捷達汽車排氣裝置改進及性能實驗臺設計,捷達汽車排氣裝置改進及性能實驗臺設計,捷達,汽車,排氣裝置,改進,改良,性能,機能,實驗,試驗,設計 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 填表日期 2010年 4月18 日 迄今已進行 8 周剩余 9 周 學生姓名 劉泓伸 院系 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程B07-7 指導教師姓名 鮑 宇 職稱 高級實驗師 從事 專業(yè) 汽車運用 是否外聘 □是■否 題目名稱 捷達汽車排氣裝置改進及性能實驗臺設計 學 生 填 寫 畢業(yè)設計（論文）工作進度 已完成主要內容 待完成主要內容 （1）發(fā)動機的選型； （2）收集排氣系統(tǒng)相關資料； （3）實驗臺附加設備選； （4）實驗臺架布局設計； （5）實驗臺設計草圖。 。 （1）實驗臺總體結構的設計； （2）裝配圖及定位件圖紙； （3）說明書的撰寫。 存在問題及努力方向 　在設計的過程中，對臺架的總體設計布局不夠合理，對裝配圖的畫法不夠清晰。在以后的設計中將明確目標，理清思路，認真學習研究將畢業(yè)設計完成。 學生簽字： 劉泓伸 指導教師 意 見 指導教師簽字： 年 月 日 教研室 意 見 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-5 SY-025-BY-2 畢業(yè)設計（論文）任務書 學生姓名 劉泓伸 院系 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程B07-7班 指導教師姓名 鮑宇 職稱 高級實驗師 從事 專業(yè) 汽車運用 是否外聘 □是■否 題目名稱 捷達汽車排氣裝置改進及性能實驗臺設計 一、設計（論文）目的、意義 北方冬季，環(huán)境溫度較低，汽車尾氣中的水蒸汽就會在排氣管壁冷凝成水滴，并且隨排氣流至路面，尤其針對使用乙醇汽油的車輛。乙醇汽油作為一種車用清潔燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃燒的排放物中生成的水分也較多，受周圍的環(huán)境溫度以及排氣降噪能量轉換的影響，汽車的排氣管會向外滴水，這是一個很普遍的現象 因此，針對東北寒冷的冬季，在盡量少的影響原有排氣系統(tǒng)下，如何改進排氣系統(tǒng)以減少或消除汽車燃燒乙醇汽油所排除的水分導致的路面結冰問題，對乙醇汽油在寒冷地區(qū)的應用，及道路的交通擁擠問題的緩解有著重大而深遠的意義 二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法） 設計內容: 1) 設計實驗方案確定汽車排氣管中水蒸氣液化的臨界點 2) 消音器制作加工工藝改進設計； 3）實驗臺各機構的設計及總體布局； 4) 試驗臺整體校核； 研究方法:實驗室調研 三、設計（論文）完成后應提交的成果： 1、設計說明部分： （1）畢業(yè)設計計算說明書（15000字） 2、設計圖紙： CAD零件圖和裝配圖。（折合零號圖至少三張） 四、設計（論文）進度安排： （1） 第1周( 2月28日~3月6日)：查閱參考資料，收集相關技術資料，了解冬季汽車尾氣排放特征，熟悉乙醇汽油燃燒理化特性。 （2） 第2周( 3月7日~3月13日)：結合任務書制定設計方案，撰寫開題報告。 （3） 第3周(3月14日~3月20日)：設計實驗方案，確定尾氣中水分與氣體完全分離的臨界點；。 （4） 第4周( 3月21日~3月27日)：根據設計方案，研究乙醇汽油燃燒理化特性分析，材料涂層保溫特性分析以及熱傳遞效率分析。 （5） 第5周(3月28日~4月3日)：繪制圖紙，研究汽車尾氣排放消音降噪控制理論及方法 （6） 第6周(4月4日~4月10日)：繼續(xù)繪制圖紙。進行消音器制作加工工藝改進及設計。 （7） 第7周(4月11日~4月17日)：繪制零件圖，繼續(xù)繪制圖紙。進行排氣裝置性能試驗臺設計。 （8） 第8周(4月18日~4月24日)：接受中期檢查。 （9） 第9周(4月25日~5月1日)：對中期檢查的不足之處進行修改。 （10）第10周(5月2日~5月8日)：對設計草圖進行修改，進一步完善設計。 （11）第11周(5月9日~5月15日)：進行相關校核。 （12）第12周( 5月16日~5月22日)：完成設計圖紙及說明書初稿。 （13）第13周( 5月23日~5月29日)：說明書及圖紙送審，根據審閱老師意見進行修改。 （14）第14周( 5月30日~6月5日)：預答辯。 （15）第15周( 6月6日~6月12日)：修改預答辯中發(fā)現的問題準備答辯。 （16）第16周( 6月13日~6月19日)：修改預答辯中發(fā)現的問題準備答辯。 （17）第17周( 6月20日~6月26日)：答辯。 五、主要參考資料 六、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 本科學生畢業(yè)設計 捷達汽車排氣裝置改進及性能實驗臺設計 院系名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程 B07-7班 學生姓名： 劉泓伸 指導教師： 鮑 宇 職 稱： 高級實驗師 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree The Jetta Car Exhaust Device and Improve Performance Test Design Candidate：Liu hongshen Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-7 Supervisor：Senior Experimental Division. Bao Yu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目: 捷達汽車排氣裝置改進 及性能實驗臺設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛07-7 學 生 姓 名: 劉泓伸 導 師 姓 名: 鮑 宇 開 題 時 間: 2011.02.28 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 劉泓伸 院系 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程07-7班 指導教師姓名 鮑宇 職稱 高級實驗師 從事 專業(yè) 汽車運用 是否外聘 □是■否 題目名稱 捷達汽車排氣裝置改進及性能實驗臺設計 一、課題研究現狀、選題目的和意義 1、課題研究現狀 汽車問世以來經過100多年發(fā)展，全世界汽車保有量已超過6億量。這么龐大的汽車隊伍，給人們帶來了極大的物質享受，同時汽車的排污與噪聲也對環(huán)境造成嚴重威脅，引起了全世界人民的關注。我國早于80年代初即頒布國家標準，規(guī)定汽車污染物排放及噪聲允許法規(guī)。 為了緩解汽車工業(yè)的飛速發(fā)展所帶來的能源緊張和環(huán)境污染雙重壓力, 研制開發(fā)清潔代用燃料以及合理的資源利用已成為日益突出的現實性課題。乙醇作為替代燃料之一逐漸引起了人們的重視。乙醇以其獨特的理化特性在發(fā)動機上正得到越來越廣泛的應用。 國內外的學者對乙醇汽油進行了大量研究，結果表明：在發(fā)動機未作任何改動或優(yōu)化調整時，發(fā)動機燃用小比例醇類混合燃料時的動力性和經濟性與燃燒汽油基本一致，排放性能得到改善。 汽車排氣系統(tǒng)從靠近發(fā)動機的方向開始，由排氣歧管、前管、撓性管、催化轉換器、中心管、主消音器和末端管等7個零部件構成。根據車種的不同，有的安裝了數個催化轉換器，有的安裝了副消音器。 1.1排氣歧管 排氣歧管是靠近發(fā)動機的部分，由于排出氣體的溫度高達900℃，因此要求材料具有良好的抗氧化性、高溫強度和熱疲勞特性。而且，為能進行復雜的形狀加工，還要求材料應具有良好的成形性。采用不銹鋼制作的排氣歧管根據其構造的不同，可以分為兩類。一類是將鋼板沖壓后焊接而成，另一類是將鋼管彎曲后焊接而成，對于后者，還有的使用雙重管構造的鋼管。 用作排氣歧管的不銹鋼有奧氏體系不銹鋼和鐵素體系不銹鋼等兩種。奧氏體系不銹鋼具有良好的高溫強度，但由于容易發(fā)生氧化皮剝落，因此在抗氧化性方面不如鐵素體系不銹鋼。作為使用的鋼種有SUS304（18Cr-8Ni）和SUS XM15J1（18Cr-13Ni-4Si）。另一方面，鐵素體系不銹鋼雖然抗氧化性好，但高溫強度不如奧氏體系不銹鋼。由于熱膨脹系數小，因此在熱疲勞特性方面有利。作為使用鋼種有SUH409L（11Cr-Ti-LC）和SUS430J1L（18Cr-0.5Cu-Nb-LC，N），但近年來隨著廢氣排放規(guī)定的強化，排氣溫度呈高溫化的趨勢，據說有的高達950℃。在這種情況下，可以使用SUS444（19Cr-2Mo）系不銹鋼。另外，作為降低成本的材料，還有的使用了降低Cr量的SUS429（15Cr）系不銹鋼。采用雙重管的排氣歧管通常是內管使用奧氏體系不銹鋼，外管使用鐵素體系不銹鋼。 1.2前管 前管使用的材料有SHU409L、SUS436L（17Cr-1Mo-LC，N），SUS430J1L等鐵素體系不銹鋼，但在采用中空雙重時，還有的使用奧氏體系不銹鋼作內管。 作為今后的發(fā)展趨勢，低成本、抗氧化性和熱疲勞特性好的鐵素體系不銹鋼毫無疑問將成為主流。尤其是，由于排氣溫度的高溫化和管子的薄壁化，可以認為將采用高溫性能更好的鋼種，如SUS429級。 1.3撓性管 撓性管由蛇腹狀的雙重管和用不銹鋼鋼絲網將其包裹起來的外編帶構成。從使用性能來看，要求具有高溫疲勞性，為了做成蛇腹形狀，還要求它具有加工性。尤其是，在寒冷地區(qū)為防止道路凍結使用了化雪鹽，因此要求管的外側還應具有耐高溫鹽害腐蝕性。 使用的材料主要是SUS304。但是，由于在寒冷地區(qū)為防止道路凍結使用了化雪鹽，要求管的外側還應具有耐高溫鹽害腐蝕性，因此使用了添加Si、增加Ni添加量的耐高溫鹽害腐蝕性能更高的SUS XM15J1。最近，開始已使用SUS316L（18Cr-12Ni-2.5No-LC），其價格比SUS XM15J1更便宜，抗晶界腐蝕性比SUS304更高。 1.4催化轉換器（催化載體和催化轉換器外殼） 為減少汽車排出的廢氣對空氣的污染，安裝了被稱作“催化轉換器”的排氣凈化系統(tǒng)。催化轉換器安裝在排氣歧管下面或底盤下面等，因此要能夠經受住高溫和振動等苛刻條件的考驗。對于催化載體，在使用了鐵素體系不銹鋼箔材制作的金屬載體。使用鐵素體系不銹鋼箔材的原因是它的熱沖擊特性小且熱容量小的緣故。金屬載體由采用不銹鋼鋼箔制作的蜂窩狀型芯和采用不銹鋼鋼板制作的外殼構成。蜂巢上的型芯是把平箔材和波浪狀箔材卷起后通過釬焊等焊接結合而成的。外殼要求具有高溫強度、耐高溫鹽害性加工性。 對于箔材的要求 是抗氧化性要好，因此使用了Fe-Cr-Al系鐵素體不銹鋼。具有代表性的鋼種是Fe-20Cr-5Al合金。為提高氧化皮膜的密封性，還有的添加了少量Hf、Y、Ce等稀土類金屬元素（REM）。今后對抗氧化性的要求將會進一步提高。 對于催化轉換器的外殼，大部分是使用SUS430（17Cr）系不銹鋼，但隨著排氣溫度的升高，目前還有的正在使用SUS430J1L或SUS429系等高溫特性更好的鐵素體系不銹鋼。 1.5中心管 中心管所用的材料，以前是采用熱浸鍍鋁鋼板，由于對管的內外面采取了防濕氣腐蝕的措施，因此不銹鋼的使用量劇增，主要是使用SUS410（13Cr）系不銹鋼、SHU409L和SUS430系不銹鋼。 1.6主消音器 目前主消音器用材料主要是SUS436L，但為了降低成本，減少Mo的SUS432系不銹鋼（17Cr-0.5Mo）的使用量正在增加。對于外殼和末端板等，從美觀和防腐蝕措施來看，還有的使用鍍鋁不銹鋼。 1.7末端管 由于末端管的使用溫度低，因此從材料的性能來看，使用鍍鋁鋼板就可以了，但是，從圖案性的方面來看，有的使用SUS409L和SUS430系等高純度鐵素體系不銹鋼，有的則使用奧氏體系的SUS304不銹鋼。在對圖案有特別要求的情況下，還有的使用鍍Cr不銹鋼鋼管或熱浸鍍鋁不銹鋼鋼管。 二、設計（論文）目的、意義 北方冬季，環(huán)境溫度較低，汽車尾氣中的水蒸汽就會在排氣管壁冷凝成水滴，并且隨排氣流至路面，尤其針對使用乙醇汽油的車輛。乙醇汽油作為一種車用清潔燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃燒的排放物中生成的水分也較多，受周圍的環(huán)境溫度以及排氣降噪能量轉換的影響，汽車的排氣管會向外滴水，這是一個很普遍的現象 因此，針對東北寒冷的冬季，在盡量少的影響原有排氣系統(tǒng)下，如何改進排氣系統(tǒng)以減少或消除汽車燃燒乙醇汽油所排除的水分導致的路面結冰問題，對乙醇汽油在寒冷地區(qū)的應用，及道路的交通擁擠問題的緩解有著重大而深遠的意義。 二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題 設計的主要內容： 1) 設計實驗方案確定汽車排氣管中水蒸氣液化的臨界點 2) 消音器制作加工工藝改進設計； 3）實驗臺各機構的設計及總體布局； 4) 實驗臺整體校核； 擬解決的主要問題 1)設計實驗方案，通過試驗方案來確定排氣管中水蒸氣液化的臨界點； 2) 查找資料，擇材料涂層，研究材料涂層保溫特性以及熱傳遞效率； 3) 探索汽車尾氣排放消音降噪控制理論及方法； 4) 消音器制作加工工藝改進及設計 5）試驗臺的設計及校核； 3、 技術路線（研究方法） 整體方案的確定 設計實驗方案 乙醇汽油燃燒特性 汽車尾氣排放消音降噪控制理論及方法 5) 消音器制作加工工藝改進及設計 消音器制作加工工藝改進及設計 利用AUTOCAD繪圖 完成畢業(yè)設計和設計說明書 四、進度安排 （1） 第1周( 3月1日~3月7日)：查閱參考資料，收集相關技術資料，了解冬季汽車尾氣排放特征，熟悉乙醇汽油燃燒理化特性。 （2） 第2周( 3月8日~3月14日)：結合任務書制定設計方案，撰寫開題報告。 （3） 第3周(3月15日~3月21日)：設計試驗方案，確定汽車排氣管中水蒸氣液化成水滴的臨界點。 （4） 第4周( 3月22日~3月28日)：根據設計方案，研究乙醇汽油燃燒理化特性分析； 材料涂層保溫特性分析以及熱傳遞效率分析。 （5） 第5周(3月29日~4月4日)： 繪制圖紙，研究汽車尾氣排放消音降噪控制理論及方法 （6） 第6周(4月5日~4月11日)：繼續(xù)繪制圖紙。進行消音器制作加工工藝改進及設計。 （7） 第7周(4月12日~4月18日)：繪制零件圖，繼續(xù)繪制圖紙。對實驗臺進行設計及校核，撰寫設計說明書 （8） 第8周(4月19日~4月25日)：接受中期檢查。 （9） 第9周(4月26日~5月2日)：對中期檢查的不足之處進行修改。 （10）第10周(5月3日~5月9日)：對設計草圖進行修改，進一步完善設計。 （11）第11周(5月10日~5月16日)：進行相關校核。 （12）第12周( 5月17日~5月23日)：完成設計圖紙及說明書初稿。 （13）第13周( 5月24日~5月30日)：說明書及圖紙送審，根據審閱老師意見進行修改。 （14）第14周( 5月31日~6月6日)：預答辯。 （15）第15周( 6月7日~6月13日)：修改預答辯中發(fā)現的問題準備答辯。 （16）第16周( 6月14日~6月20日)：修改預答辯中發(fā)現的問題準備答辯。 （17）第17周( 6月21日~6月27日)：答辯。 五、參考文獻 1.李俄收;汽車新型排氣凈化裝置 [J]. 內燃機, 2005 2.沈克富,劉耀球;D型進排氣歧管[J];汽車技術;1982年11期 3.田煒;重量輕的排氣歧管[J];汽車技術;1981年05期 4.王兵;6BT排氣歧管[N];中國汽車報;2000年 5.錢曾權;美國用不銹鋼制造汽車排氣系統(tǒng)[J];汽車與配件;1988年02期 6.張浚源,李未,程昌圻;應用模擬程序進行492Q汽油機進排氣歧管改型設計[J];內燃機工程;1990年01期 7.MotohiroInaba ,周永林 ,王維成;汽車排氣系統(tǒng)低噪聲和低壓力的控制技術[J];小型內燃機與摩托車;1991年02期 8.任憲忠;柴油機尾氣熱量排放規(guī)律及其應用研究[D];東北農業(yè)大學;2000年 9.鄒有武;汽車排氣系統(tǒng)用材的現狀和展望[J];汽車工藝與材料;1992年07期 10.張肇富;汽車排氣凈化用催化劑技術的現狀和將來動向[J];環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展;1993年04期 11.汽車排氣系統(tǒng)零件用不銹網[N];世界金屬導報;2001年 12.張文茹,楊成義,謝建國. 汽車排氣系統(tǒng)用鐵素體不銹鋼的發(fā)展[J]機械管理開發(fā), 1999, (04 13.李青. 汽車排氣系統(tǒng)材料的研究[ J ]. 世界汽車, 1997,(11) : 8 - 11 14.Ceviz M A，Yuksel F．Effects of Ethanol-unleaded GasolineBlends on Cyclic Variability and Emissions in an SI Engine［J］．Applied Thermal Engineering，2005，25（5）：917925． 15. Hakan Bayraktar．Experimental and Theoretical Investigationof Using Gasoline-ethanol Blends in Spark-ignition Engines［J］．Renewable Energy，2005，30（11）：1733 1747． 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘　　要 I Abstract II 第1章 緒　　論 1 1.1 課題的來源和意義 1 1.2 汽車試驗裝置的發(fā)展概況 1 1.3 汽車排氣裝置性能試驗臺國內外發(fā)展概況 2 1.4 本課題研究內容及主要工作 3 第2章 汽車排氣裝置的組成和工作原理 5 2.1汽車排氣裝置的作用和組成 5 2.2汽車排氣裝置的工作原理 5 2.3汽車排氣裝置相關資料 8 2.4 本章小結 9 第3章 燃乙醇汽油車排氣管內部溫度與滴水量測定試驗方案設計 10 3.1試驗方案 10 3.2試驗裝置 10 3.3排氣管內部溫度變化的測定 12 3.3.1怠速試驗 12 3.3.1.1平地怠速試驗 12 3.3.1.2坡道怠速試驗 14 3.3.2低速工況試驗 15 3.3.3中速工況試驗 16 3.3.4高速工況試驗 17 3.4排氣尾管末端滴水量的試驗測定 18 3.4.1怠速試驗 18 3.4.1.1平地怠速試驗 18 3.4.1.2坡道怠速試驗 18 3.4.2低速工況試驗 19 3.4.3中速工況試驗 19 3.4.4高速工況試驗 20 3.5排氣管末端滴水量的分析 21 3.6本章小結 21 第4章 捷達汽車消聲器結構改進設計 22 4.1 乙醇汽油燃燒理化特性分析 22 4.1.1車用乙醇汽油的定義 22 4.1.2車用乙醇汽油的優(yōu)點 22 4.2材料涂層保溫特性分析以及熱傳遞效率分析 23 4.3汽車消聲器制作加工工藝 24 4.3.1汽車消聲器介紹 24 4.3.2消聲器的技術指標 25 4.3.3消聲器的設計步驟 27 4.4消聲器改進及設計 27 4.5 本章小結 28 第5章 汽車排氣裝置性能實驗臺整體結構設計及校核 29 5.1 實驗臺總體設計方案 29 5.2定位件的校核 31 5.3 實驗臺的整體校核 31 5.4 本章小結 31 結　　論 34 參考文獻 35 致　　謝 36 附錄A 37 附錄B 38 摘　　要 北方冬季，環(huán)境溫度較低，汽車尾氣中的水蒸汽就會在排氣管壁冷凝成水滴，并且隨排氣流至路面，尤其針對使用乙醇汽油的車輛。乙醇汽油作為一種車用清潔燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃燒的排放物中生成的水分也較多，受周圍的環(huán)境溫度以及排氣降噪能量轉換的影響，汽車的排氣管會向外滴水，這是一個很普遍的現象。 基于乙醇汽油燃燒特點，車輛使用乙醇汽油導致路面結冰，在公交站臺、上坡路段、十字路口等處，尤其在在一些擁擠路段，冬季更容易形成冰層，大多路段都是難清理的薄冰。這不僅減緩了車速，造成冬季擁擠市區(qū)行車的不便，延長了車在路面的時間，更增加燃油消耗，而且增加了有害物質的排放，減少制動距離，使刮碰等事故不斷，不但沒有達到節(jié)能減排的目的，還增加了大量人力、時間和物質成本。 因此，針對東北寒冷的冬季，在盡量少的影響原有排氣系統(tǒng)下，如何改進排氣系統(tǒng)以減少或消除汽車燃燒乙醇汽油所排除的水分導致的路面結冰問題，對乙醇汽油在寒冷地區(qū)的應用，及道路的交通擁擠問題的緩解有著重大而深遠的意義。 本設計主要是針對捷達汽車排氣裝置進行展開，首先介紹了捷達汽車排氣裝置的內部結構、工作原理及運行情況。在此基礎上，提出了一種以試驗為目的的排氣裝置實驗臺設計方案。針對它的性能測試目的，該實驗臺的特點是結構相對較為簡單，實驗臺設有數顯溫度傳感器，便于在試驗過程中，讓操作者直觀了解并通過更換不同排氣裝置進行性能測試來增強其動手能力，以達到良好的試驗效果。 關鍵詞：；排氣裝置；消聲器；實驗臺；試驗；溫度； ABSTRACT The north winter, environmental temperature is lower, the automobile exhaust steam will exhaust pipe wall into the droplets in condensation, and exhaust flow to the pavement with, especially to use ethanol and gasoline vehicles. Ethanol and gasoline, as a kind of car, and the rich in oxygen clean fuel element, but the burning ethanol and gasoline emissions generated by the surrounding water more, also the environment temperature and exhaust noise reduction of energy conversion, the influence of the car exhaust the drop of water, this to is a common phenomenon. Based on ethanol and gasoline, combustion characteristics vehicle use ethanol in gasoline, bus station in the icy road intersection, uphill, the place such as in crowded, especially in some sections, more easy to form ice in winter, most of the roads are clear, it is the thin ice. This not only slow its speed, and cause the winter driving the inconvenience, crowded downtown extended the car in the pavement of the time, the more increase fuel consumption, and increased the discharge of harmful materials, reduce braking distance, scraping the touch, etc, not only have no accidents have reached the purpose of energy conservation and emission reduction, and also adds a great human, time and material cost. Therefore, in view of the northeast cold winter, in the influence of less as far as possible the original exhaust system, how to improve the exhaust system to reduce or eliminate the burning ethanol and gasoline car out of the icy road to the water problem, ethanol and gasoline in cold area, and the application of road traffic congestion relief has a great and profound significance. This design is mainly aimed at faw car exhaust device, opened first introduced the exhaust device inside the jetta structure, working principle and operation. Based on this, puts forward a kind of to test for the purpose of exhaust device test bench design scheme. According to its performance testing purpose, this test bench is characteristic of the structure are relatively simple, test bench with digital display temperature sensor, facilitate in the study, let the operator can learn about and by changing different exhaust device performance testing to enhance its beginning ability, to achieve good testing result. Key words：Exhaust device；Muffler；Experimental stage；Trial；Temperature； 35 第1章 緒　　論 1.1 課題的來源和意義 我國汽車行業(yè)在全世界來說應該屬于那種旭日東升，蓬勃發(fā)展的一種類型。由于眾所周知的原因，我國的汽車工業(yè)雖起步于上世紀50年代，但卻躑躅于60年代，徘徊在70年代，直到改革開放我國政府提出把汽車工業(yè)作為支柱性產業(yè)重點發(fā)展，才開始快速發(fā)展。正是由于這些曲折和波折，使我國汽車業(yè)的設計、制造、應用等各領域的技術水平均大幅落后于其他發(fā)達國家，汽車試驗領域也是沒有例外。 改革開放以來，受政策的支持和資金的扶持，以及各廠家和相關單位及院校的共同努力，我國的汽車工業(yè)大踏步向前發(fā)展，取得了不小的進步，我國的汽車產量在2003年已經躍居世界第5位，我國的技術水平也相應取得了飛速的發(fā)展，我國汽車的大量出口已指日可待。作為汽車技術一部分的汽車試驗領域也取得了一些顯著成果。由于一直緊跟國外先進汽車的試驗研究方法，從理論上也達到了較高的水平，基本上達到了世界的平均水平，但是受到技術和成本的限制，尚未普遍應用于科研、教學和生產部門。 汽車零部件試驗在汽車設計和制造領域占據重要的地位，因此試驗臺的種類也很多，有的結構簡單，但耗費較高，有的現代化程度高，適合規(guī)模大、效益高的大型試驗部門使用，但造價昂貴。而一些小型科研單位以及高等院校受資金、場地、人員、環(huán)境等的影響，不可能采用上述那些要求較高的試驗臺。本課題在于研究一種經濟實用而且經久耐用，便于操作，占地較小，適合于室內安裝的試驗臺，以供那些條件有限的單位使用。 汽車排氣裝置是使用條件復雜，受環(huán)境影響較大，可靠性要求高的重要部件，因此從產品開發(fā)到生產直至使用都要對其進行大量的試驗，以確定其各種性能參數，為汽車的生產、銷售以及維修單位和汽車的使用者提供可靠的參考，防止出現重大的事故。在此領域各國都在潛心研究，以不斷提高試驗的準確性，從而提供更可靠的試驗數據，為社會服務。 1.2 汽車試驗裝置的發(fā)展概況 十九世紀下半葉,德國的戴姆勒-奔馳公司、法國的標致公司、美國的福特公司、意大利的菲亞特公司等先后生產出了第一輛汽車。隨著科學技術的發(fā)展，汽車結構不斷完善，汽車性能也不斷提高。由于汽車工業(yè)與其他工業(yè)、農業(yè)、國防和人民的日常生活密切相關，汽車質量引起人們的廣泛重視。二十世紀初期，美國人亨利·福特創(chuàng)立了流水線作業(yè)的生產形式，使生產效率大幅提高，生產成本下降，使用范圍急劇擴大，汽車的可靠性、壽命和性能方面的問題突出出來，要求開展試驗研究工作。 汽車試驗的發(fā)展歷史經歷了大致如下三個階段：第一個階段從十九世紀末到第二次世界大戰(zhàn)結束，是汽車試驗的逐步建立，主要包括基本試驗臺的建立，基本試驗規(guī)范和標準的形成；第二個階段從第二次世界大戰(zhàn)結束到上世紀七十年代，由于相鄰工業(yè)的發(fā)展，相鄰學科的發(fā)展和滲透，使汽車試驗理論、試驗設備、試驗標準和規(guī)范有了長足的發(fā)展和進步；第三個階段的主要標志是電子計算機在汽車試驗中的應用和標準法規(guī)的完善。 1.3 汽車排氣裝置性能試驗臺國內外發(fā)展概況 排氣裝置研究涉及流體力學、傳熱、振動聲學等多門學科且消聲器排氣噪聲頻帶較寬，具有一定的復雜性。由于排氣溫度較高，因此其排氣消聲器大都用抗性消聲器。傳統(tǒng)的抗性消聲器一般都是由擴張室、內插管、穿孔管、穿孔板和其它由這些消聲器單元派生出來的單元組合而成。 西方發(fā)達國家在消聲理論方面研究起步較早，發(fā)展也較快，早在上個世紀20年代，美國的Stewart就將聲學濾波器的原理用于抗性消聲器的研究。50年代Davis等人根據截面突變處聲壓和體積速度連續(xù)的原理。采用一維波動方程計算了簡單擴張腔，多級膨脹腔及旁通共振腔的消聲特性。此后，研究人員采用聲電類比的方法，根據電學中的四端網絡法，于50年代后期發(fā)展了不考慮氣流及溫度梯度的聲傳遞矩陣法，為排氣消聲器的設計開創(chuàng)了新的方法，且一直沿用至今。60年代以后，對于消聲器的理論研究越來越深入，逐步解決了氣流與聲波的相互作用，如何考慮溫度梯度的影響等問題。許多人員如日本的福田基一等在噪聲控制技術方面做了大量的理論和試驗研究，為設計和改進消聲器提供了大量的數據及理論基礎 進入20世紀末，消聲器理論研究又進入了一個新的高峰。1995年，H.Luoetal研究了各種軸向部分穿孔插入管消聲器的一維傳遞矩陣理論模型，計算了它的傳聲損失，此模型對于消聲器的設計具有指導作用。同年，Chao-Nan Wang研究了穿孔插入式消聲器的數值計算，克服了在管道開口端邊界條件難于確定的困難，進行了不同插入方式空氣平均流量和穿孔率等消聲器的消聲量計算。1996年，王詩恩和高宋英用存在聲源及氣流時的一維波動方程描述了抗性消聲器中噪聲的傳播過程，建立了抗性消聲器插入損失模型，1998年，胡立臣用傳遞矩陣法模擬計算消聲器的插入損失，用以評價包括源阻抗及尾管輻射阻抗在內的整個排氣系統(tǒng)的聲學特性，推導出六種消聲單元的傳遞矩陣，并應用于插入損失計算之中，同年M.L.Munjaletal，給出了一種用于分析反流，三通道和開口端開有小孔的消聲器的頻域理論分析模型，推導出一維傳遞矩陣。2000年，唐永琪等在消聲器功能計算過程中考慮了氣流和溫度梯度的影響，并采用三維濾圖方法研究氣流對消聲器消聲性能的影響。 以上的一維平面波模型是對消聲器內部聲場的近似理論分析，當消聲器截面幾何尺寸較小，且噪聲頻率不太高(＜1000Hz)的情況下，這種分析方法是適用的。但當噪聲頻率提高，實驗結果與理論分析均表明，在消聲器腔內存在高次模式波，這時平面波與線性化假設便不再適用，而應采取更加精確的二維理論方法來進行分析，其方法包括：有限差分法、有限元法和邊界單元法等。 對消聲器的消聲性能和空氣動力性能進行試驗和評價也是重要的內容之一。目前消聲器實驗方法通常包括兩種，即實驗室模擬試驗和實際現場試驗。實驗室模擬試驗裝置通常由鼓風機、噪聲發(fā)生裝置，加熱裝置，氣流流速及溫度控制裝置等組成，用來模擬發(fā)動機的實際排氣，并在消聲器的入口和出口端測試聲壓級及氣流壓力。得到消聲器的插入損失和壓力損失用來評價消聲器的消聲性能和排氣阻力性能。例如：山東大學的劉麗萍利用試驗室方法研究了消聲器內氣體流速對消聲量的影響，證明了氣體流速是影響消聲特性的重要因素，試驗室方法較為方便，特別是可代替發(fā)動機臺架試驗來驗證排氣阻力。 消聲器的實際現場試驗是在汽油機上做消聲器的性能試驗，噪聲通常測試對比裝與不裝消聲器時的耳旁噪聲或最大加速環(huán)境噪聲（GB/T4760-1995，聲學消聲器測量方法。GB/T14365-1993，聲學機動車輛噪聲測量方法）。排氣阻力性能通常做發(fā)動機臺架試驗來評價，如測試負荷特性、比油耗或調速性能。為了提高試驗效率，有人采用正交試驗法等技術，福建農業(yè)大學的翁紅林利用正交試驗法，對汽油機排氣消聲器進行試驗，用較少試驗次數采集多因素，多水平的試驗數據，從試驗數據的分析中得出各因素對消聲性能的影響程度及范圍，得出各主要結構參數對消聲器性能的影響程度。華東船舶工業(yè)學院的郁飛用正交試驗方法研究了排氣噪聲和相關影響參數之間的關系。 1.4 本課題研究內容及主要工作 北方冬季，環(huán)境溫度較低，汽車尾氣中的水蒸汽就會在排氣管壁冷凝成水滴，并且隨排氣流至路面，尤其針對使用乙醇汽油的車輛。乙醇汽油作為一種車用清潔燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃燒的排放物中生成的水分也較多，受周圍的環(huán)境溫度以及排氣降噪能量轉換的影響，汽車的排氣管會向外滴水，這是一個很普遍的現象。 基于乙醇汽油燃燒特點，車輛使用乙醇汽油導致路面結冰，在公交站臺、上坡路段、十字路口等處，尤其在在一些擁擠路段，冬季更容易形成冰層，大多路段都是難清理的薄冰。這不僅減緩了車速，造成冬季擁擠市區(qū)行車的不便，延長了車在路面的時間，更增加燃油消耗，而且增加了有害物質的排放，減少制動距離，使刮碰等事故不斷，不但沒有達到節(jié)能減排的目的，還增加了大量人力、時間和物質成本。 因此，針對東北寒冷的冬季，在盡量少的影響原有排氣系統(tǒng)下，如何改進排氣系統(tǒng)以減少或消除汽車燃燒乙醇汽油所排除的水分導致的路面結冰問題，對乙醇汽油在寒冷地區(qū)的應用，及道路的交通擁擠問題的緩解有著重大而深遠的意義。 本文設計了兩種方案：一種是實車來進行測試，分析水蒸氣在排氣管內凝結成水滴的位置。第二種是設計實驗臺來模擬實車試驗，具有較強的演示功能，可以確定怠速下排氣管內部的溫度變化，實現不同車型排氣裝置工況演示?？梢赃M行排氣裝置性能測試，使學生能夠直觀看到不同排氣裝置的各種工況，并對不同的演示現象進行必要的分析。并在消聲器的入口和出口端測試聲壓級及氣流壓力。得到消聲器的插入損失和壓力損失用來評價消聲器的消聲性能和排氣阻力性能。 第2章 汽車排氣裝置的組成和工作原理 2.1汽車排氣裝置的作用和組成 汽車排氣裝置的作用：它的作用是將從排氣門排出的廢氣進行信息反饋（由氧傳感器完成）和凈化有害氣體（由三元催化器完成）及消音（由消音器完成）后排出車外。 汽車排氣裝置的組成：汽車排氣裝置一般由排氣歧管、排氣管、催化轉換器、排氣溫度傳感器、消音器和排氣尾管等組成如圖2.1所示。 圖2.1 排氣裝置組成示意圖 2.2汽車排氣裝置的工作原理 排氣歧管：排氣歧管的形狀十分重要。為了防止各缸排氣相互干擾和排氣倒流，并利用排氣慣性降低排氣阻力，應將排氣歧管做得長些，且各缸支管應相互獨立，長度相等。還有用不銹鋼制造的排氣歧管，其優(yōu)點是質量輕，耐久性好，內壁光滑，排氣阻力小如圖2.2所示。 圖2.2 捷達汽車排氣歧管示意圖 排氣凈化裝置：汽車在使用過程中，發(fā)動機所排廢氣中含有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、微粒及硫化物等有害物質，對環(huán)境造成污染，危害人類健康，所以必須對發(fā)動機排氣進行凈化。 催化轉化器：催化轉化器是利用催化劑的作用將排氣中的CO、HC和NOx轉化成對人體無害氣體的一種排氣凈化裝置，又稱為催化凈化轉化器。 催化轉換器有氧化催化轉換器和三元催化轉換器兩種類型。氧化催化轉化器在金屬鉑、鈀或銠等催化劑的作用下，可將排氣中的CO和HC氧化成CO2和H2O，因此這種催化轉換器也稱做二元催化轉換器，使用時須向氧化催化轉換器供給二次空氣作為氧化劑才能使其有效地工作。三元催化轉換器可同時減少CO、HC和NOx的排放。它以排氣中的CO和HC作為還原劑，把NOx還原為氮（N2）和氧(O2)而CO和HC在還原反應中被氧化為CO2和H2O。當同時采用兩種轉換器時，常把兩者放在同一個轉換器內如圖2.3所示。 圖2.3 三元催化轉換器示意圖 消音器：汽車的排氣噪聲是行車噪聲的主要組成部分，世界各國對各種車輛產生的噪聲極限值都有嚴格的規(guī)定，如歐共體規(guī)定，轎車為77dB，載貨汽車為84dB，因此需減小排氣噪聲。排氣消音器的功用就是降低排氣噪聲并消除廢氣中的火星及火焰。根據干涉原理，排氣消音器有吸收、反射兩種基本消聲方式。在吸收式消聲器上通過的廢氣在玻璃纖維、鋼纖維和石棉等吸聲材料上的摩擦而減小其能量。反射式消聲器則由多個串聯的諧調腔與不同長度的多孔反射管相互連接在一起。廢氣在其中經過多次反射、碰撞、膨脹、冷卻而降低其壓力，減輕了震動如圖2.4所示。 圖2.4 汽車消聲器剖面圖 2.3汽車排氣裝置相關資料 由于汽車尾氣凈化及汽車輕量化降低油耗的社會要求日益高漲，不銹鋼在汽車中的使用近十年增加4倍。起初是以鐵鉻欽不誘鋼為主，而后各種高性能不誘鋼開始使用.在排氣歧管前置管、軟管、催化劑金屬載體及消聲器所組成的排氣系統(tǒng)所用材料。美國60年代就開始將鐵鉻欽不銹鋼用于排氣系統(tǒng)。日本70年代對排氣標準作了規(guī)定迫使汽車制造廠商在汽車排氣系統(tǒng)中安裝三元催化凈化裝置。.當時也將鐵鉻欽不銹鋼用于排氣系統(tǒng)1989年日本要求汽車制造廠商保證排氣系統(tǒng)部件能夠使用三年或行駛六萬Km。這一規(guī)定加速不銹鋼替換鍍鋁鋼板的進程。如今美國和日本轎車的排氣系統(tǒng)已全部采用不銹鋼制造，每輛轎車排氣系統(tǒng)不銹鋼用量因轎車型號而異,但最近由于采用了改善汽車燃燒的措施使得排氣岐管的使用溫度提高，為此排氣岐管材料改用耐高溫及耐腐蝕的鐵素體不銹鋼，以降低噪聲為目的軟管采用耐高溫及耐鹽類腐蝕的不銹鋼制造，在美國和歐洲所用材料則是在基礎上增加質量分數使之獲得更好的性能，歐洲的高檔轎車上其排氣系統(tǒng)使用奧氏體不銹鋼為了提高消聲器的耐腐蝕壽命。 2.4 本章小結 本章設計內容主要針對汽車排氣裝置結構、工作原理進行闡述，分析不同汽車排氣裝置結構與特性，分析了不同汽車排氣裝置的原理及未來汽車排氣裝置的發(fā)展趨勢，為設計排氣裝置實驗臺及對不同的排氣裝置改進設計提供理論基礎。 第3章 燃乙醇汽油車排氣管內部溫度與滴水量測定試驗方案設計 近年來，由于國際石油資源的匱乏，新型綠色清潔燃料能源乙醇汽油加入了汽車能源行列。作為可再生、原料來源廣泛的清潔能源，乙醇汽油不僅使我國石油資源緊缺的問題得到緩解，改善了汽車有害廢氣造成的環(huán)境污染。總體認為乙醇汽油在我國完全適用。然而乙醇中碳氫比高，燃燒時產生的水蒸氣相對較多，導致汽車尾氣含水量較高。由于我國黃河以北的大部分地區(qū)冬季氣溫較低，造成乙醇汽油燃燒狀況較差，在以乙醇汽油為燃料的機動車輛排氣管中，有水分隨尾氣一起排放，這些水分遇低溫凝結成薄冰，覆蓋在路面上，使車輛的制動距離增加，給行車帶來不便，特別是在破路地段和交叉路口極易引發(fā)交通事故。 3.1試驗方案 為了研究燃乙醇汽油車排氣管內部溫度以及汽車排氣管末端滴水量隨不同的大氣環(huán)境溫度及汽車行駛速度而發(fā)生變化的情況，本設計以黑龍江省哈爾濱市為試驗地點。測量時，根據試驗地區(qū)哈爾濱市的氣溫狀況設定為兩個階段：冬季試驗和春季試驗，每個階段的試驗測試包括怠速、低速工況（20~30km/h）、中速工況（60~70km/h）、高速工況（80~90lm/h）試驗四個環(huán)節(jié)，其中怠速試驗又分為平地怠速與坡道怠速試驗兩部分。 試驗方案分為實車試驗和試驗臺試驗兩種，平地怠速試驗可以用試驗臺來進行試驗分析，坡道怠速試驗、低速工況、中速工況、高速工況可以選用實車來進行試驗。 3.2試驗裝置 試驗使用的車型選為捷達王（排量1.6L），試驗儀器如下：捷達汽車排氣裝置性能試驗臺、TM-902C型數顯溫度傳感器六個、攝像機一部、溫度計一支、量筒一個、接水裝置一組。 為了進行排氣管內部溫度測定實驗，試驗前在排氣管上選取六個測試點安裝溫度傳感器，TM-902C型數顯溫度傳感器固定裝置如圖3.1所示。 3.1數顯溫度傳感器固定裝置 TM-902C型溫度傳感器是一種接觸式溫度儀，其操作簡便，測量時通過被測介質與測溫元件進行充分的熱交換而達到測溫目的，試驗時數據采集方便簡潔。試驗測量時，傳感器的探針可以伸入排氣管內部測試溫度，所得試驗數據相對準確。 在進行溫度測量試驗時，將溫度傳感器通過固定裝置安裝在汽車排氣管上。傳感器的數據線經過車窗進入駕駛室內，測試人員可以在車內對試驗數據進行錄制及觀測。六個溫度傳感器分別布置在避開主、副消音器的排氣管前段、中段和末段的彎管上，從排氣管入口至出口方向，六個傳感器依次編號為從一號至六號，一號測試點距離排氣歧管聚合處大約1 M，六號測點在排氣尾管末端附近，其余各點的設計安裝位置的分布情況如圖3.2所示。 圖3.2 數顯溫度傳感器在排氣管上的安裝位置 實際進行試驗儀器安裝時，由于受到排氣管周圍的實際環(huán)境條件的限制，溫度傳感器的安裝位置需要根據實際情況確定， 為了進行排氣尾管滴水量的測定，試驗之前在排氣的排氣尾管末端布置了接水裝置。接水裝置由礦泉水瓶、鐵絲和螺釘構成。首先在排氣管末端焊接兩個螺釘作為固定耳，在礦泉水瓶靠上位置剪出一個與排氣管直徑大小相應的洞，保證能夠將排氣管伸入礦泉水瓶中，然后用鐵絲將它們固定在排氣尾管的末端，這樣便可以保證在每個階段的試驗過程中，汽車尾氣中的水分可以全部流入接水裝置。 待各個環(huán)節(jié)的試驗結束后，再將礦泉水瓶中的水分倒入量筒，即可得到該試驗階段排氣管末端的滴水量。 3.3排氣管內部溫度變化的測定 3.3.1怠速試驗 在怠速試驗中，針對排氣管內部溫度的測定試驗包括平地怠速和坡道怠速（坡道怠速約15°）兩部分。 3.3.1.1平地怠速試驗 平地怠速試驗分為冬季試驗和春季試驗 試驗臺試驗環(huán)境如圖3.3。 圖3.3 試驗臺試驗環(huán)境圖 （1）冬季試驗 冬季平地怠速試驗時，先用溫度計測出環(huán)境溫度，進行試驗時，保持試驗臺在水平路面上靜止，試驗臺啟動后處于怠速工況下暖車一段時間，等待溫度傳感器的數據不再有明顯上升趨勢后，讀取傳感器LED屏幕所顯示的數據，共測試三次，每次試驗約持續(xù)15min，得到排氣管內部六點位置溫度分布數據表3-1所示。找到出現100℃的區(qū)域在哪個測試點，即是水蒸氣液化的臨界溫度。 表3-1 冬季平地怠速試驗排氣管內部溫度[單位：℃] 測試時間 1 2 3 4 5 6 15min 15min 15min （2）春季試驗 春季平地怠速試驗時，用溫度計測試出環(huán)境溫度。保持汽車在水平路面上靜止，汽車啟動后處于怠速工況下一段時間，待溫度傳感器的數據不再有上升趨勢后，讀取傳感器LED屏幕所顯示的數據，共測試三次，每次試驗約持續(xù)15min，得到排氣管內部六點位置溫度分布數據表3-2所示，從而來分析水蒸氣液化的臨界區(qū)域出現在幾號測試點來確定水蒸氣產生的位置。 表3-2 春季平地怠速試驗排氣管內部溫度[單位：℃] 測試時間 1 2 3 4 5 6 15min 15min 15min 通過對比分析來確定冬季、春季隨著外界環(huán)境溫度的變化，排氣管內部溫度的波動變化，水蒸氣液化形成水滴的區(qū)域，并能得出排氣管內部溫度受外界環(huán)境溫度的影響的變化。 3.3.1.2坡道怠速試驗 （1）冬季試驗 進行冬季坡道怠速試驗時，用溫度計測試出室外環(huán)境溫度，試驗時保持汽車在角度約15°的坡道路面上靜止，汽車啟動后處于怠速工況下，暖車一段時間，等待溫度傳感器的數據不再有上升趨勢，讀取傳感器LED屏幕所顯示的數據，共測二次，每次試驗約持續(xù)15min，得到排氣管內部六點位置溫度分布數據如表3-3所示。從而來分析水蒸氣液化的臨界區(qū)域出現在幾號測試點。 表3-3 冬季坡道怠速試驗排氣管內部溫度[單位：℃] 測試時間 1 2 3 4 5 6 （2）春季試驗 進行春季坡道怠速試驗時，用溫度計測出環(huán)境溫度，試驗時保持汽車在角度約15°的坡道路面上靜止，汽車啟動后處于怠速工況下一段時間，待溫度傳感器的數據不再有上升趨勢，然后讀取傳感器LED屏幕所顯示的數據，共測二次，每次試驗約持續(xù)15min，得到排氣管內部六點位置溫度分布數據如表3-4所示。 表3-4 春季坡道怠速試驗排氣管內部溫度[單位：℃] 測試時間 1 2 3 4 5 6 通過對比分析來確定冬季、春季隨著外界環(huán)境溫度的變化，行駛坡路角度的變化，排氣管內部溫度的波動變化，水蒸氣液化形成水滴的區(qū)域，并能得出排氣管內部溫度受外界環(huán)境溫度的影響的變化。 3.3.2低速工況試驗 在低速工況試驗當中，針對燃乙醇汽油車的排氣管內部溫度分布的測定試驗選取了哈爾濱市區(qū)車流量相對較大，車型速度較為緩慢的紅旗大街路段中的三個部分作為試驗地段：A.從黑龍江工程學院到長江路段；B.從長江路到先鋒轉盤道路段；C.從先鋒轉盤道到黑龍江工程學院路段； （1）冬季試驗 冬季低速工況試驗，用溫度計測試室外環(huán)境溫度，試驗車輛分別在各個試驗路段行駛。在每個路段進行試驗時，首先汽車啟動行駛一段時間，待溫度傳感器的數據不再有明顯的上升趨勢后，便開始讀取傳感器LED屏幕所顯示的數據。每次試驗大約持續(xù)15min左右，分別在三個試驗路段各測試一次，行車速度維持在20~30km/h左右，得到排氣管內部六點位置溫度分布數據如表3-5所示。 表3-5 冬季低速工況試驗排氣管內部溫度[單位：℃] 測試時間 試驗路段 1 2 3 4 5 6 A B C （2）春季試驗 春季低速工況試驗，用溫度計測出環(huán)境溫度。汽車分別在三個試驗路段行駛。在每個路段進行試驗時，待車輛啟動行駛一段時間，溫度傳感器的數據不再有明顯的上升趨勢后，開始讀取并記錄溫度傳感器LED屏幕所顯示的數據。每次試驗大約持續(xù)10min左右，共測試四次，行車速度維持在20~30km/h左右，得到排氣管內部六點位置溫度分布數據如表3-6所示。 表3-6 春季低速工況試驗排氣管內部溫度[單位：℃] 測試時間 試驗路段 1 2 3 4 5 6 A B C 對兩組試驗數據進行對比分析，找到低速工況下冬季和春季的排氣管內水蒸氣液化的凝結溫度100℃分別出現在幾號測試點附近。說明水蒸氣很可能以液態(tài)形式存儲于該區(qū)域之內。 3.3.3中速工況試驗 在中速工況試驗中，針對排氣管內溫度分布情況進行的測定試驗，選取了與進行低速工況試驗路段相比，車流量相對較低，車流速較高的哈爾濱市二環(huán)路作為試驗路段進行三次試驗，進行每次試驗時繞二環(huán)路行駛一圈，試驗路段D。 （1）冬季試驗 冬季中速工況試驗，用溫度計測出環(huán)境溫度，三次試驗，車輛分別在二環(huán)路行駛一圈。每次進行試驗測定時，待汽車啟動行駛一段時間，溫度傳感器的數據不再有明顯上升趨勢后，開始錄制并提取傳感器LED屏幕所顯示的數據。每次試驗約持續(xù)50min左右，行車速度維持在60~70km/h左右，得到排氣管內部六點位置溫度分布數據表3-7所示。 表3-7 冬季中速工況試驗排氣管內部溫度[單位：℃] 測試時間 試驗路段 1 2 3 4 5 6 D D D （2）春季試驗 春季中速工況試驗，用溫度計測出環(huán)境溫度，在試驗路段進行試驗時，待汽車啟動行駛一段時間，溫度傳感器的數據不再有明顯的上升趨勢后，開始記錄提取傳感器LED屏幕所顯示的數據，每次試驗約持續(xù)一個小時左右，共測試三次，行車速度維持在60~70km/h左右，得到排氣管內部六點位置溫度分布數據表3-8所示。 表3-8 春季中速工況試驗排氣管內部溫度[單位：℃] 測試時間 試驗路段 1 2 3 4 5 6 D D D 通過對比來發(fā)現在中速工況下冬季和春季排氣管內部凝結溫度100℃臨界區(qū)域分別出現在幾號區(qū)域，說明很有可能以液態(tài)形式存儲于該區(qū)域之內，或能夠以氣態(tài)形式排放到大氣環(huán)境中。 3.3.4高速工況試驗 為了進行高速工況行車試驗，針對排氣管內部溫度的測定選取哈牡高速公路哈爾濱至花果山路段作為試驗路段E。 （1）冬季試驗 進行冬季高速工況試驗時，用溫度計測試試驗環(huán)境溫度，試驗車輛在高速公路上行駛。試驗時，車輛啟動后行駛一段時間，待溫度傳感器的數據不再有明顯的上升趨勢后，讀取傳感器LED屏幕所顯示的數據，每次試驗約持續(xù)約30min左右，共測試二次，行車速度維持在80~90km/h左右，得到排氣管內部六點位置溫度分布數據表3-9所示。 表3-9 冬季高速工況試驗排氣管內部溫度[單位：℃] 測試時間 試驗路段 1 2 3 4 5 6 E E E （2）春季試驗 春季高速工況試驗，用溫度計測試出試驗環(huán)境溫度，汽車在高速公路上行駛。試驗時，汽車啟動后行駛一段時間，待溫度傳感器的數據不再有明顯的上升趨勢，讀取傳感器LED屏幕所顯示的數據，每次試驗約持續(xù)約30min左右，共測試二次，行車速度維持在80~90km/h左右，得到排氣管內部六點位置溫度分布數據表3-10所示。 表3-10 春季高速工況試驗排氣管內部溫度[單位：℃] 測試時間 試驗路段 1 2 3 4 5 6 E E E 3.4排氣尾管末端滴水量的試驗測定 對應乙醇汽油車排氣管內溫度分布情況的測定試驗，同時進行排氣尾管末端滴水量的測定試驗。每個環(huán)節(jié)的溫度試驗測定結束后，同時將排氣尾管末端的接水裝置卸下，將該裝置的水分倒出，使用量筒進行測量并記錄。 3.4.1怠速試驗 3.4.1.1平地怠速試驗 冬、春兩季平地怠速排氣管滴水量的測定試驗相關數據見表3-11、表3-12。 表3-11 冬季平地怠速試驗排氣管滴水量試驗數據 時間 試驗地點 溫度（℃） 車速（km/h） 里程（km） 用時(min) 水量（ml） 備注 平地怠速 15 平地怠速 15 平地怠速 15 表3-12 春季平地怠速試驗排氣管滴水量試驗數據 時間 試驗地點 溫度（℃） 車速（km/h） 里程（km） 用時(min) 水量（ml） 備注 平地怠速 15 平地怠速 15 平地怠速 15 通過對冬季和春季平地怠速試驗燃乙醇汽油車排氣尾管末端的單位小時滴水量進行對比分析，可知環(huán)境溫度對排氣尾管末端滴水量的影響。 3.4.1.2坡道怠速試驗 冬、春兩季坡道怠速排氣管滴水量的測定試驗相關數據見表3-13、表3-14。 表3-12 冬季坡道怠速試驗排氣管滴水量試驗數據 時間 試驗地點 溫度 車速（km/h） 里程（km） 用時（min） 水量（ml） 備注 斜坡怠速 坡度15° 斜坡怠速 坡度15° 表3-13 春季坡道怠速試驗排氣管滴水量試驗數據 時間 試驗地點 溫度 車速（km/h） 里程（km） 用時（min） 水量（ml） 備注 斜坡怠速 坡度15° 斜坡怠速 坡度15° 通過對冬季和春季坡道怠速試驗燃乙醇汽油車排氣尾管末端的單位小時滴水量進行對比分析，可知行駛路況對排氣尾管末端滴水量的影響。 3.4.2低速工況試驗 冬、春兩季低速工況行車排氣管滴水量的測定試驗相關數據見表3-14、表3-15。 表3-14 冬季低速工況試驗排氣管滴水量試驗數據 時間 試驗地點 溫度（℃） 車速（km/h） 里程（km） 用時（min） 水量（ml） 備注 A 20~30 B 20~30 C 20~30 表3-15 春季低速工況試驗排氣管滴水量試驗數據 時間 試驗地點 溫度（℃） 車速（km/h） 里程（km） 用時（min） 水量（ml） 備注 A 20~30 B 20~30 C 20~30 通過對冬季和春季低速工況試驗燃乙醇汽油車排氣尾管末端的單位小時滴水量進行對比分析，可知低速工況下環(huán)境溫度對排氣尾管末端滴水量的影響。 3.4.3中速工況試驗 冬、春兩季中速工況試驗排氣管接水量的測定試驗相關數據見表3-16、表3-17所示。 表3-16 冬季中速工況試驗排氣管滴水量試驗數據 時間 試驗地點 溫度（℃） 車速（km/h） 里程（km） 用時（min） 水量（ml） 備注 . D 60~70 60~70 60~70 表3-17 春季中速工況試驗排氣管滴水量試驗數據 時間 試驗地點 溫度（℃） 車速（km/h） 里程（km） 用時（min） 水量（ml） 備注 D 60~70 60~70 60~70 通過對冬季和春季中速工況試驗燃乙醇汽油車排氣尾管末端的單位小時滴水量進行對比分析，可知中速工況下環(huán)境溫度對排氣尾管末端滴水量的影響。 3.4.4高速工況試驗 冬、春兩季高速公路行車進行排氣尾管末端滴水量的測定試驗相關數據見表3-18、表3-19所示。 表3-18 冬季高速工況試驗排氣管滴水量試驗數據 時間 試驗地點 溫度（℃） 車速（km/h） 里程（km） 用時（min） 水量（ml） 備注 E 80~90 80~90 表3-19 春季高速工況試驗排氣管滴水量試驗數據 時間 試驗地點 溫度（℃） 車速（km/h） 里程（km） 用時（min） 水量（ml） 備注 E 80~90 80~90 通過對冬季和春季高速工況試驗燃乙醇汽油車排氣尾管末端的單位小時滴水量進行對比分析，可知高速工況下環(huán)境溫度對排氣尾管末端滴水量的影響。 3.5排氣管末端滴水量的分析 表3-20 各種工況下排氣管末端平均每小時接水量[ml/h] 怠速試驗 低速試驗 中速試驗 高速試驗 冬季 春季 表3-20為各個工況下排氣管末端平均每小時接水量（ml/h）,通過對比表中的試驗數據可以分析出，試驗車輛排氣尾管末端出口的接水量多少隨外界溫度以及汽車的工況的變化情況。可看出隨著車輛行駛速度的增加，以及環(huán)境溫度的上升，排氣管滴水量的變化。 3.6本章小結 本章針對燃乙醇汽油車在平地怠速、坡道怠速（坡度約為15°）、低速、中速、高速等工況下，對燃乙醇汽油車的排氣管內部溫度分布進行了試驗測定設計，通過設計試驗得到了燃乙醇汽油車排氣管內部溫度分布的變化規(guī)律，通過設計方案在哈爾濱地區(qū)進行冬、春兩季四種工況的試驗對比，可以得出環(huán)境溫度較低時汽車排氣管的滴水量，車輛頻繁起步停車，低速工況下排氣管的滴水量，環(huán)境溫度升高，汽車行駛速度提高，排氣管內的水蒸氣液化的臨界區(qū)域的變化趨勢。 第4章 捷達汽車消聲器結構改進設計 4.1 乙醇汽油燃燒理化特性分析 4.1.1車用乙醇汽油的定義 車用乙醇汽油是指在不含MTBE等氧添加劑的專用汽油組分油中按體積比加入一定比例（我國目前暫定為10%）的變性燃料乙醇，由車用乙醇汽油定點調配中心按國際GB18351-2004的質量要求。通過待定工藝混配而成的新一代清潔環(huán)保型車用燃料。 變性材料乙醇的定義：乙醇俗稱酒精，變性燃料乙醇是按國標GB18350-2001質量標準通過專用設備，特定脫水工藝生產的含量在99.2%（V/V）以上的無水乙醇經變性處理后，易于從外觀和氣味上區(qū)別于可食用酒精，用于混配車用乙醇汽油 車用乙醇汽油按研究法辛烷值分為90號、93號、95號、97號四個標號。標示方法是在汽油號前加注字母E，作為車用乙醇汽油的統(tǒng)一標示，即E90#、E93#、E95#、E97#、目前試點推廣使用的車用乙醇汽油暫有E90#、E93#、E97#三個標號。 車用乙醇汽油適用于裝配點燃式發(fā)動機的各類車輛，無論是化油器還是電噴供油方式的大、中、小型車輛。 4.1.2車用乙醇汽油的優(yōu)點 提高燃油品質：車用乙醇汽油中的乙醇，既是一種能源，又是一種性能優(yōu)良的汽油品質改良劑。首先，乙醇作為“綠色”增氧劑，可完全替代汽油中氧添加劑MTBE的使用，因MTBE對地下水資源危害嚴重，一些發(fā)達國家已立法禁止使用。乙醇按10%的比例混配入汽油中，可使氧含量達到3.5%。助燃效果好，使汽油中不能燃燒的部分充分燃燒，提高了汽油的燃燒效率。另外由于乙醇中的辛烷值（RON）指數可達111個單位，乙醇按10%的比例混入汽油中，可使辛烷值提高2-3單位，提高了油品的抗暴性能。 降低尾氣有害排放：汽車有害尾氣的排放，特別是在人口密度較大、車流量較大的區(qū)域和城市，已成為一種嚴重的環(huán)境污染源。車用乙醇汽油由于燃燒充分，可使汽車有害尾氣排放總量降低33%以上。根據中國汽車研究中心與2001年所做的車用乙醇汽油8萬公里行車試驗檢測數據表明：尾氣排放中CO排放明顯降低，最大降低率已達55%，算術平均降低率30.8%，HC化合物算術平均降低率為13.4%。 燃燒充分，減少積碳，車用乙醇汽油由于燃燒徹底，解決了普通汽油燃燒不完全所形成的炭粒和聚現象，能有效地預防和消除發(fā)動機、燃燒室、氣門、火花塞、排氣管、消聲器等部位積炭的產生，避免了因積炭形成而引起的故障，延長了發(fā)動機的使用壽命。 燃油系統(tǒng)自潔：車用乙醇汽油中加入的乙醇是一種性能優(yōu)良的有機溶劑，具有良好的清潔作用，能有效地消除汽車油箱及油路系統(tǒng)中燃油雜質的沉淀和凝固（特別是膠質膠化現象）具有良好的油路疏通作用。 4.2材料涂層保溫特性分析以及熱傳遞效率分析 保溫材料一般是指導熱系數小于或等于0.2的材料。保溫材料：絕熱產品種類很多，包括泡沫塑料、礦物棉制品、泡沫玻璃、膨脹珍珠巖絕熱制品、膠粉EPS顆粒保溫漿料、礦物噴涂棉、發(fā)泡水泥保溫制品。選用時除應考慮材料的導熱系數外，還應考慮材料的吸水率、燃燒性能、強度等指標。 酚醛泡沫材料屬于高分子有機硬質鋁箔泡沫產品，是由熱固性酚醛樹脂發(fā)泡而成，它具有質輕，防火，遇明火不燃燒、無煙、無毒、無滴落，使用溫度范圍廣（-196~+200℃）低溫環(huán)境下不收縮、不脆化，是暖通制冷工程理想的絕熱材料，由于酚醛泡沫閉孔率高，則導熱系數低，隔熱性能好，并具有抗水性和水蒸氣滲透性，是理想的保溫節(jié)能材料，由于酚醛具有苯環(huán)結構，所以尺寸穩(wěn)定，變化率＜1%，且化學成分穩(wěn)定，防腐抗老化，特別是能耐有機溶液、強酸、弱堿腐蝕。在生產工藝發(fā)泡中不用氟利昂做發(fā)泡劑符合國際環(huán)保標準，其分子結構中含有氫，氧，碳元素，高溫分解時，溢出的氣體無毒，無味，對人體，環(huán)境均無害，符合國家綠色環(huán)保要求。故此，酚醛超級復合板是最理想的防火，絕熱，節(jié)能，美觀的環(huán)保綠色保溫材料。 酚醛泡沫素有“保溫之王”的美稱，是新一代保溫防火隔音材料，是最有發(fā)展前途的一種新型保溫材料，因為這種新材料與通常的高分子樹脂依靠加入阻燃劑得到的材料有本質的不同，在火中不燃燒，不熔化，也不會散發(fā)有毒煙霧，遇熱不變形，并且有質輕、無毒、無腐蝕、保溫、節(jié)能隔音，價廉等優(yōu)點，且不用氟利昂發(fā)泡，無環(huán)境污染、加工性好，施工方便，其綜合性能是目前各種保溫材料無法比擬的。 酚醛泡沫保溫材料是一種新型難燃，防火低煙保溫材料，它是由酚醛樹脂加入阻燃劑、抑煙劑、發(fā)泡劑、固化劑及其它助劑制成的閉孔硬質泡沫塑料。它最突出的特點是難燃、低煙、抗高溫歧變。它可以現場澆注發(fā)泡，可模制、也可機械加工，可制成板材，管殼及各種異型產品。它克服了原有泡沫塑料型保溫材料易燃、多煙、遇熱變形的缺點，保留了原有泡沫塑料型保溫材料質輕、施工方便等特點。 酚醛泡沫簡介：酚醛泡沫保溫材料常簡稱為酚醛泡沫，酚醛泡沫是以酚醛樹脂和阻燃劑、抑煙劑，固化劑，發(fā)泡劑，及其它助劑等多種物質，經科學配方制成的閉孔型硬質泡沫塑料。酚醛泡沫具有以下優(yōu)異的性能：具有均勻的閉孔結構，導熱系數低，絕熱性好，與聚氨酯相當，優(yōu)于聚苯乙烯泡沫；在火焰的直接作用下具有結碳、無滴落物，無卷曲、無熔化現象，火焰燃燒后表面形成一層“石墨泡沫”層，有效地保護層內的泡沫結構，抗火