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(dòng)力總成關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其負(fù)責(zé)將發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的燃燒廢氣排放到大氣，對(duì)凈化發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣、吸收發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)、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(jì)排氣系統(tǒng)，對(duì)提高整車動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)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(jì)方案，旨在在項(xiàng)目開發(fā)前期考慮排氣系統(tǒng)對(duì)整車各方面性能的影響，避免后期的返工和設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)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(jì)時(shí)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(gè)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(shí)，排氣管口氣流方向與機(jī)動(dòng)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(duì)排氣管總成進(jìn)行散熱。

4）單邊單出排氣管應(yīng)布置在遠(yuǎn)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(shí)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(shí)，應(yīng)考慮與后保險(xiǎn)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(jìn)入保險(xiǎn)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(jìn)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(shí)，需在排氣管與相關(guān)零部件之間加隔熱板，同時(shí)需進(jìn)行溫度場試驗(yàn)以確定防護(hù)距離是否達(dá)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(shí)，輪罩襯板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮對(duì)主消聲器的遮蔽作用。

汽車后部主要考慮對(duì)主消聲器高度方向上的遮蔽性，主要通過后保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。主消聲器在汽車后部的遮蔽性布置評(píng)價(jià)，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(píng)價(jià)示意圖

5 吊耳懸掛點(diǎn)的位置

排氣系統(tǒng)連接發(fā)動(dòng)機(jī)和車身，由于受到發(fā)動(dòng)機(jī)本身振動(dòng)和排氣激勵(lì)的影響，排氣系統(tǒng)的振動(dòng)會(huì)通過掛鉤和吊耳引起車身地板的振動(dòng)，從而嚴(yán)重影響整車舒適性。通過合理布置排氣系統(tǒng)吊耳懸掛點(diǎn)的位置，可以最大程度地緩減發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到車身的振動(dòng)，有效改善整車的NVH 性能。在對(duì)排氣系統(tǒng)吊耳懸掛點(diǎn)位置的設(shè)計(jì)選擇過程中，需對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，使得排氣系統(tǒng)吊耳懸掛點(diǎn)位置盡量選擇在排氣系統(tǒng)模態(tài)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)處布置懸掛點(diǎn)時(shí)，需采用就近原則布置，并通過優(yōu)化設(shè)計(jì)橡膠塊的剛度來減小傳遞到車身的發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)[3]。

6 裝配工藝性

布置排氣管總成走向及主副消聲器時(shí)，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(shí)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(shí)，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(jì)是在整車設(shè)計(jì)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(duì)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和位置進(jìn)行初步規(guī)劃。通過前期的總布置設(shè)計(jì)，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(jì)，從而縮短整車開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。