汽車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì),汽車,排氣,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 題 目： 汽車排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 年 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 1 課題的背景 隨著我國城市現(xiàn)代化的建設(shè)與發(fā)展, 汽車數(shù)量正以遠(yuǎn)高于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度增長。據(jù)統(tǒng)計(jì), 我國1997 年年底汽車保有量已超過1200 萬輛, 北京市汽車數(shù)量年均增長率為13%左右, 1998 年9 月超過140 萬輛。汽車數(shù)量的增長使汽車排放的污染物總量增多,汽車排氣占空氣污染源比例日益增加,環(huán)境遭破壞程度日趨嚴(yán)重。有資料表明,汽車是城市的主要噪聲污染源, 而發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲是汽車最主要的噪聲源。距排氣口 0. 5 m 處噪聲可高達(dá) 116~ 128 dB( A) , 其頻率從幾十赫茲到一萬赫茲以上。目前對(duì)噪聲的控制已成為汽車生產(chǎn)的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo),將直接影響產(chǎn)品在市場上的競爭力。因此, 設(shè)計(jì)一種性能良好的排氣消聲器將會(huì)使汽車的噪聲大幅度下降。 與此同時(shí)汽車排放的污染物主要有一氧化碳CO、 碳?xì)浠衔颒C、 氮氧化合物N OX、 二氧化硫SO2、顆粒物(鉛化物、黑煙和油霧) 及臭氣(甲醛或丙烯醛) 等。北京市大氣中CO 的63. 4%、HC 的73. 5%和NOX 的46%來自汽車排放。 汽車排氣污染已經(jīng)成為城市繼煤煙污染之后主要的污染源。汽車排氣污染及凈化問題引起各國政府和市民的高度重視, 控制汽車排放污染也一直是各國競相研究的重要課題?？刂破嚺欧盼廴镜姆椒ê褪侄我延卸喾N, 如使用電動(dòng)汽車、采用代用燃料、燃油添加劑、安裝附加裝置、改善發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)內(nèi)凈化或機(jī)外凈化等, 其中采用催化劑技術(shù)進(jìn)行汽車排氣后處理是目前減少汽車排放污染的主要措施。其原理是通過凈化器中催化劑的催化作用, 使排氣中的主要污染物CO、HC 和NOX 轉(zhuǎn)化為無害的CO2、H2O和N2 后再排出。 2 國內(nèi)外研究狀況 國內(nèi)外對(duì)于消聲器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較多的研究, 主要集中在試驗(yàn)總結(jié)和傳統(tǒng)理論分析上。利用聲傳遞矩陣法, 并借助于 CFD軟件進(jìn)行性能分析, 對(duì)消聲器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用試驗(yàn)的方法研究了消聲器結(jié)構(gòu)對(duì)氣流再生噪聲及其對(duì)消聲量的影響, 得出了消聲器的結(jié)構(gòu)是影響氣流再生噪聲, 乃至消聲量的一個(gè)重要因素； 同時(shí)汽車排氣催化劑的應(yīng)用是20 世紀(jì)70 年代中期從美國開始的, 80年代中期日本在新車上安裝催化轉(zhuǎn)化器, 歐洲則是到90年代初才正式開始使用催化轉(zhuǎn)化器。目前, 車用催化劑在數(shù)量上僅次于石油裂化催化劑, 但在銷售額上已居首位。 自20世紀(jì)80 年代以來, 全世界已安裝五億多個(gè)催化轉(zhuǎn)化器。90 年代中期以來, 年需求量已增至5 000 萬個(gè)左右, 其中絕大部分是由美國的 Engelhard、Allied Signal、Johnson Mat they 及德國的Deg ussa 公司生產(chǎn)的。汽車排氣催化劑的研究可追溯到本世紀(jì)20 年代。 美國是汽車大國, 也是治理汽車排氣最早、技術(shù)最先進(jìn)的國家, 日本、德國等西方國家次之。20世紀(jì)60 年代末到70 年代中期, 由于汽車排放法規(guī)只要求控制CO 和HC 的排放, 出現(xiàn)了氧化型催化劑, 活性組分以貴金屬鉑或鈀為主。 鉑/ 銠雙金屬催化劑出現(xiàn)于70 年代末, 此時(shí)美國環(huán)保署提出對(duì)NOX 的控制, 雙床催化劑及三效催化劑應(yīng)運(yùn)而生。到80年代中期, Pt / Rh/ Pd 三金屬催化劑作為新一代三效催化劑出現(xiàn)。由于貴金屬資源有限、價(jià)格高昂, 減少貴金屬用量成為汽車排氣催化劑的發(fā)展趨勢。三效鈀催化劑就是為滿足這一要求而出現(xiàn)的。90 年代的催化劑功能涉及更廣, 除了通常工況下的三效催化功能外, 還能夠解決汽車?yán)淦饎?dòng)時(shí)的污染控制, 以及克服富氧氣氛下NOX 的還原問題等。自1985 年我國頒布專利法以來, 國外公司已在中國申請多項(xiàng)有關(guān)汽車排氣催化技術(shù)的專利； 3 選題的目的和意義 通過了解國內(nèi)外的發(fā)展趨勢可知道，排氣系統(tǒng)是任何一輛汽車中重要的一個(gè)部分，同時(shí)排氣系統(tǒng)的發(fā)展也是衡量其國家工業(yè)水平發(fā)展的一個(gè)重要依據(jù)。如今電子技術(shù)、新型材料、新能源、環(huán)保形勢的發(fā)展也推動(dòng)了排氣系統(tǒng)的進(jìn)步。而目前普通轎車應(yīng)用較多、較為常見的是傳統(tǒng)的消聲器及三元催化器，其性能穩(wěn)定，適用性強(qiáng)，能夠滿足現(xiàn)代汽車的需求。 本課題是輕型小汽車的基本參數(shù)，利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法對(duì)其排氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過查閱資料、確定方案、繪制圖紙、模型建立、試驗(yàn)驗(yàn)證等步驟，可以鞏固所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的方法，一次很好的理論和實(shí)踐相結(jié)合的鍛煉機(jī)會(huì)。同時(shí)可以掌握汽車排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和方法，對(duì)于我們今后從事實(shí)際技術(shù)工作有很大的幫助，以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 4 設(shè)計(jì)方案及預(yù)期的結(jié)果 4.1 汽車排氣消聲器的主要技術(shù)要求 1) 消聲性能好,消聲量頻率特性盡可能與必需的消聲量頻率特性一致； 2) 對(duì)排氣氣流的阻力盡可能小,從而不致影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能及經(jīng)濟(jì)性能； 3) 具有合理的空氣動(dòng)力性能, 在高溫高速脈沖性排氣氣流作用下不產(chǎn)生任何形式的再生噪聲； 4) 具有一定的強(qiáng)度、 剛度和較長的使用壽命； 5) 結(jié)構(gòu)緊湊,體積小, 重量輕,工藝性好, 成本低。 4.2 預(yù)期的結(jié)果 通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成開題報(bào)告和外文翻譯。運(yùn)用CAXA、CATIA等軟件，按照測繪和資料中的數(shù)據(jù)繪制二維圖紙，建立主要三維模型，并撰寫主要技術(shù)要求。在這個(gè)過程中，可以鞏固以往所學(xué)的理論知識(shí)，熟悉排氣系統(tǒng)工作原理，掌握排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。同時(shí)可以進(jìn)一步熟練CAXA、CATIA 等軟件的運(yùn)用，提高動(dòng)手能力，為將來從事具體的技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。 5 設(shè)計(jì)工作進(jìn)度安排 周次 工作進(jìn)度 1～5周 1、調(diào)研 2、收集、查閱有關(guān)設(shè)計(jì)資料 3、熟悉設(shè)計(jì)任務(wù) 4、完成外文翻譯 5、完成開題報(bào)告 6～8周 1、完成汽車排氣系統(tǒng)各部件的調(diào)研，并進(jìn)行測繪。 2、完善中期檢查的各項(xiàng)資料。 9～11周 完成設(shè)計(jì)總裝配圖1張A0圖紙，消聲器1張A1圖紙，三元催化器1張A1圖紙，主要零部件圖紙數(shù)張 12～15周 1、 完成排氣系統(tǒng)主要技術(shù)要求及技術(shù)條件 2、 對(duì)零部件進(jìn)行試驗(yàn)方式驗(yàn)證 3、編制畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16周 答辯及整理資料 參考文獻(xiàn) 1.黎志勤, 黎蘇.汽車排氣系統(tǒng)噪聲與消聲器設(shè)計(jì)[M].中國環(huán)境科學(xué)出版社, 1991. 2.鐘紹華, 金國棟, 張選國, 章鴻.消聲器優(yōu)化設(shè)計(jì)及其性能分析方法的研究[J].2005. 3.葛蘊(yùn)珊, 張宏波.基于發(fā)動(dòng)機(jī)熱力過程的汽車排氣消聲器設(shè)計(jì).汽車工程，2004. 4. 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At the same time, the development of its technology is also a measure of the national automobile technology level, environmental protection ability of a general basis, it can be said that the exhaust system directly affects the performance of the vehicle. This topic in the light of automobile exhaust system as the research object, according to the basic parameters of light automobile engine on vehicle exhaust system structure analysis, complete the muffler and three way catalytic converter design, through the performance indexes and testing methods of data access design of exhaust system, finally through the analysis of the structure calculation, drawing two-dimensional design drawings. The exhaust system is divided into two parts: the muffler assembly and three element catalytic converter assembly, by drawing on the two sub assembly structure design, data analysis, performance verification test, drawings, complete all the contents in the specification. The design of the core of the three element catalytic converter in the three element catalytic converter and the design and analysis of the muffler including the muffler tube are analyzed. The ultimate combination of feasibility analysis and design of the vehicle. Key Words Exhaust system Muffler assembly Three way catalytic converter assembly Test 目 錄 第1章 緒 論 1 1.1 概述 1 1.2 排氣系統(tǒng)的功用及要求 1 1.3 排氣系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.4 研究的目的、依據(jù)和意義 2 第2章 排氣系統(tǒng)整車布置方案 3 2.1 排氣系統(tǒng)的布置 3 2.2 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 4 2.2.1 三元催化器方案 4 2.2.2 消聲器方案 4 2.2.3 總體方案 5 第3章 排氣系統(tǒng)主要參數(shù)的選擇 5 3.1 三元催化器主要參數(shù) 5 3.2 消聲器主要參數(shù) 7 3.2.1 邊界尺寸參數(shù) 7 3.2.2 消聲器附件尺寸 7 3.3 消聲器NVH指標(biāo) 8 第4章 排氣系統(tǒng)的試驗(yàn)要求 9 4.1 消聲器試驗(yàn)要求 9 4.1.1 氣密性及焊接熔深試驗(yàn) 9 4.1.2 振動(dòng)耐久及臺(tái)架試驗(yàn) 10 4.1.3 鹽霧試驗(yàn)及整車可靠性 10 4.2 三元催化器試驗(yàn)要求 11 4.2.1 耐腐蝕及密封性 11 4.2.2 軸向推力及耐久試驗(yàn) 11 第5章 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)成果 12 5.1 三元催化器設(shè)計(jì) 12 5.1.1 設(shè)計(jì)圖紙 12 5.1.2 圖紙說明 12 5.2 消聲器設(shè)計(jì) 13 5.2.1 設(shè)計(jì)圖紙 13 5.2.2 圖紙說明 13 總 結(jié) 13 致 謝 15 參 考 文 獻(xiàn) 16 致 謝 15 參 考 文 獻(xiàn) 16 第 16 頁 共21 頁 第1章 緒 論 1.1 概述 隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，我國人均收入越來越高，逐步步入小康社會(huì)。 汽車數(shù)量正以飛快的速度增長。據(jù)統(tǒng)計(jì), 截至我國2016年年底汽我國汽車保有量已超過 10億輛, 幾乎可以達(dá)到人均一輛的水平。汽車數(shù)量的增長隨之帶來的一方面是人們交通的便利，為人們提供了舒適的生活，而另一方面則是環(huán)境的污染，資源的短缺。因?yàn)槠嚨脑龆嗍蛊嚺欧诺奈廴疚锟偭吭龆? 汽車排氣廢氣占空氣污染源比例日益增加, 從而使環(huán)境遭破壞程度日趨嚴(yán)重，從近幾年出現(xiàn)的霧霾來看車輛的排放有一定影響。汽車排放的污染物主要有一氧化碳 CO、 碳?xì)浠衔?H C、 氮氧化合物 N OX、 二氧化硫 SO 2、顆粒物及臭氣等。這些氣體如不加處理則對(duì)人體及環(huán)境有很大影響。此外，汽車的增多也帶來了環(huán)境噪音，汽車是城市的主要噪聲污染源。有數(shù)據(jù)顯示在整車中，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲是汽車最主要的噪聲源。在距排氣口 0. 5 m 處位置噪聲可高達(dá) 116~ 128 dB( A ) 。根據(jù)國家要求目前對(duì)噪聲的控制已成為汽車生產(chǎn)的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo), 將直接影響產(chǎn)品在市場上的競爭力。因此, 設(shè)計(jì)一種性能良好的排氣消聲器及減少污染物排放的三元催化器是當(dāng)今社會(huì)汽車發(fā)展的重要方向。 1.2 排氣系統(tǒng)的功用及要求 排氣系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的廢氣進(jìn)行處理后排放及降低發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪音的系統(tǒng)，其主要功用是： （1）通過通過三元催化器中的載體對(duì)排氣廢氣進(jìn)行處理； （2）在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速情況下保證車輛正常運(yùn)行； （3）通過排氣系統(tǒng)管道引導(dǎo)排氣氣體的排出方向。 （4）通過消聲器減少發(fā)動(dòng)機(jī)排出噪音污染； （5）防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，將尾氣盡快排除，以免發(fā)生安全事故。 1.3 排氣系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 在汽車行駛過程中，污染物排放及排放噪音主要靠排氣系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，如今對(duì)于排放標(biāo)準(zhǔn)，國家億出臺(tái)政策，國五排放已全面普及，到2018年，所有乘用車要滿足國六排放，也就是國家對(duì)于排放的要求越來越嚴(yán)格。同時(shí)消聲器排氣背壓的設(shè)計(jì)也會(huì)影響動(dòng)力損失，合適的排氣背壓可以減少燃油消耗，這一直是汽車設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注的問題，也是購車時(shí)重要的選擇指標(biāo)。同時(shí)近幾年人們對(duì)駕駛的舒適性和動(dòng)力性等方面的要求也越來越高。因此排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也對(duì)NVH指標(biāo)有了很高的要求。 目前中國汽車行業(yè)正處于快速發(fā)展期。數(shù)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)顯示，2016年中國汽車市場銷售量達(dá)8364萬輛，同相比前幾年有大幅度增長。預(yù)計(jì)在今年年底汽車銷售量有望突破10000萬輛，按此增長速速在2017年銷售總額將會(huì)超過1600億元[1]。汽車行業(yè)已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要標(biāo)志，隨著全球汽車市場的高速發(fā)展，環(huán)保的要求及污染的治理，中國汽車行業(yè)將面臨著重重的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[1]。 由于西方國家工業(yè)發(fā)展焦躁，國內(nèi)外對(duì)于消聲器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較多的研究, 主要集中在試驗(yàn)總結(jié)和傳統(tǒng)理論分析上。主要利用聲傳遞矩陣法, 并借助于 CFD軟件進(jìn)行性能分析, 對(duì)消聲器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。得出了消聲器的結(jié)構(gòu)是影響氣流再生噪聲, 乃至消聲量的一個(gè)重要因素；同時(shí)汽車排氣催化劑的應(yīng)用是20 世紀(jì)70 年代中期從美國開始的, 80年代中期日本在新車上安裝催化轉(zhuǎn)化器, 歐洲則是到90年代初才正式開始使用催化轉(zhuǎn)化器。90 年代中期以來, 年需求量已增至5 000 萬個(gè)左右, 其中絕大部分是由美國的 Engelhard、Allied Signal、Johnson Mat they 及德國的Deg ussa 公司生產(chǎn)的。美國是汽車大國, 也是治理汽車排氣最早、技術(shù)最先進(jìn)的國家, 日本、德國等西方國家次之。20世紀(jì)60 年代末到70 年代中期, 由于汽車排放法規(guī)只要求控制CO 和HC 的排放, 出現(xiàn)了氧化型催化劑, 鉑/ 銠雙金屬催化劑出現(xiàn)于70 年代末, 此時(shí)美國環(huán)保署提出對(duì)NOX 的控制, 雙床催化劑及三效催化劑應(yīng)運(yùn)而生。到80年代中期, Pt / Rh/ Pd 三金屬催化劑作為新一代三效催化劑出現(xiàn)。由于貴金屬資源有限、價(jià)格高昂, 減少貴金屬用量成為汽車排氣催化劑的發(fā)展趨勢。三效鈀催化劑就是為滿足這一要求而出現(xiàn)的。90 年代的催化劑功能涉及更廣, 除了通常工況下的三效催化功能外, 還能夠解決汽車?yán)淦饎?dòng)時(shí)的污染控制, 以及克服富氧氣氛下NOX 的還原問題等。自1985 年我國頒布專利法以來, 國外公司已在中國申請多項(xiàng)有關(guān)汽車排氣催化技術(shù)的專利； 1.4 研究的目的、依據(jù)和意義 隨著汽車向多元化、環(huán)?；陌l(fā)展，排氣系統(tǒng)的在汽車設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位。其工作性能直接影響汽車的銷售情況ji 環(huán)境的情況，由于輕型汽車既要提高車輛的NVH性能又對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性有很高要求，因此對(duì)于輕型汽車對(duì)其排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更為重要。本設(shè)計(jì)是基于輕型汽車的基本參數(shù)，利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法對(duì)其排氣系統(tǒng)的消聲器及三元催化器進(jìn)行設(shè)計(jì)， 表1-1 汽車基本參數(shù) 設(shè)計(jì)中所采用的基本參數(shù)如下表1-1： 名稱 參數(shù) 名稱 參數(shù) 長/寬/高(mm) 4860/1645/1890 最大馬力（Ps） 111 最小離地間隙(mm) 155 最大功率（kw） 82 發(fā)動(dòng)機(jī) DAM15R 最大扭矩 142Nm/5200 最高排氣溫度℃ 830 供油方式 電噴 最大排氣流量kg/h 303 發(fā)動(dòng)機(jī)布置 中置 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 后輪驅(qū)動(dòng) 使用燃油 汽油 通過本課題的設(shè)計(jì)，可綜合運(yùn)用汽車設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、汽車構(gòu)造、汽車電子技術(shù)等課程的知識(shí)，達(dá)到綜合訓(xùn)練的效果[5]。同時(shí)可以學(xué)會(huì)汽車排氣系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法和步驟，對(duì)今后從事汽車行業(yè)的工作有很大的幫助。 第2章 排氣系統(tǒng)整車布置方案 2.1 排氣系統(tǒng)的布置 在汽車設(shè)計(jì)過程中會(huì)考慮到排氣系統(tǒng)的布置，一般情況下布置在汽車底部，因此在底盤設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)給排氣系統(tǒng)即三元催化器及消聲器留出一定的布置空間，同時(shí)在車身縱梁上也會(huì)留出相應(yīng)的掛鉤位置。而合理的布置對(duì)于汽車的緊湊性及最小離地間隙有很大影響，本次設(shè)計(jì)的排氣系統(tǒng)也布置在汽車底部，同時(shí)在汽車縱梁上預(yù)留5個(gè)掛鉤位置用于安裝三元催化器及消聲器。 2.2 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 2.2.1 三元催化器方案 在輕型汽車中三元催化器常采用的結(jié)構(gòu)型式為：非緊耦合式，由于結(jié)構(gòu)可靠，耐久性好，因此常被廣泛應(yīng)用，本設(shè)計(jì)也采用這種結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)形式如下： 圖2-1：三元催化器結(jié)構(gòu) 2.2.2 消聲器方案 在汽車整車設(shè)計(jì)中，消聲器是非常重要的一部分，消聲器的好壞直接影響整車的NVH性能。在設(shè)計(jì)時(shí)消聲器帶附件總成必須通過3.35萬公里道路可靠性試驗(yàn)考核，試驗(yàn)完成后外觀完整，不能有破、斷、裂、變形及嚴(yán)重的腐蝕等現(xiàn)象出現(xiàn)。 其結(jié)構(gòu)形式簡單，主要由進(jìn)氣管，前級(jí)消聲器筒體，連接管，后級(jí)消聲器筒體等主要零件通過二氧化碳保護(hù)焊焊接而成。具體結(jié)構(gòu)形式如下： 尾管 掛鉤 連接管 橡膠吊耳 前加強(qiáng)板 壓簧 石墨環(huán) 后級(jí)消聲器筒體總成 后加強(qiáng)板 前消聲器筒體總成 壓簧螺栓 進(jìn)氣管 2-2：消聲器結(jié)構(gòu) 2.2.3 總體方案 在汽車裝配過程中，正確的裝配也是汽車正常運(yùn)行及排氣系統(tǒng)發(fā)揮作用的重要組成部分。一般情況下輕型汽車的裝配方法簡單且靈魂，主要在整車生產(chǎn)線上完成。本設(shè)計(jì)的排氣系統(tǒng)主要裝配形式及總成方案如下： 三元催化器前端進(jìn)氣管通過壓緊螺栓與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管相連接，在連接部位安裝紫銅環(huán)來保證有良好的密封性，同時(shí)為保證性能可靠及氣密性符合要求螺栓扭力要求為50~55N.m。三元催化器出氣管即三元催化器末端與消聲器前端相連，通過兩只螺栓進(jìn)行安裝，在中間安裝石墨環(huán)來保證密封性，同時(shí)螺栓的扭力為45~50N.m.。在三元催化器及消聲器掛鉤位置安裝橡膠吊耳，同時(shí)在正常車身縱梁上對(duì)應(yīng)位置有相應(yīng)掛鉤與吊耳連接，使排氣系統(tǒng)總成安全可靠地安裝在整車上。同時(shí)為了降低噪音及減震作用，連接采用橡膠吊耳，這樣對(duì)于整車的NVH有很大的提高。 第3章 排氣系統(tǒng)主要參數(shù)的選擇 3.1 三元催化器主要參數(shù) 三元催化器的參數(shù)尺寸直接影響整車的排放性能，在本設(shè)計(jì)中結(jié)合輕型汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)及整車參數(shù)設(shè)計(jì)的三元催化器尺寸參數(shù)如下： 三元催化器由多個(gè)零部件組成，其主要尺寸如下： (1) 進(jìn)口法蘭-材料SUH409L，t=2mm，1個(gè)； (2) 進(jìn)氣管-材料SUH409L，φ50×1.5mm，1個(gè)； (3) 進(jìn)氣管隔熱罩-材料SA1D，t=1mm ,2個(gè)； (4) 催化器端錐-材料SUS441，t=1.5mm，2個(gè)； (5) 催化器殼體-材料SUH409L, t=1.5mm，1個(gè)； (6) 三元催化器上隔熱罩-材料SA1D，t=1mm，1個(gè)； (7) 三元催化器下隔熱罩-材料SA1D，t=1mm，1個(gè)； (8) 隔熱罩安裝支架-材料SUH409L，t=2.0mm，4個(gè)； (9) 出氣管-材料SUH409L，Φ48×1.5mm，1個(gè)； (10) 氧傳感器座-材料SUS304，1個(gè)； (11) 吊鉤與輔助吊鉤（帶擋圈）-材料Q235,Φ12, 1套； (12) 出口法蘭-SUH409L，t=2mm，1個(gè)； (13) 催化劑-由長安公司提供(φ105.7×147.5，600/4.3)； (14) 襯墊-型號(hào)為3M Interam100-4070； (15) 附件：石墨環(huán)(帶陶瓷鍍層,1個(gè))、壓簧(鍍白鋅，2個(gè))、壓簧螺栓(35CrMo，2個(gè))、吊耳(EPDM,1個(gè))、M6標(biāo)準(zhǔn)螺栓(8顆)。 3.2 消聲器主要參數(shù) 3.2.1 邊界尺寸參數(shù) 消聲器中的邊界尺寸與整車的車長有直接關(guān)系，本設(shè)計(jì)結(jié)合車長總長為2219mm,結(jié)構(gòu)如下： 3.2.2 消聲器附件尺寸 消聲器有許多小零部件焊接而成，其主要尺寸如下： 1．球凹法蘭：SUH409L，t=2.0mm；數(shù)量1個(gè)； 2．進(jìn)氣管：鍍鋁管，Φ42mm×1.5mm×401mm（直徑×厚度×中心線長度）； 3．前級(jí)消聲器總成（主消聲器）： A. 前級(jí)消聲器殼體（雙層）：內(nèi)層鍍鋁板、外層鍍鋁板，t=0.6mm/層； B. 進(jìn)氣緩沖管：鍍鋁管，Φ42mm×1.2mm×358mm（直徑×厚度×中心線長度）； C. 排氣緩沖管：鍍鋁管，Φ46mm×1.2mm×346mm（直徑×厚度×中心線長度）； D. 進(jìn)氣緩沖管罩殼：鍍鋁管，Φ57mm×1.2mm×130mm（直徑×厚度×中心線長度）； E. 排氣緩沖管罩殼：鍍鋁管，Φ64mm×1.2mm×200mm（直徑×厚度×中心線長度）； F. 前隔板：鍍鋁板，約246mm×148mm（長軸直徑×短軸直徑），t=1.2mm； G. 后隔板：鍍鋁板，尺寸同前隔板； H. 消聲器前、后端蓋：鍍鋁板，約257mm×155mm（長軸直徑×短軸直徑），t=1.2mm； I. 前消前/后加強(qiáng)板：鍍鋁板，各1個(gè)（供應(yīng)商可根據(jù)自身工藝進(jìn)行優(yōu)化或選材，但必須保證消聲器總成不發(fā)生斷裂）； J. 前消前掛鉤（空心，帶擋圈）：Q235，Φ13mm，t=1.5mm，1個(gè)； K．前消后掛鉤與輔助掛鉤（空心，帶擋圈）：Q235，Φ13mm，t=1.5mm，1個(gè)； 4. 連接管：鍍鋁管, Φ42×1.5 mm×1099mm; 掛鉤（空心，帶擋圈）：Q235，Φ13mm，t=1.5mm，1個(gè)； 5. 后級(jí)消聲器總成(次消聲器)： A. 殼體(芯部穿孔)：鍍鋁板，Φ92mm×1.5mm（直徑×厚度）; B. 后級(jí)消聲器芯部管道：鍍鋁管，Φ42×1.5 mm×190mm；（直徑×厚度×中心線長度） C. 玻璃纖維吸音棉：100g。 6. 排氣尾管：SUH409L，Φ45mm×1.5mm×185mm（直徑×厚度×中心線長度） 7． 附件： A．壓簧：65Mn，2個(gè)； B．M10壓簧螺栓：2個(gè)，40Cr，等級(jí)不低于8.8級(jí)； C．石墨環(huán)：帶陶瓷鍍層，1個(gè)； D．橡膠吊耳：EPDM，3個(gè)； 3.3 消聲器NVH指標(biāo) 如今用戶對(duì)于整車的NVH要求月亮越高，而消聲器的設(shè)計(jì)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)噪音有很大影響，本設(shè)計(jì)的主要參數(shù)及測試方法如下： 排氣尾口輻射噪聲目標(biāo)要求有：加速總聲壓級(jí)，怠速總聲壓級(jí)。 測試方法：2檔全負(fù)荷從1000rpm到6000rpm。傳聲器45°正對(duì)排氣尾口，距離排氣尾口50cm，其參考軸與地面平行，與排氣尾口中心等高。 排氣尾口加速總聲壓級(jí)目標(biāo)：1000-6000rpm加速排氣尾口噪聲在目標(biāo)線73.0-96.0 dB(A)以內(nèi)；數(shù)據(jù)如圖表所示： 轉(zhuǎn)速（rpm） 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 聲壓級(jí) dB（A） 73 75.3 77.6 79.9 82.2 84.5 86.8 89.1 91.4 93.7 96 第4章 排氣系統(tǒng)的試驗(yàn)要求 4.1 消聲器試驗(yàn)要求 4.1.1 氣密性及焊接熔深試驗(yàn) 必要的試驗(yàn)驗(yàn)證是汽車安全行駛的保證，同時(shí)也是滿足國家法規(guī)保證車輛正常使用的前提。本設(shè)計(jì)中要求消聲器內(nèi)相對(duì)氣壓穩(wěn)定在30kPa±1kPa時(shí)，消聲器總成漏氣量不超過3.4L/min，同時(shí)要求不允許集中漏氣。焊縫應(yīng)光潔、平整，且無裂紋、氣孔，總成內(nèi)部不得有焊渣等異物，焊接必須牢固可靠。焊接熔深≥0.2mm，且不得焊穿；焊接結(jié)構(gòu)及方式如下圖： 4-1：焊接示意圖 4.1.2 振動(dòng)耐久及臺(tái)架試驗(yàn) 在消聲器設(shè)計(jì)時(shí)另一項(xiàng)重要的試驗(yàn)即為振動(dòng)耐久及臺(tái)架，這是車輛可靠性的保證，本設(shè)計(jì)中的相關(guān)技術(shù)要求如下： 為滿足工作需求本設(shè)計(jì)消聲器要求經(jīng)振動(dòng)耐久試驗(yàn)后，消聲器本體的任何部位不能出現(xiàn)開裂、脫焊等損壞現(xiàn)象。具體的試驗(yàn)參數(shù)及試驗(yàn)按表4-1要求進(jìn)行，消聲器經(jīng)振動(dòng)試驗(yàn)后,其總漏氣量比振動(dòng)試驗(yàn)前總漏氣量增加不大于3.4L/min 表4-1 振動(dòng)耐久性試驗(yàn)項(xiàng)目 振動(dòng)頻率，Hz 振動(dòng)加速度(峰-峰值)，m/s2 振動(dòng)時(shí)間，h 上下 左右 前后 33或67 30 4 2 2 此外消聲器要進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，可靠性臺(tái)架試驗(yàn)要求在試驗(yàn)時(shí)要求發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率和額定轉(zhuǎn)速工況下，消聲器插入損失、排氣背壓差限值應(yīng)符合表4-2的要求。 表4-2 插入損失和排氣背壓限值 插入損失，dB(A) ≥24 排氣背壓，kPa ≤27 4.1.3 鹽霧試驗(yàn)及整車可靠性 鹽霧試驗(yàn)是驗(yàn)證材料防腐蝕xing2的必要性，由于整車經(jīng)常承受自然環(huán)境下各種天氣考驗(yàn)，因此為保證整車的可靠及安全性能，要求在設(shè)計(jì)過程中的試驗(yàn)更加嚴(yán)格。本設(shè)計(jì)中要求消聲器附件按如下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足表4-3。 表4-3 鍍鋅層質(zhì)量試驗(yàn)要求 試驗(yàn)名稱 項(xiàng)目 判斷標(biāo)準(zhǔn) 鍍鋅層質(zhì)量試驗(yàn) 厚度 ≥8μm 耐蝕性 72h無白銹、192h無紅銹 附著力 鍍層不脫落、不起泡 Cr6+ 鍍層中的含量不超過0.1μg/cm2 此外消聲器必須通過3.35萬公里道路可靠性試驗(yàn)考核，試驗(yàn)完成后外觀完整，不能有破、斷、裂、變形及嚴(yán)重的腐蝕等現(xiàn)象出現(xiàn)才算合格，這樣設(shè)計(jì)出來的消聲器才能滿足用戶的使用。同時(shí)試驗(yàn)后其密封性能應(yīng)符合前面的氣密性試驗(yàn)指標(biāo)。 4.2 三元催化器試驗(yàn)要求 4.2.1 耐腐蝕及密封性 本設(shè)計(jì)的三元催化器為滿足設(shè)計(jì)要求及使用性能。要求三元催化器進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。三元催化器總成經(jīng)中性鹽霧試驗(yàn)后，144h無白銹，240h無紅銹并符合密封性能規(guī)定，產(chǎn)品應(yīng)采取相應(yīng)的防銹措施，并且在到達(dá)客戶一個(gè)月后自然條件下，保證產(chǎn)品不生銹。 此外還需要滿足密封性要求，三元催化器總成在200±3kPa壓縮空氣下，保壓不低于10s，測試15s，其壓力降小于5kPa。要求在有合格證的氣密檢測設(shè)備中進(jìn)行測量 4.2.2 軸向推力及耐久試驗(yàn) 軸向推力是檢測排氣背壓的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是正常性能的重要指標(biāo)。試驗(yàn)時(shí)要求將三元催化器進(jìn)行預(yù)處理，取出冷卻至室溫后，用φ30mm的推桿均勻地對(duì)三元催化器內(nèi)的載體施1500N的力，保持5min，相對(duì)位移量不大于2mm；而耐久性要求三元催化器總成必須通過 3.35 萬公里道路試驗(yàn)考核，試驗(yàn)完成后外觀完整，不能有破、斷、裂、變形及嚴(yán)重的腐蝕等現(xiàn)象出現(xiàn)； 此外三元催化器中載體的封裝也是零部件正常使用的前提，因此在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)于載體的封裝是非常必要的。三元催化劑前端面均勻性系數(shù)UI：進(jìn)口質(zhì)量流量為峰值時(shí)UI≥0.90；Vmax/Vaverage <1.80；載體前端Vmax <100.00m/s；?速度最高的區(qū)域盡量靠近中心以利于散熱；壓力梯度要求小于15bar/m，偏心率VI <0.7。 4.2.3 機(jī)械性能試驗(yàn)j 三元催化器總成經(jīng)過50個(gè)循環(huán)的溫度沖擊試驗(yàn)后，三元催化器總成經(jīng)3h的冷態(tài)振動(dòng)試驗(yàn)后，三元催化器總成在經(jīng)5h的縱置熱振動(dòng)試驗(yàn)后，三元催化器總成經(jīng)過20個(gè)循環(huán)的熱壽命和水急冷試驗(yàn)后，經(jīng)過這四項(xiàng)機(jī)械性能的試驗(yàn)，三元催化器其密封性能及其內(nèi)部催化劑軸向推力性能應(yīng)符合要求； 第5章 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)成果 5.1 三元催化器設(shè)計(jì) 5.1.1 設(shè)計(jì)圖紙 5.1.2 圖紙說明 總成圖紙中共涉及15個(gè)子零部件，通過二氧化碳保護(hù)焊焊接而成，成品進(jìn)行清渣、氣密、包裝、貼標(biāo)簽等檢驗(yàn)，完成零部件的生產(chǎn)，圖紙中部分小零部件由于能力有限未完全體現(xiàn)出來。 5.2 消聲器設(shè)計(jì) 5.2.1 設(shè)計(jì)圖紙 5.2.2 圖紙說明 消聲器圖紙中共涉及17個(gè)零部件，同樣通過二氧化碳保護(hù)焊焊接而成，成品需進(jìn)行清渣、氣密、包裝、貼標(biāo)簽等檢驗(yàn)。此外在消聲器總成上要考慮吊耳的位置，因?yàn)橐c整車進(jìn)行裝配，本設(shè)計(jì)中的吊耳位置為結(jié)合汽車的常用尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。 總 結(jié) 排氣系統(tǒng)主要用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的輸出，排氣系統(tǒng)的正確匹配是汽車提高動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性的前提。而三元催化器和消聲器作為汽車排氣系統(tǒng)中的主要部件，在汽車的行駛和發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中發(fā)揮重要的作用。本次設(shè)計(jì)的變速器是輕型貨車及發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)，同時(shí)參考現(xiàn)代化的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，對(duì)其排氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本次設(shè)計(jì)的排氣系統(tǒng)其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊；加工工藝簡單；采用常用的材料，價(jià)格低廉。同時(shí)為滿足不同的發(fā)動(dòng)機(jī)工況要求，排氣背壓及催化轉(zhuǎn)化器方式可以滿足大部分工況，合理的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)降低了噪聲、減輕了排氣的污染，且在整套排氣系統(tǒng)的加工工藝中主要運(yùn)用了沖壓，焊接等工藝。沖壓采用冷沖壓，焊接采用二氧化碳保護(hù)焊，此工藝價(jià)格低廉，強(qiáng)度好，效率高，同時(shí)可靠性好，是當(dāng)今汽車行業(yè)主流的加工工藝。 在三元催化器設(shè)計(jì)中重點(diǎn)介紹了三元催化器的設(shè)計(jì)要求以及使用材料的選擇，因?yàn)椴煌牟牧蠈?duì)于耐久性及腐蝕性有很大的影響。同時(shí)在三元催化器中重要的部分是催化器芯體，即載體。如今載體主要采用Pd、Cu、V三效催化劑，基體采用陶瓷制作，這種形式的載體在滿足催化要求的前提下，有制造簡單，成本低等特點(diǎn)。 在消聲器設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)介紹了消聲器筒體的制造及加工方法以及消聲器的試驗(yàn)要求，性能指標(biāo)，由于目前客戶對(duì)于車內(nèi)噪音要求越來越高，因此對(duì)于消音器的降噪設(shè)計(jì)尤其重要，而消音器中重要的部分就是筒體，因此在設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮了這一點(diǎn)，這也是在汽車行業(yè)的重要之處。 由于設(shè)計(jì)中考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，并且設(shè)計(jì)時(shí)間較短沒有設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)。因此，會(huì)出現(xiàn)有些地方設(shè)計(jì)不合理，強(qiáng)度不足等問題。但是在今后從事排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中我會(huì)認(rèn)真研究，以保證設(shè)計(jì)的排氣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠。 三個(gè)多月的畢設(shè)已接近尾聲，這次設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次綜合考驗(yàn)，也是設(shè)計(jì)過程的一次鍛煉。設(shè)計(jì)過程中綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，不斷查閱使用文獻(xiàn)資料，使我在設(shè)計(jì)方案論證、性能計(jì)算、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與技術(shù)文件編制等方面得到了全面訓(xùn)練。這次設(shè)計(jì)為我的大學(xué)畫上了圓滿的句號(hào)，同時(shí)也是今后從事汽車設(shè)計(jì)的必要條件。 致 謝 轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，回顧四年的學(xué)習(xí)生活，真是收獲豐碩，感受頗深。在畢業(yè)前最后一個(gè)環(huán)節(jié)——畢業(yè)設(shè)計(jì)中，遇到了許多困難。無論是對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，還是對(duì)論文題目的理解、文獻(xiàn)的查閱、模型的建立、圖紙的繪制等都離不開老師的悉心指導(dǎo)和幫助。借此機(jī)會(huì)向四年來一直指導(dǎo)我的老師表示衷心的感謝，同時(shí)也向一直關(guān)心幫助我的同學(xué)表示感謝。因?yàn)樵S多問題沒有他們的幫助，沒有相互之間的討論是不可能完成的。此外我非常感謝我的指導(dǎo)老師。他性格溫和，對(duì)學(xué)生熱情、悉心指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)過程中雖然他總是對(duì)我們組要求很嚴(yán)格，從選題開始，一直讓我們制定自己的工作計(jì)劃。但是我理解他是在培養(yǎng)我們的設(shè)計(jì)能力，想讓我做的更好，按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。通過老師的精心指導(dǎo)和熱枕鼓勵(lì)，最終我順利完成畢業(yè)任務(wù)。我還要感謝人生中這最美好的大學(xué)生活，感謝大學(xué)校園，感謝永遠(yuǎn)不會(huì)忘記的那些大學(xué)朋友們，他們的支持和幫助讓我度過這最美好的四年大學(xué)時(shí)光，是我永遠(yuǎn)最寶貴的財(cái)富。最后感謝百忙之中進(jìn)行畢設(shè)答辯評(píng)閱的各位老師！ 參 考 文 獻(xiàn) [1] 黎志勤, 黎蘇.汽車排氣系統(tǒng)噪聲與消聲器設(shè)計(jì)[M].中國環(huán)境科學(xué)出版社, 1991.． [2] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001． [3] 鐘紹華, 金國棟, 張選國, 章鴻.消聲器優(yōu)化設(shè)計(jì)及其性能分析方法的研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程, 2005,V26(1), 55～ 58. 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