氣管中有冷凝水凝聚，冷啟動(dòng)時(shí)將水滴吹到氧傳感器上，應(yīng)將排氣管布置成在氧傳感器前高、后低的向下傾斜形式。并在排氣系統(tǒng)裝置圖的技術(shù)要求中注明氧傳感器連接螺紋規(guī)格、扳手規(guī)格和扭緊力矩值的范圍。

2.5  消聲器的設(shè)計(jì)方法

2.5.1  消聲器安裝位置的布置 應(yīng)首先查找、估算及測(cè)量要求作消聲處理的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲數(shù)據(jù)（A聲級(jí)和倍頻帶聲壓級(jí)等），并確定輻射噪聲的部位和傳播噪聲的主要途徑，從而選擇消聲器安裝的最佳位置。然后根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和客戶要求以及確定的具體指標(biāo)，確定允許噪聲的標(biāo)準(zhǔn)限值，計(jì)算消聲器所需要的消聲量。根據(jù)需要的消聲量、空氣動(dòng)力性（排氣背壓）以及其它要求，確定消聲器的類型，設(shè)計(jì)出符合要求的消聲器。一般而言，消聲器安裝位置越靠近發(fā)動(dòng)機(jī)消聲效果越好。但是，由於發(fā)動(dòng)機(jī)附近能夠安裝排氣系統(tǒng)的空間都非常有限。所以大都布置得比較靠后。往往是在限定的空間內(nèi)來(lái)設(shè)計(jì)布置消聲器。對(duì)于采用雙級(jí)消聲器的系統(tǒng)，前置消聲器的安裝位置應(yīng)盡可能靠近發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口。

2.5.2  消聲器的容積  在結(jié)構(gòu)布置允許的情況下，相對(duì)而言，其容積越大插入損失越大。用于乘用車的消聲器，其容積一般不小于8倍的發(fā)動(dòng)機(jī)排量，以10倍為宜。這時(shí)，恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整消聲器內(nèi)的孔、管、腔等的配置，可減小發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力損失，并使消聲器排噪獲得較好的音質(zhì)。對(duì)于采用雙級(jí)消聲器的系統(tǒng)，前置消聲器容積應(yīng)達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)排量的兩倍以上。這時(shí)所說(shuō)的  消聲器容積 = 前置消聲器容積 + 后置消聲器容積 。

推薦的消聲器容積計(jì)算公式和消聲器容積與排氣系統(tǒng)插入損失之間的關(guān)系見附錄3。

2.5.3 消聲器的長(zhǎng)徑比  當(dāng)消聲器容積保持不變時(shí)，只改變其內(nèi)徑與長(zhǎng)度，L/D越小，空腔越扁，截面積的擴(kuò)張比m越大，最大衰減量也隨之增大，但消聲頻率范圍變得較窄。因此，應(yīng)選取適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)徑比。其經(jīng)驗(yàn)推薦值為： 3<L/D<4