车辆工程毕业设计论文-捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-捷达汽车排气装置改进及性能实验台设计(编辑修改稿)内容摘要：

体流速是影响消声特性的重要因素，试验室方法较为方便，特别是可代替发动机台架试验来验证排气阻力。 消声器的实际现场试验是在汽油机上做消声器的性能试验， 噪声通常测试对比装与不装消声器时的耳旁噪声或最大加速环境噪声（ GB/T47601995，声学消声器测量方法。 GB/T143651993，声学机动车辆噪声测量方法）。 排气阻力性能通常做发动机台架试验来评价，如测试负荷特性、比油耗或调速性能。 为了提高试验效率，有人采用正交试验法等技术，福建农业大学的翁红林利用正交试验法，对汽油机排气消声器进行试验，用较少试验次数采集多因素，多水平的试验数据，从试验数据的分析中得出各因素对消声性能的影响程度及范围，得出各主要结构参数对消声器性能的影响程度。 华东船舶工业学院的郁 飞用正交试验方法研究了排气噪声和相关影响参数之间的关系。 本课题研究内容及主要工作 北方冬季，环境温度较低，汽车尾气中的水蒸汽就会在排气管壁冷凝成水滴，并且随排气流至路面，尤其针对使用乙醇汽油的车辆。 乙醇汽油作为一种车用清洁燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃烧的排放物中生成的水分也较多，受周围的环境温度以黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 及排气降噪能量转换的影响，汽车的排气管会向外滴水，这是一个很普遍的现象。 基于乙醇汽油燃烧特点，车辆 使用乙醇汽油导致路面结冰，在公交站台、上坡路段、十字路口等处 ，尤其在在一些拥挤路段，冬季更容易形成冰 层， 大多路段都 是 难清理的薄冰。 这不仅 减缓了车速， 造成冬季拥挤市区行车的不便， 延长了车在路面的时间，更 增 加 燃油消耗 ，而且增加了有害物质的排放， 减少制动距离，使 刮碰等事故不断，不但没有达到节能减排的目的，还增加了大量人力、时间和物质成本。 因此，针对东北寒冷的冬季，在尽量少的影响原有排气系统下，如何改进排气系统以减少或消除汽车燃烧乙醇汽油所排除的水分导致的路面结冰问题，对乙醇汽油在寒冷地区的应用，及道路的交通拥挤问题的缓解有着重大而深远的意义。 本文设计了两种方案：一种是实车来进行测试，分析水蒸气在排气管内凝结 成水滴的位置。 第二种是设计实验台来模拟实车试验， 具有较强的演示功能，可以 确定怠速下排气管内部的温度变化， 实现 不同 车型 排气装置 工况演示。 可以进行 排气装置性能测试 ，使学生能够直观看到 不同排气装置 的各种工况，并对不同的演示现象进行必要的分析。 并在消声器的入口和出口端测试声压级及气流压力。 得到消声器的插入损失和压力损失用来评价消声器的消声性能和排气阻力性能。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 第 2 章 汽车 排气装置 的组成和工作原理 汽车 排气装置 的作用和组成 汽车 排气装置 的作用：它的作用是将从排气门排出的废气进 行信息反馈（由氧传感器完成）和净化有害气体（由三元催化器完成）及消音（由消音器完成）后排出车外。 汽车 排气装置 的组成： 汽车 排气装置一般由排气歧管、排气管、催化转换器、排气温度传感器、消音器和排气尾管等组成 如图 所示。 图 排气装置组成示意图 汽车 排气装置的工作原理 排气歧管：排气歧 管的形状十分重要。 为了防止各缸排气相互干扰和排气倒流，并利用排气惯性降低排气阻力，应将排气歧管做得长些，且各缸支管应相互独立，长度相等。 还有用不锈钢制造的排气 歧 管，其优点是质量轻，耐久性好，内壁光滑，排气阻力 小 如图 所示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 图 捷达汽车排气歧管示意图 排气净化装置：汽车在使用过程中，发动机所排废气中含有一氧化碳（ CO）、碳氢化合物（ HC）、氮氧化合物（ NOx）、微粒及硫化物等有害物质，对环境造成污染，危害人类健康，所以必须对发动机排气进行净化。 催化转化器：催化转化器是利用催化剂的作用将排气中的 CO、 HC 和 NOx转化成对人体无害气体的一种排气净化装置，又称为催化净化转化器。 催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器两种类型。 氧化催化转化器在金属铂、钯或铑等催化剂的作用下，可将排气中的 CO 和 HC 氧 化成 CO2和 H2O，因此这种催化转换器也称做二元催化转换器，使用时须向氧化催化转换器供给二次空气作为氧化剂才能使其有效地工作。 三元催化转换器可同时减少 CO、 HC 和 NOx的排放。 它以排气中的 CO 和 HC 作为还原剂，把 NOx还原为氮（ N2）和氧 (O2)而 CO 和 HC 在还原反应中被氧化为 CO2和 H2O。 当同时采用两种转换器时，常把两者放在同一个转换器内 如图 所示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 图 三元催化转换器示意图 消音器：汽车的排气噪声是行车噪声的主要组成部分，世界各国对各种车辆产生的噪声极限值都有严格的规定，如欧共体规定，轿车 为 77dB，载货汽车为 84dB，因此需减小排气噪声。 排气消音器的功用就是降低排气噪声并消除废气中的火星及火焰。 根据干涉原理，排气消音器有吸收、反射两种基本消声方式。 在吸收式消声器上通过的废气在玻璃纤维、钢纤维和石棉等吸声材料上的摩擦而减小其能量。 反射式消声器则由多个串联的谐调腔与不同长度的多孔反射管相互连接在一起。 废 气在其中经过多次反射、碰撞、膨胀、冷却而降低其压力，减轻了震动 如图 所示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 图 汽车消声器剖面图 汽车排气装置相关资料 由于汽车尾气净化及汽车轻量化降低油耗的社会要求日益 高涨 ， 不锈钢在汽车中的使用近十年增加 4 倍。 起初是以铁铬钦不诱钢为主 ， 而后各种高性能不诱钢开始使用 .在排气歧 管前置管 、 软管 、 催化剂金属载体及消声器所组成的排气系统所用材料。 美国 60 年代就开始将 铁铬钦 不锈钢用于排气系统。 日本 70 年代对排气标准作了规定迫使汽车制造厂商在汽车排气系统中安装三元催化净化装置。 .当时也将铁铬钦不锈钢用于排气系统 1989 年日本要求汽车制造厂商保证排气系统部件能够使用三年或行驶六 万 Km。 这一规定加速不锈钢替换镀铝钢板的进程。 如今美国和日本轿车的排气系统已全部采用不锈钢制造 ， 每辆轿车排气系统 不锈钢用量因轿车型号而异 ,但最近由于采用了改善汽车燃烧的措施使得排气岐管的使用温度提高 ， 为此排气岐管材料改用耐高温及耐腐蚀的铁素体不锈钢 ， 以降低噪声为目的软管采用耐高温及耐盐类腐蚀的不锈钢制造 ， 在美国和欧洲所用材料则是在基础上增加质量分数使之获得更好的性能 ，欧洲的高档轿车上其 排气系统使用奥氏体不锈钢为了提高消声器的耐腐蚀寿命。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 本章小结 本章设计内容主要针对汽车排气装置结构、工作 原理进行阐述，分析不同汽车排气装置结构与特性， 分析了 不同汽车排气装置的原理及未来汽车排气装置的发展趋势，为设计排气装置实验台及对不同的排气装置改进设计提供理论基础。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 第 3 章 燃乙醇汽油车排气管内部温度与滴水量测定试验方案 设计 近年来，由于国际石油资源的匮乏，新型绿色清洁燃料能源 乙醇汽油加入了汽车能源行列。 作为可再生、原料来源广泛的清洁能源， 乙醇 汽油不仅使我国石油资源紧缺的问题得到缓解， 改善了汽车有害废气造成的环境污染。 总体认为乙醇汽油在我国完全 适用。 然而乙醇中碳氢比高，燃烧时产生的水蒸气相对较多，导致汽车尾气含水量较高。 由于我国黄河以北的大部分地区冬季气温较低，造成乙醇汽油燃烧状况较差，在以乙醇汽油为燃料的机动车辆排气管中，有水分随尾气一起排放，这些水分遇低温凝结成薄冰，覆盖在路面上，使车辆的制动距离增加，给行车带来不便，特别是在破路地段和交叉路口极易引发交通事故。 试验方案 为了研究燃乙醇汽油车排气管内部温度以及汽车排气管末端滴水量随不同的大气环境温度及汽车行驶速度而发生变化的情况，本 设计以黑龙江省哈尔滨市为试验地点。 测量时，根据试验地区 哈尔滨市的气温状况设定为两个阶段：冬季试验和春季试验 ，每个阶段的试验测试包括怠速、低速工况（ 20~30km/h）、中速工况（ 60~70km/h）、高速工况（ 80~90lm/h）试验四个环节，其中怠速试验又分为平地怠速与坡道怠速试验两部分。 试验方案分为实车试验和试验台试验两种，平地怠速试验可以用试验台来进行试验分析，坡道怠速试验、低速工况、中速工况、高速工况可以选用实车来进行试验。 试验装置 试验使用的车型 选 为捷达王（排量 ），试验仪器如下： 捷达汽车排气装置性能试验台、 TM902C 型数显温度传 感器六个、摄像机一部、温度计一支、量筒一个、接水装置一组。 为了进行排气管内部温度测定实验，试验前在排气管上选取六个测试点安装温度传感器， TM902C 型数显温度传感器固定装置如图 所示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 数显温度传感器固定装置 TM902C 型温度传感器是一种接触式温度仪，其操作简便，测量时通过被测介质与测温元件进行充分的热交换而达到测温目的，试验时数据采集方便简洁。 试验测量时，传感器的探 针可以伸入排气管内部测试温度，所得试验数据相对准确。 在进行温度测量试验时，将温度传感器通过固定装置安装在汽车排气管上。 传感器的数据线经过车窗进入驾驶室内，测试人员可以在车内对试验数据进行录制及观测。 六个温度传感器分别布置在避开主、副消音器的排气管前段、中段和末段的弯管上，从排气管入口至出口方向，六个传感器依次编号为从一号至六号，一号测试点距离排气歧管聚合处大约 1 M，六号测点 在 排气尾管末端 附近 ，其余各点的设计安装位置的分布情况如图 所示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 图 数显温度传感器在排气管上的安装位置 实际进行试验仪器安装时，由于受到排气管周围的实际环境条件的限制，温度传感器的安装位置需要根据实际情况确定， 为了进行排气尾管滴水量的 测定，试验之前在排气的排气尾管末端布置了接水装置。 接水装置由矿泉水瓶、铁丝和螺钉构成。 首先在排气管末端焊接两个螺钉作为固定耳，在矿泉水瓶靠上位置剪出一个与排气管直径大小相应的洞，保证能够将排气管伸入矿泉水瓶中，然后用铁丝将它们固定在排气尾管的末端，这样便可以保证在每个阶段的试验过程中，汽车尾 气中的水分可以全部流入接水装置。 待各个环节的试验结束后，再将矿泉水瓶中的水分倒入量筒，即可得到该试验阶段排气管末端的滴水量。 排气管内部温度变化的测定 怠速试验 在怠速试验中，针对排气管内部温度的测定试 验包括平地怠速和坡道怠速（坡道怠速约 15176。 ）两部分。 平地怠速试验 平地怠速试验分为冬季试验和春季试验 试验 台试验 环境如 图。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 图 试验台试验环境图 （ 1）冬季试验 冬季平地怠速试验时，先用温度计测出环境温度，进行试验时，保持 试验台 在水平路面上静止， 试验台 启动后处于怠速工况下暖车一段时间，等待温度传感器的数据不再有明显上升趋势后，读取传感器 LED 屏幕所显示的数据，共测试三次，每次试验约持续 15min，得到排气管内部六点位置温度分布数据 表 31 所示。 找到出现 100℃的区域在哪个测试 点，即是水蒸气液化的临界温度。 表 31 冬季平地怠速试验排气管内部温度 [单位：℃ ] 测试时间 1 2 3 4 5 6 15min 15min。