乘用車排氣系統(tǒng)總布置設(shè)計要素分析

秦建軍

（中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司）

排氣系統(tǒng)是汽車動力總成關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其負責(zé)將發(fā)動機工作過程中的燃燒廢氣排放到大氣，對凈化發(fā)動機廢氣、吸收發(fā)動機振動、降低噪聲等起著非常關(guān)鍵的作用[1]。因此，如何合理地設(shè)計排氣系統(tǒng)，對提高整車動力性經(jīng)濟性、駕乘舒適性以及通過性等具有重要意義。文章著重從排氣管走向要求、周圍間隙要求、最小離地間隙要求、排氣主消聲器位置、橡膠吊耳布置、裝配工藝性等方面闡述排氣系統(tǒng)的總布置設(shè)計方案，旨在在項目開發(fā)前期考慮排氣系統(tǒng)對整車各方面性能的影響，避免后期的返工和設(shè)計變更。

1 排氣管走向

首先排氣管總成的布置必須滿足法規(guī)要求，另外排氣走向還應(yīng)考慮發(fā)動機性能、安全性能、駕乘人員和行人的感受等因素。所以，在排氣管走向設(shè)計時應(yīng)綜合考慮以下原則：

1）管路走向應(yīng)盡量平直順暢，避免出現(xiàn)過多的彎折以降低排氣背壓，管路中心線的彎曲半徑一般應(yīng)≥（1.5～2）D（管路直徑）, 彎折角度應(yīng)＞90°，一般以＞120°為宜，管路彎折數(shù)以不超過6 個為宜。

2）排氣管口不應(yīng)指向車身右側(cè)（如受結(jié)構(gòu)限制，排氣管口必須偏向右側(cè)時，排氣管口氣流方向與機動車縱向中心面的夾角應(yīng)≤15°），若排氣管口朝下則其氣流方向與水平面的夾角應(yīng)≤45°。

3）排氣管路和消聲器應(yīng)盡量沿著地板下氣流方向布置，以便更好地利用地板下氣流對排氣管總成進行散熱。

4）單邊單出排氣管應(yīng)布置在遠離加油口的車身側(cè)；若炭罐布置在后地板處，排氣管主消聲器的布置位置最好與炭罐布置在車身的不同側(cè)，避免發(fā)生后碰時主消聲器與炭罐發(fā)生擠壓造成燃油泄漏。

5）排氣尾管口布置時，應(yīng)考慮與后保險杠的位置關(guān)系，尾管口的位置應(yīng)保證尾氣排出后不能進入保險杠內(nèi)側(cè)，否則尾氣將有可能通過車身側(cè)圍的排氣口進入駕駛艙。

2 熱輻射距離

排氣管總成與周圍零部件熱輻射距離要求，如表1所示[2]。若由于空間和結(jié)構(gòu)限制無法滿足表1 的要求時，需在排氣管與相關(guān)零部件之間加隔熱板，同時需進行溫度場試驗以確定防護距離是否達到隔熱要求。

表1 排氣管總成與周圍零部件熱輻射距離要求mm

某車型在油箱處的熱輻射衰減，如圖1 所示。在距排氣管表面30 mm 處溫度為92 ℃，在油箱隔熱板外表面處（距排氣管表面40 mm）輻射溫度為65 ℃，在隔熱板內(nèi)表面輻射溫度為59 ℃。

圖1 排氣管溫度衰減示意圖

3 排氣管總成的通過性

排氣管總成最小離地間隙要求大于地板及副車架最小離地間隙，避免汽車行駛在起伏較大的扭曲路面時，排氣管或消聲器拖底。排氣前管的走向必須位于整車接近角所在面的上方。排氣尾管的布置必須位于整車離去角所在面的上方。

4 美觀性

排氣管總成在車身地板下布置時，還應(yīng)考慮其外露情況，避免排氣管或主消聲器外露太多，影響整車美觀性。同時需避免在洗車模式下水槍水柱沖入排氣管。

一般情況下，在車身側(cè)面不允許排氣管總成可見，如果由于主消聲器尺寸大，無法避免其在輪胎與輪罩間隙中裸露時，輪罩襯板結(jié)構(gòu)設(shè)計時就應(yīng)考慮對主消聲器的遮蔽作用。

汽車后部主要考慮對主消聲器高度方向上的遮蔽性，主要通過后保險杠的結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)。主消聲器在汽車后部的遮蔽性布置評價，如圖2 所示。在洗車模式和展示模式，主消聲器不允許外露；在駕駛模式，主消聲器外露量應(yīng)≤20 mm。

圖2 主消聲器在汽車后部的遮蔽性布置評價示意圖

5 吊耳懸掛點的位置

排氣系統(tǒng)連接發(fā)動機和車身，由于受到發(fā)動機本身振動和排氣激勵的影響，排氣系統(tǒng)的振動會通過掛鉤和吊耳引起車身地板的振動，從而嚴重影響整車舒適性。通過合理布置排氣系統(tǒng)吊耳懸掛點的位置，可以最大程度地緩減發(fā)動機傳遞到車身的振動，有效改善整車的NVH 性能。在對排氣系統(tǒng)吊耳懸掛點位置的設(shè)計選擇過程中，需對排氣系統(tǒng)進行模態(tài)分析，使得排氣系統(tǒng)吊耳懸掛點位置盡量選擇在排氣系統(tǒng)模態(tài)節(jié)點處。如果由于結(jié)構(gòu)空間限制，無法在排氣系統(tǒng)模態(tài)振型節(jié)點處布置懸掛點時，需采用就近原則布置，并通過優(yōu)化設(shè)計橡膠塊的剛度來減小傳遞到車身的發(fā)動機的振動[3]。

6 裝配工藝性

布置排氣管總成走向及主副消聲器時，要綜合考慮整車裝配工藝的方便性與可行性，合理分配排氣管總成的分段，規(guī)劃排氣管總成的裝配順序；同時要考慮裝配空間需求，例如:安裝前后分段法蘭連接螺栓的下工具空間以及連接減振塊時，在掛鉤軸向有不小于120 mm 的下手空間，便于排氣管總成的安裝和維修拆卸。

7 結(jié)論

排氣系統(tǒng)總布置設(shè)計是在整車設(shè)計開發(fā)初期，綜合考慮法規(guī)、使用性能、美觀性以及安裝工藝和維修方便性等方面的要求，對排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和位置進行初步規(guī)劃。通過前期的總布置設(shè)計，避免在整車開發(fā)后期由于工廠工藝、整車通過性、NVH 等問題導(dǎo)致后期整改或重新設(shè)計，從而縮短整車開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。