汽车工程手册：排气系统任务

排气系统将发动机中燃烧的空气混合气产生的废气引入大气；承担清洁废气和降低排气噪声的任务。排出的有害物质必须达到排放法规要求的限值。在现代柴油机排气系上还要过滤和燃烧炭微粒。调整发动机排气系统可提高发动机功率和转矩。对排气系统还有其他一些要求，如具有汽车个性的排气音调、重量轻（燃料消耗可低）、耐用、美观（如尾管）。

排气系统主要由排气弯管、催化转化器、微粒过滤器（柴油机上）、传感装置、消声器、尾管、安装架、连接管、连接元件组成（图5.6-1）。

图5.6-1 现代发动机排气系实例

1—排气弯管 2.1—前催化转化器 2.2—汽车底部催化转化器 2.3—靠近发动机的催化转化器 3—解耦元件 4—传感装置 5—柴油机微粒过滤器 6—中、后消声器 7—连接元件 8—连接管 9—尾管

按汽车和发动机总体方案，排气系统还有其他一些部件，如废气再循环管、废气涡轮增压器、解耦元件、排气阀、减振器等。

排气弯管是发动机后排气系统的第一个零件。它的主要任务是汇集从发动机排气道流出的废气。排气弯头的设计和连在它上面或连在废气涡轮增压器上的管子或催化转化器造型对发动机功率、转矩以及汽车有害物质的排放有很大影响。为减小气流脉动对充量更换的不利影响，在4气缸发动机上一般将最大点火/发火次序的气缸弯头连在一起（第1缸和第4缸，第2缸或第3缸）。

排气弯管的瞬时热容量同样对有害物排放起着重要作用。热容量应尽量小，以保证串接在弯管后面的催化转化器尽快热起来和保证足够的热量。

催化转化器减少或消除点燃式发动机和柴油机由于燃料燃烧时的氧化和还原反应在废气中存在的燃烧有害物质。催化转化器为蜂窝状结构。排气流顺着蜂窝状小室流动，并为催化反应提供大的流通表面。按排放要求采用一个或多个催化转化器。催化转化器或布置在靠近发动机（就在排气弯管或废气涡轮增压器后面）；或布置在乘员室前围板前（发动机室，但与废气涡轮增压器或排气弯管有一定距离）；或在汽车底部。目标是在排气系统上的催化转化器在发动机起动后应尽快投入工作。靠近发动机的催化转化器就可实现这个目标。(www.xing528.com)

柴油机微粒过滤器的作用是减少柴油机微粒排放。柴油机废气中除含有气态有害物外，还含有炭微粒形成的固体有害物质。与催化转化器不同，废气中的基本物质直接流过过滤器，微粒留在过滤器中。微粒中的主要成分为碳，在柴油机微粒过滤器再生时通过过滤在其中的微粒与废气中的O₂或NO₂的氧化反应而除去，没有氧化的组分作为灰而残存在微粒过滤器中。

排气系统中的化学和物理参量传感装置用以排气净化系统的功能监控和闭环控制。

氧传感器直接检测电控点燃式发动机中废气的氧气含量，并在电控单元中数据处理。根据排气系统的配置还采用NO_x传感器和温度、压力传感器。

消声器大多是多种消声机理的组合。有针对性地设计消声器和它在排气系统中的布置位置可以抑制气流脉动和改变排气系统整体的机械振动特性。在典型的排气系统中有前、中、后3个消声器。柴油机则不断取消前消声器，因为微粒过滤器和催化转化器已有足够的消声能力。点燃式发动机上的消声器容积约为发动机工作容积的10倍，但视是否是运动型汽车或豪华型汽车而有很大差异。除满足噪声排放法规外，汽车生产厂家还不断追求汽车品牌和汽车个性的排气噪声音调（音响图）。

连接管是将排气系各个组件调谐成一个系统。连接管的长度、横截面积和气流汇流方式影响发动机功率特性和声学性能。隔热连接管（如通过空气间隙隔热）可以减少排气系统的热量损失，对催化转化器的起动性能至关重要。

连接元件为安装和分解排气系统，需将它分成几个组件。为此采用法兰/凸缘、管箍、V带夹子、球卡圈和连接套管等连接元件。

安装架将排气系统固定在汽车上。通过减振、消振的橡胶件减小传递到车身上的排气系振动。安装架要优先放在排气系统的各振动节点上。