懂车小知识讲解排气系统（汽车排气系统基础知识及工作原理）

序言：专业知识共享，提升专业技能。

系统概述：排气系统由排气管、三元催化器、消声器等部分组成，其作用是降低排气噪音、防止排气漏气、保持正常排气、降低有害物质的排放，从而达到汽车正常运行，保护环境。

排气系统的组成

主要组成：

排气歧管、排气净化装置（催化转化器）、消声器（前后消声器）、消声器隔热板

作用：

降低排气噪音、防止排气漏气、保持正常排气、降低有害物质的排放，从而达到汽车正常运行，保护环境

工作原理：

发动机气缸中的燃烧废气经排气门进入排气歧管，再由排气歧管进入排气管、催化转换器和消声器，最后由排气尾管排到大气中

（一）、排气岐管

1、作用：

将各缸的废气汇集到净化装置的排气管内。

2、分类：

铸铁排气歧管、不锈钢排气歧管。

3、制作要求：

为不使各缸排气相互干扰、不出现扰流现象，尽可能利用排气惯性，将排气歧管做的尽可能长，且各缸歧管相互独立，长度相等。

（二）、催化转化器

汽车的排放污染物：

汽油车主要排放污染物：CO、HC、NOX

柴油车主要排放污染物：CO、HC、NOX、颗粒物(PM）

1、催化转化器的作用：

将发动机燃烧后排出的有害气体转化成无害气体后排往大气。催化转化器中的催化剂可以促进碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）的氧化反应，将其分别转化成水蒸气（H2O）和二氧化碳（CO2）；同时把氮氧化物（NOX）还原反应成为氮气（N2）。

2、催化转化器的分类：

汽油车 ：三元催化转化器

哈弗欧Ⅳ三元催化器：

前级，80 × 60，400/4.3，100g/ft3 ，Pt:Pd:Rh 比 0:19:1

后级 ，101.6 × 152.4， 400/6.5 ，20g/ft3,， Pt:Pd:Rh比 0:3:1

柴油车：氧催化转化器（DOC）、颗粒捕捉器（POC）

哈弗柴油氧催化转化器：:0

90 ×90， 90g/ft3， 250目，Pt:Pd:Rh比1：0：0

哈弗柴油颗粒捕捉器：

118×152，330目， Pt:Pd:Rh比 1：0：0 ，贵金属铂0.41g。

3、催化转化器的组成：

三元催化器宏观上看由壳体，隔热减振层，载体（含催化剂）构成。

氧化催化转化器宏观上看由壳体，载体（含催化剂）构成

颗粒捕捉器宏观上看由壳体，载体（含催化剂）构成。

4、三元催化器工作的原理：

氧化器转换型：将CO、HC转化成H2O 、 CO2

三效催化转化器：将 CO、HC、NOX转化成H2O 、CO2 、N2。

氧化反应：2CO O2=2CO2、2H2 O2 =2H2O

还原反应：2NO 2CO=2CO2 N2

水煤气反映：CO H2O= CO2 H2

5、三元催化器对汽油机的作用：

指安装在汽油车排气系统中，通过催化剂进行还原和氧化反应，能同时

降低排气中CO、HC和NOx排放

量的催化转化装置。

A、壳体

壳体一般用奥氏体耐高温不锈刚制造；壳体形状和体积根据发动机排量及总布置要求决定；

壳体两端一般具有与排气管路对接的锥体，为使气流在催化器载体内平均分布，最大限度利用催化体积，壳体的锥度有一定的设计要求；

壳体表面一般需要加装隔热装置，一方面防止催化器高温对周边零部件形成不利影响，另一方面防止高温壳体受到路面积水飞溅形成冷激损坏或机械撞击损坏.。

B、减振隔热层作用：

a.保持载体在壳体内的位置牢固，防止因振动而损坏，或在气流冲击下产生位移；

b.补偿陶瓷载体与金属壳体之间的热膨胀差别，保证载体周围的气密性；

c.保温隔热，加快起燃温度，减小热辐射。

减振隔热层成分:

现在广泛采用的是复合耐热材料，由膨胀云母（45%-60%）和硅酸铝陶瓷纤维（30%-45%）用丙烯晴粘接而成。衬层的端面用玻璃纤维绞线加强，以免被高温排气气流冲坏。

C、催化剂载体：

具有以下性质：

a.微观表面积：载体必须具有多孔性及足够大的微观表面积，保证活性性能很好的分散，并且保证足够快的传质，能使气体反应物很快扩散，又能使催化剂很好的分散；

b.形状及体积：载体必须使气体能顺利通过，防止排气背压太大，要求催化剂载体有足够大的横截面积，同时催化剂载体必须有足够的长度，有足够长的反应时间；

c.力学性能：载体要可靠地承受封装的预应力和随车的震动；

d.耐热性：载体要有效抵抗发动机排气的高温，尤其是变工况时的热冲击．

e.低膨胀系数：载体在受热后热膨胀要尽可能的小，减小热膨胀产生的应力，减小激冷破碎机率；

f.低热容量：载体的热容量要尽可能小，减少预热工况阶段的排放量

D、三元催化剂材料：

a.主要是贵金属铂（Pt）、铑(Rh) 、钯(Pd)。

b.其它催化剂材料（Cu、Mn、Co）等氧化物、复合金属氧化物（钙钛矿型，尖晶石型等），一般与微量贵金属共同使用，但活性与贵金属有一定差距，尤其是低温型差。

c.某些活性纤维对NOX也有还原作用。

E、整体蜂窝陶瓷型载体材料：

由多孔堇青石（2MgO2ALO35SiO2）材料经挤压成型再经烧结而成。

堇青石材料的特点：热膨胀系数低，在温度剧烈变化的条件产生的热应力较小。

由于蜂窝陶瓷型载体具有多孔性，表面积的氧化铝涂层能牢固地涂敷在其表面。

F、三元催化器的使用条件：

a.只能使用无铅汽油；

b.当温度超过350℃时才起催化作用；

c.向发动机供给理论混合比的混合气；

d.氧传感器采集到电压信号。

6、氧化催化转化器特征：

a.将CO和HC氧化成无害的氧化物；

b.氧化颗粒中可以挥发的部分，使催化器上无微粒堆积。

7、颗粒捕捉器：

a.用于收集废气中的微粒；

b.颗粒捕捉器里的灰分被NO2氧化 ；

c.颗粒捕捉器里的涂层可以帮助载体中的活性物质再生，不使排气系统背压升高。

工作特性：

起燃温度和起燃时间评价的内容不完全相同:起燃温度主要取决于

催化剂的配方,它评价催化剂的低温活性;起燃时间除与催化剂配方有关

外,主要取决于催化转化器的系统热容量,绝热程度及流动传热传质过程,

影响因素更复杂,但更使用。按GB18352-2001的Ⅰ型试验用测试循环的

失去测试循环试验时，开始120s内（总长约820s）排放了整个工况循

环中90%的CO,80%的CH和60%的NOX。因此提高催化剂的活化速度

非常重要。

工作特性：

空速特性（SV）

流质在催化器内部空间速度分布特性

SV=qv/V

空速的大小实际上表示了反应气体在催化剂中停留时间。 空速SV越高，反应气体在催化剂中停留时间越短，会使转化效率越低，但同时由于反应气体流速提高，湍流强度加大，有利于反应气体向催化剂表面的扩散以及反应产物的脱附。因此，在一定范围内，转化效率对空速的变化不敏感。

工作特性：

流动特性：

催化净化器的增加，对排气形成了阻力，不利于发动机工作。

为减少排气背压，同时保证合适的SV，采用粗而短的载体有利，但从整车布置上来讲有困难，而且粗的载体对气流平均分布不利，容易造成载体不均匀老化和热应力产生。

从均匀气流分布来讲，圆形截面载体最好，而且直角锥角的壳体过渡部分是最好的设计。

工作特性：

耐久性：

催化剂正常使用条件下，失活主要由热力因素和化学因素造成的，机械损坏较小。

热失活主要是贵金属颗粒在高温下发生烧结，聚结成较大颗粒，有效催化面积减少,同时活性涂层主要的材料γ-Al2O3在1000℃高温下易转变为α-Al2O3，总表面积能减少90%甚至更多。

（三）、消声器

主要作用：

降低发动机排气噪声，使高温废气能安全有效的排出。消声器作为排气管道的一部分，应保证其排气畅通，阻力小及足够强度。消声器要

经受500-700℃高温排气，保证汽车规定形式里程内，不损坏，不失去消声作用。

我国汽车消声器行业标准中规定：中型车、重型车消声器寿命不低

于45000Km或2年；轻型车不低于60000 Km或2年；轿车不低于75000 Km

或3年。其插入损失不得减少6dB（A）以上，功率损失比不得增加3%以上。

噪声产生的原理：

噪声的产生：发动机的排气压力为0.3-0.5Mpa，温度约500-700 ℃ 。

若由发动机直接排放到大气中，产生强烈、频谱复杂的噪声，频率从几十到几万赫以上。

功用：

消耗废气流的能量,并平衡气流的压力波动,从

而最终降低排气噪声。

消声原理：

多次地变动气流方向；重复地使气流通过收缩而又扩大的断面；将气流分割为很多小的支流并沿着不的平面流动；将气流冷却。

阻性消声原理：

在内部排气通过的管道周围填充吸声材料来吸收声能量达到消声目的的消声器。对中高频消声效果好，单纯用汽车排气消声器较少，通常与抗性消声器组合起来使用。

B、 抗性消声器结构

抗性消声器是在内部通过管道、隔板等部件组成扩张室、共振室等各种消声单元消声器。当声波通过这些消声单元时，声波在传播中发生反射和干涉，降低声能量达到消声目的。抗性消声器消声频带有限，通常对低、中频带消声效果好，高频消声效果差，货车多采用抗性消声器。

C、阻抗复合消声结构

对中、高频噪声的消声效果好，而抗性消声器则适于消除低、中频噪声。将阻性、抗性两种结构的消声器复合起来使用获得宽频带的降噪效果。不同方式的组合，可设计出不同结构形式的阻抗复合消声器。一般情况下，是抗性部分放在前面(入口端)，阻性部分放在后面。

设计原则：

A、尽量分离气流通道与消声通道；

B、优化传统声学元件的设计；

C、发展和应用新的声学元件。

性能要求：

A、消声量大小以消声器的插入损失来评价。插入损失是

指装消声器前后在消声器出口某一固定点测量的排气声压

之差值。

D=L1-L2

式中：D—插入损失，dB；

L1—安装消声器前在某点测量的排气声压级，dB；

L2—安装消声器后在某点测量的排气声压级，dB

结构强度：

主要是指抗振性，密封性，抗回火性等。抗振性用振动试验评价，将消声器按实际使用状态或接近实际使用状态，安装在振动实验台上，依次施加上下，左右及前后的正交方向振动。

消声器密封性用密封性试验台评价。将消声器安装在气密性试验台上，消声器内保持压力30kpa时，漏气量不大于80L/min。

小米点评：专业知识共享，提升专业技能。希望可以帮助到大家。

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