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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1 課題的來(lái)源和意義 1
1.2 汽車試驗(yàn)裝置的發(fā)展概況 1
1.3 汽車排氣裝置性能試驗(yàn)臺(tái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 2
1.4 本課題研究?jī)?nèi)容及主要工作 3
第2章 汽車排氣裝置的組成和工作原理 5
2.1汽車排氣裝置的作用和組成 5
2.2汽車排氣裝置的工作原理 5
2.3汽車排氣裝置相關(guān)資料 8
2.4 本章小結(jié) 9
第3章 燃乙醇汽油車排氣管內(nèi)部溫度與滴水量測(cè)定試驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 10
3.1試驗(yàn)方案 10
3.2試驗(yàn)裝置 10
3.3排氣管內(nèi)部溫度變化的測(cè)定 12
3.3.1怠速試驗(yàn) 12
3.3.1.1平地怠速試驗(yàn) 12
3.3.1.2坡道怠速試驗(yàn) 14
3.3.2低速工況試驗(yàn) 15
3.3.3中速工況試驗(yàn) 16
3.3.4高速工況試驗(yàn) 17
3.4排氣尾管末端滴水量的試驗(yàn)測(cè)定 18
3.4.1怠速試驗(yàn) 18
3.4.1.1平地怠速試驗(yàn) 18
3.4.1.2坡道怠速試驗(yàn) 18
3.4.2低速工況試驗(yàn) 19
3.4.3中速工況試驗(yàn) 19
3.4.4高速工況試驗(yàn) 20
3.5排氣管末端滴水量的分析 21
3.6本章小結(jié) 21
第4章 捷達(dá)汽車消聲器結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì) 22
4.1 乙醇汽油燃燒理化特性分析 22
4.1.1車用乙醇汽油的定義 22
4.1.2車用乙醇汽油的優(yōu)點(diǎn) 22
4.2材料涂層保溫特性分析以及熱傳遞效率分析 23
4.3汽車消聲器制作加工工藝 24
4.3.1汽車消聲器介紹 24
4.3.2消聲器的技術(shù)指標(biāo) 25
4.3.3消聲器的設(shè)計(jì)步驟 27
4.4消聲器改進(jìn)及設(shè)計(jì) 27
4.5 本章小結(jié) 28
第5章 汽車排氣裝置性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 29
5.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案 29
5.2定位件的校核 31
5.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整體校核 31
5.4 本章小結(jié) 31
結(jié) 論 34
參考文獻(xiàn) 35
致 謝 36
附錄A 37
附錄B 38
摘 要
北方冬季，環(huán)境溫度較低，汽車尾氣中的水蒸汽就會(huì)在排氣管壁冷凝成水滴，并且隨排氣流至路面，尤其針對(duì)使用乙醇汽油的車輛。乙醇汽油作為一種車用清潔燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃燒的排放物中生成的水分也較多，受周圍的環(huán)境溫度以及排氣降噪能量轉(zhuǎn)換的影響，汽車的排氣管會(huì)向外滴水，這是一個(gè)很普遍的現(xiàn)象。
基于乙醇汽油燃燒特點(diǎn)，車輛使用乙醇汽油導(dǎo)致路面結(jié)冰，在公交站臺(tái)、上坡路段、十字路口等處，尤其在在一些擁擠路段，冬季更容易形成冰層，大多路段都是難清理的薄冰。這不僅減緩了車速，造成冬季擁擠市區(qū)行車的不便，延長(zhǎng)了車在路面的時(shí)間，更增加燃油消耗，而且增加了有害物質(zhì)的排放，減少制動(dòng)距離，使刮碰等事故不斷，不但沒(méi)有達(dá)到節(jié)能減排的目的，還增加了大量人力、時(shí)間和物質(zhì)成本。
因此，針對(duì)東北寒冷的冬季，在盡量少的影響原有排氣系統(tǒng)下，如何改進(jìn)排氣系統(tǒng)以減少或消除汽車燃燒乙醇汽油所排除的水分導(dǎo)致的路面結(jié)冰問(wèn)題，對(duì)乙醇汽油在寒冷地區(qū)的應(yīng)用，及道路的交通擁擠問(wèn)題的緩解有著重大而深遠(yuǎn)的意義。
本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)捷達(dá)汽車排氣裝置進(jìn)行展開(kāi)，首先介紹了捷達(dá)汽車排氣裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及運(yùn)行情況。在此基礎(chǔ)上，提出了一種以試驗(yàn)為目的的排氣裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案。針對(duì)它的性能測(cè)試目的，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)有數(shù)顯溫度傳感器，便于在試驗(yàn)過(guò)程中，讓操作者直觀了解并通過(guò)更換不同排氣裝置進(jìn)行性能測(cè)試來(lái)增強(qiáng)其動(dòng)手能力，以達(dá)到良好的試驗(yàn)效果。
關(guān)鍵詞：；排氣裝置；消聲器；實(shí)驗(yàn)臺(tái)；試驗(yàn)；溫度；
ABSTRACT
The north winter, environmental temperature is lower, the automobile exhaust steam will exhaust pipe wall into the droplets in condensation, and exhaust flow to the pavement with, especially to use ethanol and gasoline vehicles. Ethanol and gasoline, as a kind of car, and the rich in oxygen clean fuel element, but the burning ethanol and gasoline emissions generated by the surrounding water more, also the environment temperature and exhaust noise reduction of energy conversion, the influence of the car exhaust the drop of water, this to is a common phenomenon.
Based on ethanol and gasoline, combustion characteristics vehicle use ethanol in gasoline, bus station in the icy road intersection, uphill, the place such as in crowded, especially in some sections, more easy to form ice in winter, most of the roads are clear, it is the thin ice. This not only slow its speed, and cause the winter driving the inconvenience, crowded downtown extended the car in the pavement of the time, the more increase fuel consumption, and increased the discharge of harmful materials, reduce braking distance, scraping the touch, etc, not only have no accidents have reached the purpose of energy conservation and emission reduction, and also adds a great human, time and material cost.
Therefore, in view of the northeast cold winter, in the influence of less as far as possible the original exhaust system, how to improve the exhaust system to reduce or eliminate the burning ethanol and gasoline car out of the icy road to the water problem, ethanol and gasoline in cold area, and the application of road traffic congestion relief has a great and profound significance.
This design is mainly aimed at faw car exhaust device, opened first introduced the exhaust device inside the jetta structure, working principle and operation. Based on this, puts forward a kind of to test for the purpose of exhaust device test bench design scheme. According to its performance testing purpose, this test bench is characteristic of the structure are relatively simple, test bench with digital display temperature sensor, facilitate in the study, let the operator can learn about and by changing different exhaust device performance testing to enhance its beginning ability, to achieve good testing result.
Key words：Exhaust device；Muffler；Experimental stage；Trial；Temperature；
39
第1章 緒 論
1.1 課題的來(lái)源和意義
我國(guó)汽車行業(yè)在全世界來(lái)說(shuō)應(yīng)該屬于那種旭日東升，蓬勃發(fā)展的一種類型。由于眾所周知的原因，我國(guó)的汽車工業(yè)雖起步于上世紀(jì)50年代，但卻躑躅于60年代，徘徊在70年代，直到改革開(kāi)放我國(guó)政府提出把汽車工業(yè)作為支柱性產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展，才開(kāi)始快速發(fā)展。正是由于這些曲折和波折，使我國(guó)汽車業(yè)的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用等各領(lǐng)域的技術(shù)水平均大幅落后于其他發(fā)達(dá)國(guó)家，汽車試驗(yàn)領(lǐng)域也是沒(méi)有例外。
改革開(kāi)放以來(lái)，受政策的支持和資金的扶持，以及各廠家和相關(guān)單位及院校的共同努力，我國(guó)的汽車工業(yè)大踏步向前發(fā)展，取得了不小的進(jìn)步，我國(guó)的汽車產(chǎn)量在2003年已經(jīng)躍居世界第5位，我國(guó)的技術(shù)水平也相應(yīng)取得了飛速的發(fā)展，我國(guó)汽車的大量出口已指日可待。作為汽車技術(shù)一部分的汽車試驗(yàn)領(lǐng)域也取得了一些顯著成果。由于一直緊跟國(guó)外先進(jìn)汽車的試驗(yàn)研究方法，從理論上也達(dá)到了較高的水平，基本上達(dá)到了世界的平均水平，但是受到技術(shù)和成本的限制，尚未普遍應(yīng)用于科研、教學(xué)和生產(chǎn)部門。
汽車零部件試驗(yàn)在汽車設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域占據(jù)重要的地位，因此試驗(yàn)臺(tái)的種類也很多，有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但耗費(fèi)較高，有的現(xiàn)代化程度高，適合規(guī)模大、效益高的大型試驗(yàn)部門使用，但造價(jià)昂貴。而一些小型科研單位以及高等院校受資金、場(chǎng)地、人員、環(huán)境等的影響，不可能采用上述那些要求較高的試驗(yàn)臺(tái)。本課題在于研究一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用而且經(jīng)久耐用，便于操作，占地較小，適合于室內(nèi)安裝的試驗(yàn)臺(tái)，以供那些條件有限的單位使用。
汽車排氣裝置是使用條件復(fù)雜，受環(huán)境影響較大，可靠性要求高的重要部件，因此從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)直至使用都要對(duì)其進(jìn)行大量的試驗(yàn)，以確定其各種性能參數(shù)，為汽車的生產(chǎn)、銷售以及維修單位和汽車的使用者提供可靠的參考，防止出現(xiàn)重大的事故。在此領(lǐng)域各國(guó)都在潛心研究，以不斷提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，從而提供更可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為社會(huì)服務(wù)。
1.2 汽車試驗(yàn)裝置的發(fā)展概況
十九世紀(jì)下半葉,德國(guó)的戴姆勒-奔馳公司、法國(guó)的標(biāo)致公司、美國(guó)的福特公司、意大利的菲亞特公司等先后生產(chǎn)出了第一輛汽車。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車結(jié)構(gòu)不斷完善，汽車性能也不斷提高。由于汽車工業(yè)與其他工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和人民的日常生活密切相關(guān)，汽車質(zhì)量引起人們的廣泛重視。二十世紀(jì)初期，美國(guó)人亨利·福特創(chuàng)立了流水線作業(yè)的生產(chǎn)形式，使生產(chǎn)效率大幅提高，生產(chǎn)成本下降，使用范圍急劇擴(kuò)大，汽車的可靠性、壽命和性能方面的問(wèn)題突出出來(lái)，要求開(kāi)展試驗(yàn)研究工作。
汽車試驗(yàn)的發(fā)展歷史經(jīng)歷了大致如下三個(gè)階段：第一個(gè)階段從十九世紀(jì)末到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束，是汽車試驗(yàn)的逐步建立，主要包括基本試驗(yàn)臺(tái)的建立，基本試驗(yàn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的形成；第二個(gè)階段從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束到上世紀(jì)七十年代，由于相鄰工業(yè)的發(fā)展，相鄰學(xué)科的發(fā)展和滲透，使汽車試驗(yàn)理論、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范有了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步；第三個(gè)階段的主要標(biāo)志是電子計(jì)算機(jī)在汽車試驗(yàn)中的應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的完善。
1.3 汽車排氣裝置性能試驗(yàn)臺(tái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況
排氣裝置研究涉及流體力學(xué)、傳熱、振動(dòng)聲學(xué)等多門學(xué)科且消聲器排氣噪聲頻帶較寬，具有一定的復(fù)雜性。由于排氣溫度較高，因此其排氣消聲器大都用抗性消聲器。傳統(tǒng)的抗性消聲器一般都是由擴(kuò)張室、內(nèi)插管、穿孔管、穿孔板和其它由這些消聲器單元派生出來(lái)的單元組合而成。
西方發(fā)達(dá)國(guó)家在消聲理論方面研究起步較早，發(fā)展也較快，早在上個(gè)世紀(jì)20年代，美國(guó)的Stewart就將聲學(xué)濾波器的原理用于抗性消聲器的研究。50年代Davis等人根據(jù)截面突變處聲壓和體積速度連續(xù)的原理。采用一維波動(dòng)方程計(jì)算了簡(jiǎn)單擴(kuò)張腔，多級(jí)膨脹腔及旁通共振腔的消聲特性。此后，研究人員采用聲電類比的方法，根據(jù)電學(xué)中的四端網(wǎng)絡(luò)法，于50年代后期發(fā)展了不考慮氣流及溫度梯度的聲傳遞矩陣法，為排氣消聲器的設(shè)計(jì)開(kāi)創(chuàng)了新的方法，且一直沿用至今。60年代以后，對(duì)于消聲器的理論研究越來(lái)越深入，逐步解決了氣流與聲波的相互作用，如何考慮溫度梯度的影響等問(wèn)題。許多人員如日本的福田基一等在噪聲控制技術(shù)方面做了大量的理論和試驗(yàn)研究，為設(shè)計(jì)和改進(jìn)消聲器提供了大量的數(shù)據(jù)及理論基礎(chǔ)
進(jìn)入20世紀(jì)末，消聲器理論研究又進(jìn)入了一個(gè)新的高峰。1995年，H.Luoetal研究了各種軸向部分穿孔插入管消聲器的一維傳遞矩陣?yán)碚撃Ｐ?，?jì)算了它的傳聲損失，此模型對(duì)于消聲器的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。同年，Chao-Nan Wang研究了穿孔插入式消聲器的數(shù)值計(jì)算，克服了在管道開(kāi)口端邊界條件難于確定的困難，進(jìn)行了不同插入方式空氣平均流量和穿孔率等消聲器的消聲量計(jì)算。1996年，王詩(shī)恩和高宋英用存在聲源及氣流時(shí)的一維波動(dòng)方程描述了抗性消聲器中噪聲的傳播過(guò)程，建立了抗性消聲器插入損失模型，1998年，胡立臣用傳遞矩陣法模擬計(jì)算消聲器的插入損失，用以評(píng)價(jià)包括源阻抗及尾管輻射阻抗在內(nèi)的整個(gè)排氣系統(tǒng)的聲學(xué)特性，推導(dǎo)出六種消聲單元的傳遞矩陣，并應(yīng)用于插入損失計(jì)算之中，同年M.L.Munjaletal，給出了一種用于分析反流，三通道和開(kāi)口端開(kāi)有小孔的消聲器的頻域理論分析模型，推導(dǎo)出一維傳遞矩陣。2000年，唐永琪等在消聲器功能計(jì)算過(guò)程中考慮了氣流和溫度梯度的影響，并采用三維濾圖方法研究氣流對(duì)消聲器消聲性能的影響。
以上的一維平面波模型是對(duì)消聲器內(nèi)部聲場(chǎng)的近似理論分析，當(dāng)消聲器截面幾何尺寸較小，且噪聲頻率不太高(＜1000Hz)的情況下，這種分析方法是適用的。但當(dāng)噪聲頻率提高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析均表明，在消聲器腔內(nèi)存在高次模式波，這時(shí)平面波與線性化假設(shè)便不再適用，而應(yīng)采取更加精確的二維理論方法來(lái)進(jìn)行分析，其方法包括：有限差分法、有限元法和邊界單元法等。
對(duì)消聲器的消聲性能和空氣動(dòng)力性能進(jìn)行試驗(yàn)和評(píng)價(jià)也是重要的內(nèi)容之一。目前消聲器實(shí)驗(yàn)方法通常包括兩種，即實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)裝置通常由鼓風(fēng)機(jī)、噪聲發(fā)生裝置，加熱裝置，氣流流速及溫度控制裝置等組成，用來(lái)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際排氣，并在消聲器的入口和出口端測(cè)試聲壓級(jí)及氣流壓力。得到消聲器的插入損失和壓力損失用來(lái)評(píng)價(jià)消聲器的消聲性能和排氣阻力性能。例如：山東大學(xué)的劉麗萍利用試驗(yàn)室方法研究了消聲器內(nèi)氣體流速對(duì)消聲量的影響，證明了氣體流速是影響消聲特性的重要因素，試驗(yàn)室方法較為方便，特別是可代替發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證排氣阻力。
消聲器的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是在汽油機(jī)上做消聲器的性能試驗(yàn)，噪聲通常測(cè)試對(duì)比裝與不裝消聲器時(shí)的耳旁噪聲或最大加速環(huán)境噪聲（GB/T4760-1995，聲學(xué)消聲器測(cè)量方法。GB/T14365-1993，聲學(xué)機(jī)動(dòng)車輛噪聲測(cè)量方法）。排氣阻力性能通常做發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)，如測(cè)試負(fù)荷特性、比油耗或調(diào)速性能。為了提高試驗(yàn)效率，有人采用正交試驗(yàn)法等技術(shù)，福建農(nóng)業(yè)大學(xué)的翁紅林利用正交試驗(yàn)法，對(duì)汽油機(jī)排氣消聲器進(jìn)行試驗(yàn)，用較少試驗(yàn)次數(shù)采集多因素，多水平的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析中得出各因素對(duì)消聲性能的影響程度及范圍，得出各主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)消聲器性能的影響程度。華東船舶工業(yè)學(xué)院的郁飛用正交試驗(yàn)方法研究了排氣噪聲和相關(guān)影響參數(shù)之間的關(guān)系。
1.4 本課題研究?jī)?nèi)容及主要工作
北方冬季，環(huán)境溫度較低，汽車尾氣中的水蒸汽就會(huì)在排氣管壁冷凝成水滴，并且隨排氣流至路面，尤其針對(duì)使用乙醇汽油的車輛。乙醇汽油作為一種車用清潔燃料，其富含氧元素，但乙醇汽油燃燒的排放物中生成的水分也較多，受周圍的環(huán)境溫度以及排氣降噪能量轉(zhuǎn)換的影響，汽車的排氣管會(huì)向外滴水，這是一個(gè)很普遍的現(xiàn)象。
基于乙醇汽油燃燒特點(diǎn)，車輛使用乙醇汽油導(dǎo)致路面結(jié)冰，在公交站臺(tái)、上坡路段、十字路口等處，尤其在在一些擁擠路段，冬季更容易形成冰層，大多路段都是難清理的薄冰。這不僅減緩了車速，造成冬季擁擠市區(qū)行車的不便，延長(zhǎng)了車在路面的時(shí)間，更增加燃油消耗，而且增加了有害物質(zhì)的排放，減少制動(dòng)距離，使刮碰等事故不斷，不但沒(méi)有達(dá)到節(jié)能減排的目的，還增加了大量人力、時(shí)間和物質(zhì)成本。
因此，針對(duì)東北寒冷的冬季，在盡量少的影響原有排氣系統(tǒng)下，如何改進(jìn)排氣系統(tǒng)以減少或消除汽車燃燒乙醇汽油所排除的水分導(dǎo)致的路面結(jié)冰問(wèn)題，對(duì)乙醇汽油在寒冷地區(qū)的應(yīng)用，及道路的交通擁擠問(wèn)題的緩解有著重大而深遠(yuǎn)的意義。
本文設(shè)計(jì)了兩種方案：一種是實(shí)車來(lái)進(jìn)行測(cè)試，分析水蒸氣在排氣管內(nèi)凝結(jié)成水滴的位置。第二種是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)來(lái)模擬實(shí)車試驗(yàn)，具有較強(qiáng)的演示功能，可以確定怠速下排氣管內(nèi)部的溫度變化，實(shí)現(xiàn)不同車型排氣裝置工況演示。可以進(jìn)行排氣裝置性能測(cè)試，使學(xué)生能夠直觀看到不同排氣裝置的各種工況，并對(duì)不同的演示現(xiàn)象進(jìn)行必要的分析。并在消聲器的入口和出口端測(cè)試聲壓級(jí)及氣流壓力。得到消聲器的插入損失和壓力損失用來(lái)評(píng)價(jià)消聲器的消聲性能和排氣阻力性能。
第2章 汽車排氣裝置的組成和工作原理
2.1汽車排氣裝置的作用和組成
汽車排氣裝置的作用：它的作用是將從排氣門排出的廢氣進(jìn)行信息反饋（由氧傳感器完成）和凈化有害氣體（由三元催化器完成）及消音（由消音器完成）后排出車外。
汽車排氣裝置的組成：汽車排氣裝置一般由排氣歧管、排氣管、催化轉(zhuǎn)換器、排氣溫度傳感器、消音器和排氣尾管等組成如圖2.1所示。
圖2.1 排氣裝置組成示意圖
2.2汽車排氣裝置的工作原理
排氣歧管：排氣歧管的形狀十分重要。為了防止各缸排氣相互干擾和排氣倒流，并利用排氣慣性降低排氣阻力，應(yīng)將排氣歧管做得長(zhǎng)些，且各缸支管應(yīng)相互獨(dú)立，長(zhǎng)度相等。還有用不銹鋼制造的排氣歧管，其優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕，耐久性好，內(nèi)壁光滑，排氣阻力小如圖2.2所示。
圖2.2 捷達(dá)汽車排氣歧管示意圖
排氣凈化裝置：汽車在使用過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)所排廢氣中含有一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOx）、微粒及硫化物等有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成污染，危害人類健康，所以必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)行凈化。
催化轉(zhuǎn)化器：催化轉(zhuǎn)化器是利用催化劑的作用將排氣中的CO、HC和NOx轉(zhuǎn)化成對(duì)人體無(wú)害氣體的一種排氣凈化裝置，又稱為催化凈化轉(zhuǎn)化器。
催化轉(zhuǎn)換器有氧化催化轉(zhuǎn)換器和三元催化轉(zhuǎn)換器兩種類型。氧化催化轉(zhuǎn)化器在金屬鉑、鈀或銠等催化劑的作用下，可將排氣中的CO和HC氧化成CO2和H2O，因此這種催化轉(zhuǎn)換器也稱做二元催化轉(zhuǎn)換器，使用時(shí)須向氧化催化轉(zhuǎn)換器供給二次空氣作為氧化劑才能使其有效地工作。三元催化轉(zhuǎn)換器可同時(shí)減少CO、HC和NOx的排放。它以排氣中的CO和HC作為還原劑，把NOx還原為氮（N2）和氧(O2)而CO和HC在還原反應(yīng)中被氧化為CO2和H2O。當(dāng)同時(shí)采用兩種轉(zhuǎn)換器時(shí)，常把兩者放在同一個(gè)轉(zhuǎn)換器內(nèi)如圖2.3所示。
圖2.3 三元催化轉(zhuǎn)換器示意圖
消音器：汽車的排氣噪聲是行車噪聲的主要組成部分，世界各國(guó)對(duì)各種車輛產(chǎn)生的噪聲極限值都有嚴(yán)格的規(guī)定，如歐共體規(guī)定，轎車為77dB，載貨汽車為84dB，因此需減小排氣噪聲。排氣消音器的功用就是降低排氣噪聲并消除廢氣中的火星及火焰。根據(jù)干涉原理，排氣消音器有吸收、反射兩種基本消聲方式。在吸收式消聲器上通過(guò)的廢氣在玻璃纖維、鋼纖維和石棉等吸聲材料上的摩擦而減小其能量。反射式消聲器則由多個(gè)串聯(lián)的諧調(diào)腔與不同長(zhǎng)度的多孔反射管相互連接在一起。廢氣在其中經(jīng)過(guò)多次反射、碰撞、膨脹、冷卻而降低其壓力，減輕了震動(dòng)如圖2.4所示。
圖2.4 汽車消聲器剖面圖
2.3汽車排氣裝置相關(guān)資料
由于汽車尾氣凈化及汽車輕量化降低油耗的社會(huì)要求日益高漲，不銹鋼在汽車中的使用近十年增加4倍。起初是以鐵鉻欽不誘鋼為主，而后各種高性能不誘鋼開(kāi)始使用.在排氣歧管前置管、軟管、催化劑金屬載體及消聲器所組成的排氣系統(tǒng)所用材料。美國(guó)60年代就開(kāi)始將鐵鉻欽不銹鋼用于排氣系統(tǒng)。日本70年代對(duì)排氣標(biāo)準(zhǔn)作了規(guī)定迫使汽車制造廠商在汽車排氣系統(tǒng)中安裝三元催化凈化裝置。.當(dāng)時(shí)也將鐵鉻欽不銹鋼用于排氣系統(tǒng)1989年日本要求汽車制造廠商保證排氣系統(tǒng)部件能夠使用三年或行駛六萬(wàn)Km。這一規(guī)定加速不銹鋼替換鍍鋁鋼板的進(jìn)程。如今美國(guó)和日本轎車的排氣系統(tǒng)已全部采用不銹鋼制造，每輛轎車排氣系統(tǒng)不銹鋼用量因轎車型號(hào)而異,但最近由于采用了改善汽車燃燒的措施使得排氣岐管的使用溫度提高，為此排氣岐管材料改用耐高溫及耐腐蝕的鐵素體不銹鋼，以降低噪聲為目的軟管采用耐高溫及耐鹽類腐蝕的不銹鋼制造，在美國(guó)和歐洲所用材料則是在基礎(chǔ)上增加質(zhì)量分?jǐn)?shù)使之獲得更好的性能，歐洲的高檔轎車上其排氣系統(tǒng)使用奧氏體不銹鋼為了提高消聲器的耐腐蝕壽命。
2.4 本章小結(jié)
本章設(shè)計(jì)內(nèi)容主要針對(duì)汽車排氣裝置結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行闡述，分析不同汽車排氣裝置結(jié)構(gòu)與特性，分析了不同汽車排氣裝置的原理及未來(lái)汽車排氣裝置的發(fā)展趨勢(shì)，為設(shè)計(jì)排氣裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)及對(duì)不同的排氣裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
第3章 燃乙醇汽油車排氣管內(nèi)部溫度與滴水量測(cè)定試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
近年來(lái)，由于國(guó)際石油資源的匱乏，新型綠色清潔燃料能源乙醇汽油加入了汽車能源行列。作為可再生、原料來(lái)源廣泛的清潔能源，乙醇汽油不僅使我國(guó)石油資源緊缺的問(wèn)題得到緩解，改善了汽車有害廢氣造成的環(huán)境污染。總體認(rèn)為乙醇汽油在我國(guó)完全適用。然而乙醇中碳?xì)浔雀撸紵龝r(shí)產(chǎn)生的水蒸氣相對(duì)較多，導(dǎo)致汽車尾氣含水量較高。由于我國(guó)黃河以北的大部分地區(qū)冬季氣溫較低，造成乙醇汽油燃燒狀況較差，在以乙醇汽油為燃料的機(jī)動(dòng)車輛排氣管中，有水分隨尾氣一起排放，這些水分遇低溫凝結(jié)成薄冰，覆蓋在路面上，使車輛的制動(dòng)距離增加，給行車帶來(lái)不便，特別是在破路地段和交叉路口極易引發(fā)交通事故。
3.1試驗(yàn)方案
為了研究燃乙醇汽油車排氣管內(nèi)部溫度以及汽車排氣管末端滴水量隨不同的大氣環(huán)境溫度及汽車行駛速度而發(fā)生變化的情況，本設(shè)計(jì)以黑龍江省哈爾濱市為試驗(yàn)地點(diǎn)。測(cè)量時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)地區(qū)哈爾濱市的氣溫狀況設(shè)定為兩個(gè)階段：冬季試驗(yàn)和春季試驗(yàn)，每個(gè)階段的試驗(yàn)測(cè)試包括怠速、低速工況（20~30km/h）、中速工況（60~70km/h）、高速工況（80~90lm/h）試驗(yàn)四個(gè)環(huán)節(jié)，其中怠速試驗(yàn)又分為平地怠速與坡道怠速試驗(yàn)兩部分。
試驗(yàn)方案分為實(shí)車試驗(yàn)和試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)兩種，平地怠速試驗(yàn)可以用試驗(yàn)臺(tái)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)分析，坡道怠速試驗(yàn)、低速工況、中速工況、高速工況可以選用實(shí)車來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。
3.2試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)使用的車型選為捷達(dá)王（排量1.6L），試驗(yàn)儀器如下：捷達(dá)汽車排氣裝置性能試驗(yàn)臺(tái)、TM-902C型數(shù)顯溫度傳感器六個(gè)、攝像機(jī)一部、溫度計(jì)一支、量筒一個(gè)、接水裝置一組。
為了進(jìn)行排氣管內(nèi)部溫度測(cè)定實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)前在排氣管上選取六個(gè)測(cè)試點(diǎn)安裝溫度傳感器，TM-902C型數(shù)顯溫度傳感器固定裝置如圖3.1所示。
3.1數(shù)顯溫度傳感器固定裝置
TM-902C型溫度傳感器是一種接觸式溫度儀，其操作簡(jiǎn)便，測(cè)量時(shí)通過(guò)被測(cè)介質(zhì)與測(cè)溫元件進(jìn)行充分的熱交換而達(dá)到測(cè)溫目的，試驗(yàn)時(shí)數(shù)據(jù)采集方便簡(jiǎn)潔。試驗(yàn)測(cè)量時(shí)，傳感器的探針可以伸入排氣管內(nèi)部測(cè)試溫度，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確。
在進(jìn)行溫度測(cè)量試驗(yàn)時(shí)，將溫度傳感器通過(guò)固定裝置安裝在汽車排氣管上。傳感器的數(shù)據(jù)線經(jīng)過(guò)車窗進(jìn)入駕駛室內(nèi)，測(cè)試人員可以在車內(nèi)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行錄制及觀測(cè)。六個(gè)溫度傳感器分別布置在避開(kāi)主、副消音器的排氣管前段、中段和末段的彎管上，從排氣管入口至出口方向，六個(gè)傳感器依次編號(hào)為從一號(hào)至六號(hào)，一號(hào)測(cè)試點(diǎn)距離排氣歧管聚合處大約1 M，六號(hào)測(cè)點(diǎn)在排氣尾管末端附近，其余各點(diǎn)的設(shè)計(jì)安裝位置的分布情況如圖3.2所示。
圖3.2 數(shù)顯溫度傳感器在排氣管上的安裝位置
實(shí)際進(jìn)行試驗(yàn)儀器安裝時(shí)，由于受到排氣管周圍的實(shí)際環(huán)境條件的限制，溫度傳感器的安裝位置需要根據(jù)實(shí)際情況確定，
為了進(jìn)行排氣尾管滴水量的測(cè)定，試驗(yàn)之前在排氣的排氣尾管末端布置了接水裝置。接水裝置由礦泉水瓶、鐵絲和螺釘構(gòu)成。首先在排氣管末端焊接兩個(gè)螺釘作為固定耳，在礦泉水瓶靠上位置剪出一個(gè)與排氣管直徑大小相應(yīng)的洞，保證能夠?qū)⑴艢夤苌烊氲V泉水瓶中，然后用鐵絲將它們固定在排氣尾管的末端，這樣便可以保證在每個(gè)階段的試驗(yàn)過(guò)程中，汽車尾氣中的水分可以全部流入接水裝置。
待各個(gè)環(huán)節(jié)的試驗(yàn)結(jié)束后，再將礦泉水瓶中的水分倒入量筒，即可得到該試驗(yàn)階段排氣管末端的滴水量。
3.3排氣管內(nèi)部溫度變化的測(cè)定
3.3.1怠速試驗(yàn)
在怠速試驗(yàn)中，針對(duì)排氣管內(nèi)部溫度的測(cè)定試驗(yàn)包括平地怠速和坡道怠速（坡道怠速約15°）兩部分。
3.3.1.1平地怠速試驗(yàn)
平地怠速試驗(yàn)分為冬季試驗(yàn)和春季試驗(yàn) 試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)環(huán)境如圖3.3。
圖3.3 試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)環(huán)境圖
（1）冬季試驗(yàn)
冬季平地怠速試驗(yàn)時(shí)，先用溫度計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度，進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，保持試驗(yàn)臺(tái)在水平路面上靜止，試驗(yàn)臺(tái)啟動(dòng)后處于怠速工況下暖車一段時(shí)間，等待溫度傳感器的數(shù)據(jù)不再有明顯上升趨勢(shì)后，讀取傳感器LED屏幕所顯示的數(shù)據(jù)，共測(cè)試三次，每次試驗(yàn)約持續(xù)15min，得到排氣管內(nèi)部六點(diǎn)位置溫度分布數(shù)據(jù)表3-1所示。找到出現(xiàn)100℃的區(qū)域在哪個(gè)測(cè)試點(diǎn)，即是水蒸氣液化的臨界溫度。
表3-1 冬季平地怠速試驗(yàn)排氣管內(nèi)部溫度[單位：℃]
測(cè)試時(shí)間
1
2
3
4
5
6
15min
15min
15min
（2）春季試驗(yàn)
春季平地怠速試驗(yàn)時(shí)，用溫度計(jì)測(cè)試出環(huán)境溫度。保持汽車在水平路面上靜止，汽車啟動(dòng)后處于怠速工況下一段時(shí)間，待溫度傳感器的數(shù)據(jù)不再有上升趨勢(shì)后，讀取傳感器LED屏幕所顯示的數(shù)據(jù)，共測(cè)試三次，每次試驗(yàn)約持續(xù)15min，得到排氣管內(nèi)部六點(diǎn)位置溫度分布數(shù)據(jù)表3-2所示，從而來(lái)分析水蒸氣液化的臨界區(qū)域出現(xiàn)在幾號(hào)測(cè)試點(diǎn)來(lái)確定水蒸氣產(chǎn)生的位置。
表3-2 春季平地怠速試驗(yàn)排氣管內(nèi)部溫度[單位：℃]
測(cè)試時(shí)間
1
2
3
4
5
6
15min
15min
15min
通過(guò)對(duì)比分析來(lái)確定冬季、春季隨著外界環(huán)境溫度的變化，排氣管內(nèi)部溫度的波動(dòng)變化，水蒸氣液化形成水滴的區(qū)域，并能得出排氣管內(nèi)部溫度受外界環(huán)境溫度的影響的變化。
3.3.1.2坡道怠速試驗(yàn)
（1）冬季試驗(yàn)
進(jìn)行冬季坡道怠速試驗(yàn)時(shí)，用溫度計(jì)測(cè)試出室外環(huán)境溫度，試驗(yàn)時(shí)保持汽車在角度約15°的坡道路面上靜止，汽車啟動(dòng)后處于怠速工況下，暖車一段時(shí)間，等待溫度傳感器的數(shù)據(jù)不再有上升趨勢(shì)，讀取傳感器LED屏幕所顯示的數(shù)據(jù)，共測(cè)二次，每次試驗(yàn)約持續(xù)15min，得到排氣管內(nèi)部六點(diǎn)位置溫度分布數(shù)據(jù)如表3-3所示。從而來(lái)分析水蒸氣液化的臨界區(qū)域出現(xiàn)在幾號(hào)測(cè)試點(diǎn)。
表3-3 冬季坡道怠速試驗(yàn)排氣管內(nèi)部溫度[單位：℃]
測(cè)試時(shí)間
1
2
3
4
5
6
（2）春季試驗(yàn)
進(jìn)行春季坡道怠速試驗(yàn)時(shí)，用溫度計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度，試驗(yàn)時(shí)保持汽車在角度約15°的坡道路面上靜止，汽車啟動(dòng)后處于怠速工況下一段時(shí)間，待溫度傳感器的數(shù)據(jù)不再有上升趨勢(shì)，然后讀取傳感器LED屏幕所顯示的數(shù)據(jù)，共測(cè)二次，每次試驗(yàn)約持續(xù)15min，得到排氣管內(nèi)部六點(diǎn)位置溫度分布數(shù)據(jù)如表3-4所示。
表3-4 春季坡道怠速試驗(yàn)排氣管內(nèi)部溫度[單位：℃]
測(cè)試時(shí)間
1
2
3
4
5
6
通過(guò)對(duì)比分析來(lái)確定冬季、春季隨著外界環(huán)境溫度的變化，行駛坡路角度的變化，排氣管內(nèi)部溫度的波動(dòng)變化，水蒸氣液化形成水滴的區(qū)域，并能得出排氣管內(nèi)部溫度受外界環(huán)境溫度的影響的變化。
3.3.2低速工況試驗(yàn)
在低速工況試驗(yàn)當(dāng)中，針對(duì)燃乙醇汽油車的排氣管內(nèi)部溫度分布的測(cè)定試驗(yàn)選取了哈爾濱市區(qū)車流量相對(duì)較大，車型速度較為緩慢的紅旗大街路段中的三個(gè)部分作為試驗(yàn)地段：A.從黑龍江工程學(xué)院到長(zhǎng)江路段；B.從長(zhǎng)江路到先鋒轉(zhuǎn)盤道路段；C.從先鋒轉(zhuǎn)盤道到黑龍江工程學(xué)院路段；
（1）冬季試驗(yàn)
冬季低速工況試驗(yàn)，用溫度計(jì)測(cè)試室外環(huán)境溫度，試驗(yàn)車輛分別在各個(gè)試驗(yàn)路段行駛。在每個(gè)路段進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，首先汽車啟動(dòng)行駛一段時(shí)間，待溫度傳感器的數(shù)據(jù)不再有明顯的上升趨勢(shì)后，便開(kāi)始讀取傳感器LED屏幕所顯示的數(shù)據(jù)。每次試驗(yàn)大約持續(xù)15min左右，分別在三個(gè)試驗(yàn)路段各測(cè)試一次，行車速度維持在20~30km/h左右，得到排氣管內(nèi)部六點(diǎn)位置溫度分布數(shù)據(jù)如表3-5所示。
表3-5 冬季低速工況試驗(yàn)排氣管內(nèi)部溫度[單位：℃]
測(cè)試時(shí)間
試驗(yàn)路段
1
2
3
4
5
6
A
B
C
（2）春季試驗(yàn)
春季低速工況試驗(yàn)，用溫度計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度。汽車分別在三個(gè)試驗(yàn)路段行駛。在每個(gè)路段進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，待車輛啟動(dòng)行駛一段時(shí)間，溫度傳感器的數(shù)據(jù)不再有明顯的上升趨勢(shì)后，開(kāi)始讀取并記錄溫度傳感器LED屏幕所顯示的數(shù)據(jù)。每次試驗(yàn)大約持續(xù)10min左右，共測(cè)試四次，行車速度維持在20~30km/h左右，得到排氣管內(nèi)部六點(diǎn)位置溫度分布數(shù)據(jù)如表3-6所示。
表3-6 春季低速工況試驗(yàn)排氣管內(nèi)部溫度[單位：℃]
測(cè)試時(shí)間
試驗(yàn)路段
1
2
3
4
5
6
A
B
C
對(duì)兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找到低速工況下冬季和春季的排氣管內(nèi)水蒸氣液化的凝結(jié)溫度100℃分別出現(xiàn)在幾號(hào)測(cè)試點(diǎn)附近。說(shuō)明水蒸氣很可能以液態(tài)形式存儲(chǔ)于該區(qū)域之內(nèi)。
3.3.3中速工況試驗(yàn)
在中速工況試驗(yàn)中，針對(duì)排氣管內(nèi)溫度分布情況進(jìn)行的測(cè)定試驗(yàn)，選取了與進(jìn)行低速工況試驗(yàn)路段相比，車流量相對(duì)較低，車流速較高的哈爾濱市二環(huán)路作為試驗(yàn)路段進(jìn)行三次試驗(yàn)，進(jìn)行每次試驗(yàn)時(shí)繞二環(huán)路行駛一圈，試驗(yàn)路段D。
（1）冬季試驗(yàn)
冬季中速工況試驗(yàn)，用溫度計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度，三次試驗(yàn)，車輛分別在二環(huán)路行駛一圈。每次進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定時(shí)，待汽車啟動(dòng)行駛一段時(shí)間，溫度傳感器的數(shù)據(jù)不再有明顯上升趨勢(shì)后，開(kāi)始錄制并提取傳感器LED屏幕所顯示的數(shù)據(jù)。每次試驗(yàn)約持續(xù)50min左右，行車速度維持在60~70km/h左右，得到排氣管內(nèi)部六點(diǎn)位置溫度分布數(shù)據(jù)表3-7所示。
表3-7 冬季中速工況試驗(yàn)排氣管內(nèi)部溫度[單位：℃]
測(cè)試時(shí)間
試驗(yàn)路段
1
2
3
4
5
6
D
D
D
（2）春季試驗(yàn)
春季中速工況試驗(yàn)，用溫度計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度，在試驗(yàn)路段進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，待汽車啟動(dòng)行駛一段時(shí)間，溫度傳感器的數(shù)據(jù)不再有明顯的上升趨勢(shì)后，開(kāi)始記錄提取傳感器LED屏幕所顯示的數(shù)據(jù)，每次試驗(yàn)約持續(xù)一個(gè)小時(shí)左右，共測(cè)試三次，行車速度維持在60~70km/h左右，得到排氣管內(nèi)部六點(diǎn)位置溫度分布數(shù)據(jù)表3-8所示。
表3-8 春季中速工況試驗(yàn)排氣管內(nèi)部溫度[單位：℃]
測(cè)試時(shí)間
試驗(yàn)路段
1
2
3
4
5
6
D
D
D
通過(guò)對(duì)比來(lái)發(fā)現(xiàn)在中速工況下冬季和春季排氣管內(nèi)部凝結(jié)溫度100℃臨界區(qū)域分別出現(xiàn)在幾號(hào)區(qū)域，說(shuō)明很有可能以液態(tài)形式存儲(chǔ)于該區(qū)域之內(nèi)，或能夠以氣態(tài)形式排放到大氣環(huán)境中。
3.3.4高速工況試驗(yàn)
為了進(jìn)行高速工況行車試驗(yàn)，針對(duì)排氣管內(nèi)部溫度的測(cè)定選取哈牡高速公路哈爾濱至花果山路段作為試驗(yàn)路段E。
（1）冬季試驗(yàn)
進(jìn)行冬季高速工況試驗(yàn)時(shí)，用溫度計(jì)測(cè)試試驗(yàn)環(huán)境溫度，試驗(yàn)車輛在高速公路上行駛。試驗(yàn)時(shí)，車輛啟動(dòng)后行駛一段時(shí)間，待溫度傳感器的數(shù)據(jù)不再有明顯的上升趨勢(shì)后，讀取傳感器LED屏幕所顯示的數(shù)據(jù)，每次試驗(yàn)約持續(xù)約30min左右，共測(cè)試二次，行車速度維持在80~90km/h左右，得到排氣管內(nèi)部六點(diǎn)位置溫度分布數(shù)據(jù)表3-9所示。
表3-9 冬季高速工況試驗(yàn)排氣管內(nèi)部溫度[單位：℃]
測(cè)試時(shí)間
試驗(yàn)路段
1
2
3
4
5
6
E
E
E
（2）春季試驗(yàn)
春季高速工況試驗(yàn)，用溫度計(jì)測(cè)試出試驗(yàn)環(huán)境溫度，汽車在高速公路上行駛。試驗(yàn)時(shí)，汽車啟動(dòng)后行駛一段時(shí)間，待溫度傳感器的數(shù)據(jù)不再有明顯的上升趨勢(shì)，讀取傳感器LED屏幕所顯示的數(shù)據(jù)，每次試驗(yàn)約持續(xù)約30min左右，共測(cè)試二次，行車速度維持在80~90km/h左右，得到排氣管內(nèi)部六點(diǎn)位置溫度分布數(shù)據(jù)表3-10所示。
表3-10 春季高速工況試驗(yàn)排氣管內(nèi)部溫度[單位：℃]
測(cè)試時(shí)間
試驗(yàn)路段
1
2
3
4
5
6
E
E
E
3.4排氣尾管末端滴水量的試驗(yàn)測(cè)定
對(duì)應(yīng)乙醇汽油車排氣管內(nèi)溫度分布情況的測(cè)定試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行排氣尾管末端滴水量的測(cè)定試驗(yàn)。每個(gè)環(huán)節(jié)的溫度試驗(yàn)測(cè)定結(jié)束后，同時(shí)將排氣尾管末端的接水裝置卸下，將該裝置的水分倒出，使用量筒進(jìn)行測(cè)量并記錄。
3.4.1怠速試驗(yàn)
3.4.1.1平地怠速試驗(yàn)
冬、春兩季平地怠速排氣管滴水量的測(cè)定試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-11、表3-12。
表3-11 冬季平地怠速試驗(yàn)排氣管滴水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間
試驗(yàn)地點(diǎn)
溫度（℃）
車速（km/h）
里程（km）
用時(shí)(min)
水量（ml）
備注
平地怠速
15
平地怠速
15
平地怠速
15
表3-12 春季平地怠速試驗(yàn)排氣管滴水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間
試驗(yàn)地點(diǎn)
溫度（℃）
車速（km/h）
里程（km）
用時(shí)(min)
水量（ml）
備注
平地怠速
15
平地怠速
15
平地怠速
15
通過(guò)對(duì)冬季和春季平地怠速試驗(yàn)燃乙醇汽油車排氣尾管末端的單位小時(shí)滴水量進(jìn)行對(duì)比分析，可知環(huán)境溫度對(duì)排氣尾管末端滴水量的影響。
3.4.1.2坡道怠速試驗(yàn)
冬、春兩季坡道怠速排氣管滴水量的測(cè)定試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-13、表3-14。
表3-12 冬季坡道怠速試驗(yàn)排氣管滴水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間
試驗(yàn)地點(diǎn)
溫度
車速（km/h）
里程（km）
用時(shí)（min）
水量（ml）
備注
斜坡怠速
坡度15°
斜坡怠速
坡度15°
表3-13 春季坡道怠速試驗(yàn)排氣管滴水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間
試驗(yàn)地點(diǎn)
溫度
車速（km/h）
里程（km）
用時(shí)（min）
水量（ml）
備注
斜坡怠速
坡度15°
斜坡怠速
坡度15°
通過(guò)對(duì)冬季和春季坡道怠速試驗(yàn)燃乙醇汽油車排氣尾管末端的單位小時(shí)滴水量進(jìn)行對(duì)比分析，可知行駛路況對(duì)排氣尾管末端滴水量的影響。
3.4.2低速工況試驗(yàn)
冬、春兩季低速工況行車排氣管滴水量的測(cè)定試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-14、表3-15。
表3-14 冬季低速工況試驗(yàn)排氣管滴水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間
試驗(yàn)地點(diǎn)
溫度（℃）
車速（km/h）
里程（km）
用時(shí)（min）
水量（ml）
備注
A
20~30
B
20~30
C
20~30
表3-15 春季低速工況試驗(yàn)排氣管滴水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間
試驗(yàn)地點(diǎn)
溫度（℃）
車速（km/h）
里程（km）
用時(shí)（min）
水量（ml）
備注
A
20~30
B
20~30
C
20~30
通過(guò)對(duì)冬季和春季低速工況試驗(yàn)燃乙醇汽油車排氣尾管末端的單位小時(shí)滴水量進(jìn)行對(duì)比分析，可知低速工況下環(huán)境溫度對(duì)排氣尾管末端滴水量的影響。
3.4.3中速工況試驗(yàn)
冬、春兩季中速工況試驗(yàn)排氣管接水量的測(cè)定試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-16、表3-17所示。
表3-16 冬季中速工況試驗(yàn)排氣管滴水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間
試驗(yàn)地點(diǎn)
溫度（℃）
車速（km/h）
里程（km）
用時(shí)（min）
水量（ml）
備注
.
D
60~70
60~70
60~70
表3-17 春季中速工況試驗(yàn)排氣管滴水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間
試驗(yàn)地點(diǎn)
溫度（℃）
車速（km/h）
里程（km）
用時(shí)（min）
水量（ml）
備注
D
60~70
60~70
60~70
通過(guò)對(duì)冬季和春季中速工況試驗(yàn)燃乙醇汽油車排氣尾管末端的單位小時(shí)滴水量進(jìn)行對(duì)比分析，可知中速工況下環(huán)境溫度對(duì)排氣尾管末端滴水量的影響。
3.4.4高速工況試驗(yàn)
冬、春兩季高速公路行車進(jìn)行排氣尾管末端滴水量的測(cè)定試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-18、表3-19所示。
表3-18 冬季高速工況試驗(yàn)排氣管滴水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間
試驗(yàn)地點(diǎn)
溫度（℃）
車速（km/h）
里程（km）
用時(shí)（min）
水量（ml）
備注
E
80~90
80~90
表3-19 春季高速工況試驗(yàn)排氣管滴水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間
試驗(yàn)地點(diǎn)
溫度（℃）
車速（km/h）
里程（km）
用時(shí)（min）
水量（ml）
備注
E
80~90
80~90
通過(guò)對(duì)冬季和春季高速工況試驗(yàn)燃乙醇汽油車排氣尾管末端的單位小時(shí)滴水量進(jìn)行對(duì)比分析，可知高速工況下環(huán)境溫度對(duì)排氣尾管末端滴水量的影響。
3.5排氣管末端滴水量的分析
表3-20 各種工況下排氣管末端平均每小時(shí)接水量[ml/h]
怠速試驗(yàn)
低速試驗(yàn)
中速試驗(yàn)
高速試驗(yàn)
冬季
春季
表3-20為各個(gè)工況下排氣管末端平均每小時(shí)接水量（ml/h）,通過(guò)對(duì)比表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以分析出，試驗(yàn)車輛排氣尾管末端出口的接水量多少隨外界溫度以及汽車的工況的變化情況?？煽闯鲭S著車輛行駛速度的增加，以及環(huán)境溫度的上升，排氣管滴水量的變化。
3.6本章小結(jié)
本章針對(duì)燃乙醇汽油車在平地怠速、坡道怠速（坡度約為15°）、低速、中速、高速等工況下，對(duì)燃乙醇汽油車的排氣管內(nèi)部溫度分布進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)定設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)試驗(yàn)得到了燃乙醇汽油車排氣管內(nèi)部溫度分布的變化規(guī)律，通過(guò)設(shè)計(jì)方案在哈爾濱地區(qū)進(jìn)行冬、春兩季四種工況的試驗(yàn)對(duì)比，可以得出環(huán)境溫度較低時(shí)汽車排氣管的滴水量，車輛頻繁起步停車，低速工況下排氣管的滴水量，環(huán)境溫度升高，汽車行駛速度提高，排氣管內(nèi)的水蒸氣液化的臨界區(qū)域的變化趨勢(shì)。
第4章 捷達(dá)汽車消聲器結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)
4.1 乙醇汽油燃燒理化特性分析
4.1.1車用乙醇汽油的定義
車用乙醇汽油是指在不含MTBE等氧添加劑的專用汽油組分油中按體積比加入一定比例（我國(guó)目前暫定為10%）的變性燃料乙醇，由車用乙醇汽油定點(diǎn)調(diào)配中心按國(guó)際GB18351-2004的質(zhì)量要求。通過(guò)待定工藝混配而成的新一代清潔環(huán)保型車用燃料。
變性材料乙醇的定義：乙醇俗稱酒精，變性燃料乙醇是按國(guó)標(biāo)GB18350-2001質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)專用設(shè)備，特定脫水工藝生產(chǎn)的含量在99.2%（V/V）以上的無(wú)水乙醇經(jīng)變性處理后，易于從外觀和氣味上區(qū)別于可食用酒精，用于混配車用乙醇汽油
車用乙醇汽油按研究法辛烷值分為90號(hào)、93號(hào)、95號(hào)、97號(hào)四個(gè)標(biāo)號(hào)。標(biāo)示方法是在汽油號(hào)前加注字母E，作為車用乙醇汽油的統(tǒng)一標(biāo)示，即E90#、E93#、E95#、E97#、目前試點(diǎn)推廣使用的車用乙醇汽油暫有E90#、E93#、E97#三個(gè)標(biāo)號(hào)。
車用乙醇汽油適用于裝配點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的各類車輛，無(wú)論是化油器還是電噴供油方式的大、中、小型車輛。
4.1.2車用乙醇汽油的優(yōu)點(diǎn)
提高燃油品質(zhì)：車用乙醇汽油中的乙醇，既是一種能源，又是一種性能優(yōu)良的汽油品質(zhì)改良劑。首先，乙醇作為“綠色”增氧劑，可完全替代汽油中氧添加劑MTBE的使用，因MTBE對(duì)地下水資源危害嚴(yán)重，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已立法禁止使用。乙醇按10%的比例混配入汽油中，可使氧含量達(dá)到3.5%。助燃效果好，使汽油中不能燃燒的部分充分燃燒，提高了汽油的燃燒效率。另外由于乙醇中的辛烷值（RON）指數(shù)可達(dá)111個(gè)單位，乙醇按10%的比例混入汽油中，可使辛烷值提高2-3單位，提高了油品的抗暴性能。
降低尾氣有害排放：汽車有害尾氣的排放，特別是在人口密度較大、車流量較大的區(qū)域和城市，已成為一種嚴(yán)重的環(huán)境污染源。車用乙醇汽油由于燃燒充分，可使汽車有害尾氣排放總量降低33%以上。根據(jù)中國(guó)汽車研究中心與2001年所做的車用乙醇汽油8萬(wàn)公里行車試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)表明：尾氣排放中CO排放明顯降低，最大降低率已達(dá)55%，算術(shù)平均降低率30.8%，HC化合物算術(shù)平均降低率為13.4%。
燃燒充分，減少積碳，車用乙醇汽油由于燃燒徹底，解決了普通汽油燃燒不完全所形成的炭粒和聚現(xiàn)象，能有效地預(yù)防和消除發(fā)動(dòng)機(jī)、燃燒室、氣門、火花塞、排氣管、消聲器等部位積炭的產(chǎn)生，避免了因積炭形成而引起的故障，延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。
燃油系統(tǒng)自潔：車用乙醇汽油中加入的乙醇是一種性能優(yōu)良的有機(jī)溶劑，具有良好的清潔作用，能有效地消除汽車油箱及油路系統(tǒng)中燃油雜質(zhì)的沉淀和凝固（特別是膠質(zhì)膠化現(xiàn)象）具有良好的油路疏通作用。
4.2材料涂層保溫特性分析以及熱傳遞效率分析
保溫材料一般是指導(dǎo)熱系數(shù)小于或等于0.2的材料。保溫材料：絕熱產(chǎn)品種類很多，包括泡沫塑料、礦物棉制品、泡沫玻璃、膨脹珍珠巖絕熱制品、膠粉EPS顆粒保溫漿料、礦物噴涂棉、發(fā)泡水泥保溫制品。選用時(shí)除應(yīng)考慮材料的導(dǎo)熱系數(shù)外，還應(yīng)考慮材料的吸水率、燃燒性能、強(qiáng)度等指標(biāo)。
酚醛泡沫材料屬于高分子有機(jī)硬質(zhì)鋁箔泡沫產(chǎn)品，是由熱固性酚醛樹(shù)脂發(fā)泡而成，它具有質(zhì)輕，防火，遇明火不燃燒、無(wú)煙、無(wú)毒、無(wú)滴落，使用溫度范圍廣（-196~+200℃）低溫環(huán)境下不收縮、不脆化，是暖通制冷工程理想的絕熱材料，由于酚醛泡沫閉孔率高，則導(dǎo)熱系數(shù)低，隔熱性能好，并具有抗水性和水蒸氣滲透性，是理想的保溫節(jié)能材料，由于酚醛具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，所以尺寸穩(wěn)定，變化率＜1%，且化學(xué)成分穩(wěn)定，防腐抗老化，特別是能耐有機(jī)溶液、強(qiáng)酸、弱堿腐蝕。在生產(chǎn)工藝發(fā)泡中不用氟利昂做發(fā)泡劑符合國(guó)際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，其分子結(jié)構(gòu)中含有氫，氧，碳元素，高溫分解時(shí)，溢出的氣體無(wú)毒，無(wú)味，對(duì)人體，環(huán)境均無(wú)害，符合國(guó)家綠色環(huán)保要求。故此，酚醛超級(jí)復(fù)合板是最理想的防火，絕熱，節(jié)能，美觀的環(huán)保綠色保溫材料。
酚醛泡沫素有“保溫之王”的美稱，是新一代保溫防火隔音材料，是最有發(fā)展前途的一種新型保溫材料，因?yàn)檫@種新材料與通常的高分子樹(shù)脂依靠加入阻燃劑得到的材料有本質(zhì)的不同，在火中不燃燒，不熔化，也不會(huì)散發(fā)有毒煙霧，遇熱不變形，并且有質(zhì)輕、無(wú)毒、無(wú)腐蝕、保溫、節(jié)能隔音，價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，且不用氟利昂發(fā)泡，無(wú)環(huán)境污染、加工性好，施工方便，其綜合性能是目前各種保溫材料無(wú)法比擬的。
酚醛泡沫保溫材料是一種新型難燃，防火低煙保溫材料，它是由酚醛樹(shù)脂加入阻燃劑、抑煙劑、發(fā)泡劑、固化劑及其它助劑制成的閉孔硬質(zhì)泡沫塑料。它最突出的特點(diǎn)是難燃、低煙、抗高溫歧變。它可以現(xiàn)場(chǎng)澆注發(fā)泡，可模制、也可機(jī)械加工，可制成板材，管殼及各種異型產(chǎn)品。它克服了原有泡沫塑料型保溫材料易燃、多煙、遇熱變形的缺點(diǎn)，保留了原有泡沫塑料型保溫材料質(zhì)輕、施工方便等特點(diǎn)。
酚醛泡沫簡(jiǎn)介：酚醛泡沫保溫材料常簡(jiǎn)稱為酚醛泡沫，酚醛泡沫是以酚醛樹(shù)脂和阻燃劑、抑煙劑，固化劑，發(fā)泡劑，及其它助劑等多種物質(zhì)，經(jīng)科學(xué)配方制成的閉孔型硬質(zhì)泡沫塑料。酚醛泡沫具有以下優(yōu)異的性能：具有均勻的閉孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)低，絕熱性好，與聚氨酯相當(dāng)，優(yōu)于聚苯乙烯泡沫；在火焰的直接作用下具有結(jié)碳、無(wú)滴落物，無(wú)卷曲、無(wú)熔化現(xiàn)象，火焰燃燒后表面形成一層“石墨泡沫”層，有效地保護(hù)層內(nèi)的泡沫結(jié)構(gòu)，抗火