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50排气歧管设计规范
排气歧管设计规范
1范阖
本标准规定了排汽歧管功能、类型、丁作*件、设计原則、设汁开发济程及工艺要求*
本标准适用于本公司汽车发动机的排气歧管设计.
2术语和定义
下列术语和定义适用丁本标准.
21
排气再循环系统exhaustgasFcciculation(EGR)
一种将部分#吒返回燃烧室的系统,以降低爆烧减少氮氧化吻的形成.
[GB/T8I8&—2003,定义6」3]
2.2
氧传感器oxygeneensor
—静艇撐气壮浓度变化而提供电信号的装圧
田谏血倍号用柞空燃比反後调节崩统的輸入盘叛:
它遹密安置在扑气般背内舫探头U滿过的朴气相接依”
2.3
氨氧化物NOk
气样中一如化氨(NO)、一氧化磁(N6)等总和】H1N0?
当绘表示。
[CWTRIRR—I0R,定.45.12]
3概述
3.1持气歧管
挣气歧管足发动机废勺排出的適迄它的合理性宜接影响到发动机的性能、排放和噪声,并影响到发动机在整车匕的搭報及整车排气再循坏系统的布負.
32拌气歧管的功能
拌气岐耸与发动机缸亞连按••口然吸气型发动机的拌气歧普足将发动机齐个缸排出的废气订集到发动机尾气处理系统」15压机型的排气歧管足将发动机孑个缸捋出的废气汇条到涡轮增圧器再进入尾代忽理系统,
33丼气歧管的工作条件
拌气歧筲承受若废气的离温、烏乐和肪锁,所以排气歧管在使用中的盯聲性L:
匕It性能对发动机的影响更为車要。
汽车在行驶中•发动机经常处在冷热交替变换的T作伏态,设计不当町愛会造成排-歧昔产生塑性变形,严至时使择气歧管与气缸盖密知不严而闷或者拌P歧管发生失效.
3・4排气歧管类型3・4・1按制造工艺分类
按制遇「艺券气歧讨可分为焊接型排气歧管(如阳1)和铸造型排气灶轡(如图2)■
3.4.3按材料分类
按材料排气歧怜町分为诗钛里排气歧伶(如图5)和不锈钢焊按型排气歧管(如圏6)
图5铸钱型排气歧管
3.4.4按集成方或分类
按集成力式挣P歧管叶分为怡压器集成井气餃骨(如图7)、虹盖棄成排气歧忖(如图刃和非棄成型拌P歧管(如图9)•为进一步降低排放,一基扁端机型來用取层不每钢焊按型排岂歧管,It内层耳度仅Imm
(单•忌不锈钢为2mm),较低的热•$*»少熱扬失,对进一步如怏催化器起轍
图9非英成型排气歧管
4排气歧管设计41设计原则
幷气歧讨的作用是把多航发动机冷肛挂出的废气汇集在一起•井导入#吒总诗-为保证发动机性能并降低排U歧誉失效凤险,在設计排G歧管时应注总以下五个方面,
E1)尽徂戲免支管总转芳,内表面应光滑平整,以减少择气阻力I
b)多缸机应逊免各知排气相互干扰,减小排弋乐力波的干涉:
C)热网力值小于材料屈服极限*
d)押T旳匀(新眸空弋各紙差异不小于5%>•排吒背乐満足耍求(进行CAE分析八
e)一阶固有频率人于发动机徹振频率的13%-15%(300Hz以上》〈“NVH)•
4.1・1排气吱管的设计开发流程
幷气歧昔的设计卄发流盾如图10所示〃
*口机三码・
OTSU可
圉W排Y歧晉设廿开发流理国
42排气歧管的材料
摒气段管的材料叮根摇贯动机的排气温反及岐徐结构T•艺等要求选拾排气歧怜的材料多Jfc用灰等铁、蠕墨箱軼、g铝铸铁、1S银药钦,苴中高探蒔钦高温强度较好•为诚少质泄或使歧管设H*更加口由,町采用不锈期板(或窗)焊制(例:
眉氏汽淋机排温奇达%0vyh.一簸采・HJD5乩)-鬲用材料特性呢表1。
«1常用材料待性
序号
材料
耐温性
材料举例
1
球铁
W650C
QT400.QT450譽
2
泱鳶体不傍钢
W800C
SUS441.SUS409尊
3
莊钳球暁廉列
UOC
Si♦Mo.HSi*Mn.HSi令M。
个Cr纾
4
高標附蝕球铁
拓950C
D5.DSB.I)5S好
5
更氏体屮傅钢
笔1KMT!
Aj?
N 4・3排气歧管的结构 <3.1影响排气歧管结构的因索 择气歧管的结构取决于发动机布置形式、空间边界条件•周边零件的布置•秤气诜兰旺等因桑。 4.3・2自然吸气堕排气吱管的结构 口然吸气型? +气歧管,尽it使的长度一致或I、4ftr等长,2,3缸等长(却国I)•多缸机町采用分组竽长,町以改总挣气声音品處;并气歧铃气道的裁面秋应不小于缸盖捋气口的戡面枳,各fil歧曾宜接引入催化器入口人多采用不锈钢焊接结构•如图6“口然吸气发功机排气歧皆在空间尺4允许的情况下,应考恵利HIHkT歧铮的惯性效应及波动效应,尽itt加长排气歧管,以增强低速ttffi.同时适肖加粗排气歧管,叮以減小背乐,以擬斋发动机的动力策出性麗, 4.3・3墙压机型排气歧管结构 均乐机型汽油机和柴汩机人多采用肚冲涡轮I自乐系统。 为了保证废气脉冲臨6的充分利用,挣气歧管的体枳应尽it小些,也就足排气歧铮的宜尧要小,长度要短。 rti干发动机村邻气怖点火测确180齐为了减少排气于扰,充分利用排气能量•应该址厅分支,四缸机1、4缸一个通道,2、3缸1个通道,2缸井气间隔人丁或答丁kiiRRll。 设计中应注点结构含理性•过长的搔住岐管川以采取分段的方式•对丁风和•径的六缸宜列况型采用侮二缸一个歧管较为合理,废气肚冲波如图12・ 图111、4,2,3缸分支的排气域管 逹: UJH号为1、2・3・4: 出找人单通道上实藝为双通逅• 图12废T脉冲波 4-3-3.1脉冲涡轮增乐系统排气歧管设it特点1 E1)捋气歧音设计得短而如且要与幷气道武而枳一致,当幷气阀打开后,井气歧音内的圧力迅連上升到气値内的乐力,节流损失减小(理想情况・ b)拌气歧曾流通截面枳小,气流速虞较內,岂流的乐力滾动也絞大•气流飽部分动能讦以在保轮中加以利用,便涡轮酊用的废厲脸8也加。 C)采用•冲昭乐的多缸柴淋机的择气歧管更遊行分组;I合J分组原则足: 一根挣丸歧管所在各河 的排PW位避免虚叠•或淆至is较少,排气与打B1相近的气和的対敍骨必须分卅以十扰。 注HtJ殼四肿嗓坐緖现护气门并启陽吋间的刃240gV・2WrCA・_冲融沛机的为12CTEA•氏址根十|气般昔他接的气机敷目,収不亀过三个,同吋这二个眾的托花相位必殖相互错开- d)为满足更要求与监胡噌圧器r柞温皮答•部分增用柴油机住挣气绞曾匕增加退良传兽器 凸台,不同的电竝系统貝体委求不同・4増圧汽油机排气歧管卜•尚未有温度传感黔“ 示例,贫火冊为1-5-3-6-2-4的直列六阿篥油机•叫将R2.3肛扌|气沪集在根订1气岐检卜,K1J4・ 5、6的评飞亍杲在另榭0代歧管上•发火贩序为17-4-2的宜列四毎柴油机,則牌1・4紅和2、3缸各旷集根井气歧管•4.3.3.2來用脉冲淇轮増圧系统的好处: 總离低建扭蚀特性、卿: &响应特性、抑制爆仏 44排气歧管与缸孟逵接 4-4.1常用的排气歧管与缸盃连接形式 为了减少多次拆装时对铝缸盖内嚥纹的损苫常用的连按形式为囑柱和抿母连按,因排气sa庞很奇,为减小安装平面的热变形,届好甸个出气口的连接面采用独召唸、面,同时为了加强螺拄处的散热,降低螺柱处的丁作温皮可以在壕柱安裝法二雨飪开一个敵热槽,如图3•焊按形式的排气鼓怜一般不來用独沁;如图仁增乐机型甘T歧倉承受更高的温度和扳动,与缸盖连按固定点个数人于竽「’2n5为気数),以保吐禺同年菲・ 4.4.2特鬆的排乞歧管与缸盖连接形式 缸盖下端用两个乐块将排气歧管的位畳周定下来•然后在餃曾上端用喉母內定〃如国13一 «fi«q <5©传感番及其布直要求 牡传感帮用来反馈排气中钝气的含it以控制过: ft空气系数•貝体要求如口 Q可将传总番周足在发动机井P总管出口且葩反映蒔气成分真实状况处,便传感辭的中心线与排 T歧管总管的中心线对正,但庆注盘允许的T作SAMfii b)传感器而而的排Tfct管不允许冇凹处、凸起•突出部包等,以邀免枳聚冷凝水: c)应廉证双层保护管的前孔不足止对废化流: d)安装再度至少应有水平线见1炉的锁斜角(电气接头朝t); 8)部分细节溥根据丼厂凉要求而定“46EGR口及其布直要求 4.6.1EGR系統用于尽T处理,用来降低NOx的幷撤NCX的匝成源于奇温、髙斥、KU.EGR系统就是遛过降低燃饶温度,来拎制NO、的形成-禺为废气中含有大量2、QD2和水热气,这r种气体很矗定•不能燃烧.•可以驶收大址热此片部分排岂经EGRfi制宵还流回进气系统与新衅混合气混合后屣樺了新鲜混令气中的紅浓度使熾烧速度降低,这两个因隶都铤燃饶温度降低•从而有敎的拴制了燃烧过趨中的NCR的生成・ 4.&.2EGR的实现有两神方式〈内部EGR和外部EGR•内部EGR足通过调整丸门正时来实现的-外部EGR就需娈从排气系統中取废气注入进气氛统•一般在排气歧计卜•开取引气口•如用14- 图14设fiEGRSIT口的排T歧管 4.7二次空气槽及其布査要求 二次空气喷駅系統,同页R系统一样•祁足为应对汽车拙放法规越来越严洛的要求“英基本原理就足在摒气歧管中适当的險姑新岸空T以促进COfiJHC化合物最终爼化成•无告的一緞化磯和札另外由干一次燃烧产生的热童紘够便二元催化器更快的起燃,所以还川以隆低冷起动时的排放,能够更好的达封超低排放法规〃一次空气喷射索统冇不同的实现方式,It•中一种丈现方式就足将新漳空P注入〃•及管法〉面上预先加丁好的空气梢・之后购匀地进入各个排P道•这就需要在幷气歧管的法兰而卜•开空气艳。 如用15“ 图15设近二次空气槽的排T歧管 4.8隔菇罩預留固定凸吕 发动机运行时,排丸歧管内通过离温股气,因而岐管表面狙反很高,能达到700匸以上,这就可葩会便其周边苓件失效和损坏・因此一般在歧管的上表面设计一个隔燕曙(按需要而定,也有在下義面也役置一个隔热舉〉•来保护周边不件•一般隔热罩是宜按安技在幷气歧管h・所以需要在排T除管匕预设陽热罩安裝凸台,井需考虑區热載周定的有效性和稳定性及共振产生的叮能性,如用16。 焊接件一般设置安裝支架•如图4一 5壬处亠 图1G隔斜呂凸台安装位査 49催化群安装的位査491当催化器棄成在押: 气歧管上时•摻勺歧管的设讨贰考也催化器设讼的村关耍求. 492随右排放法规的加严•为使二元催化器尽快起燃,提高冷启动时捋气污染物的转化效率,应尽町能将催化髀靠近友动机排气出口. 5排气歧管的工艺要求 5.1排气吱管布直要求 排T歧管的齐个达兰按口尺上依据各连按各部件肚兰按口尺'J进行设沐貝体要求加下: G站歧育内腔拐角处尽U岡滑过祓,防止拌气流通阳力用大. b)対系统布适要紧药尽it减少机離内所占容枳; 0舟U系统阻力璧小,使发动机41于排丸肌力而造成的功率损失减至艮低j d)为保养方便。 井应考也直狀配性,使装配工具有足够的可檢作空阿,各组装潦水线上能尽航使用址动扳手。 5・2铸造型排T歧管的工艺要求 MW造T艺要求见表2所示. 表2锈造型排气歧管工艺要求 项目 要求 址厚(未注待恋耍求的〉 3.5mm4dmm 一r一 1 WO.15mm 粗糙度 JUT衣而: R«32*m 毛坯要求*测量A100“的! 玻余杂啧玉量拓50吨•成品尖求,«y*>20*m的歿余杂血£量超呃 不允许有裂纹壹待隔.漫不足•编孔.砂孔•严觀砂以及其它降低筲件迟度或影响切削加T的铸造: 诀陷 1 *1迢内變应光渭,昵内械而应阳滑过逹 5・3焊接型排吒歧管工艺娶求 更体焊按型捋气管丁艺娈求见表3所示. *3焊接型排花歧管工艺妾求 1 要求 WILSnmi 堆厚(未注林要求的) 15nnr-2mm 外观 不允许有因丁艺欲陪血适成祎气歧菅斷做或衣而埸郭 扌IPJSL盃扌丨气口涟犊密封处,即丽法兰面不允许有AML的蚀 担接 必须痒按HIB,不允许将埠奉临髀瞬和内腔和勺气XT査结合处的法兰卜.焊縫越整均匀.无夹渣•爱纹、壶焊符缺陷 内腔 丼气妓管各昔堵内腔涼逹战光滑.逵坡.不允存在现楷裳•凹坑.凸fc>誉面积大喪芳规tL不允许有壽响f11F状缶的加1•诀陥和任伺斤诙 6常见设计问题 當见设计问题见聂4所示, 表4常见设计问題 晶見甸誓 导数后果起禺 托r歧管安菠变址 孙r阪统漏花材料进择不合理.耐离型性傅芒、幔反电嗟•給构 37一'设计不合理• tir背乐过大 圳攵管流我走向曲率过大 u般符气流流问瓯过氏或过灿 *气昭性差 升r个迪畅 皆流統走向曲率倫差过大 歧告气流流向烁过K或过短 押r歧皆吸奋趙标 衿支育长度不同.辛JJ软余废气量不同,使衿肛 行駛吋产生输川扭卑产生差JhUI起发动机半阶次养动.产生 半阶次噪戸 tf气般筲氏周IR母松动 J.螺母痂不足,改为GH21払表而处理幷气羸旣漏气 2、IS社农面牡理为磅化 卄弋歧符理栓孔十涉 装出不顺利设计时來校梭HJ裁配性 盘考文就 (1)倪计民一汽车内燃机底理第一版,上狐同挤大学岀版札1997—7L2J庄继徳•汽车系统工程•北京: 机械工业出版利: ,1997 ⑶张小贰汽车工程手册•北京,人民交通出版礼2001.6 ⑷Q/CCJT251-2010汽油发动机不誘钢拌气歧管技术条件
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