秦建军

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

排气系统是汽车动力总成关键系统之一，其负责将发动机工作过程中的燃烧废气排放到大气，对净化发动机废气、吸收发动机振动、降低噪声等起着非常关键的作用[1]。因此，如何合理地设计排气系统，对提高整车动力性经济性、驾乘舒适性以及通过性等具有重要意义。文章着重从排气管走向要求、周围间隙要求、最小离地间隙要求、排气主消声器位置、橡胶吊耳布置、装配工艺性等方面阐述排气系统的总布置设计方案，旨在在项目开发前期考虑排气系统对整车各方面性能的影响，避免后期的返工和设计变更。

1 排气管走向

首先排气管总成的布置必须满足法规要求，另外排气走向还应考虑发动机性能、安全性能、驾乘人员和行人的感受等因素。所以，在排气管走向设计时应综合考虑以下原则：

1）管路走向应尽量平直顺畅，避免出现过多的弯折以降低排气背压，管路中心线的弯曲半径一般应≥（1.5～2）D（管路直径）, 弯折角度应＞90°，一般以＞120°为宜，管路弯折数以不超过6 个为宜。

2）排气管口不应指向车身右侧（如受结构限制，排气管口必须偏向右侧时，排气管口气流方向与机动车纵向中心面的夹角应≤15°），若排气管口朝下则其气流方向与水平面的夹角应≤45°。

3）排气管路和消声器应尽量沿着地板下气流方向布置，以便更好地利用地板下气流对排气管总成进行散热。

4）单边单出排气管应布置在远离加油口的车身侧；若炭罐布置在后地板处，排气管主消声器的布置位置最好与炭罐布置在车身的不同侧，避免发生后碰时主消声器与炭罐发生挤压造成燃油泄漏。

5）排气尾管口布置时，应考虑与后保险杠的位置关系，尾管口的位置应保证尾气排出后不能进入保险杠内侧，否则尾气将有可能通过车身侧围的排气口进入驾驶舱。

2 热辐射距离

排气管总成与周围零部件热辐射距离要求，如表1所示[2]。若由于空间和结构限制无法满足表1 的要求时，需在排气管与相关零部件之间加隔热板，同时需进行温度场试验以确定防护距离是否达到隔热要求。

表1 排气管总成与周围零部件热辐射距离要求mm

某车型在油箱处的热辐射衰减，如图1 所示。在距排气管表面30 mm 处温度为92 ℃，在油箱隔热板外表面处（距排气管表面40 mm）辐射温度为65 ℃，在隔热板内表面辐射温度为59 ℃。

图1 排气管温度衰减示意图

3 排气管总成的通过性

排气管总成最小离地间隙要求大于地板及副车架最小离地间隙，避免汽车行驶在起伏较大的扭曲路面时，排气管或消声器拖底。排气前管的走向必须位于整车接近角所在面的上方。排气尾管的布置必须位于整车离去角所在面的上方。

4 美观性

排气管总成在车身地板下布置时，还应考虑其外露情况，避免排气管或主消声器外露太多，影响整车美观性。同时需避免在洗车模式下水枪水柱冲入排气管。

一般情况下，在车身侧面不允许排气管总成可见，如果由于主消声器尺寸大，无法避免其在轮胎与轮罩间隙中裸露时，轮罩衬板结构设计时就应考虑对主消声器的遮蔽作用。

汽车后部主要考虑对主消声器高度方向上的遮蔽性，主要通过后保险杠的结构设计来实现。主消声器在汽车后部的遮蔽性布置评价，如图2 所示。在洗车模式和展示模式，主消声器不允许外露；在驾驶模式，主消声器外露量应≤20 mm。

图2 主消声器在汽车后部的遮蔽性布置评价示意图

5 吊耳悬挂点的位置

排气系统连接发动机和车身，由于受到发动机本身振动和排气激励的影响，排气系统的振动会通过挂钩和吊耳引起车身地板的振动，从而严重影响整车舒适性。通过合理布置排气系统吊耳悬挂点的位置，可以最大程度地缓减发动机传递到车身的振动，有效改善整车的NVH 性能。在对排气系统吊耳悬挂点位置的设计选择过程中，需对排气系统进行模态分析，使得排气系统吊耳悬挂点位置尽量选择在排气系统模态节点处。如果由于结构空间限制，无法在排气系统模态振型节点处布置悬挂点时，需采用就近原则布置，并通过优化设计橡胶块的刚度来减小传递到车身的发动机的振动[3]。

6 装配工艺性

布置排气管总成走向及主副消声器时，要综合考虑整车装配工艺的方便性与可行性，合理分配排气管总成的分段，规划排气管总成的装配顺序；同时要考虑装配空间需求，例如:安装前后分段法兰连接螺栓的下工具空间以及连接减振块时，在挂钩轴向有不小于120 mm 的下手空间，便于排气管总成的安装和维修拆卸。

7 结论

排气系统总布置设计是在整车设计开发初期，综合考虑法规、使用性能、美观性以及安装工艺和维修方便性等方面的要求，对排气系统的结构和位置进行初步规划。通过前期的总布置设计，避免在整车开发后期由于工厂工艺、整车通过性、NVH 等问题导致后期整改或重新设计，从而缩短整车开发周期，降低开发成本。