摘 要：緊耦合式歧管架構(gòu)下的催化轉(zhuǎn)化器，通常配有某規(guī)格下的氧傳感器。經(jīng)由三維態(tài)勢(shì)的模擬運(yùn)算，采納常用的流體力學(xué)，解析了轉(zhuǎn)化器固有的總體流場(chǎng)。擬定出來(lái)的運(yùn)算模型，描畫了周邊范疇的渦流走向；依循計(jì)算得來(lái)的數(shù)值，對(duì)體系以內(nèi)的歧管，妥善予以改造。經(jīng)由改造得來(lái)的新傳感器，改善了原初的周邊流場(chǎng)，消除掉了偏多渦流。載體氣流特有的不勻稱系數(shù)，也隨同下降；排氣背壓縮減，總體架構(gòu)被變更及完善。

關(guān)鍵詞：催化轉(zhuǎn)化器；流場(chǎng)分析；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

緊耦合式歧管普遍被應(yīng)用于汽油機(jī)的排氣歧管，從其制作材料和工藝上，可以分成鑄鐵歧管、薄壁管式、沖壓薄板式三種類型。為滿足汽車OBD系統(tǒng)的需要，在三元催化轉(zhuǎn)化器的收縮管和擴(kuò)張管上，分別添加了氧傳感器。但是復(fù)雜特性的氣流在排氣時(shí)并不能與氧傳感器直接接觸，進(jìn)而導(dǎo)致各個(gè)時(shí)段的信號(hào)檢測(cè)更加困難。而且構(gòu)件以內(nèi)的氣流，對(duì)三元催化特有的反應(yīng)、溫度狀態(tài)和體系以內(nèi)的排氣背壓都有著重要影響。

1 方案設(shè)計(jì)

對(duì)于歧管特有的部分，做好詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)是首要工作。首先，設(shè)計(jì)的管徑應(yīng)考量歧管特有的自然吸氣、車體以內(nèi)的蝸輪增壓和排量相互之間的聯(lián)系。同時(shí)細(xì)分出來(lái)的四個(gè)支管，能夠做到妥善搭配并設(shè)定適宜的比值關(guān)系。通常催化器載體的制備材料有兩種，分別是金屬載體及陶瓷載體。主要以緊耦合式特性的排氣歧管、三角平面架構(gòu)的法蘭連接模式、圓形鎖緊特性的法蘭連接模式為主。

排氣歧管特有的性能指標(biāo)，包含熱應(yīng)力態(tài)勢(shì)下的疲勞狀態(tài)、溫度場(chǎng)的解析、振動(dòng)情形下的模態(tài)、歧管架構(gòu)以內(nèi)的壓力場(chǎng)、液體流動(dòng)特有的均勻?qū)傩?。具體而言，細(xì)分出來(lái)的第三支管，應(yīng)消除慣常見(jiàn)到的回流；體系架構(gòu)內(nèi)的排氣壓力均衡；氧傳感器安設(shè)的位置、關(guān)聯(lián)著的流速，都應(yīng)均衡。除此以外，催化器特有的載體截面，也應(yīng)帶有均質(zhì)的特性。

2 建構(gòu)精準(zhǔn)模型

2.1 概要的模型構(gòu)架

歧管與催化器之間特有的分開(kāi)式銜接方式，可以形成緊耦合成效排氣歧管。歧管的獨(dú)立式，采用了法蘭連接模式的排氣系統(tǒng)，使其具有圓形鎖緊特性，從而化解了裝配空間偏窄的疑難。與此同時(shí)采用了某規(guī)格下的混合網(wǎng)格，制備了物理模型。復(fù)雜特性的歧管，在體系以內(nèi)的交叉部位，安置了對(duì)應(yīng)規(guī)格的收縮管和擴(kuò)張管。這種布設(shè)方式，無(wú)疑是在確保運(yùn)算精度較高的前提下，有效增加了運(yùn)算成效。而擬定好的網(wǎng)格數(shù)目和與之關(guān)聯(lián)的網(wǎng)格體積，都不會(huì)干擾運(yùn)算得來(lái)的數(shù)值。由此可見(jiàn)，排氣歧管的改進(jìn)，應(yīng)該從以下幾方面進(jìn)行：一是歧管及附帶著的擴(kuò)張腔，必須明確詳細(xì)的交接位置；二是優(yōu)化歧管特有的轉(zhuǎn)折走向和其布設(shè)方式。

2.2 擬定的前提

歧管架構(gòu)以內(nèi)的催化轉(zhuǎn)化器，排放出來(lái)的廢氣，包含混合特性的氮?dú)狻?shù)目偏少的二氧化碳、夾帶著的水分。廢氣之中，包含了偏少的一氧化碳，可以予以忽視。為了明晰廢氣特有的物性，擬定了統(tǒng)一情形下的體積分率：二氧化碳及特有的水分，分別占到10%的比值；裝置以內(nèi)的氮?dú)?，?yīng)能占到80%。歧管銜接的轉(zhuǎn)化器，氣流流動(dòng)這一狀態(tài)，被擬定成不可壓縮。

實(shí)驗(yàn)流程內(nèi)，應(yīng)側(cè)重查驗(yàn)擴(kuò)張腔特有的流場(chǎng)屬性；在這時(shí)，可忽略掉載體范疇中的催化反應(yīng)。催化轉(zhuǎn)化器及安設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)，距離還是偏近的。為此，擬定轉(zhuǎn)化器范疇之中的流體溫度，恒定成這一時(shí)段的排氣溫度。

3 歧管架構(gòu)中的流場(chǎng)

歧管及銜接的轉(zhuǎn)化器，在固有的擴(kuò)張腔部位，應(yīng)能予以匯合。這一部位擬定的流場(chǎng)，帶有最復(fù)雜的總架構(gòu)。與此同時(shí)，OBD架構(gòu)之中的前氧傳感器，也被安設(shè)在這一區(qū)段。不同特性的發(fā)動(dòng)機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)段中的轉(zhuǎn)速不同；流場(chǎng)模擬得來(lái)的數(shù)值，應(yīng)能比較近似。為此，給出來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，被設(shè)定成5000r/min；缸排氣特有的擴(kuò)張腔，也應(yīng)解析這一流場(chǎng)布設(shè)。

排氣歧管固有的構(gòu)造特性，對(duì)催化轉(zhuǎn)化范疇以內(nèi)的氣流走向，帶有側(cè)重的影響。若要縮減腔體之中原有的渦流，便利接續(xù)的信號(hào)辨識(shí)，就應(yīng)改進(jìn)設(shè)定好的歧管框架。歧管及擴(kuò)張?zhí)匦缘那惑w中間，帶有潛藏著的某種傾斜。改進(jìn)得來(lái)的新穎方案，把兩種配件固有的交匯端點(diǎn)，安設(shè)在擴(kuò)張腔這一范疇的中心。保障順暢通氣，把體系架構(gòu)之中的排氣歧管，變更了擬定好的走向、布設(shè)的規(guī)律。改進(jìn)得來(lái)的新歧管，預(yù)設(shè)了圓滑態(tài)勢(shì)的轉(zhuǎn)向，規(guī)避了偏大范疇的轉(zhuǎn)彎。

車體配有的缸排氣，凸顯了明晰的氣流分布。運(yùn)算得來(lái)的數(shù)值顯示：氧傳感器固有的周邊流場(chǎng)，得到偏大規(guī)模的改進(jìn)。擴(kuò)張腔特有的左邊渦流，縮減了原有尺寸；傳感器前側(cè)銜接的氣流，能隨時(shí)折射出缸體的運(yùn)行態(tài)勢(shì)，縮減了誤判概率。

4 載體特有的屬性改進(jìn)

4.1 氣流勻稱特性

耦合式及特有的分離式歧管，在前兩階特有的模態(tài)頻率，大體上相似。而模態(tài)振型特有的前四階，很大程度上凸顯了一致的傾向性。相比而言，耦合式比分離式的設(shè)計(jì)方式，擁有更高層級(jí)的剛度。但應(yīng)注意的是，安裝催化器支架后，模態(tài)頻率需避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)頻率，同時(shí)留有一定的頻率裕度防止共振。使得改進(jìn)以后的新方式，比以往常用的歧管框架，平均態(tài)勢(shì)的系數(shù)縮減了39%。這就表明，改進(jìn)得來(lái)的新構(gòu)架，提升了氣流布設(shè)特有的均勻狀態(tài)。這樣做，不僅能促動(dòng)催化劑原有的利用頻率升高并縮減局部方位的過(guò)熱傾向，還能順帶縮減體系以內(nèi)的溫度梯度，進(jìn)而延展了配件壽命。

相關(guān)人員可以把計(jì)算得來(lái)的多重?cái)?shù)值，帶入設(shè)定出來(lái)的歧管架構(gòu)，從而計(jì)算出截面范疇的氣流系數(shù)。與載體范疇之中的不均勻度進(jìn)行對(duì)比，并衡量運(yùn)算得來(lái)的兩種系數(shù)。其中不均勻度特有的表征系數(shù)，包含橫截面架構(gòu)之內(nèi)的網(wǎng)格氣流、單元網(wǎng)格承載著的氣相流量、擬定好的單元數(shù)目。因此，與不均勻度進(jìn)行比對(duì)使得結(jié)果就更具全面性。也就是說(shuō)運(yùn)算得來(lái)的數(shù)值越小，表征著氣流特有的布設(shè)傾向，就越是均勻。

4.2 體系以內(nèi)的背壓

歧管式框架以內(nèi)的排氣背壓，能辨識(shí)歧管特有的優(yōu)劣狀態(tài)，是擬定好的側(cè)重指標(biāo)。經(jīng)由模型模擬，能得到精準(zhǔn)情形下的這種背壓。調(diào)研得來(lái)的結(jié)果明晰：體系以內(nèi)的一個(gè)氣缸，比對(duì)原有的排氣背壓，略微有升高；其他范疇中的氣缸，都縮減了原有的背壓。改進(jìn)得來(lái)的新穎方式，變更了氧傳感器布設(shè)的流場(chǎng)框架，也促動(dòng)了氣流流動(dòng)這一時(shí)段的均勻狀態(tài)。部分區(qū)段之內(nèi)的排氣狀態(tài)，凸顯了偏小態(tài)勢(shì)的這種背壓。

5 擬定的可行算法

5.1 選出來(lái)的算法類別

問(wèn)題辨識(shí)必備的模型，包含質(zhì)量及特有的動(dòng)量守恒、標(biāo)準(zhǔn)態(tài)勢(shì)的湍流模型。采納慣用的有限體積法，把標(biāo)識(shí)出來(lái)的運(yùn)算區(qū)域，分成離散架構(gòu)之中的控制體；在細(xì)分得來(lái)的網(wǎng)格上，擬定變量特有的代數(shù)方程。通用特性的控制方程，密切關(guān)聯(lián)著設(shè)定好的介質(zhì)密度、查驗(yàn)得來(lái)的流速、其他范疇的變量。除此以外，還涵蓋廣義范疇中的擴(kuò)散系數(shù)、帶有通用特性的源項(xiàng)。

采納建構(gòu)好的連續(xù)方程，可以表征動(dòng)量守恒這一模型、對(duì)應(yīng)情形下的湍流模型。運(yùn)算之中，應(yīng)側(cè)重辨識(shí)壓力項(xiàng)、體系架構(gòu)中的速度項(xiàng)。建構(gòu)出來(lái)的這種模型，適宜湍流主體。為此，采納特有的壁函數(shù)法，描畫出壁面方位的流動(dòng)傾向。

5.2 明晰邊界條件

發(fā)動(dòng)機(jī)特有的排氣流程內(nèi)，歧管安設(shè)的入口方位，氣相流量會(huì)隨同安設(shè)的排氣門，隨時(shí)予以變更。為縮減這一運(yùn)算，擬定歧管對(duì)應(yīng)著的排氣門，在打開(kāi)態(tài)勢(shì)下，氣流量不會(huì)更替。歧管配有的轉(zhuǎn)化器，串聯(lián)著體系架構(gòu)之中的排氣總管；因此，可以依循布設(shè)的流場(chǎng)，審慎處理擬定好的條件。壁面預(yù)設(shè)的條件，是載體不會(huì)滑脫。轉(zhuǎn)化器布設(shè)的空間，被擬定成多孔特性的介質(zhì)區(qū)段。

6 結(jié)束語(yǔ)

歧管式特性的轉(zhuǎn)化器，經(jīng)由結(jié)構(gòu)改造，縮減了架構(gòu)原有的排氣背壓；對(duì)于安設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)，縮減耗費(fèi)掉的燃油量，提升經(jīng)濟(jì)特性。數(shù)值模擬特有的這種改進(jìn)，縮減了擬定好的樣件加工、接續(xù)的測(cè)驗(yàn)耗費(fèi)。在偏短時(shí)段中，完成初始時(shí)段的構(gòu)架設(shè)計(jì)，縮減開(kāi)發(fā)耗費(fèi)。流場(chǎng)分析特有的開(kāi)發(fā)，是車體配件的新穎開(kāi)發(fā)路徑。