汽车排气系统设计与开发工程规范.docx
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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
长城汽车股份有限公司发布
汽车排气系统设计与开发
ExhaustSystemDesign&Developping
1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
11 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。
12 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/T14365车辆定置噪声测试方法
QC/T631汽车消声器总成技术条件与试验方法
GB/T15089机动车辆及挂车分类
GB/T18297汽车发动机性能试验方法
Q/CCJT003汽车消声器技术条件
13 术语
13.1
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。
13.2
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。
13.3
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。
13.4
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。
13.5
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。
13.6
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。
13.7
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。
13.8
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。
13.9
白噪声
指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声。
14 一般要求
14.1 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）.
14.2 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。
14.3 项目例会制度
14.3.1 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。
14.4 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）
●DFEMA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。
15 项目实施内容及程序
15.1 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。
15.2 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
●CAD三维模型设计
●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
●CAD三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
●DFEMA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
●CAD三维模型设计
●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
●DFEMA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
15.3 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。
5.3.2逆向设计与开发按附录B执行。
15.4 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
●CAD三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
15.5 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
●CAD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：
●CAD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。
16 设计开发主要工具与试验/测试设备要求
16.1 软件工具
功能
软件名称
应用类别
CAD
AutoCAD、UG、Catia
2D、3D
振动疲劳
Nastran,Hyperworks,Ansys,I-deas,n-Code,Abaqus,andRLDA
静态、模态、频率和瞬态响应、动态疲劳、噪音振动、热效应、板壳成形、优化设计、机动性、程序载荷谱、部件和焊接件的SN疲劳特性等
振动噪声
Lamps,GT-Power,Wave,ABAQUS
消声器调音、排气系统声学、辐射性噪音、系统急促噪音、回响共振、振动灵敏性等
动态流体
Lamps,GT-Power,Wave,Star-CD,Ansys
流体背压、流体压降、流体均匀性、流体损失、流体温度等
热效应
TMG,Abaqus,Nastran
热传导、热辐射、热传递，及其热应力和热疲劳等
16.2 主要试验/测试设备
见附录C。
17 坐标系与有限元几何结构
17.1 坐标系
坐标系原点在前轴的中心。
方向是：
X轴：
后轴；y轴：
车辆右侧；Z轴：
车辆顶端一侧
17.2 有限元几何结构
7.2.1面单元（shell）
7.2.1.1网格值指南：
●翘曲≤≤15°
●在三角形的角度：
20°≤φ≤140°
●在四边性的角度：
30°≤φ≤150°一般45°≤φ≤135°高应力梯度区域即支架
雅可比≥0.5
●各种区域的边缘长度：
●低负荷或平滑拓扑：
10-15毫米
●高负荷或曲线拓扑：
1-4毫米
-连接管道和锥体，锥体表面4至6毫米
-锥体4至6毫米
-曲线拓扑区域的表面4至6毫米
-平滑拓扑区域的表面8至10毫米
-支架，托架1至3毫米
-歧管约3毫米
-管：
按照本指南，光滑区域：
在圆周上24单元
曲线或有深刻印象区域：
加倍（可能3倍）的单元数
重要位置的前面几行做细化，并在在一步进行。
●一般的网格应该是均匀的以适应拓扑并且预计高应力的区域的网格应该细化。
三角要素应避免以及没有任何理由变化网格的密度。
●在预计高应力区域（个别高塑性应变区域），三角形是不允许的。
在特殊情况下，网格必须进行调整在计算以后。
●三角形的比例≤2.0％
●在整个排气系统表面朝向要一致。
●面单元绝不能有一个偏移量（在bulk文件）。
建议使用中间面画网格。
7.2.2多点约束单元（MPC）
多点约束单元（RBE2单元除外）应该慎重应用，因为检查错误困难，建议不用。
7.2.3.非结构质量块（mass）
非结构质量块应慎用因为可能导致混乱的结果。
18 排气系统CAE结构分析
18.1 CAE分析内容
8.1.1悬挂器和软管的刚度分析：
刚度设计及其论证
8.1.2悬挂杆的设计分析：
动态刚度、灵敏性、模态、疲劳
8.1.3消声器的设计分析：
局部模态、疲劳
8.1.4系统静态分析：
位移、应力、支反力、悬挂优化
8.1.5系统的运动包络面分析：
最大位移和应力
8.1.6系统模态分析：
悬挂位置和数目、怠速噪声避免系统频率、系统振型、关键区域
8.1.7系统动态支座反力分析：
系统对底盘的振动共鸣、怠速范围内的系统模态的重要性
8.1.8系统动态疲劳分析：
垂直方向3G的随机振动
18.2 CAE分析输入要求
●理论单位加速度
●试验场实测加速度
●振动平台的加速度
●加速的白噪声
●发动机的振动激励
18.3 CAE分析判别标准
根据主机厂/或客户给定要求。
19 系统试验方法与要求
19.1 催化转化器
按Q/CCXXX执行。
19.2 排气消声器
按Q/CCXXX执行。
附录A排气系统正向设计开发程序流程图
图示：
输入流程线；
输出流程线；
返回否决线；
程序输入端；
输出文件。
附录B排气系统逆向设计开发程序流程图
图示：
输入流程线；
输出流程线；
返回否决线；
程序输入端；
输出文件。
附录C排气系统主要试验/测试设备/仪器要求
C1燃烧器
C1.1技术参数如下：
输出气体温度：
450-950ºC
输出流量：
2.0-5.4m3/min
C1.2废气发生器的输出温度和流量应在规定技术参数范围内可以调整。
C2振动试验机
加速度：
5-60G
频率：
50–150Hz
C3加载器
应用负载范围为0-2200N。
C4冷流动试验台
流量为130scfm
C5数据采集系统
可同时采集多路、连续数据（如温度、压力、转速等）。
Ｃ６排气模拟发生器
Ｃ６．１设备能够实现800至850℃75至125毫米的面积在所需的热循环时期的试验（如柔性管）
Ｃ７半消声室
Ｃ８声级计
C9发动机测功机
C10排气系统模态试验机
附录D排气系统开发资料准备清单
排气系统开发
发动机数据调查表（表1）
项目编号：
序号
内容
单位
数据
1
排量
L
2
排气质量流量
Kg/h
3
压缩比/发火顺序
4
缸径/行程/连杆长度
mm
5
活塞销偏移量
mm
6
活塞余隙高度
mm
7
曲轴箱平均压力
Pa
8
燃烧开始角
deg
9
燃烧持续角
deg
10
活塞表面积
mm2
11
壁面温度
K
12
活塞头温度
K
13
缸套表面积
mm2
14
气缸盖表面积
mm2
15
壁面温度（活塞位于上死点TDC时）
K
16
壁面温度（活塞位于下死点BDC时）
K
17
喉管角插入角度
18
进气门直径/气门间隙：
mm
19
进气门开启角
deg
20
进门开启持续角
deg
21
曲轴转角和升程数据表
22
气门升程和流量系数的对应数据
23
排气门直径/气门间隙
mm
24
排气门阀门开启角
deg
25
排气气门开启持续角
deg
26
输入曲轴转角和的升程数据表
27
输入气门升程和流量系数的对应数据
28
平均流量系数
29
空气滤清器/进口直径/出口直径/器芯的长度
mm
排气系统项目开发
试验报告准备清单（表2）
项目编号：
报告名称
报告编号
依据标准
接收者
日期
发动机外特性报告
发动机负荷特性报告
排气系统背压测试
车外加速最大噪声测试
GB1495-2002
定置噪声测试
GB16170-1996
动力总成噪声测试报告
标杆车排气系统模态测试
标杆车排气系统振动加速度测试
整车Ⅰ/Ⅵ排放试验
BG18352.3-2005
标杆车车内噪声测试
标杆车排气系统辐射噪声测试
GMW14161
排气系统项目开发
技术文件准备清单（表3）
项目编号：
文件名称
文件编号
接收者
日期
排气系统数模
底盘数模（如果有）
排气系统/催化器、消声器失效统计报表
升级会员 