汽车排气系统(CFD)背压分析规范

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。

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。

基于STAR-CCM+的汽车排气系统分析及优化

基于STAR-CCM+的汽车排气系统分析及优化作者：文／王春海来源：《时代汽车》 2018年第10期摘要：本文利用STAR-CCM+三维流体分析软件对某款柴油机的排气系统进行了模拟分析，重点考察了排气系统背压及催化转化器载体前端和颗粒捕集器载体前端的气流分布是否均匀，提出了优化建议并获得了良好的优化效果。

关键词：排气系统；CFD；压力损失；均匀性系数1引言汽车排气系统总成是汽车的关键零部件，其空气动力性的好坏直接影响到排放、噪声，并且对车辆的动力性、油耗也有比较大的影响[1]。

通过数值模拟，从理论上分析排气系统的各种性能，能够很缩短开发周期，提高开发效率，降低试验费用。

本文以某柴油机为例，借助CFD分析流体软件STAR-CCM+对排气系统进行稳态流场分析，并根据流场的压强、速度矢量图分析了其结构对排气有效性的影响，最后简单地提出了优化方法。

2理论基础排气系统的CFD分析基于质量、动能、能量守恒的3个基本传递方程。

对于处于湍流模式下的不可压缩性流体采用标准k一ε两方程模型。

标准k-ε模型是个半经验公式，主要是基于湍流动能k和扩散率ε。

k方程是个精确方程，ε方程是个由经验公式导出的方程[2]。

湍流动能k输运方程：3.3原始模型计算结果及分析经结算得出，排气系统的背压为50.3KPa，压力分布及前消声器速度矢量分布，如图2、图3所示。

从图3中可以看出，当气流在流动截面突然变化时（从管流向腔或从腔流入管），速度急剧减小或增大，涡流现象严重，从而增大压损。

经计算得出，DOC载体前端的均匀性系数为0.850，DPF载体前端的均匀性系数为0.881。

DPF截面速度矢量分布如图4所示。

从图中看出，由于DPF入口前的弯管的导向作用，在气流进入DPF端盖后，有向下运动的趋势，造成DPF载体前端的气流分布不均。

3.4优化模型计算结果及分析鉴于以上对DPF速度场的分析，发现DPF由于入口前弯管的影响和入口处于端盖中心的布局，使得DPF载体的气流均匀性不佳，有优化空间。

某乘用车三元催化器CFD仿真分析研究

某乘用车三元催化器CFD仿真分析研究全旺贤; 苏秀花; 牛贝贝【期刊名称】《《装备制造技术》》【年(卷),期】2019(000)009【总页数】6页(P55-59,79)【关键词】三元催化器; CFD; 仿真分析; 背压【作者】全旺贤; 苏秀花; 牛贝贝【作者单位】柳州五菱汽车工业有限公司广西柳州 545007【正文语种】中文【中图分类】U4640 引言三元催化器是汽车排气系统的重要组成部分，三元催化器内气体流动热力学与气体动力学过程十分复杂，包括了非定常、黏性、湍流、传热、传质等各种流动现象和流动特征[1]。

利用传统的试验设计方法不容易实现，而且存在试验开发成本高、试验开发周期长以及数值误差大等不足。

通过进行CFD数值仿真，可以查看流体在结构内流动情况，进而优化设计，缩短设计周期，减少试验次数，降低设计成本等[2-4]。

本文主要通过利用HyperMesh软件进行三元催化器模型的简化以及网格划分，利用Fluent软件建立其CFD数值仿真模型，为汽车三元催化器的设计和开发提供新的思路和方向。

1 三元催化器CFD仿真分析1.1 网格划分利用HyperMesh软件对三元催化器内部结构按照实际结构进行构建，外部结构在不影响计算结果的情况下进行了适当的简化。

为了保证计算精度，采用混合网格进行划分，催化器载体采用结构化的五面体网格，其余结构采用非结构化的四面体网格，并且划分三层边界层。

如图1所示，网格的大小应在保证计算结果收敛以及精度的前提下确定，经过多次划分，最终网格总数为380 550个。

图1 三元催化器网格生成图1.2 模型假设为了提高三元催化器进行数值计算分析效率，找到三元催化器背压产生的主要原因，需要对三元催化器模型进行简化，根据模型特点，利用以下四点假设进行模型简化：（1）假定排气系统中的气流为不可压缩、稳态。

（2）催化转化器中的载体部分按多孔介质处理。

（3）假设催化转化器载体部分无化学反应，且化学反应热按热源项处理。

汽车排气系统静力学计算及模态分析

汽车排气系统静力学计算及模态分析汽车排气系统是引擎的一部分，它的作用是将引擎燃烧产生的废气和噪音从车辆底部排出，为了保持引擎的性能和减少对环境的影响，排气系统的设计必须考虑静力学计算和模态分析，以下将详细介绍这两个方面。

一、静力学计算静力学计算旨在确定在引擎运转时，排气系统中存在的压力及对它会产生的力和扭矩的影响。

这些力和扭矩的作用都会导致排气系统产生振动，下面我们将从三个方面进行分析：1. 背压计算在排气系统中，背压是指尾气在流经排气系统时产生的空气压力之和，这个压力会对引擎的性能产生影响。

当排气系统中背压过高时，会使引擎的性能下降。

因此，在设计排气系统时必须要根据引擎的输出和尾气产生的流量来计算背压。

2. 力和扭矩计算在引擎工作时，排气系统受到的总体力和扭矩都是非常关键的参数。

这些参数可以通过测量排气管的弯曲、长度、截面面积等参数来计算。

当排气系统的力和扭矩较大时，可以采用更加坚固的材料来制造排气系统，以确保其能够承受这些作用力。

3. 振动计算振动是指排气系统在引擎工作时产生的机械波动。

这种振动可以对排气系统和其他部件产生损伤。

因此，在设计排气系统时，必须要考虑振动特性，以便控制和减少振动。

二、模态分析模态分析旨在确定排气系统的共振特性，例如本征频率和共振幅值等，以便设计人员能够更好地了解设计中可能出现的问题。

这种分析可以使用有限元分析的方法进行，下面我们将具体介绍：1. 有限元分析有限元分析是一种计算机辅助的工程分析方法。

在排气系统的设计中，有限元分析可以用于计算其振动、应力和变形等。

有限元分析的主要目的是确定系统中的自由振动模态和固定点的受力和应变，以便设计人员可以精确地计算设计参数。

2. 本征频率和共振幅值分析在分析排气系统的振动时，本征频率和共振幅值是非常重要的参数。

本征频率是指系统的自由振动频率，而共振幅值是指系统受到外部作用力时产生的响应。

在排气系统的设计中，必须要考虑到这两个参数，以确保排气系统能够在运行时不会受到过大的振动影响。

排气背压的原理以及故障检测

排气背压：顾名思意就是排气管后的压力，排气背压对发动机的动力性、经济性和排放性能都有重要影响。

通常，背压增大将导致发动机燃料燃烧效率下降，经济性变差，同时动力性下降，排放也变差。

所以，现代的发动机采用多气门技术，多进气门可增加进气量，多排气门可增大排气流通面积，减小排气背压，使得排气阻力小，在自由排气阶段即可排除大部分废气，同时在强制排气阶段活塞上行排气消耗功也少，因此扭矩高，动力性提高，同时缸内残余废气少，下个循环的进气量会增加，对动力性、经济性和排放都有好处。

但在低转速功况，如果排气背压很低，由于排气门的提前开启，在活塞达到下止点前，仍具有一定压力的燃气就通过过于通畅的排气门排掉了，损失了一部分功，扭矩自然要弱了。

因此低转速时保持一定的排气背压可以提高低速时的扭矩。

发动机维修中，发动机排气背压过高的一般表现1.发动机有油、有火，但是无法启动；2.加速不良，没有高速；3.加速时进气管“回火”，急加速熄火；4.进气管向外冒白烟；5.没有超速挡（排气背压过高会造成发动机加速不良，好像没有超速挡，所以有时会误认为是自动变速器的故障）；6.用故障诊断仪检测电控系统，一般没有故障代码。

若读取数据流，往往有多项数据不正常。

有的汽车低速行驶时耸车，减速后再加速耸车更加明显，更换点火线圈高压线、火花塞、电控单元都不见好转，这就要考虑排气背压是否过高了。

这种情况与加速不畅、车速提不起来、急加速时回火甚至熄火相比较，只是排气管堵塞的程度不同而已。

总之，若排气背压过高，会造成发动机启动困难、怠速不良、加速无力、转速不稳定、点火调节失控等故障现象。

排气背压过高导致发动机诸多故障的机理1.由于发动机排气背压过高，汽缸内混合气燃烧后生成的废气难以排出，废气只能返流，导致真空管路堵塞，使热线/热膜式空气流量传感器、进气压力传感器、怠速空气阀以及节气门等被污染和运动件卡滞，并使怠速时节气门的开启角度过大，引起混合气过稀。

2.由于废气排放不充分，废气回流到进气歧管使进气管真空度降低，因而导致进气管“回火”。

排气背压设计计算

、设计计算：1．排风口面积A排(m2)A排= k·S水箱(m2)式中S水箱为水箱净面积，k为风阻系数，k值见表12．进风口面积粗计算A进≈1.2·A排(m2)3．进风量计算Q进 = A进·V风·k-1(m3/s)式中Q进为进风量A进为粗算的进风口面积(m2)V风为风速(m3/s)，一般取3级风的风速平均值4.4(m/s) 进行计算风速表见表2（最强风速不应超过8m/s）4．进、排风降噪箱风道长L风L风 = C式中C为常数，其值与降噪效果有关，C值见表35．排气背压的计算1）排气系统背压P（kPa）在进行排气系统计算时，可先作这样的设定:机组标准配置的波纹避震节、工业型消声器等同于同管径的直管，弯头折算成直管当量长度，把以上三项和连接直管的长度相加后用排气管背压的计算公式计算背压，可使整个计算简化，并不失计算精度，消声器背压的计算特指住宅型消声器的计算。

P =（P排 + P消）≤〔P〕P排为排气管的背压（kPa）P消为消声器的背压（kPa）[P]为系统许用背压值（kPa）表1：风阻系数附加物K无降噪箱 1防鼠网 1.05~1.1百叶窗 1.2~1.5降噪箱 3降噪箱+防鼠网 3.05~3.1降噪箱+百叶窗 3.2~3.5表3：C值dB(A) C(mm)70 160065 180060 2000表2：风速表风级名称风速（m/s）0 无风0~0.21 软风0.3~1.52 轻风 1.6~3.33 微风 3.4~5.44 和风 5.5~7.95 清劲风8.0~10.76 强风10.8~13.87 疾风13.9~17.18 大风17.2~20.79 烈风20.8~24.410 狂风24.5~28.411 暴风28.5~32.612 飓风32.7~36.9表4：直管当量长度表管径（英寸）45度弯头（m/每个弯头）90度弯头（m/每个弯头）3.5 0.57 1.334 0.65 1.525 0.81 1.906 0.98 2.287 1.22 2.708 1.39 3.0410 1.74 3.812 2.09 4.5614 2.44 5.322）P排=6.32 L×Q2× 1D5 T+273式中：L为直管当量总长度（m）见表4Q为排气流量（m3/s）D为排气管直径（m）T 为排气温度（℃）3）消声器背压P消的计算先计算消声器的管流速V管V管= Q（m3/s）(m/s)A管（m2）式中A管为消声器排烟口的截面积，用计算出的管流速值从图1（流速/阻力曲图）查出消声器的阻力值F阻，则排气背压P消= F阻（毫米水柱）×673(毫米水柱)T+273图1. 流速/阻力曲线图注：1毫米水柱=0.0098kPa五、计算示例：机组KV275E、发动机TAD740GE：住宅型消声器6″（排烟口截面积为0.0214m2，排气量41.8m3/min=0.697m3/s ，见VOLVO销售手册)计算消声器的管流速：V消= Q（ m3/s）= 0.697 =32.55(m/s)A 消（m2）0.0214查图1：流速/阻力曲线图，得消声器的阻力值F阻=90（毫米水柱）计算消声器的背压：P消= F阻（毫米水柱）×673×9.8×10-3 T=540℃(见VOLVO销售手册)T＋273= 90×673×9.8×10-3 =1.055(kPa)540＋273计算排气管的背压：假如在住宅型消声器前面有一工业型消声器，一波纹管避震节，2个90°弯头，总长度3米，管径φ108，其背压为P排1，则当量长度L1=3+2×1.52=6米（见表4）P排1= 6.32×L1（米）×Q2（ m3/s）× 1 ×10-3D15（米）T+273= 6.32×6×0.6972× 1 ×10-3 =1.54(kPa)0.1085 540+273再假如在住宅型消声器后面有排气管30米，弯头5个，管径φ165，则当量长度L2=30+5+2 .28=41.4(米)P排2= 6.32×L2（米）×Q2（ m3/s）× 1 ×10-3D25（米）T+273= 6.32×41.4×0.6972× 1 ×10-3 =1.28(kPa)0.1655 540+273排气管的总背压：P排=P排1+P排2=1.54+1.28=2.82(kPa)排气系统的背压：P=P排+P消=2.82+1.055=3.875(kPa)系统的许用背压值[P]=10(kPa)最后得出：P=3.875≤[P]=10(kPa)。

排气系统消声器设计技术规范标准

排气消声系统设计技术规目录一、主题与适用围1、主题2、适用围二、排气消声系统的总称说明及功用三、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 消声器部结构3.5 补偿器3.5.1 波纹管3.5.2 球形连接3.6 橡胶吊环3.7 隔热部件3.8 材料选择3.8.1 排气管、消声器组件3.8.2 消声器外壳体四、参考文献列表一、主题与适用围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。

2、适用围:本指南适用于装汽油M1、N1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,NOX 等的含量，达到排气净化的作用；典型的排气消声系统如图1所示：图1三、设计应用1、设计规则和输入:1.1 排气系统能很好的将废气顺畅排出，满足发动机的排气背压，功率损失比的要求。

1.2 排气系统设计能满足现行中华人民国法规要求，具体如下：QC/T57－1993 汽车匀速行使车噪声测量方法GB16170－1996 汽车定置噪声限制QC/T631－1999 汽车排气消声器技术条件QC/T630－1999 汽车排气消声器性能试验方法GB1495－2002 汽车加速行使车外噪声限值及测量方法QC/T58－93 汽车加速行使车外噪声测量方法GB18352 轻型汽车污染物排放限值及测量方法GB14365-93 声学机动车辆定置噪声测量方法GB/T4759-95 燃机排气消声器测量方法1.3 排气系统零部件必须能经受1000℃的高温要求以及气流冲击，并保证排气系统可靠性达到10万公里或者三年(先到者为准)的要求，并要求在三包期插入损失不得减少6dB(A)以上，功率损失不得增加3%以上。

汽车排气系统背压测试

C.增加排气阀门数量
D.使用低流量消声器
15.在汽车排气系统背压测试中，下列哪种情况可能导致测试结果不准确？（）
A.测试设备未校准
B.排气管存在裂纹
C.排气管内积水
D.车辆未预热至正常工作温度
第二部分多选题（本题共15小题，每小题2分，共30分．在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
汽车排气系统背压测试
考生姓名：__________答题日期：__________得分：__________判卷人：__________
第一部分单选题（本题共15小题，每小题2分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）
1.下列哪种情况不会导致汽车排气系统背压过高？（）
A.排气管内部阻塞
A. 0-5kPa
B. 5-10kPa
C. 10-20kPa
D. 20-30kPa
5.若汽车排气系统背压过高，会导致以下哪些现象？（）
A.发动机功率下降
B.油耗降低
C.排放恶化
D.以上都是
6.下列哪种方法不适合用于降低汽车排气系统背压？（）
A.优化排气管设计
B.增大排气管直径
C.减少排气阀门数量
D.使用高流量消声器
B.排气管内有异物
C.测试时车辆负载不均匀
D.测试人员操作不当
第三部分判断题（本题共10小题，每题2分，共20分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.汽车排气系统背压测试是为了确保排气系统在最佳状态下工作。（）
2.背压测试只能在热车状态下进行，因为冷车状态下排气系统内的气流不稳定。（）
3.排气系统的背压越高，发动机的功率输出越大。（）
标准答案
第一部分单选题

基于CFD数值模拟的某车型二次空气喷射系统的结构分析

基于CFD数值模拟的某车型二次空气喷射系统的结构分析张更娥;滕庆庆;周清;陈艳梅【摘要】为了达到节能减排的目的,采用计算流体动力学与发动机台架试验相结合的方法,对发动机进排气系统中的旋流增压器及旋流减压器进行结构优化分析.通过降低排气背压,提高三元催化器的工作效果,通过增加进气密度,从而增加进气量,提高充气效率,提高发动的热效率,进而提高发动机的动力性.减少了HC和CO的排放,延长三元催化转换器的寿命,减少油耗5～10％,提高发动机的功率3～5％.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)024【总页数】5页(P126-130)【关键词】CFD;旋流增压器;旋流减压器;二次空气喷射系统【作者】张更娥;滕庆庆;周清;陈艳梅【作者单位】南宁学院,广西南宁 530200;广西大学机械工程学院,广西南宁530000;广西大学机械工程学院,广西南宁 530000;广西大学机械工程学院,广西南宁 530000【正文语种】中文【中图分类】U464前言CFD软件可以求解最复杂的内燃机缸内流动和燃烧等现象,本设计的主要内容是利用CFD软件的AVLFIRE软件功能，对二次空气喷射系统的进排气管中的气流进行分析，优化设计一套旋流减压器及旋流增压器，在发动机进气歧管之前安装旋流增压器对进气进行增压，在发动机排气管之后、三元催化器之前安装旋流减压器对排气进行减压，将补气管一端连接在旋流增压器之后，另一端安装在旋流减压器之后，利用增压器和减压器所造成的压力差，形成一个脉冲负压，从补气管进行二次补气，增加进气量，使三元催化器的CO、HC和NOx等废气进一步反应。

达到净化尾气，减小发动机损失，提高发动机效率的目的。

1 原始方案某车型所用发动机为，四冲程、直列斜置四缸、8气门顶置凸轮轴、多球形燃烧室、电控汽油喷射、电控点火汽油发动机；自然吸气；排量 970 mL；最大输出功率/转速34.7kw/5300r/min；最大扭矩/转速，71N.m/3000～3500r/min；理论油耗，6. 0L/100km (40km/h)；全负荷最低燃油耗率，299g/kW.h；排放标准，国III；压缩比，9.0：1；发动机净重，128kg。

汽车排气系统设计与开发工程规范

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。

汽车排气系统设计与开发工程规范

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)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)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。

主机排气背压计算与实例分析

Keywords: exhaust gas; back-pressure; equivalent conversion
引言
船用低速柴油机燃油经济性优良，现代远洋船舶普遍使用低速船用柴油机作为主机。影响柴油机燃油经济性有很多因素，人们往往会忽略排气背压的影响。排气背压过大，将导致柴油机燃料燃烧效率下降、有效功率降低、燃油经济性变差［1］。输出功率损失，动力性能下降，同时排气温度升高，烟度加大，排放也变差［2］。因此，排气背压对柴油
机经济性、动力性以及排放等均有重要影响，合理的排气背压对柴油机性能至关重要［3-4］。
本文结合实测数据，利用等效转换方法来分析主机排气系统背压偏高的原因。
1 主机排气系统
1.1 系统简介主机排气系统是用于将主机燃烧所产生的
收稿日期：2018-05-09 ；修回日期：2018-06-15 作者简介：叶爱君（1978-），男，硕士，高级工程师。研究方向：船舶轮机。
（1）
（2）式中：为主机排气质量密度，kg/m3 ；T 为主机排气温度，℃ ；v 为主机排气流速，m/s ；M 为主机排气质量流量，kg/s ；D 为主机排气管内径，m。
从图 1 可知，主机排气管内径 D = 0.9 m。利
式中：为主机排气局部阻力损失，mmWC ；为主机排气局部阻力系数。
［摘要］介绍了柴油机排气背压相关信息以及排气背压的计算方法。结合实测数据，建立主机排气系统模型简图，进行数据分析；根据等效转换后的排气局部阻力损失系数，计算特定工况下主机排气系统背压，并与实测值进行比较，最终找到了导致排气背压偏高的原因。［关键词］排气；背压；等效转换［中图分类号］U664.1 ［文献标志码］A ［文章编号］1001-9855（2018）05-0047-04

背压汽轮机排气温度范围-概述说明以及解释

背压汽轮机排气温度范围-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分：背压汽轮机是一种常见的发电设备，其排气温度是其正常运行中需要关注的重要参数之一。

排气温度的合理控制对于保证背压汽轮机的高效稳定运行至关重要。

本文旨在探讨背压汽轮机排气温度的范围及其对背压汽轮机的影响因素，并提供对排气温度的合理范围和控制方法的建议。

首先，我们将介绍背压汽轮机的基本原理，以便读者能够更好地理解背压汽轮机排气温度的概念和重要性。

其次，我们将分析影响背压汽轮机排气温度的因素，包括进出口温度差、压比、负荷变化等，从而帮助读者全面了解排气温度的形成机理。

然后，我们将重点讨论背压汽轮机排气温度的合理范围。

过高或过低的排气温度都会对背压汽轮机的性能和寿命产生不利影响，因此找到一个合适的范围是至关重要的。

我们将根据经验和相关研究成果，结合实际案例，提出背压汽轮机排气温度的合理范围。

最后，我们将介绍针对背压汽轮机排气温度的控制方法。

通过合理的控制手段，如调整进出口温度差、优化压比、采用适当的负荷调节策略等，可以实现对排气温度的有效控制，从而提高背压汽轮机的效率和可靠性。

通过这些内容的阐述，希望读者能够加深对背压汽轮机排气温度的理解，并在实际运行中做出合理的决策和控制，以确保背压汽轮机的正常运行和性能表现。

1.2文章结构1.2 文章结构本文按照以下结构进行阐述背压汽轮机排气温度范围的相关内容：1. 引言：在本部分，将对本文的背压汽轮机排气温度范围的研究背景和意义进行概述，指出本文的目的和重要性。

2. 正文：2.1 背压汽轮机的基本原理：本部分将介绍背压汽轮机的基本工作原理，包括其构造和热力循环过程，以便为后续对排气温度范围的讨论提供基础知识。

2.2 背压汽轮机排气温度的影响因素：在本部分，将详细探讨影响背压汽轮机排气温度的各种因素，包括进气温度、进气压力、背压、燃烧温度等，并强调它们与排气温度范围之间的关系。

3. 结论：3.1 背压汽轮机排气温度的合理范围：在本部分，将对背压汽轮机排气温度的合理范围进行总结和归纳，讨论其在不同工况下的变化规律，并解释其对背压汽轮机性能的影响。

国内汽车消声器行业标准1

国内汽车消声器行业标准1.0本标准规定了汽车消声器（以下简称消声器）的技术要求、检验规则、标志、包装、运输及贮存等要求。

本标准适用于M类和N类机动车辆。

2.0 引用标准下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。

本标准出版时，所示版本均为有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

B/ 13365-1992 机动车排气火花熄灭性能要求和试验方法QC/T 524-1999 汽车发动机性能试验方法3 术语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，可有效地降低气流噪声的装置。

注：发动机排气消声器一般包括从消声器开始的整个消声器部件，不包括发动机排气歧管和排气管。

3.2 插入损失消声器的插入损失为装置消声器前后，通过排气口辐射声功率级之差。

符号：D；单位：dB；注：在通常情况下，管口大小、形状、声场分布保持近似相同，这时插入损失就等于在给定测点处装置消声器前后声压级之差。

插入损失按下式计算： D = L1-L2式中：D-插入损失，dB；L1-不带消声器带空管的排气噪声A、C声压级或带声压级，dB （基准声压值为：20μPa）L2-带消声器后的排气噪声A、C声压级或频带声压级，dB（基准声压值为：20μPa）3.3 功率损失比消声器的功率损失比是发动机在标定工况下，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。

符号：r 功率损失比按下式计算： r=P1-P2÷P1X100%式中：r -功率损失比；P1-不带消声器带空管时的发动机功率，kW；P2-带消声器后发动机功率，kW；发动机功率P1、P2的测量按QC/T 524进行。

3.4 排气背压按QC/T 524设置排气背压测量点（离发动机排气管出口或涡轮增压器出口75mm处，在排气连接管里测量，测压头与管内壁平齐），当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。

符号：ΔP，单位：kPa。

电控发动机排气背压检测与运用

0引言发动机排气系统最主要的功能有两个：一个是将油缸力产生的废气按照排放标准排出；另一个是减少噪音。

排气背压是指发动机排出废气时的阻力压力，当排气背压增大时，会导致发动机的排气受到影响，从而使得发动机的性能受到影响。

1排气背压的简述及意义发动机排气系统能够快速、高效排出燃烧室中产生的废气，废气产生的过程并非是连续不断的。

4缸发动机的每个气缸都会产生不连续的4段排气冲程，6缸机会产生6段脉冲。

气缸的数量越多，排气时气流的连续性越高，排气背压，顾名思义就是发动机排气门后面的压力，发动机各个气缸排出废气时需要通过各气缸的排气门，理想状态下，排气门后面的阻力越小越好，即排气管内的压力越小越好，这样有助于将废气快速、彻底的排出。

而排气管道太细、消音器阻塞都会使得排气背压增大。

排气背压上升所造成的一个负面影响是可能会使得氮气的损失率增加，会造成机械功的功率下降，降低工作时的机械效率。

在合理区间内的排气背压，可以将自由排气阶段的大部分废气排出，同时可以将强制排气阶段活塞上行程的排气消耗功减少，因此排气背压的减小实际上是为了使得排气阻力减小，提高发动机的动力性。

近年来出现了几种新型排气模式，比如双排气管、四排气管，在起到美观效果的同时，也减小了排气背压，从而提高了发动机的功率。

2排气背压异常的原因分析①最常见的原因是三元催化转化器被堵塞。

从检测经验分析得出的结论是，行驶里程大于12万km 以上的汽车，大都会发生不同程度的三元催化器堵塞的情况，其原因之一就是燃油因素，国内汽油的含硫量高，长期的燃烧过程中会产生化学络合物附着在转化器中。

其次油质差、含铅或者含锰抗暴剂汽油也会造成堵塞，乙醇汽油在燃烧室积碳也是造成堵塞的原因之一。

②汽车驾驶方式不健康，由于汽车的频繁加速、减速使得不完全燃烧产物增多，也会慢慢的附着在转化器内，长期聚积造成堵塞。

③排气管被撞击之后管道瘪压造成排气背压的增大。

3发动机排气背压过高的影响①最直观的影响是未经过三元催化器转化的CO 、HC 和NO X 等有害气体会直接排入大气中，对环境造成危害。

基于CFD数值模拟的汽车排气系统结构分析_谷芳

第25卷(2007)第4期内　燃　机　学　报T ransaction s of CS I CEV o.l 25(2007)N o .4　文章编号:1000-0909(2007)04-0358-0625-058　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:AStructural Analyses for the Veh icle Exhaust Syste m Based on CFD Sm i ulationGU Fang 1,2,LI U Bo -tan 2,L IH ong -li a ng 2,PAN Shu -ji e2(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]。

排气背压设计计算

、设计计算：1．排风口面积A排(m2)A排= k·S水箱(m2)式中S水箱为水箱净面积，k为风阻系数，k值见表12．进风口面积粗计算A进≈1.2·A排(m2)3．进风量计算Q进 = A进·V风·k-1(m3/s)式中Q进为进风量A进为粗算的进风口面积(m2)V风为风速(m3/s)，一般取3级风的风速平均值4.4(m/s) 进行计算风速表见表2（最强风速不应超过8m/s）4．进、排风降噪箱风道长L风L风 = C式中C为常数，其值与降噪效果有关，C值见表35．排气背压的计算1）排气系统背压P（kPa）在进行排气系统计算时，可先作这样的设定:机组标准配置的波纹避震节、工业型消声器等同于同管径的直管，弯头折算成直管当量长度，把以上三项和连接直管的长度相加后用排气管背压的计算公式计算背压，可使整个计算简化，并不失计算精度，消声器背压的计算特指住宅型消声器的计算。

P =（P排 + P消）≤〔P〕P排为排气管的背压（kPa）P消为消声器的背压（kPa）[P]为系统许用背压值（kPa）表1：风阻系数附加物K无降噪箱 1防鼠网 1.05~1.1百叶窗 1.2~1.5降噪箱 3降噪箱+防鼠网 3.05~3.1降噪箱+百叶窗 3.2~3.5表3：C值dB(A) C(mm)70 160065 180060 2000表2：风速表风级名称风速（m/s）0 无风0~0.21 软风0.3~1.52 轻风 1.6~3.33 微风 3.4~5.44 和风 5.5~7.95 清劲风8.0~10.76 强风10.8~13.87 疾风13.9~17.18 大风17.2~20.79 烈风20.8~24.410 狂风24.5~28.411 暴风28.5~32.612 飓风32.7~36.9表4：直管当量长度表管径（英寸）45度弯头（m/每个弯头）90度弯头（m/每个弯头）3.5 0.57 1.334 0.65 1.525 0.81 1.906 0.98 2.287 1.22 2.708 1.39 3.0410 1.74 3.812 2.09 4.5614 2.44 5.322）P排=6.32 L×Q2× 1D5 T+273式中：L为直管当量总长度（m）见表4Q为排气流量（m3/s）D为排气管直径（m）T 为排气温度（℃）3）消声器背压P消的计算先计算消声器的管流速V管V管= Q（m3/s）(m/s)A管（m2）式中A管为消声器排烟口的截面积，用计算出的管流速值从图1（流速/阻力曲图）查出消声器的阻力值F阻，则排气背压P消= F阻（毫米水柱）×673(毫米水柱)T+273图1. 流速/阻力曲线图注：1毫米水柱=0.0098kPa五、计算示例：机组KV275E、发动机TAD740GE：住宅型消声器6″（排烟口截面积为0.0214m2，排气量41.8m3/min=0.697m3/s ，见VOLVO销售手册)计算消声器的管流速：V消= Q（ m3/s）= 0.697 =32.55(m/s)A 消（m2）0.0214查图1：流速/阻力曲线图，得消声器的阻力值F阻=90（毫米水柱）计算消声器的背压：P消= F阻（毫米水柱）×673×9.8×10-3 T=540℃(见VOLVO销售手册)T＋273= 90×673×9.8×10-3 =1.055(kPa)540＋273计算排气管的背压：假如在住宅型消声器前面有一工业型消声器，一波纹管避震节，2个90°弯头，总长度3米，管径φ108，其背压为P排1，则当量长度L1=3+2×1.52=6米（见表4）P排1= 6.32×L1（米）×Q2（ m3/s）× 1 ×10-3D15（米）T+273= 6.32×6×0.6972× 1 ×10-3 =1.54(kPa)0.1085 540+273再假如在住宅型消声器后面有排气管30米，弯头5个，管径φ165，则当量长度L2=30+5+2 .28=41.4(米)P排2= 6.32×L2（米）×Q2（ m3/s）× 1 ×10-3D25（米）T+273= 6.32×41.4×0.6972× 1 ×10-3 =1.28(kPa)0.1655 540+273排气管的总背压：P排=P排1+P排2=1.54+1.28=2.82(kPa)排气系统的背压：P=P排+P消=2.82+1.055=3.875(kPa)系统的许用背压值[P]=10(kPa)最后得出：P=3.875≤[P]=10(kPa)。

汽车排气系统(CFD)背压分析规范

4
分析设置-模型检查
1. 选择General模板。 2. 点击Scale，将长度单位换算为模型实际单位。 3. 点击Check，检查模型中是否有负体积。 4. 点击Mesh/Smooth Swap，交替点击Smooth和Swap，调整网格质量到更好。 5. 点击Report Quality，质量指数到0.4以上才可进行计算。
5
ห้องสมุดไป่ตู้
分析设置-湍流模型选择
1. 选择Realizable k-ζ两方程模型。 2. 选择标准避免函数法。 3. 压力速度采用SIMPLE算法。 4. 采用二阶迎风格式离散化方法。
6
分析设置-材料设置
1. 流体材料选择Fluent数据库里的空气材料。 2. 壁面材料选择Fluent数据库里的钢材料。 3. 催化器载体选择Fluent数据库里的碳素化合物材料。
汽车排气系统背压分析规范
1
适用范围
排气系统背压分析。
2
定义
排气系统有限容积模型为排气系统内部空气域模型，不包含催化剂等。
3
分析设置-导入模型
选择Fluent里的3D模块导入*.cas文件。勾选Display Mesh After Reading。选择parallel多核并行计算。
7
分析设置-计算相设置
1. 催化器载体区域设置为多孔介质相，即porous。 2. 吸声棉区域设置为多孔介质相，即porous。 3. 其余都设置为流体相，即fluid。
8
分析设置-边界条件
1. 入口边界：质量入口，XXkg/s；温度，XX摄氏度。 2. 出口边界：压力出口，采用标准大气压。 3. 壁面边界：XXmm壁厚，对流换算系数XXw/(m^2.k)（通常为80），粗糙度为0.5。

一种排气背压的计算方法

一种排气背压的计算方法许亚峰;周维【摘要】应用GT-Power软件,建立某排气系统的一维计算模型,利用EndFlowInlet模块,快速计算排气系统背压并与台架试验结果进行对比.试验结果表明,用该计算方法能够快速准确地计算出排气背压.【期刊名称】《汽车零部件》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】4页(P25-28)【关键词】排气系统;背压;GT-Power软件【作者】许亚峰;周维【作者单位】华晨汽车工程研究院动力总成综合技术处,辽宁沈阳110104;华晨汽车工程研究院动力总成综合技术处,辽宁沈阳110104【正文语种】中文【中图分类】U461.134+4发动机排气系统的主要功能是顺利地将废气排出、降噪。

在排气系统的开发过程中，排气背压是关键的设计目标之一，排气背压的大小直接影响着发动机的功率损失和噪声水平。

作者提出一种排气系统背压的开发方法，该方法通过建立排气系统的三维模型，并离散成一维模型，利用其中EndFlowInlet模块迅速建立背压计算模型，对排气系统背压进行预测，由于该方法不需要建立发动机模型，计算过程中采用一维动力学仿真，所以整个计算过程非常快。

1.1 不同的排气背压下发动机性能数据为了验证排气背压对某发动机性能的影响，分别制作两套排气系统，背压分别是51.4、48 kPa。

搭载到发动机台架试验进行性能测试，来验证排气背压对功率、扭矩、燃油消耗率的影响。

一催前测量点背压如图1所示。

不同背压下发动机功率、扭矩、燃油消耗量分别如图2—4 所示。

从图2—4中可知不同背压对发动机性能影响很大，在额定功率点5 500 r/min下的功率由109.9 kW下降到105.8 kW，3.4 kPa排气背压增加量导致了4.1 kW 的功率损失，扭矩和燃油消耗量也有不同程度的损失，这对于发动机性能的影响是不可忽略的。

开发阶段非常有必要计算和优化排气背压。

2.1 排气系统模型的建立一维动力学仿真软件中的GEM3D专门用于建立复杂结构的三维模型。