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[摘 要]近年来，伴随我国经济的飞速发展，人们的生活水平也得到了快速提升，私家车的拥有量与日俱增，这也为我国的汽车行业带来了巨大是发展空间。在汽车发动机动力总成中，汽车排气系统是非常重要的部件。其所发挥的主要作用是处理发动机尾气及降低排气噪声。可见，排气系统的性能关乎到汽油机的排放，也关乎到汽车的可操作控制性以及舒适度，所以汽车排气系统的设计与制造应得到我国汽车企业的高度重视。基于此，该文章分析了汽油机车排气系统的设计与制造要点，旨在进一步提升我国汽车制造的水平，促进企业的进一步发展。
[关键词]汽油机汽车；排气系统；设计要点；制造工艺
中图分类号：U464.134.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0284-01
1汽油机汽车排气系统设计要点
1.1消声器筒体体积估算
通常，消声器筒体容积较小，发动机功率损耗就会较大，消声效果较差；容积较大，虽然消声量大、功率损耗小，但消声器装配性变差，且消声器成本会上升。筒体体积的选择以稍高于设计目标值为佳，同时考虑控制系统成本。
以某款配1.2L自然吸气四缸汽油发动机车型为例，对消声器容积进行估算：
式中：C—经验常数，根据消声器所要达到的消声量而定：
A类消声量≥10dB（A），C=2～3；
B类消声量≥15dB（A），C=4～5；
C类消声量≥20dB（A），C=7～8；
D类消声量≥25dB（A），C=10～13；
Ki—汽缸修正值，，i为汽缸数；
K—冲程修正系数，四冲程为1，二冲程为2；
Kt—有关发动机类型的修正系数，自然吸气汽油机Kt=0.98，增压式的取值为“增压比”；
Kn—转速修正系数，0.7+10nb，nb为发动机标定转速；
Ke—压缩比修正系数，汽油机为，为压缩比；
Vh—发动机排量，单位L。
经计算，消声器需求容积约为14L。
1.2消声器腔数的选择
常见的筒体一般分隔为2～4腔。理论上，腔数越多，高频消声越好，低频消声越差，排气背压也会越大；腔数越少，低频消声越好，高频消声越差。因此，消声器筒体腔数的选择应兼顾消声特性和消声量。一般是根据消声量进行选择：
A类消声量≥10dB（A），n=2～3；
B类消声量≥15dB（A），n=3～4；
C类消声量≥20dB（A），n≥4。[2]
1.3消声器尾管管径的选择
尾管直径对消声量及发动机功率损耗有直接的影响。通常，尾管应设计为细长结构，可以获得较好的消声效果，但排气系统背压会增大，发动机功率损耗相应增加。
2汽油机汽车排气系统部件的制造工艺
2.1排气歧管的制造工艺
排气歧管所发挥的作用是将发动机所排出的高温废气排出去，同时保证气体流动在同一个管道中汇集。在制造的过程中，需要设定各项参数，并将模型设计出来。汽油机的空间比较紧凑，就需要对有限的空间合理利用，包括歧管的具体位置、角度等等，以使得歧管的排气要均匀顺畅，还可以防止各个缸在排气的过程中相互干扰，确保不会产生涡流或者回流的现象。比如，对于4缸发动机进行点火中，可以按照1缸、3缸、4缸、2缸的顺序点火，1缸和4缸的支管交汇、2缸和3缸的支管交汇，这种设计通常不会造成相互之间的干扰。
为了保证歧管所处的环境温度符合要求，就要在上侧和下侧设置隔热罩，通常为成型铝薄板，也可以使用镀铝薄板，可以获得良好的隔热效果。
排气歧管的制造材料通常会选用球墨铸铁、高镍球铁、灰铸铁等等。制造工艺上主要采用毛坯铸造工艺，进行整体结构制造，对平面进行机械精加工，这种制造方法成本低，能够发挥其性能。在制造工艺上也可以采用另一种方法，即管式歧管所是使用的材料为不锈钢材料，使用歧管和法兰均冲压法制作零件，应用管连接工艺制作薄板蚌壳式的歧管，使用焊接技术将歧管焊接连接起来。这种设计的歧管有非常好的性能，设计结构较为复杂，成本也相对较高。
2.2三元催化转化器的制造工艺
三元催化转化器的构成包括催化器载体，催化器壳体、隔热罩、连接管和法兰。其中的催化器载体是主要的构件。三元催化转化器所发挥的作用是对发动机所排出的废气进行氧化还原，使得CO、CH、NOx等化合物与金属发生化学反应，诸如（Pd、Pt、Rh），经过氧化还原之后，都可以生成二氧化碳、氮气以及水等。催化器载体触媒的载体规格设计要按照相关的规定执行，包括发动机的废气排放量以及初始排放量都可以用于載体设计的参考，对触媒的老化状态和新鲜状态进行实验，以保证催化转化器性能正常发挥。催化器端锥的形状要符合要求，锥度不大于45度，这些设计对气体的均匀流动以及排气都具有决定性的作用。催化器所在位置与排气歧管邻近，需要使用双级催化器。
2.3排气系统冷端的制造工艺
排气系统冷端的制造工艺是消声器和排气连接管所构成，主要发挥的功能是将排气系统排放废气的过程中所产生的噪音减低，这就需要考虑到汽车底盘所在空间位置、发动机运行中的废弃排放量以及发动机的频谱信息，对消声器进行布置，对排气的连接管进行设计，还要对汽车排气系统的结构形式进行仿真设计。
消声器制造中，所采用的工艺形式包括卷点式的工艺形式、蚌壳式的工艺形式、筒体旋压式的工艺形式等等。排气系统在振动的过程中，会与行驶中的车辆之间产生共振反应，在消声器的筒体所在位置以及隔板强度位置的相对薄弱部位将加强筋适当地增加，可以使得噪声分贝降低，消声器辐射强度也相应地降低。对消声器要使用吸音棉进行包裹，也可以罩上隔热罩。排气系统的冷端的工艺，可以采用消声室与发动机相结合的方法，并做好实验检测工作，排气系统冷端相对较长，为了防止汽车行驶的过程中产生排气系统与消声器之间的碰撞，就需要做好隔离工作，相互之间的距离要超过50mm。如果车辆已经满载了，排气系统所处位置与地面的高度要超过整车通过高度的最小值。为了避免在制造中产生误差，就需要在设计的过程中使用前法兰。要紧固球面垫圈，与前端法兰相接近之处要采用挠性节进行链接。
3结语
综上所述，汽车的排气系统对于汽车的整体性能发挥着至关重要的作用，这就要求汽车制造企业对排气系统进行合理的设计，并运用先进的工艺进行制造，保证汽车排气系统的质量与性能，确保汽车的舒适性与使用寿命。
参考文献：
[1]苏辰.HyperWorks在汽车排气系统开发中的应用[J].汽车工程师，2016（08）：18～20.
[2]欧贺国，方献军，洪清朱.RADIOSS理论基础与工程应用[M].北京：机械工业出版社，2013.
[3]陆益民，李书晓，朱峰，李爱民，金义福，何广德，陈晋阳.某汽车排气系统悬挂位置设计[J].机械设计，2014，31（07）：105～109.
[4]郑殿民， 任越光， 李向雷， 杜阳.汽车排气消声器的设计.现代机械， 2006年第5期.P80～P82.
[关键词]汽油机汽车；排气系统；设计要点；制造工艺
中图分类号：U464.134.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0284-01
1汽油机汽车排气系统设计要点
1.1消声器筒体体积估算
通常，消声器筒体容积较小，发动机功率损耗就会较大，消声效果较差；容积较大，虽然消声量大、功率损耗小，但消声器装配性变差，且消声器成本会上升。筒体体积的选择以稍高于设计目标值为佳，同时考虑控制系统成本。
以某款配1.2L自然吸气四缸汽油发动机车型为例，对消声器容积进行估算：
式中：C—经验常数，根据消声器所要达到的消声量而定：
A类消声量≥10dB（A），C=2～3；
B类消声量≥15dB（A），C=4～5；
C类消声量≥20dB（A），C=7～8；
D类消声量≥25dB（A），C=10～13；
Ki—汽缸修正值，，i为汽缸数；
K—冲程修正系数，四冲程为1，二冲程为2；
Kt—有关发动机类型的修正系数，自然吸气汽油机Kt=0.98，增压式的取值为“增压比”；
Kn—转速修正系数，0.7+10nb，nb为发动机标定转速；
Ke—压缩比修正系数，汽油机为，为压缩比；
Vh—发动机排量，单位L。
经计算，消声器需求容积约为14L。
1.2消声器腔数的选择
常见的筒体一般分隔为2～4腔。理论上，腔数越多，高频消声越好，低频消声越差，排气背压也会越大；腔数越少，低频消声越好，高频消声越差。因此，消声器筒体腔数的选择应兼顾消声特性和消声量。一般是根据消声量进行选择：
A类消声量≥10dB（A），n=2～3；
B类消声量≥15dB（A），n=3～4；
C类消声量≥20dB（A），n≥4。[2]
1.3消声器尾管管径的选择
尾管直径对消声量及发动机功率损耗有直接的影响。通常，尾管应设计为细长结构，可以获得较好的消声效果，但排气系统背压会增大，发动机功率损耗相应增加。
2汽油机汽车排气系统部件的制造工艺
2.1排气歧管的制造工艺
排气歧管所发挥的作用是将发动机所排出的高温废气排出去，同时保证气体流动在同一个管道中汇集。在制造的过程中，需要设定各项参数，并将模型设计出来。汽油机的空间比较紧凑，就需要对有限的空间合理利用，包括歧管的具体位置、角度等等，以使得歧管的排气要均匀顺畅，还可以防止各个缸在排气的过程中相互干扰，确保不会产生涡流或者回流的现象。比如，对于4缸发动机进行点火中，可以按照1缸、3缸、4缸、2缸的顺序点火，1缸和4缸的支管交汇、2缸和3缸的支管交汇，这种设计通常不会造成相互之间的干扰。
为了保证歧管所处的环境温度符合要求，就要在上侧和下侧设置隔热罩，通常为成型铝薄板，也可以使用镀铝薄板，可以获得良好的隔热效果。
排气歧管的制造材料通常会选用球墨铸铁、高镍球铁、灰铸铁等等。制造工艺上主要采用毛坯铸造工艺，进行整体结构制造，对平面进行机械精加工，这种制造方法成本低，能够发挥其性能。在制造工艺上也可以采用另一种方法，即管式歧管所是使用的材料为不锈钢材料，使用歧管和法兰均冲压法制作零件，应用管连接工艺制作薄板蚌壳式的歧管，使用焊接技术将歧管焊接连接起来。这种设计的歧管有非常好的性能，设计结构较为复杂，成本也相对较高。
2.2三元催化转化器的制造工艺
三元催化转化器的构成包括催化器载体，催化器壳体、隔热罩、连接管和法兰。其中的催化器载体是主要的构件。三元催化转化器所发挥的作用是对发动机所排出的废气进行氧化还原，使得CO、CH、NOx等化合物与金属发生化学反应，诸如（Pd、Pt、Rh），经过氧化还原之后，都可以生成二氧化碳、氮气以及水等。催化器载体触媒的载体规格设计要按照相关的规定执行，包括发动机的废气排放量以及初始排放量都可以用于載体设计的参考，对触媒的老化状态和新鲜状态进行实验，以保证催化转化器性能正常发挥。催化器端锥的形状要符合要求，锥度不大于45度，这些设计对气体的均匀流动以及排气都具有决定性的作用。催化器所在位置与排气歧管邻近，需要使用双级催化器。
2.3排气系统冷端的制造工艺
排气系统冷端的制造工艺是消声器和排气连接管所构成，主要发挥的功能是将排气系统排放废气的过程中所产生的噪音减低，这就需要考虑到汽车底盘所在空间位置、发动机运行中的废弃排放量以及发动机的频谱信息，对消声器进行布置，对排气的连接管进行设计，还要对汽车排气系统的结构形式进行仿真设计。
消声器制造中，所采用的工艺形式包括卷点式的工艺形式、蚌壳式的工艺形式、筒体旋压式的工艺形式等等。排气系统在振动的过程中，会与行驶中的车辆之间产生共振反应，在消声器的筒体所在位置以及隔板强度位置的相对薄弱部位将加强筋适当地增加，可以使得噪声分贝降低，消声器辐射强度也相应地降低。对消声器要使用吸音棉进行包裹，也可以罩上隔热罩。排气系统的冷端的工艺，可以采用消声室与发动机相结合的方法，并做好实验检测工作，排气系统冷端相对较长，为了防止汽车行驶的过程中产生排气系统与消声器之间的碰撞，就需要做好隔离工作，相互之间的距离要超过50mm。如果车辆已经满载了，排气系统所处位置与地面的高度要超过整车通过高度的最小值。为了避免在制造中产生误差，就需要在设计的过程中使用前法兰。要紧固球面垫圈，与前端法兰相接近之处要采用挠性节进行链接。
3结语
综上所述，汽车的排气系统对于汽车的整体性能发挥着至关重要的作用，这就要求汽车制造企业对排气系统进行合理的设计，并运用先进的工艺进行制造，保证汽车排气系统的质量与性能，确保汽车的舒适性与使用寿命。
参考文献：
[1]苏辰.HyperWorks在汽车排气系统开发中的应用[J].汽车工程师，2016（08）：18～20.
[2]欧贺国，方献军，洪清朱.RADIOSS理论基础与工程应用[M].北京：机械工业出版社，2013.
[3]陆益民，李书晓，朱峰，李爱民，金义福，何广德，陈晋阳.某汽车排气系统悬挂位置设计[J].机械设计，2014，31（07）：105～109.
[4]郑殿民， 任越光， 李向雷， 杜阳.汽车排气消声器的设计.现代机械， 2006年第5期.P80～P82.