随着汽车工业的高速发展，汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。但与此同时，汽车尾气排放也成为城市空气污染的重要来源。对车辆排放的限制，已成为政治、经济、决策的一个焦点。汽车排气系统为在净化尾气，减少污染排放中起到了至关重要的作用。


 

 

排气系统是控制汽车的排放和噪音的系统，它布置于整个汽车底盘之下，与发动机排气歧管相连，悬挂于车身地板之下。因此，其形状走向一般比较复杂，同时又是影响着整车振动、噪音的关键部件。下面，让我们一起来了解。

★汽车排气系统的功用
汽车排气系统主要有以下两方面的功能，第一是减少汽车尾气对环境的污染，对发动机燃烧后的废气中CO、NOX、HC等有害气体起到净化作用。

第二是降低汽车噪音对环境的污染，使整车的噪音降低到国家规定噪音分贝值以下。

★汽车排气系统的构成
排气系统，顾名思义其主要功能为排尾气，同时兼具降低排气噪音的功能。首先来看一下典型的排气系统结构。一个完整的汽车排气系统包括歧管、三元催化器、消声器、连接管和尾管。原厂按排气温度的高低将排气系统分为热端和冷端。在日常城市路况驾驶过程中，发动机转速为1500~2500转时，热端歧管处温度为500~600℃，冷端尾管处温度为200~300℃。在改装市场，通常按位置将排气系统分为头段、中段和尾段。排气系统各个部件通过焊接、法兰或卡箍相连以保证不漏气。

 

歧管与发动机气缸排气口相连，歧管的几何结构将影响歧管内气流的流动形态和歧管回压，从而影响发动机的废气排出效率，最终将影响发动机的性能。三元催化器的主体为蜂窝状的陶瓷，在蜂窝结构表面喷上含贵金属（铂、铑、钯等）的涂层，当高温的汽车尾气通过三元催化器时，尾气中的有毒有害气体CO、HC和NOx等在贵金属（作为催化剂）的作用下发生氧化还原反应转变为无害的CO2、水和氮气。消声器的主要作用为降低噪音，达到舒适驾驶的目的。


 

★排气系统的工作原理
新鲜空气与汽油混合进入引擎燃烧后，产生高温高压的气体推动活塞，当气体能量释放后，对引擎就不再有价值，这些气体就成为废气被排放出引擎外。废气自汽缸排出后，随即进入排气歧管，各缸的排气歧管汇集后，经过排气管将废气排出。而就如进气歧管一样，气体在排气歧管内也是以脉冲的方式离开引擎，所以各缸的排气歧管长度及弯度也要设计成尽量相同，使各缸的排气都能一样的顺畅。废弃从排气歧管之后，便接上催化转换器，以将未完全燃烧之污染物转换为无害物质，保护环境。从催化转换器出来就连接到消声器了，消声器横截面是一个圆形或者椭圆形的物体，多用薄钢板焊制，装在排气系统的中部或者后部位置上，它内部有一系列隔板、腔室、孔管和管道，利用声波反射互相干扰抵消的现象，使声能逐渐消弱 ，用以隔离和衰减排气门每次打开时产生的脉动压力。

★认识汽车催化器
在说到催化器之前，我们先简单的认识一下引擎废气的组成成分。汽油是一种碳氢化合物，在汽油分子中几乎都是碳及氢原子，这些碳及氢燃烧后照理应该是产生二氧化碳 (CO2)及水 (H2O)，但是因为少量混合气未完全燃烧，并且会有少许机油 (有未燃烧的也有以燃烧的) 被排放出来，所以会产生HC (碳氢化合物) 及CO (一氧化碳)。再者，进到引擎内的空气中，含有百分之八十的氮气 (N2)，但经过燃烧室的高温，原本很稳定的氮，会与空气中的氧 (O2)化合，产生NO及NO2，统称NOx。HC、CO及NOx都会造成环境污染且对人体有害，所以世界各国都会制订环保法规，针对车辆排污加以限制。

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，除了在性能与排污中取得平衡点外，唯一的办法就是催化器了。催化器通常以贵重金属为原料，有氧化型催化器、还原型催化器及目前绝大多数车辆采用的三元催化器。

 


 

我们再来认识它是如何净化尾气的。排污中的HC和CO都是因为燃烧不完全所产生的，要消除它们就必须再燃烧它们，也就是使它们氧化，所以这是氧化型催化器的任务。而NOx的生成则是因为氮被氧化所致，所以必须还原型催化器来将NOx还原氮气。三元催化器则是让HC和CO的氧化及NOx的还原都发生在同一催化剂中。而「催化剂」本身并不参与氧化或还原的化学反应，它只是化学反应中起催化作用。


 

 

催化器位于哪里呢？早期的催化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。催化剂必须在接近500度的高温下，才能获得较好的转换效率，低温时则几乎没有转换能力，故冷车的排污量相当大。

许多研究表明，贵金属催化剂对汽车尾气虽有较高的催化活性，但也有许多不足，如易中毒、催化活性受空燃比的影响比较大，高温性能不太理想以及成本高等弱点。因此，要充分发挥三元催化净化器效率，汽车在安装三元催化净化器时的前提就必须要有：

1、好的燃油品质—即铅、硫和磷、砷、硅、镁、铁的含量低。过量的含铅汽油会导致催化净化器中毒，对排气系统中的催化净化器和氧传感器造成损坏，而且还会对人体健康和社会环境造成危害。燃油中含硫量较高，会降低催化剂的效能，同时也会导致发动机点火时间延迟，提高排气温度，降低了发动机效率。

2、发动机加装电子控制汽油喷射系统（闭环控制）
电控汽油喷射系统能保证发动机在很小的空燃比范围内工作，冷启动后催化器温度达到400℃以上才能开启闭环控制，根据氧传感器的反馈信号（高低电压模拟信号）控制发动机的节气门的开度以及油轨喷嘴的喷油时间来控制空燃比在14.7：1附近，这样才能使催化器的转换效率最高，发动机产生的有害气体量最少，对废气的处理率达到90%以上。

以氧传感器在尾气排放的信号监控当中起到非常关键的作用。其反馈的信号最高800MV，最低100MV，ECU根据这两种信号控制喷油嘴的喷油时间来调整过量空气系数λ ，使其始终在λ=1附近振荡,这样可以间断的给催化器里的CEO2补充氧气，并利用CO,HC消耗掉其吸附的氧气。当前后氧传感器信号的波形一致时证明催化器已经老化失效，OBD报警灯点亮提醒司机必须检修。


 

★认识汽车消声器
噪声具有声波的一切特征。各种声波都是因物体的振动而产生，振动而辐射声波的物体称之为声源。声波的传播实质上是介质振动的传播过程，即传播出去的是物质的运动而不是物质本身。换言之，声波的传播是一种能量的转移过程，这种运动形式称为波动。振动与波动是互相密切联系的，振动是波动产生的根源，而波动是振动的传播过程。所以声波本质上是机械振动的传播过程，也称为机械波。

噪声的基本性质包括物理方面和生理方面。前者描述噪声的客观属性，如声压、声强、频率等，后者涉及人们的主观感觉即噪声对人的影响。

噪声的评价指标：对声音的描述分为客观评价和主观评价。客观评价是用声压、声强、声功率等声音的基本物理量来描述声音；主观评价是通过人耳的听觉的感受来对声音进行描述。

汽车上发动机工作时会发出很大的噪音，对社会环境很大影响，对人的听觉系统造成很大的伤害。因此，汽车上安装消声器主要目的就是降低汽车的噪声，减少噪声对环境的污染。

消声器是具有吸声衬里或特殊的气流管道，可有效地降低气流噪声的装置。消声器一般包括从消声器进气口开始的整个消声器部件，不包括发动机排气歧管和排气管。


 

消声器及排气管的设计
消声器的主要作用是降低发动机的排气噪声，并使高温废气能安全有效地排出。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500~800℃高温排气，保证在汽车规定的行驶里程内，不损坏、不失去消声效果。汽车消声器按消声原理与结构可分为抗性消声器、阻性消声器和阻抗复合型消声器三类。

1）抗性消声器
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时，声波在传播时发生反射和干涉，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。

2）阻性消声器
阻性消声器是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，单纯用作汽车排气消声器较少，通常与抗性消声器组合起来使用。

3）阻抗复合型消声器
阻抗复合型消声器是分别用抗性消声单元和吸声材料组合构成的消声器，它具有抗性、阻性消声器的共同特点。对低、中、高频噪声都有很好的消声效果。