排气系统消声器设计关键技术标准规范.docx
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1、排气消声系统设计技术规范目 录一、专题和适用范围 1、专题 2、适用范围二、排气消声系统总称说明及功用三、设计应用1、设计规则和输入2、设计参数设定 2.1 尺寸及重量 2.2 排气背压 2.3 功率损失比 2.4 净化效率 2.5 加速行驶车外噪声 2.6 插入损失及传输函数 2.6.1 插入损失 2.6.2 传输函数 2.7 尾管噪声 2.8 定置噪声 2.9 振动3、 系统及零部件设计 3.1 系统部署 3.1.1 部署标准 3.1.2 间隙要求 3.1.3 吊钩位置选择 3.1.4 氧传感器孔部署 3.2 消声器容积确定 3.3 排气管径选择 3.4 消声器 3.4.1 消声器截面形状
2、 3.4.2 消声器内部结构 3.5 赔偿器 3.5.1 波纹管 3.5.2 球形连接 3.6 橡胶吊环 3.7 隔热部件 3.8 材料选择 3.8.1 排气管、消声器内组件 3.8.2 消声器外壳体四、参考文件列表一、专题和适用范围1、专题: 本指南要求了和汽车发动机相匹配排气消声系统系统匹配,零部件设计。2、适用范围: 本指南适适用于装汽油M1、N1类车排气消声系统设计。二、排气消声系统总成说明及功用 排气系统包含排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声装置、隔热部件、弹性吊块等。通常地,排气系统含有以下部分功用:(1) 引导发动机排气,使各缸废气顺畅排出;(2) 因为排气门开闭和活塞往复
3、运动影响,排气气流呈脉动形式,排气门打开时存在一定压力,含有一定能量,气体排出时会产生强烈排气噪声,气体和声波在管道中摩擦也会产生噪声,所以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,NOX 等含量,达成排气净化作用; 经典排气消声系统图1所表示:图1三、设计应用1、设计规则和输入:1.1 排气系统能很好将废气顺畅排出,满足发动机排气背压,功率损失比要求。1.2 排气系统设计能满足现行中国法规要求,具体以下: QC/T571993 汽车匀速行使车内噪声测量方法 GB161701996 汽车定置噪声限制 QC/T6311999 汽车排气消声器技术条件 QC/T630
4、1999 汽车排气消声器性能试验方法 GB1495 汽车加速行使车外噪声限值及测量方法 QC/T5893 汽车加速行使车外噪声测量方法 GB18352 轻型汽车污染物排放限值及测量方法 GB14365-93 声学 机动车辆定置噪声测量方法 GB/T4759-95 内燃机排气消声器测量方法1.3 排气系统零部件必需能经受1000高温要求和气流冲击,并确保排气系统可靠性达成10万公里或三年(先到者为准)要求,并要求在三包期内插入损失不得降低6dB(A)以上,功率损失不得增加3%以上。1.4 排气系统必需满足用户对噪声要求,在整个频率范围内应有足够消声量,同时努力争取避免产生气流再生噪声。1.5 消
5、声器在满足消声量前提下要体积小,重量轻,便于安装和维修,有一个很好价格性能比。除消声器几何尺寸和管路走向应符合装车要求外,消声器尾管应美观大方,表面装饰应和车总体造型相协调。2、设计参数设定2.1尺寸及重量 尺寸和重量需依据产品所要达成性能要求和底盘空间位置来确定,不过在满足性能要求基础上,做到尽可能小为最好。2.2 排气背压 排气背压指发动机装上整套排气系统后,按 QC/T524-1999 设定测点测得压强(离发动机排气歧管出口或涡轮增压器出口下游75mm处,在排气连接管里测量,测压头和管内壁齐平,误差小于0.2kPa)。排气背压越高,排气阻力越大,充气效率也就越低,发动机功率、扭矩损失也越
6、大。通常来说,考虑到发动机功率和扭矩要求,会对排气系统提出一个具体排气背压要求。 对自然吸气发动机,排气背压通常设定在305kPa。 对增压发动机,排气背压通常设定在4010kPa。 通常认为消声器压力损失由两部分组成:一是局部压力损失;二是管壁沿程摩擦阻力损失,二者全部是因为流体运动时克服粘性切应力作功引发。 局部阻力损失发生在消声器内收缩、扩张等截面突变地方,大小取决于局部结构型式、管道直径和气流速度,和消声器截面扩张比相关,即m=s2/s1。沿程阻力损失发生在消声器管道壁面,其大小取决于管壁粗糙度及气流速度大小,而管道直径和气流速度是亲密相关,所以管径选择至关关键。 所以,通常排气系统应
7、该尽可能地设计成简单走向,而避免过分弯曲形状。2.3功率损失比 消声器功率损失比是发动机在标定工况下,使用消声器前后发动机功率差值和没有使用消声器时功率值百分比。 (P1P2)/ P1100对于值,QC/T 6311999汽车排气消声器技术条件要求为8,我们通常设定为28dB,JB/T 5081-91中小功率柴油机消声器技术条件要求功率损失在小于5%时,插入损失应25dB。我们要求在发动机各个转速下插入损失均大于32dB。 和传输损失只考虑消音元件本身不一样,插入损失是考虑一个系统。也就是说除了消音元件本身外,插入损失还包含了声源和出声口(如进气口和排气尾管)声学特征,所以这种方法是描述整个系
8、统消音效果最好表示方法。2.6.2 传输函数: 排气系统传输函数是指空气介质传输所引发声功率差值,传输损失没有包含声源和管道终止端声学特征,它只和本身结构相关。在评价单个消音元件消音效果或初步评定系统消音性能时,通常见传输损失。传输损失是评价消音元件消音效果最简单一个方法,具体测量方法以下:图2 排气系统由排气管,副消声器、主消声器组成,假如有三元催化器,则应该同时带上;激励体声源(能发出频率为20Hz0Hz声源)放置于排气管入口端,并用橡胶管和排气管相连。 参考麦克风放置和前端橡胶管上,并在内部接收体声源发出声功率级;接收麦克风放置于消声器尾部,接收经过排气系统传输后声功率级;对于传输函数目
9、标值,依据整车对噪声水平要求,其设定值也不相同,通常,我们设定按图3:图3 图中红线为传输损失限值,在每个频率下传输函数值均在红线下部。依据整车噪声水平和发动机类型不一样,可对该红线位置进行调整。2.7 尾管噪声(三档节气门全开加速) 排气系统尾管噪声是衡量排气系统消声效果一个关键性能指标。尾管噪声测量方法见图4:图4尾管噪声目标设定以下: 在急加速和急减速情况下,整车载荷为 70KgX2,按上述方法进行测量尾管噪声见图 5:当发动机转速为1000-rpm时,噪声值为82dB(A),当发动机转速为5000rpm时,噪声值为92dB(A),当发动机转速为6000rpm时,噪声值为97dB(A)。
10、图5 在急加速和急减速情况下,整车载荷为 70KgX2,按上述方法进行测量二阶尾管噪声见图6,四阶尾管噪声见图 7,六阶尾管噪声见图 8,八阶尾管噪声见图 9。图6图7图8图9 对于以上尾管噪声曲线,能够依据不一样车型所要达成噪声水平不一样进行调整。2.8 定置噪声 定置噪声限值按国家标准 GB161701996汽车定置噪声限制实施,我们要求定置噪声85dB(A)。试验方法按国家标准 GB14365-93声学 机动车辆定置噪声测量方法进行;定置是指车辆不行使,发动机处于空载运转状态,定置噪声可评价、检验机动车辆排气噪声水平,不能表征车辆行使最大噪声级。2.9 振动 排气系统一端和发动机相连,一
11、端经过挂钩和车体相连。发动机振动传输给排气系统,然后在经过挂钩传给车体。车体振动经过座椅、方向盘和地板直接传给用户,同时车体振动也会幅射出去,在车内产生噪声,所以控制传到车体力是排气系统振动控制最关键目标之一。 排气系统振动源关键有四个:发动机机械振动、发动机气流冲击、声波激励和车体振动,车体振动传输方向和前面三种相反,车体振动会经过挂钩传输到排气系统,这种传输会逆向传输到发动机,从而加大了发动机振动。 为了控制排气系统振动,在进行排气系统设计时要注意以下几点:1、要避免和整车固有频率范围重合,应尽可能做到差距越大越好,通常地,车身固有频率在25Hz34Hz之间,所以排气系统振动频率不能设计在
12、这个范围内。2、在设计排气系统时,要使得其模态越少越好。假如模态太多,那么系统一些频率很轻易被激励起来,振动轻易被传输到车体。通常排气系统应该尽可能地设计成一条直线,而尽可能避免弯曲形状。3、合理选择挂钩位置,且挂钩刚度要满足下面要求: 支架频率=( 发动机最大转速 x发动机汽缸数目)/1204、波纹管和橡胶吊块设计对排气系统振动控制至关关键。3 系统及零部件设计3.1、系统部署 3.1.1 部署标准 一个完整排气系统,以前到后,通常部署次序是:预催化器、赔偿器(波纹管)、主催化器、前消声器、后消声器。 排气管用于连接以上不一样部件。排气管分段和连接方法关键依据安装和维修方便确定。 假如赔偿器
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