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1、汽車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則分析 摘要：汽車排氣系統(tǒng)是傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的重要組成部分之一。排氣系統(tǒng)承擔(dān)了控制排氣污染、降低排氣噪聲的重要功能，同時(shí)排氣系統(tǒng)承受著500℃到900℃的高溫，是汽車構(gòu)造中最主要的熱源之一。為了減少排氣系統(tǒng)高溫對(duì)周邊件功能、耐久性能的影響，文章從總布置設(shè)計(jì)角度出發(fā)，分析了排氣系統(tǒng)與周邊件間隙確定方法及周邊件隔熱防護(hù)措施，從而避免了由于間隙過小及隔熱防護(hù)不到位引發(fā)的火燒車現(xiàn)象和周邊件功能、耐久性能失效問題。 關(guān)鍵詞：排氣系統(tǒng)；周邊件；隔熱防護(hù)；間隙 1引言 汽車排氣系統(tǒng)是傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的重要組成部分之一，其負(fù)責(zé)將發(fā)動(dòng)機(jī)

2、工作過程中燃燒的廢氣排放到大氣中，對(duì)尾氣凈化、噪聲降低起著非常關(guān)鍵的作用[1]。排氣系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器出口相連，布置在底盤下方，且承受著500℃到900℃的高溫，是汽車構(gòu)造中最主要的熱源之一。排氣系統(tǒng)主要分為熱端和冷端。熱端由三元催化轉(zhuǎn)化器總成、顆粒捕捉器和支架等組成。冷端由消聲器總成、連接管路和橡膠吊掛等組成。排氣系統(tǒng)熱端與增壓器出口相連，最高溫度可達(dá)到900℃以上，排氣系統(tǒng)冷端通過法蘭與熱端相連，溫度相對(duì)較低，但靠近熱端處的最高溫度也可達(dá)到500℃以上。排氣系統(tǒng)周邊件復(fù)雜多樣，汽車工作時(shí)，排氣系統(tǒng)表面溫度很高，由于受到車身、底盤等系統(tǒng)的影響，排氣系統(tǒng)周邊難免會(huì)布置一些耐受溫度較低的零部件。

3、受周邊件耐熱、耐久性能要求的影響，周邊件與排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)間隙在排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置中至關(guān)重要。間隙過小，排氣系統(tǒng)輻射到周邊件上的溫度超過其耐溫要求易導(dǎo)致周邊件功能失效、耐久老化，嚴(yán)重者可引發(fā)火燒車問題。間隙過大，易造成布置空間的浪費(fèi)。為了更好地避免由于間隙問題及隔熱防護(hù)不到位引發(fā)的火燒車現(xiàn)象和周邊件功能、耐久性能失效問題，本文著重闡述了總布置設(shè)計(jì)時(shí)，排氣系統(tǒng)與周邊件間隙確定原則及周邊件隔熱防護(hù)措施。 2排氣系統(tǒng)與周邊件設(shè)計(jì)間隙確定原則 2.1設(shè)計(jì)要求對(duì)標(biāo)法?？偛贾迷O(shè)計(jì)初期，排氣系統(tǒng)與周邊件間隙應(yīng)滿足保安防災(zāi)要求，如表1所示[2]。排氣系統(tǒng)與周邊件間隙要求主要是經(jīng)過前期大量的

4、設(shè)計(jì)驗(yàn)證及對(duì)標(biāo)標(biāo)桿車并參考各大車企設(shè)計(jì)要求總結(jié)而來?？偛贾迷O(shè)計(jì)初期，保安防災(zāi)要求是校核并確定數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)間隙的第一依據(jù)。 2.2溫度場仿真分析法?？偛贾迷O(shè)計(jì)初期，由于受整車布置空間的影響，排氣系統(tǒng)與周邊件間隙無法滿足設(shè)計(jì)要求的方案是不可避免的。為了保證方案的可行性，需進(jìn)行溫度場仿真分析，以驗(yàn)證排氣系統(tǒng)輻射到周邊件上的溫度是否滿足其耐溫要求，確保周邊功能件正常且滿足耐久要求。選擇溫度場分析軟件進(jìn)行建模，并根據(jù)輸入的相關(guān)條件對(duì)溫度場進(jìn)行計(jì)算，輸出輻射到排氣系統(tǒng)周邊件上的溫度。最后根據(jù)仿真分析結(jié)果，判定方案可行性。輸入條件：車速、環(huán)境溫度、各冷卻模塊芯體風(fēng)阻特性、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、各冷卻模塊芯體散熱

5、量、發(fā)動(dòng)機(jī)本體表面溫度、排氣系統(tǒng)各段表面溫度、熱源材質(zhì)、周邊件材質(zhì)等。 2.3溫度場整車試驗(yàn)法。由于溫度場仿真分析結(jié)果在為總布置設(shè)計(jì)初期只作為方案確定的參考項(xiàng)，但不能保證汽車實(shí)際工作中，排氣系統(tǒng)周邊件在經(jīng)歷高溫后功能及耐久性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，所以需要進(jìn)行溫度場整車試驗(yàn)。按照整車溫度場性能試驗(yàn)規(guī)范，選用按照GB/T12534《汽車道路試驗(yàn)方法通則》完成至少1000Km磨合的新車進(jìn)行怠速、低速爬坡、高速爬坡、高速和城市等運(yùn)行工況的試驗(yàn)，并輸出溫度場試驗(yàn)結(jié)果[3]。整車溫度場試驗(yàn)結(jié)果是對(duì)總布置設(shè)計(jì)初期確定的方案進(jìn)行的試驗(yàn)驗(yàn)證，溫度場試驗(yàn)結(jié)果若不滿足設(shè)計(jì)要求，需要制定排氣系統(tǒng)周邊件隔熱防

6、護(hù)措施，并再次進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證，直到方案滿足設(shè)計(jì)要求為止。 3排氣系統(tǒng)周邊件隔熱防護(hù)措施 無論是總布置設(shè)計(jì)初期還是實(shí)車進(jìn)行驗(yàn)證后，排氣系統(tǒng)與周邊件布置方案若不滿足設(shè)計(jì)要求，均需重新制定設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，以保證設(shè)計(jì)方案可行性。一般排氣系統(tǒng)周邊件隔熱防護(hù)措施主要為提高零部件本身耐溫性能或通過阻斷隔熱的方式進(jìn)行防護(hù)。 3.1提高周邊件自身耐溫極限。當(dāng)排氣系統(tǒng)與周邊件不滿足間隙要求或輻射溫度超過周邊件耐溫要求時(shí)，可通過改變零部件的材料來改善零部件本身耐溫性能。比如某車型在總布置設(shè)計(jì)初期，消聲器總成與車身連接的橡膠吊掛選用材質(zhì)為EPDM，材質(zhì)最高耐溫要求為150℃左右，但

7、在整車溫度場試驗(yàn)中，實(shí)測橡膠吊掛表面溫度超出150℃，不滿足其正常工作溫度120℃的要求。為了避免橡膠吊掛長期處于高溫環(huán)境中導(dǎo)致其老化、耐久開裂等問題，故將EPDM橡膠吊掛變更為最高耐溫要求達(dá)300℃的VMQ橡膠吊掛。 3.2排氣系統(tǒng)上或周邊件上增加隔熱措施。當(dāng)周邊件無法通過改變材料來改善其耐溫性能或更改費(fèi)用較高時(shí)，可通過在排氣系統(tǒng)零部件或周邊件上增加隔熱防護(hù)，像大多數(shù)車型在管路或線束上設(shè)計(jì)有包裹式鋁箔，如圖1；油箱上設(shè)計(jì)有粘貼式隔熱板，如圖2；和排氣系統(tǒng)零部件上焊接有隔熱罩，如圖3。比如某改款車型排氣系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)時(shí)與懸置總成設(shè)計(jì)間隙為39.7mm，對(duì)標(biāo)基礎(chǔ)車型，此改款車設(shè)計(jì)間隙

8、大于無任何隔熱防護(hù)的基礎(chǔ)車型，基礎(chǔ)車在量產(chǎn)后無熱害問題，所以設(shè)計(jì)初期未進(jìn)行隔熱防護(hù)設(shè)計(jì)。但在整車溫度場試驗(yàn)中實(shí)測懸置表面最高溫度為124℃，超過其耐溫極限100℃要求。且懸置無法通過改變材質(zhì)提高其自身耐溫性能，故在排氣管上設(shè)計(jì)焊接隔熱罩進(jìn)行隔熱防護(hù)。排氣管焊接隔熱罩后，通過整車溫度場試驗(yàn)實(shí)測懸置表面溫度最高為96℃，滿足其耐溫要求。 3.3排氣系統(tǒng)與周邊件之間增加隔熱措施。由于排氣系統(tǒng)布置在底盤下方，駕駛室及后備箱內(nèi)布置有耐溫較低的零部件，為了更好地對(duì)其進(jìn)行隔熱防護(hù)，一般在排氣系統(tǒng)與周邊件之間設(shè)計(jì)有隔熱板。隔熱板安裝在地板上，對(duì)隔熱板上方的線束、管路、駕駛室和后備箱內(nèi)零部件進(jìn)行隔熱

9、防護(hù)。設(shè)計(jì)初期可根據(jù)溫度場仿真分析選擇隔熱板類型，一般單層隔熱板受熱面與散熱面的溫差需≥150℃；雙層隔熱板受熱面與散熱面的溫差需≥200℃；多層（夾隔熱棉）隔熱板受熱面與散熱面的溫差需≥300℃。比如某車型排氣系統(tǒng)與換擋拉線設(shè)計(jì)間隙為62.7mm，設(shè)計(jì)初期設(shè)計(jì)有隔熱板，隔熱板安裝在地板下方，對(duì)換擋拉線進(jìn)行隔熱防護(hù)，排氣系統(tǒng)與隔熱板設(shè)計(jì)間隙為51mm，布置圖如圖4。排氣系統(tǒng)與換擋拉線增加隔熱罩后，實(shí)測換擋拉線表面溫度為99℃，滿足其工作溫度130℃的要求。 4結(jié)束語 傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)是汽車的主要熱源之一，周邊件處在高溫環(huán)境中，其功能及耐久性能是整

10、車試驗(yàn)驗(yàn)證的必要項(xiàng)。在總布置設(shè)計(jì)初期，排氣系統(tǒng)與周邊件間隙不滿足設(shè)計(jì)要求，但經(jīng)溫度場仿真分析和整車試驗(yàn)驗(yàn)證均滿足零部件耐溫要求時(shí)，為了節(jié)約成本，可取消隔熱防護(hù)措施。但經(jīng)溫度場仿真分析或整車試驗(yàn)驗(yàn)證，輻射到零部件上的溫度不滿足其耐溫要求時(shí)，即使設(shè)計(jì)間隙滿足要求，為了避免零部件功能、耐久性能失效及可能引發(fā)的火燒車問題，需通過更換材質(zhì)提高零部件本身耐溫性能或增加隔熱防護(hù)措施，降低排氣系統(tǒng)輻射熱量。 參考文獻(xiàn) [1]秦建軍.乘用車排氣系統(tǒng)總布置設(shè)計(jì)要素分析[J].汽車工程師,2019,(4):32-33. [2]夏廣東,靖發(fā).談反置式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)在整車中的布置要求[J].工程技術(shù),2016,(9):257. [3]GB/T12542-2009.汽車熱平衡能力道路試驗(yàn)方法[S].