【文章內(nèi)容簡介】 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(jī)臺架試驗來驗證排氣阻力。 消聲器的實際現(xiàn)場試驗是在汽油機(jī)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/T47601995，聲學(xué)消聲器測量方法。 GB/T143651993，聲學(xué)機(jī)動車輛噪聲測量方法）。排氣阻力性能通常做發(fā)動機(jī)臺架試驗來評價，如測試負(fù)荷特性、比油耗或調(diào)速性能。為了提高試驗效率，有人采用正交試驗法等技術(shù)，福建農(nóng)業(yè)大學(xué)的翁紅林利用正交試驗法，對汽油機(jī)排氣消聲器進(jìn)行試驗，用較少試驗次數(shù)采集多因素，多水平的試驗數(shù)據(jù)，從試驗數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)參數(shù)對消聲器性能的影響程度。華東船舶工業(yè)學(xué)院的郁 飛用正交試驗方法研究了排氣噪聲和相關(guān)影響參數(shù)之間的關(guān)系。 本課題研究內(nèi)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)境溫度以黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 及排氣降噪能量轉(zhuǎn)換的影響，汽車的排氣管會向外滴水，這是一個很普遍的現(xiàn)象。 基于乙醇汽油燃燒特點，車輛 使用乙醇汽油導(dǎo)致路面結(jié)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(zhì)的排放， 減少制動距離，使 刮碰等事故不斷，不但沒有達(dá)到節(jié)能減排的目的，還增加了大量人力、時間和物質(zhì)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(jìn)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(dǎo)致的路面結(jié)冰問題，對乙醇汽油在寒冷地區(qū)的應(yīng)用，及道路的交通擁擠問題的緩解有著重大而深遠(yuǎn)的意義。 本文設(shè)計了兩種方案：一種是實車來進(jìn)行測試，分析水蒸氣在排氣管內(nèi)凝結(jié) 成水滴的位置。第二種是設(shè)計實驗臺來模擬實車試驗， 具有較強(qiáng)的演示功能，可以 確定怠速下排氣管內(nèi)部的溫度變化， 實現(xiàn) 不同 車型 排氣裝置 工況演示 。 可以進(jìn)行 排氣裝置性能測試 ，使學(xué)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(xiàn)象進(jìn)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。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 第 2 章 汽車 排氣裝置 的組成和工作原理 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(jìn) 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(zhuǎn)換器、排氣溫度傳感器、消音器和排氣尾管等組成 如圖 所示 。 圖 排氣裝置組成示意圖 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(yīng)將排氣歧管做得長些，且各缸支管應(yīng)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(zhì)量輕，耐久性好，內(nèi)壁光滑，排氣阻力 小 如圖 所示 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 圖 捷達(dá)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(jī)所排廢氣中含有一氧化碳（ CO）、碳?xì)浠衔铮?HC）、氮氧化合物（ NOx）、微粒及硫化物等有害物質(zhì)，對環(huán)境造成污染，危害人類健康，所以必須對發(fā)動機(jī)排氣進(jìn)行凈化。 催化轉(zhuǎn)化器：催化轉(zhuǎn)化器是利用催化劑的作用將排氣中的 CO、 HC 和 NOx轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化器。 催化轉(zhuǎn)換器有氧化催化轉(zhuǎn)換器和三元催化轉(zhuǎn)換器兩種類型。氧化催化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器也稱做二元催化轉(zhuǎn)換器，使用時須向氧化催化轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)中被氧化為 CO2和 H2O。當(dāng)同時采用兩種轉(zhuǎn)換器時，常把兩者放在同一個轉(zhuǎn)換器內(nèi) 如圖 所示 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 圖 三元催化轉(zhuǎn)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(chǎn)生的噪聲極限值都有嚴(yán)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(jù)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(lián)的諧調(diào)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(jīng)過多次反射、碰撞、膨脹、冷卻而降低其壓力，減輕了震動 如圖 所示 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 圖 汽車消聲器剖面圖 汽車排氣裝置相關(guān)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(jìn)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(chǔ)上增加質(zhì)量分?jǐn)?shù)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。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 本章小結(jié) 本章設(shè)計內(nèi)容主要針對汽車排氣裝置結(jié)構(gòu)、工作 原理進(jìn)行闡述，分析不同汽車排氣裝置結(jié)構(gòu)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(shè)計排氣裝置實驗臺及對不同的排氣裝置改進(jìn)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 第 3 章 燃乙醇汽油車排氣管內(nèi)部溫度與滴水量測定試驗方案 設(shè)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?？傮w認(rèn)為乙醇汽油在我國完全 適用。然而乙醇中碳?xì)浔雀?，燃燒時產(chǎn)生的水蒸氣相對較多，導(dǎo)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(jī)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(jié)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。 試驗方案 為了研究燃乙醇汽油車排氣管內(nèi)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(shè)計以黑龍江省哈爾濱市為試驗地點 。測量時，根據(jù)試驗地區(qū) 哈爾濱市的氣溫狀況設(shè)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(jìn)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(jìn)行試驗。 試驗裝置 試驗使用的車型 選 為捷達(dá)王（排量 ），試驗儀器如下： 捷達(dá)汽車排氣裝置性能試驗臺、 TM902C 型數(shù)顯溫度傳 感器六個、攝像機(jī)一部、溫度計一支、量筒一個、接水裝置一組。 為了進(jìn)行排氣管內(nèi)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， TM902C 型數(shù)顯溫度傳感器固定裝置如圖 所示。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 數(shù)顯溫度傳感器固定裝置 TM902C 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(zhì)與測溫元件進(jìn)行充分的熱交換而達(dá)到測溫目的，試驗時數(shù)據(jù)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(nèi)部測試溫度，所得試驗數(shù)據(jù)相對準(zhǔn)確。 在進(jìn)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(shù)據(jù)線經(jīng)過車窗進(jìn)入駕駛室內(nèi)，測試人員可以在車內(nèi)對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)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(shè)計安裝位置的分布情況如圖 所示 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 圖 數(shù)顯溫度傳感器在排氣管上的安裝位置 實際進(jìn)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(jù)實際情況確定， 為了進(jìn)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(gòu)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(yīng)的洞，保證能夠?qū)⑴艢夤苌烊氲V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(jié)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。 排氣管內(nèi)部溫度變化的測定 怠速試驗 在怠速試驗中，針對排氣管內(nèi)部溫度的測定試 驗包括平地怠速和坡道怠速（坡道怠速約 15176。 ）兩部分。 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 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 圖 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(jìn)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(shù)據(jù)不再有明顯上升趨勢后，讀取傳感器 LED 屏幕所顯示的數(shù)據(jù)，共測試三次，每次試驗約持續(xù) 15min，得到排氣管內(nèi)部六點位置溫度分布數(shù)據(jù) 表 31 所示 。找到出現(xiàn) 100℃的區(qū)域在哪個測試 點，即是水蒸氣液化的臨界溫度。 表 31 冬季平地怠速試驗排氣管內(nèi)部溫度 [單位：℃ ] 測試時間 1 2 3 4 5 6 15min 15min