基于CFD模拟计算的排气歧管及催化器总成设计.pdf

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1、FOCUS技术聚焦摘要：为了满足汽油机的动力性、经济性及排放要求，需要对排气歧管及催化器总成零件进行针对性的设计。该文对某发动机设计了2种不同结构的排气歧管及催化器总成，借助CFD分析手段进行模拟分析，研究了影响排气歧管性能的流体力学参数。通过对载体前端面气流均匀系数、压力损失及氧传感器处的气流流速3项参数计算结果分析，选取蚌壳式歧管摧化器，该催化器总成满足发动机性能和排放设计的要求。为今后排气歧管及催化器总成的设计提供了有效的参考作用。关键词：汽油机；排气歧管及催化器总成；CFD分析DesignofExhaustMan

2、ifoldandCatalyticConverterBasedonCFDAbstract：Inordertomeettherequirementsofthegasolineengineondynamics，economyandemission，thedesignoftheexhaustmanifoldandcatalyticconverterassemblyshouldbeconsidered．Thispaperintroducestwodifferentstructuresofexhaustmanifoldandcat

3、alyticconverterforallengine，describestheparametersthataffecttheperformanceoftheexhaustmanifoldusingCFD．Theclamshelltypecatalyticconverterisselectedbyanalyzingthecoefficientforthefrontalc删er,pressurelossandtheair-flowvelocityaroundtheoxygensensor．Thiscatalyticconv

4、ertermeetstherequirementsoftheengineperformanceandemission，whichprovidingsomereferencefordesignoftheexhaustmanifoldandcatalyticconverterassemblyinthefuture．Keywords：Gasolineengine；Exhaustmanifoldandcatalyticconverterassembly；CFDanalysis随着汽车排放标准的提高，要求催化剂与发动机排气口的距离

5、尽可能的缩短，从而提高催化剂的起燃温度、提升排放性能。排气歧管及催化器总成就是把排气歧管和催化器相结合，从而最大程度上缩短了催化剂与发动机出气口的距离，是目前解决点燃式发动机排放问题被广泛应用的一项技术。排气歧管及催化器总成设计的好坏关系到发动机的动力性、经济性及排放控制，其技术难点在于如何通过调整气道的形式和气流的走向来保证各项性能达到最优。随着计算机技术和流体力学计算的快速发展，用CFD软件对催化器内部气体流动的仿真成为考量设计合理性的有效手段。人们采用数值模拟的方法来研究催化器的温度场、浓度场及速度场分布，从而为排

6、气歧管及催化器总成的设计提供指导。文章针对某1．5L自然吸气发动机的排气歧管及催化器总成进行了设计，研究了影响排气歧管性能的流体力学参数。1发动机相关参数发动机为直列4缸汽油机，排量为1．5L，最大功率为75kW，最大功率转速为5500r／min，最大扭矩为143N·m，最大扭矩时转速为2000～4000r／min，最高排气温度为850℃。2排气歧管及催化器总成结构设计一38一根据发动机舱的空间限制对排气歧管及催化器总成结构进行设计，主要步骤如下。1)确定前后法兰位置，并对进气法兰结构进行优化，增加凸台密封面，防止催化器

7、漏气【1p3-41；2)确定催化器位置，并对进出气端盖进行设计，合理的端盖形状、长度及锥度能起到很好的导流作用，增加气流与催化剂的接触面积，减少涡流的产生以降低背压【l脚；3)对歧管本体进行设计，主要考虑实车装配时是否干涉、焊接装夹是否合理、实车耐久性强度与性能是否满足及各导流腔气体流动是否均匀流畅冈；4)确定氧传感器接头位置，同时须考虑其工艺可行性。依照以上步骤，以排气歧管设计原则为指导，设计了2种方案，分别为弯管式歧管催化器，如图1所示；蚌壳式歧管催化器，如图2所示。第11期3CFD模拟分析CFD计算的目的是通过模拟

8、手段研究影响发动机的动力性、经济性及排放的排气歧管及催化器总成设计的参数，并以此来进行方案选择。方案选择时需要考虑3个方面因素：1)对发动机动力性方面的影响，需要考虑歧管催化器的背压情况，可以用CFD分析中所计算出的压力损失来评价；2)对发动机经济性方面的影响，需要考虑氧传感器采集信号的情况，通过CFD计算氧传感器部