汽车排气系统设计原则分析
(完整版)汽车发动机的进排气系统
主要内容
进排气系统的组成 EGR 废气再循环 涡轮增压
5.Байду номын сангаас概述
作用：
在内燃机工作循环时，不断地将新鲜空气或可 燃混合气送入燃烧室，将燃烧室的废气排放到大 气中，保证内燃机连续运转。
组成：
空气滤清器、进气管、排气管、排气消音器
一、空气滤清器
1、功用：
清除流向化油器的空气中所含的尘土和沙粒， 以减少气缸、活塞和活塞环的磨损。
共振式进气管
进气管细长与各缸连接长度大体一致能很好的匹配，利用进气流 的脉动效应增强进气效果。
带谐振腔进气管
能改变谐振腔的容积，可以调节内燃机的最大扭矩和 相应的转数范围 降低噪声
捷达进气管实物图
捷达排气管实物图
三、排气消声器
功用： 减少噪声和消除废气中的火焰及火星。 原理： 1)多次地变动气流方向； 2)重复地使气流通过收缩而又扩大的断面； 3)将气流分割为很多小的支流并沿着不平滑的平
面流动 4)将气流冷却。
排气管
排气的净化装置
催化反应器
EGR 闭是曲轴箱强制通风系统 进气恒温控制原理
排气净化装置
作用：
除去 HC CO NOx (HC一半串入曲轴箱) 方法：
1.机内净化 2.机外净化
三元催化 EGR
三元催化器
• 三元催化器串接在排气歧管和和消声器之间, 氧传感器之 后.
废气涡轮增压利用废气能量直接压缩空气，提高内燃机的 功率。废气涡轮增压器由压气机、涡轮和中间体三部分组 成。中间体内有轴承、密封、润滑油路和冷却腔等。采用 浮动轴承，降低轴与轴承间的相对速度。带放气阀的涡轮 增压系统对改善柴油机的加速性和低速扭矩特性有良好效 果。
车辆排气系统设计规范
车辆排气系统设计规范车辆排气系统设计规范1、目的随着环保法规对车辆排放的要求越来越高，排气系统在车辆的系统组成和系统设计中，越来越占有重要的地位。
为使排气系统满足各阶段国家及地方法规的要求，提高对排气系统的设计和制造质量水平，需对车辆的排气系统的设计提出较规范的要求，以便在设计和制造过程中，参照执行。
2、设计规范2.1 排气系统及消声器的设计输入2.1.1 车辆产品的排气系统的配置和走向，依所配车辆的总体结构布置的需要来设计。
而消声器的性能开发则需要依所配发动机及其对排气系统的具体要求。
在初步设计选型时，应将发动机的有关性能参数及其上的关键件的基准要素等（如曲轴箱后端面与曲轴主轴线的交点坐标、动力线偏移量及倾角等），作为设计条件输入设计，作为消声器选型及性能开发的依据之一。
并根据国家、地方及企业有关法规和标准的要求，对系统和消声器的性能设计目标提出要求，见附录1。
2.1.2 排气系统及其消声器在进行初步选型设计时，必须对系统进行结构方案分析和匹配计算分析，并提供选型设计分析报告，见附录2。
2.2 设计原则2.2.1 排气系统及其消声器的设计，应使排气阻力尽可能的小，以使其对发动机的功率损失尽可能小。
2.2.2 排气系统及其消声器要有较好的音质和较低的音强，即应有较大的插入损失。
2.2.3 排气系统及其消声器要有较好的外观和内在质量及较长的使用寿命。
2.3 排气系统的设计要求和布置2.3.1 排气管内径的确定在结构布置允许的情况下，排气管内径应尽可能大些，以降低管道内得气流速度，减少气流阻力产生的功率损失和再生噪声。
一般应≥发动机排气歧管出口内径。
或根据发动机排量等参数，按公式(1) 计算初步确定排气管内径。
D=2 √Q/(πV) (1)式中：Q—发动机排量；V—气流速度，一般取50~60 m/s 。
2.3.2 排气管的布置和转弯，应使排气尽可能顺畅。
管的中心转弯半径一般应≥（1.5~2）D，其折弯成型角应大于90º，以大于120º为宜。
车型部总布置科排气系统布置指南-王雯-20060926
编制日期：2020-6-17 编者：王雯版次：01 第1页共10页奇瑞汽车有限公司乘用车工程研究院车型部总布置科布置指南编制：王雯审核：批准：编制日期：2020-6-17 编者：王雯版次：01 第2页共10页一. 简述本指南介绍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。
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. 排气消声系统的布置原则及常用布置形式排气系统包括排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声装置等，典型的排气消声系统如图1所示。
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，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,NO X等的含量，达到排气净化的作用。
图1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）、主催化器、前消声器、后消声器。
1．排气管：排气管用于连接以上不同部件，排气管分段以及连接方式主要根据安装和维修方便确定。
2．连接法兰：如果补偿器采用球面法兰，一般不把球面法兰布置在催化器之前。
3．催化器：对于满足欧Ⅱ及以下排放标准的排气系统，由于欧Ⅱ标准不涉及冷启动阶段的排放限制，所以一般可不采用预催化器而只采用一个主催化器；对于满足欧Ⅲ及以上排放标准的排气系统，一般在排气歧管出口处布置预催化器（CCC，即Closed Couple Catalyst）或者在预催化器前的排气管段采取良好的保温措施。
主催化器一般布置在车身底板下，所以又叫底板下催化器（Under Floor Catalyst）。
催化器的形式主要有：3.1 底盘下置式催化器图2编制日期：2020-6-17 编者：王雯版次：01 第3页共10页优点：布置空间较为宽广；缺点：因为离发动机排气出口的距离相对较远，催化器的起燃时间较长，所以发动机在启动时的排放值相对比较高。
发动机排气系统知识点总结
发动机排气系统知识点总结一、排气系统的作用排气系统是发动机的重要组成部分，其作用主要有以下几点：1. 排放废气：发动机在燃烧燃料时会产生废气，排气系统能够将废气从发动机中排出，防止废气在发动机内积聚，影响发动机的正常工作。
2. 减少噪音：排气系统能够减少发动机排气时产生的噪音，提高汽车的舒适性。
3. 净化废气：排气系统通过催化转化器等装置，能够将发动机排出的废气中的有害气体进行转化，降低对环境的污染。
4. 提高发动机性能：合理设计的排气系统能够降低排气阻力，提高发动机的输出功率和燃油经济性。
二、排气系统的组成排气系统通常由进气歧管、排气歧管、喉管、消声器、催化转化器等部分组成。
1. 进气歧管：进气歧管用于将空气引入发动机，与燃料混合后进行燃烧，产生动力。
进气歧管的设计能够影响发动机的进气效率和燃烧效率，从而影响发动机的性能。
2. 排气歧管：排气歧管用于将燃烧后产生的废气引出发动机，并将多缸发动机的排气进行集中，以便排除。
排气歧管的设计能够影响排气的流动性和排气阻力，从而影响发动机的性能。
3. 喉管：喉管是连接排气歧管与消声器的管道，其主要作用是平衡排气歧管的压力，并将废气引入消声器。
4. 消声器：消声器通过吸音材料和反射器等结构，能够减少排气时产生的噪音，提高汽车的舒适性。
5. 催化转化器：催化转化器能够将发动机排出的一氧化碳、氮氧化物等有害气体进行催化转化，降低排放对环境的污染。
三、排气系统的设计原则合理的排气系统设计能够提高发动机的功率输出和燃油经济性，下面是排气系统设计的一些原则：1. 降低排气阻力：排气系统设计应该尽量减少排气时的阻力，提高排气的流畅性，以提高发动机的性能。
2. 减少噪音：排气系统应该采用合适的消声器和吸音材料，减少排气时的噪音，提高汽车的舒适性。
3. 催化转化：排气系统应该配备催化转化器等装置，将有害气体进行催化转化，降低排放对环境的污染。
4. 节能减排：排气系统应该尽量降低发动机的排放量，减少对环境的污染，符合节能减排的要求。
18_汽车排气系统模态及悬挂点布置分析
18_汽车排气系统模态及悬挂点布置分析在汽车工程中，汽车排气系统的模态及悬挂点布置分析是非常重要的研究方向。
本文将对汽车排气系统的模态和悬挂点布置进行详细讨论，并探讨其对汽车整体性能和乘坐舒适性的影响。
1. 汽车排气系统的模态分析汽车排气系统是引擎排放废气的重要组成部分，其模态特性直接影响到排气噪声和排放性能。
在模态分析中，通过使用有限元分析方法，可以模拟排气管、消声器等结构在运行时的振动响应。
根据模态分析的结果，可以对排气系统的结构进行优化，以减少振动和噪声。
2. 汽车排气系统的悬挂点布置分析悬挂点是指汽车排气系统与车身连接的位置，其布置合理与否直接影响到排气系统的稳定性和可靠性。
在悬挂点布置分析中，需要考虑排气系统的重量、振动情况以及与其他车身部件的协同性。
通过使用计算机辅助设计和有限元分析方法，可以对不同悬挂点布置方案进行模拟和评估，以寻找最佳的布置方案。
3. 汽车排气系统模态与悬挂点布置的影响汽车排气系统的模态和悬挂点布置对汽车整体性能和乘坐舒适性有着重要的影响。
首先，模态的合理设计可以减少排气系统的振动和噪声，提高乘坐舒适性。
其次，悬挂点的布置应考虑到汽车的动力学特性，避免因振动引起的磨损和破损。
最后，合理的模态和悬挂点布置可以提高汽车的排放性能，减少废气排放对环境的污染。
4. 汽车排气系统模态与悬挂点布置的优化方法为了优化汽车排气系统的模态和悬挂点布置，可以采用以下方法。
首先，通过使用有限元分析方法，可以模拟不同排气系统结构在运行时的振动特性，从而找出振动频率和模态。
其次，可以对不同悬挂点布置方案进行有限元分析和模拟验证，评估其对排气系统模态和整体性能的影响。
最后，根据优化的结果，可以对排气系统的结构和悬挂点进行调整和优化，以达到最佳的模态和布置效果。
综上所述，汽车排气系统的模态及悬挂点布置分析对汽车整体性能和乘坐舒适性具有重要意义。
通过合理设计排气系统的模态和悬挂点布置，可以减少振动和噪声，提高乘坐舒适性，并改善汽车的排放性能。
汽车排气系统频率有限元分析及优化设计
１ 前 言
汽车排气 系统一般通过法 兰吊耳与发动机排气歧管及 车身 底板相连接。在汽车行驶 中， 排气系统由于受到发动机振 动和排
气激励 的影响会产生较大的振动 ， 而振动能量通过橡 胶吊耳和挂 钩传递给车身底板 ， 引起车身振动并产生车 内噪声『 因此如何 降 １ ］ 。
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｏ ｉ Ｗ ｏ ｋ ； ｈ ｕ ｔ ｙ ｔ ｍ ； ｉ ｉ ｅ ｅ ｔ ｙＷ ｒ ｓ Ｓ ｌ ｄ ｒ ｓ Ｅｘ ａ ｓ ｓｅ Ｆ ｎ ｔ Ｅｌｍ ｎ ａ ｙ ｉ ； ｔｍｉ ｉ ｇＤｅ ｉ ｎ Ｓ ｅ Ａｎ ｌ ｓｓ Ｏｐ ｉ ｚ ｎ ｓ ｇ
中 图分 类 号 ：Ｈ１ ； ４ ３１４ ． 文 献标 识码 ： Ｔ ６ Ｖ ６ ．３ ＋４ Ａ
汽车排气系统静力学计算及模态分析
汽车排气系统静力学计算及模态分析汽车排气系统是引擎的一部分，它的作用是将引擎燃烧产生的废气和噪音从车辆底部排出，为了保持引擎的性能和减少对环境的影响，排气系统的设计必须考虑静力学计算和模态分析，以下将详细介绍这两个方面。
一、静力学计算静力学计算旨在确定在引擎运转时，排气系统中存在的压力及对它会产生的力和扭矩的影响。
这些力和扭矩的作用都会导致排气系统产生振动，下面我们将从三个方面进行分析：1. 背压计算在排气系统中，背压是指尾气在流经排气系统时产生的空气压力之和，这个压力会对引擎的性能产生影响。
当排气系统中背压过高时，会使引擎的性能下降。
因此，在设计排气系统时必须要根据引擎的输出和尾气产生的流量来计算背压。
2. 力和扭矩计算在引擎工作时，排气系统受到的总体力和扭矩都是非常关键的参数。
这些参数可以通过测量排气管的弯曲、长度、截面面积等参数来计算。
当排气系统的力和扭矩较大时，可以采用更加坚固的材料来制造排气系统，以确保其能够承受这些作用力。
3. 振动计算振动是指排气系统在引擎工作时产生的机械波动。
这种振动可以对排气系统和其他部件产生损伤。
因此，在设计排气系统时，必须要考虑振动特性，以便控制和减少振动。
二、模态分析模态分析旨在确定排气系统的共振特性，例如本征频率和共振幅值等，以便设计人员能够更好地了解设计中可能出现的问题。
这种分析可以使用有限元分析的方法进行，下面我们将具体介绍：1. 有限元分析有限元分析是一种计算机辅助的工程分析方法。
在排气系统的设计中，有限元分析可以用于计算其振动、应力和变形等。
有限元分析的主要目的是确定系统中的自由振动模态和固定点的受力和应变，以便设计人员可以精确地计算设计参数。
2. 本征频率和共振幅值分析在分析排气系统的振动时，本征频率和共振幅值是非常重要的参数。
本征频率是指系统的自由振动频率，而共振幅值是指系统受到外部作用力时产生的响应。
在排气系统的设计中，必须要考虑到这两个参数，以确保排气系统能够在运行时不会受到过大的振动影响。
汽车排气系统设计
汽车排气系统设计随着现代社会的汽车普及化，汽车排气系统的设计变得尤为重要。
汽车排气系统不仅需要能够有效排出废气，还需要满足环保要求和提高车辆性能。
本文将从排气系统的基本原理、设计要点和未来发展趋势三个方面来进行探讨。
一、排气系统的基本原理排气系统是指将发动机燃烧后产生的废气排放到汽车外部的系统。
其主要由排气歧管、催化转化器、消声器等组成。
1.排气歧管排气歧管是将多缸发动机各缸废气集中到一起的部件。
其形状和长度的合理设计能够提高汽车的动力输出和燃油经济性。
2.催化转化器催化转化器是用于减少废气中有害成分的装置。
它通过催化作用将一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物等有害物质转化为无害的氮气、水和二氧化碳，并且能够降低排放量，保护环境。
3.消声器消声器用于减少发动机排气系统中的噪声。
其内部设置了多层复杂的波纹管和隔音材料，通过声学原理降低噪音，提供舒适的驾乘环境。
二、排气系统设计的要点成功的汽车排气系统设计应综合考虑排放控制、性能提升和成本效益等方面。
以下是一些设计要点：1.合理匹配排气系统的各个部件应相互匹配，以确保废气排放的畅通和动力输出的最大化。
不同型号的发动机需要根据其特性来设计不同的排气系统。
2.降低排放随着环保要求的提高，汽车排气系统设计需要通过催化转化器等装置，降低有害气体的排放。
同时，也需要考虑汽车的燃油经济性和减少尾气对环境的污染。
3.提升性能通过优化排气系统的设计，可以提高汽车的动力性能和燃油经济性。
合理设计的排气歧管和消声器能够降低排气管阻力，提高发动机功率输出。
4.材料选用排气系统需要耐高温和耐腐蚀的材料来确保长时间的使用寿命。
常见的材料有不锈钢和钛合金，它们既具备耐高温性能又具有良好的抗腐蚀能力。
三、未来发展趋势随着技术的不断进步和环境问题的日益严重，汽车排气系统的设计也将不断发展。
1.混合动力和电动汽车的兴起随着混合动力和电动汽车的兴起，传统发动机的使用将逐渐减少。
未来排气系统设计将更侧重于电动汽车的热管理和废气净化。
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汽车排气系统设计原则分析
摘要：汽车排气系统是传统燃油发动机管理系统的重要组成部分之一。
排气系统承担了控制排气污染、降低排气噪声的重要功能，同时排气系统承受着500℃到900℃的高温，是汽车构造中最主要的热源之一。
为了减少排气系统高温对周边件功能、耐久性能的影响，文章从总布置设计角度出发，分析了排气系统与周边件间隙确定方法及周边件隔热防护措施，从而避免了由于间隙过小及隔热防护不到位引发的火烧车现象和周边件功能、耐久性能失效问题。
关键词：排气系统；周边件；隔热防护；间隙
1引言
汽车排气系统是传统燃油发动机管理系统的重要组成部分之一，其负责将发动机工作过程中燃烧的废气排放到大气中，对尾气净化、噪声降低起着非常关键的作用[1]。
排气系统与发动机增压器出口相连，布置在底盘下方，且承受着500℃到900℃的高温，是汽车构造中最主要的热源之一。
排气系统主要分为热端和冷端。
热端由三元催化转化器总成、颗粒捕捉器和支架等组成。
冷端由消声器总成、连接管路和橡胶吊挂等组成。
排气系统热端与增压器出口相连，最高温度可达到900℃以上，排气系统冷端通过法兰与热端相连，温度相对较低，但靠近热端处的最高温度也可达到500℃以上。
排气系统周边件复杂多样，汽车工作时，排气系统表面温度很高，由于受到车身、底盘等系统的影响，排气系统周边难免会布置一些耐受温度较低的零部件。
受周边件耐热、耐久性能要求的影响，周边件与排气系统的设计间隙在排气系统设计布置中至关重要。
间隙过小，排气系统辐射到周边件上的温度超过其耐温要求易导致周边件功能失效、耐久老化，严重者可引发火烧车问题。
间隙过大，易造成布置空间的浪费。
为了更好地避免由于间隙问题及隔热防护不到位引发的火烧车现象和周边件功能、耐久性能失效问题，本文着重阐述了总布置设计时，排气系统与周边件间隙确定原则及周边件隔热防护措施。
2排气系统与周边件设计间隙确定原则
2.1设计要求对标法。
总布置设计初期，排气系统与周边件间隙应满足保安防灾要求，如表1所示[2]。
排气系统与周边件间隙要求主要是经过前期大量的设计验证及对标标杆车并参考各大车企设计要求总结而来。
总布置设计初期，保安防灾要求是校核并确定数据设计间隙的第一依据。
2.2温度场仿真分析法。
总布置设计初期，由于受整车布置空间的影响，排气系统与周边件间隙无法满足设计要求的方案是不可避免的。
为了保证方案的可行性，需进行温度场仿真分析，以验证排气系统辐射到周边件上的温度是否满足其耐温要求，确保周边功能件正常
且满足耐久要求。
选择温度场分析软件进行建模，并根据输入的相关条件对温度场进行计算，输出辐射到排气系统周边件上的温度。
最后根据仿真分析结果，判定方案可行性。
输入条件：车速、环境温度、各冷却模块芯体风阻特性、风扇转速、各冷却模块芯体散热量、发动机本体表面温度、排气系统各段表面温度、热源材质、周边件材质等。
2.3温度场整车试验法。
由于温度场仿真分析结果在为总布置设计初期只作为方案确定的参考项，但不能保证汽车实际工作中，排气系统周边件在经历高温后功能及耐久性能是否满足设计要求，所以需要进行温度场整车试验。
按照整车温度场性能试验规范，选用按照GB/T12534《汽车道路试验方法通则》完成至少1000Km磨合的新车进行怠速、低速爬坡、高速爬坡、高速和城市等运行工况的试验，并输出温度场试验结果[3]。
整车温度场试验结果是对总布置设计初期确定的方案进行的试验验证，温度场试验结果若不满足设计要求，需要制定排气系统周边件隔热防护措施，并再次进行实车验证，直到方案满足设计要求为止。
3排气系统周边件隔热防护措施
无论是总布置设计初期还是实车进行验证后，排气系统与周边件布置方案若不满足设计要求，均需重新制定设计方案进行验证，以保证设计方案可行性。
一般排气系统周边件隔热防护措施主要为提高零部件本身耐温性能或通过阻断隔热的方式进行防护。
3.1提高周边件自身耐温极限。
当排气系统与周边件不满足间隙要求或辐射温度超过周边件耐温要求时，可通过改变零部件的材料来改善零部件本身耐温性能。
比如某车型在总布置设计初期，消声器总成与车身连接的橡胶吊挂选用材质为EPDM，材质最高耐温要求为150℃左右，但在整车温度场试验中，实测橡胶吊挂表面温度超出150℃，不满足其正常工作温度120℃的要求。
为了避免橡胶吊挂长期处于高温环境中导致其老化、耐久开裂等问题，故将EPDM橡胶吊挂变更为最高耐温要求达300℃的VMQ橡胶吊挂。
3.2排气系统上或周边件上增加隔热措施。
当周边件无法通过改变材料来改善其耐温性能或更改费用较高时，可通过在排气系统零部件或周边件上增加隔热防护，像大多数车型在管路或线束上设计有包裹式铝箔，如图1；油箱上设计有粘贴式隔热板，如图2；和排气系统零部件上焊接有隔热罩，如图3。
比如某改款车型排气系统零部件设计时与悬置总成设计间隙为39.7mm，对标基础车型，此改款车设计间隙大于无任何隔热防护的基础车型，基础车在量产后无热害问题，所以设计初期未进行隔热防护设计。
但在整车温度场试验中实测悬置表面最高温度为124℃，超过其耐温极限100℃要求。
且悬置无法通过改变材质提高其自身耐温性能，故在排气管上设计焊接隔热罩进行隔热防护。
排气管焊接隔热罩后，通过整车温度场试验实测悬置表面温度最高为96℃，满足其耐温要求。
3.3排气系统与周边件之间增加隔热措施。
由于排气系统布置在底盘下方，驾驶室及后备箱内布置有耐温较低的零部件，为了更好地对其进行隔热防护，一般在排气系统与周边件
之间设计有隔热板。
隔热板安装在地板上，对隔热板上方的线束、管路、驾驶室和后备箱内零部件进行隔热防护。
设计初期可根据温度场仿真分析选择隔热板类型，一般单层隔热板受热面与散热面的温差需≥150℃；双层隔热板受热面与散热面的温差需≥200℃；多层（夹隔热棉）隔热板受热面与散热面的温差需≥300℃。
比如某车型排气系统与换挡拉线设计间隙为62.7mm，设计初期设计有隔热板，隔热板安装在地板下方，对换挡拉线进行隔热防护，排气系统与隔热板设计间隙为51mm，布置图如图4。
排气系统与换挡拉线增加隔热罩后，实测换挡拉线表面温度为99℃，满足其工作温度130℃的要求。
4结束语
传统燃油发动机排气系统是汽车的主要热源之一，周边件处在高温环境中，其功能及耐久性能是整车试验验证的必要项。
在总布置设计初期，排气系统与周边件间隙不满足设计要求，但经温度场仿真分析和整车试验验证均满足零部件耐温要求时，为了节约成本，可取消隔热防护措施。
但经温度场仿真分析或整车试验验证，辐射到零部件上的温度不满足其耐温要求时，即使设计间隙满足要求，为了避免零部件功能、耐久性能失效及可能引发的火烧车问题，需通过更换材质提高零部件本身耐温性能或增加隔热防护措施，降低排气系统辐射热量。
参考文献
[1]秦建军.乘用车排气系统总布置设计要素分析[J].汽车工程师,2019,(4):32-33.
[2]夏广东,靖发.谈反置式发动机排气系统在整车中的布置要求[J].工程技术,2016,(9):257.
[3]GB/T12542-2009.汽车热平衡能力道路试验方法[S].。