毕业设计--汽车发动机排气及其隔振系统的设计

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1、机械工程学院毕业设计（论文）开题报告毕业设计题目：汽车发动机排气及其隔振系统的设计.学生姓名：　周鹏　指导教师姓名：王晓佳专业：车辆工程2013年3月31日1.课题名称：汽车发动机排气及其隔振系统的设计2.课题研究背景：“能源与环境”是汽车工业在21世纪发展所面临的两大课题，随着汽车工业迅速发展，汽车噪声和排气污染日益严重，而发动机排气系统中振动和噪音是影响汽车行驶舒适性的主要因素[1]，所以如今我们排气系统的设计上，更加注重于减振的设计。对于现代汽车设计，尤其在排气系统的设计上，减少或克制振动与噪声污染已是刻不容缓。近年来，我国汽车迅速发展，早已成为一个汽车大国，但却

2、不是汽车强国，因为高端市场也就是利润空间最大的市场基本由国外著名厂商占据，国内年轻的汽车厂商则只能占用利润空间相对较薄且市场份额较小的低端市场。其主要原因在于核心技术的掌握，由于国内汽车技术相对国外有较大差距，国内对汽车研究主要采用模仿设计，在试验中就会发现很多的问题，如排气歧管表面温度偏高、排气歧管罩和增压机隔热罩形状不够理想等，甚至出现了排气歧管开裂的问题。针对这些问题，企业及研究组调研讨论得到结论：在设计过程中，只注重排气系统的形状模仿和材料运用，而缺乏对排气系统热应力、动态特性的计算，致使在产品开发时不能提供有效的结构数据指导，也不能在改进设计中找到问题产生的根

3、本原因。2.1发动机排气系统的发展史汽车最早的排气系统不过是一个让燃烧气体排入大气的孔眼而己,后来为了把随着排气喷出的火焰引向地面,才安装了一根引导排气的管子。那时,发动机没有排气消声装置,排气的噪声震耳欲聋,常使骡马受到惊吓,因此排气噪声被认为是一种严重的公害,许多地方的当局公开宣布,不用马的运输工具不受法律的保护。发动机的排气消声器起源于海勒姆·马克西姆的取得专利的手枪消声器。由于环保法规对车辆排污的标准相当严苛，不论怠速、加速、低速行驶、高速行驶或减速，都必须符合排污标准，车辆在面对这么严苛的限制下，除了在性能与排污中取得平衡点外，唯一的方法就是安装催化转换器了。

4、催化转换器通常以贵重金属为原料，有氧化型催化剂、还原型催化剂及目前绝大多数车辆采用的三元催化转换器。早期的催化转换器多设置于排气管中段的位置，而近来多装在紧接排气歧管之后，好使催化剂加快达到工作温度。图2-1排气系统组成图2.2国外研究概况世界各汽车大国早在20世纪60年代就开始着力关注汽车排放。日本从1971年、欧盟从1969年、美国从1967年就开始控制机动车噪声，制定噪声法规。国外对汽车噪声的控制起步较早，其中消声器理论的研究最早始于20世纪的20年代，是美国的Stewart首先提出研究抗性的声滤清器理论。其后噪声的控制技术和消声器（如图2-2）设计得到迅速的发展

5、，其中由日本福田基一教授的专著《噪声控制与消声设计》的出版作为机动车噪声控制研究的一个里程碑，总结和发展了以前的消声器理论，奠定了消声器的理论研究的经典基础。图2-2消声器结构简图在70年代，国外就采用了有限元对消声器进行研究分析，80年代就实现了三维有限元分析：完成了对一简单扩张腔式消声器、内插管、锥形消声器、偏置式消声器以及回流式消声器传递损失的计算，证明了三维有限元对于结构复杂的消声器是一种有效的分析方法，而一维理论是不适合的；另外国外采用边界元法可有效地确定其四级参数，并将非平均流动对声传播的影响考虑在内。与此同时，计算机迎来了一个高速发展阶段，相应的应用到汽车

6、上的技术也有了空前的发展，计算流体力学的计算方法和数值分析就用在了计算排气系统的流场上包括对排气系统外部环境模拟、排气系统形状模拟、排气系统温度场及热应力场的计算分析。振动辐射声数值方法的发展也是随着有限元方法的问世迅速的发展，D.C.Hodgson等编制了声辐射计算的边界元方法软件，对落锤的低噪声设计进行了成功的研究；A.R.Mohanty等运用有限元和边界方法分析了微型卡车驾驶室内声场的自然频率、模态振型。近来，计算流体力学（GFD）在发动机领域的应用越来越广，并逐渐形成一个独立的发展分支，其中主要内容之一就是对发动机中的气体流动进行综合数值模拟，现在CFD在消声器

7、内的应用也渐渐多起来。如今，随着现代数字信号处理技术的发展以及电子控制装置的性能成本的提高，国际上又提出了有源消声器的概念。在材料的选择上，国外的研究也有一段历史。美国在上世纪60年代就开始将铁铬钛不锈钢用于排气系统的制造，日本则在上世纪70年代通过重新制定排气标准，促使三元催化转换器在汽车排气系统中安装使用，使得铁铬钛不锈钢在排气系统中得到应用，并在1989年再次修改，加快了不锈钢材料在排气系统中的应用进程。到了上世纪80年代，由于对汽车轻量化的要求，日本将抗氧化和抗热疲劳性能优良的11Cr-0.2Ti和19Cr-0.4Cu-0.3Ni