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前言 ..................................................... II
1范围 (1)
2规范性引用文件 (1)
3术语 (1)
4一般要求 (2)
5项目实施内容及程序 (3)
6设计开发主要工具与试验/测试设备要求 (4)
7坐标系与有限元几何结构 (5)
8排气系统CAE 结构分析 (6)
9系统试验方法与要求 (6)
附录A 排气系统正向设计开发程序流程图 (7)
附录B 排气系统逆向设计开发程序流程图 (8)
附录C 排气系统主要试验/测试设备/仪器要求 (9)
附录D 排气系统开发资料准备清单 (10)
为规范汽车排气系统设计与开发，特制定本标准。
本标准起草时主要参考了国内外主要汽车生产企业和排气系统企业的最新相关工程规范。本规范由长城汽车股份有限公司__________________________________________ 提出。
本规范由长城汽车股份有限公司_____________ 归口。
本标准起草单位：长城汽车股份有限公司__________________ 。
本标准主要起草人：____________ 。
汽车排气系统设计与开发工程规范
1范围
本标准规定了汽车排气系统设计与开发的基本内容与要求。本标准适用于M 类和N 类机动车辆用的排气系统设计与开发。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB18352.3 轻型汽车排气污染物排放限值与试验方法（中国川、W阶段）GB1495 汽车加速行驶车外噪声限值与试验方法GB16170 汽车定置噪声限值
GB/T 14365 车辆定置噪声测试方法
QC/T 631 汽车消声器总成技术条件与试验方法
GB/T 15089 机动车辆及挂车分类
GB/T 18297 汽车发动机性能试验方法
Q/CC JT003 汽车消声器技术条件
3术语
3.1
汽车排气系统安装在车辆底盘上，用于控制车辆排气污染和排气噪声的装置。它由歧管、排气后处理装置（含汽
油车催化转化器、柴油车后处理装置等）、消声器、排气管总成、柔性管和悬挂总成等零部件组成。
3.2
排气消声器将发动机燃烧后的废气向大气排出装置中可有效降低排气气流噪声的整体部件。排气消声器一般包括从消声器进气口到出气口的整个消声器部件，不包括发动机排气歧管和排气管。
3.1排气后处理装置安装在排气系统上，能通过各种理化作用来降低排气中污染物排放量的装置。
3.2正向设计开发
指与车辆/或发动机同步开发，按项目设计任务书/ 或技术协议（含附件）提供的技术参数，并按本标准规定的内容、程序和要求达到客户所满意的产品性能和质量（包括可靠性和生产一致性）的过程。逆向设计开发指车辆/ 或发动机已定型且有原型车/或原型机配置的排气系统，按项目设计任务书/ 或技术协议（含附件）提供的技术参数，并按本标准规定的内容、程序和要求进行优化达到客户所满意的产品性能和质量（包括可靠性和生产一致性）的过程。
计算机辅助分析（CAE）
CAE分析是基于有限元法的理论，利用计算机建立计算模型并进行模拟仿真分析，对产品进行性能和安全可靠性分析，及早发现设计中的不足，预测产品可能出现的缺陷，及早进行预防和改进设计。
设计验证（DV）
指应用本标准规定的试验/ 或测试方法、试验设备/ 或仪器，通过实际评测获得数据，以此来验证设计开发方案准确性的一种过程。
产品验证（PV）
指应用本标准规定的试验/ 或测试方法、试验设备/ 或仪器，通过实际评测获得数据，以此来验证产品工艺可靠性和一致性的一种过程。
白噪声指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。
4一般要求
4.1基本要求
4.1.1排气系统设计与开发应符合本规范的规定，并按照经规定程序批准的设计开发任务书/ 或按照供需双方会签的技术文件（含
技术图样/或实物）进行正向/ 或逆向设计和开发。
4.1.2排气系统设计与开发（尤其是逆向开发）前必须完成下列工作：
4.1.1.1排气系统整车装配生产线实地可装配性测试；
4.1.1.2排气系统技术资料准备（详见附录D）.
4.2项目组组成及职责排气系统设计开发由项目组负责，实行项目组长负责制。
4.2.1项目组长：由主管技术的企业最高领导（技术总监/或总工？）担任，负责项目总计划和技术方案
的审批、技术资源的调配、设计开发节点控制、项目费用预算计划制定和费用支付审批，以及对外技术交往（如与主机厂/或客户开展的技术方案论证会等）。
4.2.2项目组副组长：负责项目总计划和技术方案的制定和落实。
4.2.3项目组主要构成须包括企业内所有职能部门（技术中心、质量部、财务部、工艺部门、采购部等），并由该部门的主要领导/ 或由该部门领导直接委派的项目工程师担任项目组员。负责本业务领域里所有工作任务的落实。
4.3项目例会制度
4.3.1项目设计开发实行项目例会制度，其主要内容包括技术方案（含方案配置、试验/ 测试计划等）的讨论和论证、项目计划实施中存在的问题及解决办法等。
4.3.2项目例会每周举行一次，由项目组长/ 或副组长主持。项目组应利用每日早会报告前一天项目进
展情况和须项目组协调的事宜，以便及时发现、及时解决问题。
4.4项目报告制度
4.4.1项目报告按企业报告相关制度执行。
4.4.2项目报告由各项目成员在完成各阶段任务后撰写，并上交项目组领导审批：
4.4.2.1项目概念设计和预工程分析技术方案报告由技术中心负责撰写，它包括：
结构计算/或分析（CAE报告
消声性能（NVH计算/或分析报告样件（包括排气系统、催化器和消声器）性能评测报告（逆向设计开发时）DFEM和质量体系报告
试验/测试报告等
4.4.2.2项目概念设计和预工程分析工艺文件报告（包括产品工艺流程图、生产工时、材料消耗、设备折旧、模具工装准备等）由工艺部门撰写。
4.4.2.3项目概念设计和预工程分析财务报告由财务部负责撰写。
4.4.2.4项目概念设计和预工程分析总报告由项目组撰写。
4.4.3项目报告（包括书面、电子文档等）由技术中心技术情报室按企业文件管理办法和保密规定统一管理。
5项目实施内容及程序
5.1项目实施分为概念设计、预工程分析及方案评审阶段、项目实施准备阶段、项目实施和设计验证（DV）阶段和产品验证（PV）阶段四大阶段。
5.2概念设计、预工程分析及方案评审阶段内容
5.2.1正向设计与开发
CADE维模型设计
GT-power 消声器预设计与分析催化器/ 或柴油车后处理装置结构设计
CAE系统结构设计与预工程分析
CADE维模型和二维图纸制作产品设计验证试验/ 或测试计划（ADV）产品预工程工艺流程图
产品预报价材料
DFEM文件
项目节点计划概念设计、预工程分析及预工程方案报告编制与审核概念设计、预工程方案评审
5.2.2逆向设计与开发
样件型架制作消声器性能（包括定置噪声、车外加速噪声、插入损失、排气背压等）测试样件测绘
CADE维模型设计
GT-power消声器优化预设计与分析催化器/ 或柴油车后处理装置结构设计
CAE系统结构优化设计与预工程分析产品设计验证试验/ 或测试计划（ADV）产品预工程工艺流程图
产品预报价材料
DFEM文件项目节点计划概念设计与预工程分析及预工程方案报告编制与审核概念设计与预工程方案评审
预工程方案评审
5.3概念设计与预工程分析及预工程方案评审阶段实施程序
5.3.1正向设计与开发按附录A执行。
532逆向设计与开发按附录B执行。
5.4项目实施准备阶段包括：
技术资料须按附录D要求准备齐全
CADE维数模和二维图纸绘制与审核二级供应商（包括催化剂载体、衬垫、原材料、柔性管、悬挂件等）考察和定点工艺文件编制模具、工装准备产品正式报价材料
5.5项目实施和设计验证（DV阶段
5.5.1内容
各轮样件制作
消声器调音建议
CA［三维数模和二维图纸更新
消声器GT-power模拟计算
手工样件测评比对试验（逆向设计开发时）
系统和消声器各轮方案优化程序实施
系统和消声器各轮方案评审
模具、工装外协加工
各轮样件评测与送样评审
5.5.2系统和消声器各轮方案优化程序实施不得少于三轮（含）。
5.5.3系统和消声器各轮方案优化程序包括：
CA［三维数模和二维图纸制作/或更新
柔性管和悬挂器动态刚度、疲劳和动敏性、模态设计验证（DV测试
系统和消声器背压、扩散噪声、定置噪声、车外加速噪声和噪声主观评价设计验证（DV测试
5.5.4 产品设计验证（DV测试内容应以设计开发任务书/或技术协议规定的内容为准。
5.6项目产品验证（PV）阶段
5.6.1内容
产品验证测试（PV和样件制作
系统模态测试
系统试验场数据采集与分析
系统CAE试验场针对模拟和动态疲劳测试
程序载荷谱制作、消声器和悬挂杆动态疲劳测试
产品测试报告和分析报告撰写及审核
项目总结报告撰写及审核
5.6.2产品验证（PV）测试内容应以设计开发任务书/或技术协议规定的内容为准。
6设计开发主要工具与试验/测试设备要求
6.2主要试验/测试设备
见附录Co
2016-2020年中国汽车排气系统行业现状分析与发展前景研究报告 报告编号：1881129
行业市场研究属于企业战略研究范畴，作为当前应用最为广泛的咨询服务，其研究成果以报告形式呈现，通常包含以下内容： 一份专业的行业研究报告，注重指导企业或投资者了解该行业整体发展态势及经济运行状况，旨在为企业或投资者提供方向性的思路和参考。 一份有价值的行业研究报告，可以完成对行业系统、完整的调研分析工作，使决策者在阅读完行业研究报告后，能够清楚地了解该行业市场现状和发展前景趋势，确保了决策方向的正确性和科学性。 中国产业调研网https://www.doczj.com/doc/bb17844108.html, 基于多年来对客户需求的深入了解，全面系统地研究了该行业市场现状及发展前景，注重信息的时效性，从而更好地把握市场变化和行业发展趋势。投资机会分析 市场规模分析 市场供需状况 产业竞争格局 行业发展现状 发展前景趋势 行业宏观背景 重点企业分析 行业政策法规 行业研究报告
一、基本信息 报告名称：2016-2020年中国汽车排气系统行业现状分析与发展前景研究报告 报告编号：1881129←咨询时，请说明此编号。 优惠价：￥7200 元可开具增值税专用发票 Email： 网上阅读：_JiaoTongYunShu/29/QiChePaiQiXiTongFaZhanXianZhuangFenXiQianJingY uCe.html 温馨提示：如需英文、日文等其他语言版本，请与我们联系。 二、内容介绍 2016-2020年中国汽车排气系统行业现状分析与发展前景研究报告是对汽车排气系统行业进行全面的阐述和论证，对研究过程中所获取的资料进行全面系统的整理和分析，通过图表、统计结果及文献资料，或以纵向的发展过程，或横向类别分析提出论点、分析论据，进行论证。2016-2020年中国汽车排气系统行业现状分析与发展前景研究报告如实地反映了汽车排气系统行业客观情况，一切叙述、说明、推断、引用恰如其分，文字、用词表达准确，概念表述科学化。 2016-2020年中国汽车排气系统行业现状分析与发展前景研究报告揭示了汽车排气系统市场潜在需求与机会，为战略投资者选择恰当的投资时机和公司领导层做战略规划提供准确的市场情报信息及科学的决策依据，同时对银行信贷部门也具有极大的参考价值。 正文目录 第一章全球及中国汽车市场与产业 1.1 全球汽车市场 1.2 全球汽车产业 第二章中国汽车市场与产业 2.1 中国汽车市场概览 2.2 中国汽车市场近况
车辆排气系统设计规范
车辆排气系统设计规范 1、目的 随着环保法规对车辆排放的要求越来越高，排气系统在车辆的系统组成和系统设计中，越来越占有重要的地位。为使排气系统满足各阶段国家及地方法规的要求，提高对排气系统的设计和制造质量水平，需对车辆的排气系统的设计提出较规范的要求，以便在设计和制造过程中，参照执行。 2、设计规范 2.1 排气系统及消声器的设计输入 2.1.1 车辆产品的排气系统的配置和走向，依所配车辆的总体结构布置的需要来设计。而消声器的性能开发则需要依所配发动机及其对排气系统的具体要求。在初步设计选型时，应将发动机的有关性能参数及其上的关键件的基准要素等（如曲轴箱后端面与曲轴主轴线的交点坐标、动力线偏移量及倾角等），作为设计条件输入设计，作为消声器选型及性能开发的依据之一。并根据国家、地方及企业有关法规和标准的要求，对系统和消声器的性能设计目标提出要求，见附录1。 2.1.2 排气系统及其消声器在进行初步选型设计时，必须对系统进行结构方案分析和匹配计算分析，并提供选型设计分析报告，见附录2。 2.2 设计原则 2.2.1 排气系统及其消声器的设计，应使排气阻力尽可能的小，以使其对发动机的功率损失尽可能小。 2.2.2 排气系统及其消声器要有较好的音质和较低的音强，即应有较大的插入损失。 2.2.3 排气系统及其消声器要有较好的外观和内在质量及较长的使用寿命。 2.3 排气系统的设计要求和布置 2.3.1 排气管内径的确定在结构布置允许的情况下，排气管内径应尽可能大些，以降低管道内得气流速度，减少气流阻力产生的功率损失和再生噪声。一般应≥发动机排气歧管出口内径。或根据发动机排量等参数，按公式(1) 计算初步确定排气管内径。 D=2 √Q/(πV) (1) 式中：Q—发动机排量；V—气流速度，一般取50~60 m/s 。 2.3.2 排气管的布置和转弯，应使排气尽可能顺畅。管的中心转弯半径一般应≥（1.5~2）D，其折弯成型角应大于90o，以大于120o为宜。整个系统的管道转弯数应尽可能少，一 １
汽车排气系统CAD/CAE集成开发方法 华中科技大学张杰金国栋钟绍华傅强 摘要：本文探讨了一种新颖的汽车排气系统CAD/CAE 集成开发的思路和方法，此法将传统的经验设计理论与先进的专业软件应用结合起来。首先明确系统的需求和目标，然后建立起排气系统集成开发的环境，运用软件工程的思想进行整体规划和程序开发的模块化，这种设计方法在很大程度上提高了设计精度和功效。文中以消声器为例给出了其设计方法和在软件上实现的流程图。 关键词：排气系统集成开发催化转换器消声器 1 排气系统开发现状分析 日益严格的排放法规和人类环境意识的增强对汽车节能净化提出了高标准的要求，而排气系统作为现代内燃机动力汽车的一个重要总成，其性能直接决定了发动机排气损失以及污染物和气动噪声的排放量，因此如何对排气系统进行有效的设计分析，如何使其与发动机合理匹配等，就成为现代汽车节能与净化的关键技术之一。 在我国长期以来，汽车排气系统的开发仍然停留在各部件单一设计，依赖简单理论估算、经验设计和大量试验的基础上[1]，这样不仅费时费力，给排气系统结构和性能的进一步优化带来困难；而且，单独对消声器或催化器局部分散设计不能完全反映排气系统的整体耦合特征，难以设计出令人满意的产品。随着计算机软硬件技术以及计算流体力学(CFD)等仿真分析软件的飞速发展，一些商用软件逐渐完善，成为研究设计人员的有效工具。例如通过对催化器和消声器进行数值模拟研究其阻力特性等[2]，这一方面为结构优化提供充分的理论指导，另一方面也大大降低了实际试验的工作量，缩短设计周期，并且可以探索多种可能设计。 然而单一的商用软件往往不能满足复杂系统的整体开发，而需要选择相关软件进行二次开发和科学集成。目前针对整个排气系统进行集成开发研究的还未见报道。为满足排气系统模块供应商产品开发的需要，我们选择了一些有专业特点的设计与分析软件，以数据库管理系统为纽带，以VC++为开发语言，对这些软件进行了集成和二次开发，初步完成了汽车排气系统CAD/CAE 软件，使其能在一个用户界面下完成整个排气系统的设计（CAD）与分析（CAE）功能，使传统的经验设计向精确的理论设计过渡，很大程度上提高了设计精度和功效。 2 排气系统CAD/CAE 系统的任务和功能 2.1 任务要求
汽车有限公司 . 01 页次：1/7 版次：
1. 主题与适用范围 1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发 2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB；
4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定
1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发
2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997 人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB； 4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定
汽车排气系统的组成 字体: 小中大| 打印编辑：master 发布时间：2008-4-18 10:21 查看次数：306次 关键词：尾气排放 汽车的排气系统主要由排气管、催化式净化器、消声器、尾管等组成。- 排气系统看似只是简单的管道，其实设计时不仅要考虑到特定的底盘布置，而且排气系统的长度、管径大小、消声器的大小都要考虑到排气气体的流动，防止相邻气缸排气时气流的互相干涉。在电喷发动机上，氧传感器就装在排气总管上，它感应排气中氧分子含量并反馈至电控单元（ECU)，从而决定迸入发动机内的混合气比例。 排气管多用铸铁制成，将发动机强制排出的废气引向排气总管。直列式发动机有一个排气管，V型发动机左右两侧都有排气管。按照发动机缸数不同，一个排气管可有3个、4个或者6个通道，这些通道的另一端并入一个单通道，再连接到排气总管。 排气总管可能是镀铝或镀锌钢材做成，也可能是用不锈钢材做成，排气总管连接催化式排气净化器。催化式排气净化器的关键在于“催化”，也就是利用催化剂对汽车的废气进行净化，将废气中的有害物质转化为无害物质。 催化式排气净化器有氧化型、双床型、三元型等多种型式，其中最常用的是三元型催化式净化器。壳体用耐高温的不锈钢制成，内部的蜂巢式通道上涂有催化剂，催化剂的成份有铂、钯和铑等稀土金属，当汽车废气通过净化器的通道时，一氧化碳和碳氢化合物就会在催化剂铂与钯的作用下，与空气中的氧发生反应产生无害的水和二氧化碳，而氮氧化合物则在催化剂铑的作用下被还原为无害的氧和氮。 所谓三元型催化式净化器是指汽车废气只要通过净化器本身，就可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质的一种高效率净化器。三元型催化式排气净化器的净化效率十分高，可以净化90%以上的有害物质，是现代轿车上一种标准装置。当然，催化式排气净化器也不是全能的，它只能适用于无铅汽油做燃料的汽车，如果使用含铅汽油，废气中的铅就会复盖催化剂，使净化器停止工作而不起任何作用，所以现在的车用汽油一般都是无铅汽油。
汽车排气系统设计原则分析 摘要：汽车排气系统是传统燃油发动机管理系统的重要组成部分之一。排气系统承担了控制排气污染、降低排气噪声的重要功能，同时排气系统承受着500℃到900℃的高温，是汽车构造中最主要的热源之一。为了减少排气系统高温对周边件功能、耐久性能的影响，文章从总布置设计角度出发，分析了排气系统与周边件间隙确定方法及周边件隔热防护措施，从而避免了由于间隙过小及隔热防护不到位引发的火烧车现象和周边件功能、耐久性能失效问题。 关键词：排气系统；周边件；隔热防护；间隙 1引言 汽车排气系统是传统燃油发动机管理系统的重要组成部分之一，其负责将发动机工作过程中燃烧的废气排放到大气中，对尾气净化、噪声降低起着非常关键的作用[1]。排气系统与发动机增压器出口相连，布置在底盘下方，且承受着500℃到900℃的高温，是汽车构造中最主要的热源之一。排气系统主要分为热端和冷端。热端由三元催化转化器总成、颗粒捕捉器和支架等组成。冷端由消声器总成、连接管路和橡胶吊挂等组成。排气系统热端与增压器出口相连，最高温度可达到900℃以上，排气系统冷端通过法兰与热端相连，温度相对较低，但靠近热端处的最高温度也可达到500℃以上。排气系统周边件复杂多样，汽车工作时，排气系统表面温度很高，由于受到车身、底盘等系统的影响，排气系统周边难免会布置一些耐受温度较低的零部件。受周边件耐热、耐久性能要求的影响，周边件与排气系统的设计间隙在排气系统设计布置中至关重要。间隙过小，排气系统辐射到周边件上的温度超过其耐温要求易导致周边件功能失效、耐久老化，严重者可引发火烧车问题。间隙过大，易造成布置空间的浪费。为了更好地避免由于间隙问题及隔热防护不到位引发的火烧车现象和周边件功能、耐久性能失效问题，本文着重阐述了总布置设计时，排气系统与周边件间隙确定原则及周边件隔热防护措施。 2排气系统与周边件设计间隙确定原则 2.1设计要求对标法。总布置设计初期，排气系统与周边件间隙应满足保安防灾要求，如表1所示[2]。排气系统与周边件间隙要求主要是经过前期大量的设计验证及对标标杆车并参考各大车企设计要求总结而来。总布置设计初期，保安防灾要求是校核并确定数据设计间隙的第一依据。 2.2温度场仿真分析法。总布置设计初期，由于受整车布置空间的影响，排气系统与周边件间隙无法满足设计要求的方案是不可避免的。为了保证方案的可行性，需进行温度场仿真分析，以验证排气系统辐射到周边件上的温度是否满足其耐温要求，确保周边功能件正常
Internal Combustion Engine & Parts 某汽车排气系统的有限元分析 王雷 (一汽-大众汽车有限公司佛山分公司，佛山528237 ) 摘要：首先建立排气系统的三维数模，然后根据需要进行网格划分，通过有限元的方法对某汽车排气系统进行流场和振动特性分 析，探索其尾气处理效率和在振动条件下的耐久性。 关键词：排气系统;有限元;流场；耐久性 0引言 汽车排气系统在尾气处理方面起到了不可代替的作 用，与发动机直接相连的岐管和催化器是排气系统中相对 独立的重要组成部分，也是本文的研究对象。排气系统的 流场均匀性直接影响到尾气的处理效率。另外排气系统受 到发动机激励的极大影响，其振动特性也直接影响耐久 性。本文利用有限元仿真，通过流场分析和模态分析，探索 其流场均匀性和振动耐久性。 1建立几何模型 首先通过测量，利用三维建模Catia软件，建立排气系 统的三维数模，如图1，包括排气歧管罩和支撑结构。 图1排气系统总成三维数模 2划分三维有限元网格 采用HyperMesh软件，进行有限元分析预处理，即对 壳体机构和流过的废气进行有限元网格划分。 只保留与尾气接触的壁面，进行二维网格划分，然后 自动生成流体网格模型。对催化器部分，忽略内部的载体 和垫层，只留取管壁，生成管壁三维网格数模，如图2。 图2流体与管壁有限元三维网格数模 3参数设定 3.1出入口边界 将废气看作理想气体，入口速度均匀分布，为10m/s，进气温度为860益，出口处压力为22MPa。 3.2管壁 管壁设为光滑、非渗透性，没有滑移，壁面散热系数为 11000W/s*m2，外界温度为25益。管壁材料弹性模量E= 2.1GPa，泊松比滋=0.3,材料密度p=7.85g/cm3。 作者简介：王雷（1986-),男，山东金乡人，研究生，毕业于重庆大学，研究方向为汽车振动。 3.3催化器载体 蜂窝载体是由许多大小相同的方形管道组成，管道的 直径远小于载体的直径，故可把载体设成多孔介质模型。二次阻力系数为650kg/m
奇瑞汽车有限公司设计指南 编制： 审核： 批准： 发动机工程研究一院
目录 一、主题与适用范围 1、主题 2、适用范围 二、排气消声系统的总成说明及功用 三、设计应用 1、设计规则和输入 2、设计参数的设定 2.1 尺寸及重量 2.2 排气背压 2.3 功率损失比 2.4 净化效率 2.5 加速行驶车外噪声 2.6 插入损失以及传递函数 2.6.1 插入损失 2.6.2 传递函数 2.7 尾管噪声 2.8 定置噪声 2.9 振动 3、系统及零部件的设计 3.1 系统布置 3.1.1 布置原则 3.1.2 间隙要求 3.1.3 吊钩位置的选取
3.1.4 氧传感器孔的布置 3.2 消声器的容积确定 3.3 排气管径的选取 3.4 消声器 3.4.1 消声器的截面形状 3.4.2 消声器内部结构 3.5 净化装置 3.6 补偿器 3.6.1 波纹管 3.6.2 球形连接 3.7 橡胶吊环 3.8 隔热部件 3.9 材料选择 3.9.1 排气管、消声器内组件 3.9.2 消声器外壳体 四、排气消声系统的设计开发流程 五、修订说明 六、参考文献列表
一、主题与适用范围 1、主题: 本指南规定了与汽车发动机相匹配的排气消声系统的系统匹配，零部件设计以及开发的流程等。 2、适用范围: 本指南适用于奇瑞所有装汽油或柴油发动机的M1类车的排气消声系统设计二、排气消声系统的总成说明及功用 排气系统包括排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声装置、隔热部件、弹性吊块等。一般地，排气系统具有以下一些功用： (1)、引导发动机排气，使各缸废气顺畅的排出； (2)、由于排气门的开闭与活塞往复运动的影响，排气气流呈脉动形式，排气门打开时存 在一定的压力，具有一定的能量，气体排出时会产生强烈的排气噪声，气体和声波在管道中摩擦也会产生噪声,因此在排气系统装有排气消声器来降低排气噪声； (3)、降低排气污染物CO,HC,NO X等的含量，达到排气净化的作用； 注：在本指南中，我们将只介绍排气管和排气消声装置的详细设计，对排气歧管和排气净化装置的详细设计见其他设计指南。 典型的排气消声系统如图1所示： 图1 三、设计应用
电子科学与工程系 汽车服务工程专业学年论文汽车进排气系统分析 姓名：吴刚 学号：0932120143 年级：汽车服务工程0901B 完成日期：2011年5月22日
汽车进排气系统分析 摘要：为了满足节能环保，低碳社会的发展需要，许多新技术被应用到发动机上。目前应用最为广泛的可变凸轮相位技术效果明显，实现起来相对容易是通过控制进排气门开启时刻来提高充气量并内部废气在循环来降低排放，即在怠速区域，采用较小的气门重叠角，避免各缸内新鲜空气影响进气系统回流，以保证怠速稳定性；在发动机高速转速区域推迟进气门关闭，减少流动阻力和利用过后充气，以提高冲量系数来实现大功率；在中等转速区域控制进气门较早关闭，以提高进气效率来实现大扭矩[1-3]。 关键词：气门相位；气门重叠角；充气效率；可变进气歧管；增压 前言 近年来，说到发动机消费者最关心的莫过于发动机的动力，油耗，噪音之类的性能。当然动力是发动机最重要的性能，不过，通常能了解发动机的性能渠道很有限，只能通过厂家公布的发动机参数来判断发动机的各方面性能，这些数据，都是在理论状态下测得的，而且各个厂家的测试方法都有少许区别，所以厂家公布的功率，扭矩，油耗等参数，并不能完全代表汽车的实际性能。 对发动机动力性影响最大的是发动机排量。理论上，排量越大的发动机能产生的功率就越大。在相同排量下，功率越大说明发动机工作效率越高。这就意味着燃烧同样多的空气和汽油能释放出来的热量和把热量转换成动能的能力也越强。作为现代汽车发动机，通常都是向着提高发动机工作效率的目标进行改进发展的。 1．采用多进气门技术 在上世纪80年代全球各大厂家都还采用每个气缸两气门进排气（一个气门进气，一个气门排气）的时候，日本的厂家就开发出了多气门的发动机，所谓多气门就是指发动机的进排气门大于两个的配气方式。而当时日本厂家大力发展的主要是每缸四气门的多气门设计。对于较早的2气门来说，4气门使用两个气门进气两个气门排气。这样的设计有两个很大的好处，一个好处是能够提高进排气门的面积。从流体力学的知识我们可以知道，截面积越大，那么高速气流的流量
汽车排气系统毕业设计 篇一：车辆排气系统设计规范 车辆排气系统设计规范 车辆排气系统设计规范 1、目的 随着环保法规对车辆排放的要求越来越高，排气系统在车辆的系统组成和系统设计中，越来越占有重要的地位。为使排气系统满(本文来自：小草范文网:汽车排气系统毕业设计)足各阶段国家及地方法规的要求，提高对排气系统的设计和制造质量水平，需对车辆的排气系统的设计提出较规范的要求，以便在设计和制造过程中，参照执行。 2、设计规范 2.1 排气系统及消声器的设计输入 2.1.1 车辆产品的排气系统的配置和走向，依所配车辆的总体结构布置的需要来设计。而消声器的性能开发则需要依所配发动机及其对排气系统的具体要求。在初步设计选型时，应将发动机的有关性能参数及其上的关键件的基准要素等（如曲轴箱后端面与曲轴主轴线的交点坐标、动力线偏移量及倾角等），作为设计条件输入设计，作为消声器选型及性能开发的依据之一。并根据国家、地方及企业有关法规和标准的要求，对系统和消声器的性能设计目标提出要求，
见附录1。 2.1.2 排气系统及其消声器在进行初步选型设计时，必须对系统进行结构方案分析和匹配计算分析，并提供选型设计分析报告，见附录2。 2.2 设计原则 2.2.1 排气系统及其消声器的设计，应使排气阻力尽可能的小，以使其对发动机的功率损失尽可能小。 2.2.2 排气系统及其消声器要有较好的音质和较低的音强，即应有较大的插入损失。 2.2.3 排气系统及其消声器要有较好的外观和内在质量及较长的使用寿命。 2.3 排气系统的设计要求和布置 2.3.1 排气管内径的确定在结构布置允许的情况下，排气管内径应尽可能大些，以降低管道内得气流速度，减少气流阻力产生的功率损失和再生噪声。一般应≥发动机排气歧管出口内径。或根据发动机排量等参数，按公式 (1) 计算初步确定排气管内径。 D=2 Q/(πV) ????????????????????（1） 式中：Q—发动机排量； V—气流速度，一般取 50~60 m/s 。 2.3.2 排气管的布置和转弯，应使排气尽可能顺畅。
汽车排气系统的构成和使用的材料 汽车排气系统从靠近发动机的方向开始，由排气歧管、前管、挠性管、催化转换器、中心管、主消音器和末端管等7个零部件构成。根据车种的不同，有的安装了数个催化转换器，有的安装了副消音器。 1.1排气歧管 排气歧管是靠近发动机的部分，由于排出气体的温度高达900℃，因此要求材料具有良好的抗氧化性、高温强度和热疲劳特性。而且，为能进行复杂的形状加工，还要求材料应具有良好的成形性。采用不锈钢制作的排气歧管根据其构造的不同，可以分为两类。一类是将钢板冲压后焊接而成，另一类是将钢管弯曲后焊接而成，对于后者，还有的使用双重管构造的钢管。 用作排气歧管的不锈钢有奥氏体系不锈钢和铁素体系不锈钢等两种。奥氏体系不锈钢具有良好的高温强度，但由于容易发生氧化皮剥落，因此在抗氧化性方面不如铁素体系不锈钢。作为使用的钢种有SUS304（18Cr-8Ni）和SUS XM15J1 （18Cr-13Ni-4Si）。另一方面，铁素体系不锈钢虽然抗氧化性好，但高温强度不如奥氏体系不锈钢。由于热膨胀系数小，因此在热疲劳特性方面有利。作为使用钢种有SUH409L（11Cr-Ti-LC）和SUS430J1L（18Cr-0.5Cu-Nb-LC，N），但近年来随着废气排放规定的强化，排气温度呈高温化的趋势，据说有的高达950℃。在这种情况下，可以使用SUS444（19Cr-2Mo）系不锈钢。另外，作为降低成本的材料，还有的使用了降低Cr量的SUS429（15Cr）系不锈钢。采用双重管的排气歧管通常是内管使用奥氏体系不锈钢，外管使用铁素体系不锈钢。 1.2前管 前管使用的材料有SHU409L、SUS436L（17Cr-1Mo-LC，N），SUS430J1L等铁素体系不锈钢，但在采用中空双重时，还有的使用奥氏体系不锈钢作内管。 作为今后的发展趋势，低成本、抗氧化性和热疲劳特性好的铁素体系不锈钢毫无疑问将成为主流。尤其是，由于排气温度的高温化和管子的薄壁化，可以认为将采用高温性能更好的钢种，如SUS429级。 1.3挠性管 挠性管由蛇腹状的双重管和用不锈钢钢丝网将其包裹起来的外编带构成。从使用性能来看，要求具有高温疲劳性，为了做成蛇腹形状，还要求它具有加工性。尤其是，在寒冷地区为防止道路冻结使用了化雪盐，因此要求管的外侧还应具有耐高温盐害腐蚀性。 使用的材料主要是SUS304。但是，由于在寒冷地区为防止道路冻结使用了化雪盐，要求管的外侧还应具有耐高温盐害腐蚀性，因此使用了添加Si、增加Ni添加量的耐高温盐害腐蚀性能更高的SUS XM15J1。最近，开始已使用SUS316L
包括排气支管、排气管、消声器和排气净化装置（三元催化）四个部分。 通常说的排气管是泛指这四个部分的。不是专业上说的排气管，专业上的排气管还分后排气管和排气尾管。（如图） 排气系统的功能是以尽可能小的排气阻力和噪声，将气缸内的废气排到大气中。围绕阻力和噪声设计了排气管。（为了好叫，我也把汽车的排气系统简叫排气管，以下同） 要使发动机工作的好，大家都知道，进气要足、排气要畅。进气足、我们在讲空滤时已讲了，这里我们专讲排气畅。 排气畅可以使发动机的功率和扭距都有相应的提高。所以有人在排气畅上动了脑筋，常见的有“响喉”等，我们说换上“响喉”是不是就等于功率和扭距都有相应都提高了呐？我说不是，因为排气畅要整个排气系统都畅，才会使发动机的功率和扭距都有相应的提高。光换后面那一段是不起多大作用的，好比细水管接个大龙头并不能多放水的道理一样。 说起细水管我们就要从排气门排出废气开始讲； 排气门排出废气开始，先进入排气支管，然后汇总到柔性排气管、再通过三元催化、后排气管、消声器到排气尾管。你们看看“响喉”改善了哪些部分？其中只要有一段“细水管”没改，那么还是细水管接个大龙头，除了给你增加一点雄赳赳的噪音外，其它是没有好处的。 回过头来，我们还说正题； 直列发动机的排气过程就如我上述的过程，这种排气系统称作单排气系统。奇瑞就是这种单排气系统。 此主题相关图片如下：：
V型发动机有两个排气支管，两个排气支管通过一条叉型管将两个排气支管连接到一个排气管上和上述的途经一样,共用一个催化、一个削声器、一条排气尾管。所以还是叫单排气系统。 但有的V型发动机有两个排气支管，各用一套催化、一个削声器、一条排气尾管的，就叫双排气系统了，有的车尾不就可以看到两个排气口，那就是双排气系统。（如图） 一般排气管由铸铁或球墨铸铁制造。但现在用不锈钢排气支管的车越来越多，其原因是不锈钢重量轻、耐旧性好，同时内壁光滑，排气阻力小。但成本高，所以又有了高强度、耐高温的工程塑料替代的，象QY是球墨铸铁制造排气支管、DAZZ又是用不锈钢排气支管。 此主题相关图片如下： 排气支管的形状十分重要，一般人以为越短越好。短了废气可以早点排出，阻力好小，其实不然。太短排气是要倒流的，因此是越长越好，尽量利用惯性排气。又因为各缸的排气最后是汇在一起的，而各缸排气的时间也不同，相互要引起干扰。所以各缸的支管要做得相互独立，长度相等。如下图捷达的（奇瑞是并成一个口）。， 又因为要引起干扰，所以把1、4缸排气支管并在一起，把2、3缸排气支管并在一起，然后再把并好的支管再又并成一路。 这里是各缸排气的汇总处，此处振动当然最大，我们军友就是在这里摘掉的挂钩，把本来与防火墙（车架）的连接处隔离了。噪音当然是减小许多，应该说这是设计中的败笔，但浦东老扬曾去信问过奇瑞车，半年来厂方至今没有回答。在事实面前为什么不能回答呐？我看也许有个隐痛；因为这里同样也是个受力点，受力后我们先不说它断，因为一断，巨大的响声会提醒大家去修理，厂方也不会冒这个风险来承担责任。 而最怕的是因受力震动使接逢泄漏，大漏可以方便地查出，微漏由废气引起的气扰影响发动机，查起来就烦了，这种怠速不稳，无故熄火、发动机抖动会使人去查别处，不容易想到是废气气扰； ：
汽车排气系统设计与开发工程规范
Q/CC 汽车排气系统设计与开发 Exhaust System Design & Developping 长城汽车股份有限公司发布
前言................................... II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语 (2) 4 一般要求 (4) 5 项目实施内容及程序 (7) 6 设计开发主要工具与试验/测试设备要求 (11) 7 坐标系与有限元几何结构 (12) 8 排气系统CAE结构分析 (14) 9 系统试验方法与要求 (15) 附录A 排气系统正向设计开发程序流程图 (16) 附录B 排气系统逆向设计开发程序流程图 (17) 附录C 排气系统主要试验/测试设备/仪器要求.. 19 附录D 排气系统开发资料准备清单 (21)
前言 为规范汽车排气系统设计与开发，特制定本标准。 本标准起草时主要参考了国内外主要汽车生产企业和排气系统企业的最新相关工程规范。 本规范由长城汽车股份有限公司提出。 本规范由长城汽车股份有限公司归口。 本标准起草单位：长城汽车股份有限公司。 本标准主要起草人：。
汽车排气系统设计与开发工程规范 1 范围 本标准规定了汽车排气系统设计与开发的基本内容与要求。 本标准适用于M 类和N 类机动车辆用的排气系统设计与开发。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB18352.3 轻型汽车排气污染物排放限值与试验方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段） GB1495 汽车加速行驶车外噪声限值与试验方法 GB16170 汽车定置噪声限值 GB/T 14365 车辆定置噪声测试方法 QC/T 631 汽车消声器总成技术条件与试验方法GB/T 15089 机动车辆及挂车分类
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前言 ..................................................... II 1范围 (1) 2规范性引用文件 (1) 3术语 (1) 4一般要求 (2) 5项目实施内容及程序 (3) 6设计开发主要工具与试验/测试设备要求 (4) 7坐标系与有限元几何结构 (5) 8排气系统CAE 结构分析 (6) 9系统试验方法与要求 (6) 附录A 排气系统正向设计开发程序流程图 (7) 附录B 排气系统逆向设计开发程序流程图 (8) 附录C 排气系统主要试验/测试设备/仪器要求 (9) 附录D 排气系统开发资料准备清单 (10)
为规范汽车排气系统设计与开发，特制定本标准。 本标准起草时主要参考了国内外主要汽车生产企业和排气系统企业的最新相关工程规范。本规范由长城汽车股份有限公司__________________________________________ 提出。 本规范由长城汽车股份有限公司_____________ 归口。 本标准起草单位：长城汽车股份有限公司__________________ 。 本标准主要起草人：____________ 。
汽车排气系统设计与开发工程规范 1范围 本标准规定了汽车排气系统设计与开发的基本内容与要求。本标准适用于M 类和N 类机动车辆用的排气系统设计与开发。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB18352.3 轻型汽车排气污染物排放限值与试验方法（中国川、W阶段）GB1495 汽车加速行驶车外噪声限值与试验方法GB16170 汽车定置噪声限值 GB/T 14365 车辆定置噪声测试方法 QC/T 631 汽车消声器总成技术条件与试验方法 GB/T 15089 机动车辆及挂车分类 GB/T 18297 汽车发动机性能试验方法 Q/CC JT003 汽车消声器技术条件 3术语 3.1 汽车排气系统安装在车辆底盘上，用于控制车辆排气污染和排气噪声的装置。它由歧管、排气后处理装置（含汽 油车催化转化器、柴油车后处理装置等）、消声器、排气管总成、柔性管和悬挂总成等零部件组成。 3.2 排气消声器将发动机燃烧后的废气向大气排出装置中可有效降低排气气流噪声的整体部件。排气消声器一般包括从消声器进气口到出气口的整个消声器部件，不包括发动机排气歧管和排气管。 3.1排气后处理装置安装在排气系统上，能通过各种理化作用来降低排气中污染物排放量的装置。 3.2正向设计开发 指与车辆/或发动机同步开发，按项目设计任务书/ 或技术协议（含附件）提供的技术参数，并按本标准规定的内容、程序和要求达到客户所满意的产品性能和质量（包括可靠性和生产一致性）的过程。逆向设计开发指车辆/ 或发动机已定型且有原型车/或原型机配置的排气系统，按项目设计任务书/ 或技术协议（含附件）提供的技术参数，并按本标准规定的内容、程序和要求进行优化达到客户所满意的产品性能和质量（包括可靠性和生产一致性）的过程。 计算机辅助分析（CAE） CAE分析是基于有限元法的理论，利用计算机建立计算模型并进行模拟仿真分析，对产品进行性能和安全可靠性分析，及早发现设计中的不足，预测产品可能出现的缺陷，及早进行预防和改进设计。 设计验证（DV） 指应用本标准规定的试验/ 或测试方法、试验设备/ 或仪器，通过实际评测获得数据，以此来验证设计开发方案准确性的一种过程。 产品验证（PV） 指应用本标准规定的试验/ 或测试方法、试验设备/ 或仪器，通过实际评测获得数据，以此来验证产品工艺可靠性和一致性的一种过程。 白噪声指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。 4一般要求 4.1基本要求 4.1.1排气系统设计与开发应符合本规范的规定，并按照经规定程序批准的设计开发任务书/ 或按照供需双方会签的技术文件（含
汽车百科知识：排气系统工作原理 我爱车网类型：转载来源：腾讯汽车时间：2011-03-18 作者：sevenli 排气歧管 图中显示四缸引擎其中两缸的排气歧管。由左边的剖面可以看到排气歧管直接连接在排气孔后，再结合为一。排气歧气在设计上会尽量让各缸的阻力相同，以让排气顺畅。 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。 触媒转换器 在说到触媒转换器之前，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 (H2(图库论坛)O)，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「撇步」就是触媒转换器了。触媒转换器通常以贵重金属为原料，有氧化型触媒、还原型触媒及目前绝大多数车辆采用的三元触媒转换器。 从排气歧管之后，便接上触媒转换器，以将未完全燃烧之污染物转换为无害物质， 保护环境。 再来上个简单的化学课，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，所以这是氧化型触媒的任务。而NOx的生成则是因为氮被氧化所致，所以必须还原型触媒来将NOx还原氮气。三元触媒转换器则是让HC和CO的氧化及NOx的还原都发生在同一触媒中。而「触媒」本身并不参与氧化或还原的化学反应，它只是化学反应中的催化剂。 触媒转换器位于哪里呢？早期的触媒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，好使触媒加快达到工作温度。触媒必须在接近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。所以在此也要
第25卷(2007)第4期 内 燃 机 学 报 T ransaction s of CS I CE V o.l 25(2007)N o .4 文章编号:1000-0909(2007)04-0358-06 25-058 收稿日期:2006-10-21;修回日期:2007-01-11。 基金项目:天津市科委科技攻关项目(043185111-8);天津市应用基础研究计划项目(07J CYBJ C06700)。 作者简介:谷 芳,博士后,E -m ail :gu fang76@163.co m 。 基于CFD 数值模拟的汽车排气系统结构分析 谷 芳 1,2 ,刘伯潭2,李洪亮2,潘书杰 2 (1.天津大学化学工程联合国家重点实验室,天津300072;2.天津市机动车尾气催化与净化工程中心,天津300457) 摘要:采用台架试验与计算流体力学(CFD )数值模拟相结合的方法,对某款汽车排气系统进行结构优化,以降低其排气背压。根据台架试验结果,划分了原排气系统中紧耦合催化转化器、二级催化转化器、主消声器和副消声器等各部件对整个排气背压的贡献量。通过CFD 数值计算,详细分析了原排气系统中的流动特性,找到各部分排气背压的产生原因。结合台架试验和CFD 的分析结果,对原始方案进行了针对性的结构优化。优化方案的排气背压比原始方案的排气背压平均下降了40%左右,最大排气背压由原来的90kPa 下降到改进后的51kP a 左右,达到了设计要求。关键词:排气系统;计算流体力学;优化设计中图分类号:TK 402 文献标志码:A Structural Analyses for the Veh icle Exhaust Syste m Based on CFD Sm i ulation GU Fang 1,2 ,LI U Bo -tan 2 ,L IH ong -li a ng 2 ,PAN Shu -ji e 2 (1.S tate K ey L aboratory of Chem ical Enginee ri ng ,T ian jin U niversity ,T ian jin 300072,China ;2.T i anji n Eng inee ri ng Center fo r C ata l y tic P urifica tion o f V eh icle Exhaust ,T ian ji n 300457,China ) Ab st ract :The str uct ural opti m al designs ai m ed t o decr ease t he high back -pr essur e of a vehic l e exhaust syste m were acco m plished w it h the benc h test and co mputa tiona l fl uid dyna m ics (CFD )si m u l ation .Based on the r esu lts o f benc h test for the pri m ar y exhaust syst e m ,contributions fr o m the close coupling cata l ytic convert e r ,t he t wo -stage catalytic converter ,t he m ain m uffler and t he auxiliar y muffler for the whole bac k -pressure were c l assified .A nd the flo w c har acteristics o f the pri m ar y exhaust syste m were a lso analyzed in de t a ils by CFD si m u l a tion ,which r evea l ed the m ain r easons of the high exhaust back -pres -sure .Based on t he results of t he benc h test and the CFD si m u l a tion ,a se ries of directed designs f o r the exhaust syst e m w er e proposed .Therefore ,bac k -pr essure of t he opti m al exhaust syst e m decreases by 40%aver age l y than that of the pri m ar y one .The highest exhaust back -pressur e decreases fr o m 90kPa to 51kPa . K ey words :Exhaust syste m ;Co m putational flui d dyna m ic ;O pti m a l desi gn 引言 采用数值模拟与台架试验相结合的方法来开发汽车排气系统,可以减少试验量,缩短设计周期,降低设计成本[1] 。为此,本文以降低排气背压为设计目标, 讨论了基于台架试验和三维CFD (Co m pu tational F l u id Dyna m ics ,计算流体力学)数值计算的某款汽车排气系统优化设计过程。三维CFD 模拟技术在汽车排气系 统优化设计中的成功应用,必将为现代汽车零配件的优化设计开辟新的思路和方向。 1 原始方案 图1是某款汽车排气系统的结构图,主要包括:排 气管、紧耦合催化转化器、二级催化转化器、主消声器和副消声器等部件。其中,二级催化转化器为椭圆截面载体、主消声器为阻抗结合式消声器,副消声器为阻 DOI 牶牨牥牣牨牰牪牫牰牤j 牣cn ki 牣nrjxb 牣牪牥牥牱牣牥牬牣牥牥牨