汽油机歧管式催化转化器动态特性分析

摘要

机动车尾气净化是控制车辆污染物排放的主要技术措施，而歧管式催化转化器是排气系统的重要组成部分。由于排放法规的日益严格，对歧管式催化转化器性能的要求越来越高，结构设计也更复杂，结构对歧管式催化转化器性能的影响也越来越明显。
　　 为了评价歧管式催化转化器的性能，并为后续的结构设计和改进提供有力的理论依据，本文在建立起适合歧管式催化转化器动态特性分析的有限元模型基础上，利用大型有限元软件Hyper Mesh和ANSYS对某歧管式催化转化器进行了以下几方面的研究分析：
　　 ①计算了该歧管式催化转化器的自由模态和约束模态，获得了自由模态和约束模态的各阶频率和相应的振型图，进一步分析了其振动特性。
　　 ②对该歧管式催化转化器进行了三维内、外流场特性分析，获得了该歧管式催化转化器的流体速度场、温度场和压力场，重点分析了催化转化器部分载体进气端面的流体流动均匀性指数和温度分布。
　　 ③采用流固热耦合的分析方法计算了某汽油机歧管式催化转化器结构耦合场的温度、热应力状态、安全系数等。计算分析表明：原歧管式催化转化器结构在入口法兰区域热应力过大，容易产生应力集中，是结构最容易损坏的区域。另外，排气歧管和催化转化器连接处，与螺栓固定点的距离较远，热变形较大。因此，需要进行结构上的改进。
　　 ④最后提出了歧管式催化转化器结构改进方案，并与原结构进行了相应的对比分析，分析结果表明改进后的结构较原结构在最高温度、最大热应力、安全系数等方面均有较好的改善，取得了较好的效果。