消声器内部结构设计
消声器内部结构的设计是一个很复杂的课
题。 消声器将声能转化为热能。 按消声器的消声机理，可分为阻性消声器、 抗性消声器和阻抗复合型消声器三类。 目前的汽车消声器的设计中，主要结构采 用抗性消声原理 。
隔声\减振及防腐措施
隔声可采用两种不同厚度的钢板卷制消声器外
壳 , 若要求更高隔声效果 , 可在两层钢板中间夹 一层非金属材料衬垫,外层钢板厚0.8-1mm,中间 衬垫厚0.5mm,内层钢板厚0.5-0.6mm。 减振消声器的 , 可在固定方法上采用不同阻尼 ( 或不同硬度 ) 的 0 形状的橡胶件 , 将消声器悬挂 在汽车底盘或车身上 , 通常是采用 8 字形橡胶减 振块. 可根据汽车的使用寿命或防腐级别选择材料 .镀 铝钢板耐高温性能好 , 价格低 , 用于轻型车和普 通级轿车 ; 不锈钢性能比镀铝钢板好 , 用于高级 别的消声器.
特别要注意的是和发动机油底壳和油箱
的距离。
管径的选择
根据发动机对排气背压的要求，并兼顾振动噪
声的影响来选择合适的管径。 管子的长度影响不大。 一般根据经验进行选择。 设计消声器的进口直径时要避免因进气直径过 小而引起整个排气管的载面突变，同时，进气 处气流不宜达大。
管径的选择
求很高。 排气系统的吊挂位置的选择应该遵循以 下三个原则： （1）吊耳应该位于振动的节点上； （2）吊耳应该在纵向能够延伸； （3）吊耳应该位于车身结构的刚性处。
补偿器
补偿装置是排气系统减振降噪的一个重
要部件，同时也是提高排气系统使用寿 命的重要部件。它把由发动机引起的振 动及扭转进行吸收，从而降低排气系统 的振动传递，同时改善排气系统的受力， 提高使用寿命。 我们常见的补偿器有两种形式：波纹管 和球形连接。
系统布置原则
如果采用二级消声，我们将其分别称为前消声
器和后消声器。根据声学原理，消声器摆放在 不同的位置，将产生不同的消声效果，一般地， 推荐如下的消声器摆放位置：
三元催化器 预消声器 主消声器
与相邻部件的间隙关系
各相邻部件耐温在150℃以下的越远离排
气系统越好，相对产生运动部件最少保 证与排气系统的间隙大于25mm。
波纹管
半断耦式，就是采用强度较大的承载式
波纹管（如采用0.4mm/层×2或3层的波 纹管结构），发动机的振动和晃动有部 分传递到排气系统。采用半断耦式的排 气系统，吊环一般设计的偏软，并且对 前后位移的限制作用不是很明显。比如 我公司生产的A11，A15轿车就是采用这 种形式的悬挂系统。
球形连接
氧传感器
氧传感器是通过测量排气系统中的氧离
子浓度，转化为电压信号输出给ECU控 制单元，从而达到控制空然比的一种装 置。
净化系统方案设计
净化系统三元催化器和氧传感器安装位
置的确定 目前三元催化器的位置主要有： 底盘下置式、 紧耦合式 和前置式三种。
底盘下置式
底盘下置式是目前国内大部分轿车所采
消声系统的主要评价指标
在实际测量中由于消声器功率消耗较小 , 发动机 工不稳定及测量功率损失精度等因素影响 , 不 易反映出实际损失的差异 , 用直接测量消声器 排气的背压来评价消声器性能反而比测量功率 损失比更有效。 排气背压 ： 指发动机装上整套排气系统后， 按 QC/T524-1999《汽车发动机性能试验方法》 设定测点测得的压强。一般都对排气背压限值 提出明确要求,我公司轿车的汽油机一般为 ≤26.7kpa。
催化器耐久性提高的条件
催化剂热老化 – 避免三元催化器过热
• 控制三元催化器最高温度，通过减速断油或者高负荷增加喷 油量等措施使温度降低 • 严格监控点火系统的工作状况，避免失火现象的发生，烧熔 破坏催化剂（E-OBD系统进行监测）。 • 精确控制空燃比
催化剂中毒 – 铅中毒。铅会大大影响HC的转化效率，使催化剂失活 – 硫中毒。降低HC,Nox转化效率 – 碳中毒。低温，富油操作 – MMT。沉淀、堵塞催化剂表面 提高燃油、机油品质。
消声器了出口气流速度
消声器的出口管径应尽量与进气管直径
一致,不允许过小,气流速度的计算为： V=1.27×103Q/D2 式中: V---------气流速度, m/s Q----------排气流量, m3/s D----------排气门直径,mm。
排气系统吊挂位置的选择
吊耳是橡胶件，起缓冲作用，对材质要
波纹管
典型的波纹管如图16所示:
其悬挂系统分为两种，一种是断耦式，
另一种是半断耦式。
波纹管
断耦式，就是采用柔性极高的波纹管
（如采用0.25mm/层×2层的波纹管结构 或者波纹管相当长）将发动机与排气系 统的振动和晃动完全阻隔开。断耦式的 波纹管不起承载作用，所以波纹管后段 的排气系统需设计前后左右上下六方向 位移皆有极好限制作用的悬挂。比如我 公司生产的B11轿车就是一个典型的断耦 式排气悬挂系统。
三元催化器设计
三元催化器的方案 – 所需基本资料：发动机排量、排放目标、进 气空燃比特性、排气温度特性 – 确定催化器容量、外形、安装位置（底盘式、 紧耦合式）、数量
匹配目标 – 满足汽车排放要求 – 满足动力性、经济性、噪声变化限值
三元催化器的结构
催化剂 – 贵金属
• 铂（Pt）、钯（Pd）—氧化反应催化剂（HC,CO） • 铑（Rh）——还原反应催化剂（NOx）
– 涂层
• 储氧材料 • 添加剂（稳定剂、促进剂）
催化剂载体 – 陶瓷、金属、炭化硅 – 圆形、椭圆、梯形 封装外壳
三元催化器特性
温度特性： – 起燃温度<300度（新鲜），<400度（老化） – 最大连续床温<950度 – 设计温度不超过1050度 空燃比特性 – λ 窗，在理论空燃比附近，转换效率最佳 – 控制空燃比 流动特性 – 压力损失，流动阻力增大排气背压，影响发 动机动力性和经济性。（<2％）
为获得良好的噪声和低的背压，在排气管和消
声器内的排气流速应分别低于 0.35c 和 0.25c （c—— 声速）。我们可根据此要求来计算排 气管的最小管径。 假设某发动机最大排气流量为m(kg/h)，排气温 度为T (K)，压力为P(Pa)，在温度T和下气流密 度为 ρ（kg/m3），声速为 c（m/s）。则排气管 最小流通面积Smax为: Smax=m/900cρ。 排气管最小内径为d= 4 Smax/π 。
用的安装方式，主要可针对欧州2号排放 法规，由于离排气歧管的距离教远，对 催化器的起燃温度要求较高。这时的氧 传感器主要安装在排气歧管和三元催化 器这段区域内，如离排气歧管较远，则 建议采用加热式氧传感器，以使排气净 化系统更快的进入闭环控制。
紧耦合式
紧耦合式是将催化器直接连接到排气歧
管上的一种安装方式，它起燃快，对排 出的气体有加热的作用，通常同底盘下 置式一起以满足欧洲3号排放法规的要求。 此时一般采用双氧传感器进行双闭环控 制。
性能检测
排气系统台架性能试验 振动耐久性试验。 盐雾试验。 144小时 。 整车噪声试验。测出整车加速车外噪声。 三万公里可靠性路试 催化器8万公里快速老化 整车排放检测 8万公里耐久性试验
三元催化器
三元催化器是利用Pt、Pd、Rh等贵金属
作为催化剂，对排气系统中尾气进行化 学反应处理，以使排气中的有害气体降 到最低的装置。
D D
最优方案 较好方案
L
可行方案
不可行方案
系统布置原则
对一个完整的排气系统，从前到后，一般布置次序是：
预催化器、补偿器（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同部件。排气管分 段以及连接方式主要根据安装和维修方便确定。 如果补偿器采用球面法兰，一般不把球面法兰布置在 催化器之前。 如果排气系统要求满足欧Ⅳ排放标准，在排气歧管出 口处布置预催化器（即CCC，Closed Couple Catalyst）。 主催化器一般布置在车身底板下，所以又叫底板下催 化器（Under Floor Catalyst）。
消声器消声量的确定
确定降低排气噪声的目标值,即由发动机排气噪
声大小\频谱特性和消声器所匹配车辆的噪声标 准限值来决定消声器消声量大小.根据整车噪声 限值来计算消声器出口噪声限值,假设声源特性 属线性声源,声衰减量L为: L=10LG(R2/R1) (DB)(A) R1------消声器出口处噪声限值点到声源点距离; R2------整车噪声限值测点到声源点距离.
消声器消声量的确定
现以轻型汽车计算为例 , 已知整车车外加速行
驶噪声限值 LA=84DB(a),R1=0.5m( 按消声器试 验 规 范 ) , R2=7.5m( 按 整 车 噪 声 试 验 规 范 ),L=10LG(R2/R1)=10LG(7.5/0.5)=11.6(DB) (A) 消声器出口噪声限值LM=L+LA=95.6(DB)(A). 轻型车发动机排气声压级为 120DB(A), 那么消 声器的消声量应大于120-95.6=24.4(DB)(A)
（1）插入损失满足现行国家标准； （2）整车车外加速噪声满足现行国家标准； （3）整车所要达到的排放要求。
消声系统的主要评价指标
插入损失：装消声器前后在消声器出口某一固
定点测量的噪声压级差值 。 （D=L1-L2≥28dB ） 试验方法见： QC/T630-1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T631-1999 汽车排气消声器的技术条件 功率损失：消声器的功率损失比是指发动机在 标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和 没有使用消声器时功率的百分比。 （<8%） （QC/T631 –1999进行了规定）
消声系统的结构强度要求
使用耐久性：排气系统正常使用情况下寿命不
小于150000Km。 振动耐久性：排气系统经振动试验后,性能应 满足试验规定。 抗回火性能：消声器经回火（放炮）试验20次 后，不出现咬口或焊点部位撕裂、内部结构严 重破坏的现象，其漏气量总和不超过200L/min， 插入损失不得降低3dB（A）以上，功率损失比 不得增加1.5%以上。