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　　實現(xiàn)歐Ⅳ標準的催化轉化器布置方案分為3種：緊禍合式催化轉化器、歧管式催化轉化器、增壓器禍合式催化轉化器。以國內(nèi)某公司設計的歧管式催化轉化器為例說明這類轉化器的進氣端管設計。

　　設計進氣端管時應重點考慮空間位置、結構強度、耐熱性、熱應力分布、氣體流動特性優(yōu)化等一。在滿足空間位置的基礎上，初步確定三維模型。焊接式進氣端管廣泛使用鐵素體不銹鋼SUS409L材料，鑄造式進氣端管可采用鑰系球墨鑄鐵如RQT-S14Mo。

　　歧管式催化轉化器內(nèi)部的流動特性遠比其它形式的催化轉化器復雜，用計算流體力學(CFD)的方法可以計算該設計方案對氣體流動的影響，如催化劑載體內(nèi)氣體流動軸，向速率分布和催化轉化器內(nèi)氣體流動的壓力損失。從而在設計中優(yōu)化其流動特性，使化學反應均勻發(fā)生在整個載體內(nèi)。如對于一臺4缸發(fā)動機來說，可通過修改各歧管的軸線位置和管壁形狀來優(yōu)化設計:將1號與2號歧管、3號與4號歧管部分結構合并，將共用歧管截面修改為橢圓并設計了氣流擴張角，增加了氣體混合膨脹區(qū)的體積。歧管優(yōu)化后新的速率分布圖顯示，1號缸和4號缸排出氣體的軸向速率等于平均速率的90%，2號缸和3號缸的情況更好。

　　進氣端管的溫度、塑性應變分布用CFD和FEA相結合的方法可以精確計算得到。計算的邊界條件是進氣端管出氣端為外流場人口，為風扇空氣流量和空氣溫度;進氣端管進氣端為外流場出口，為空氣的靜壓和溫度;進氣端管外表面為壁面邊界條件。計算得出進氣端管結構的溫度場和熱一機械應力云圖。以上優(yōu)化設計需以完整的試驗驗證來檢驗，包括冷態(tài)變矩試驗、加速結構耐久性振動試驗、水淬外部熱沖擊試驗和內(nèi)部熱沖擊試驗。


　　目前，具有熱-結構應力之間耦合分析能力的軟件包較多，用CFD和FEA相結合的方法可以精確計算催化轉換器的溫度分布和塑性應變分布。以進氣端管為例，首先計算某特定轉速、節(jié)氣門最大開度、若干曲軸轉角下的進氣端管內(nèi)流場，得到進氣端管內(nèi)壁的平均對流換熱系數(shù)，計算的邊界條件為進氣端管進氣口為隨曲軸轉角變化的流量和溫度，出氣口為隨曲軸轉角變化的靜壓和溫度，其余為壁面邊界條件和實際排氣溫度。然后模擬實際車輛的外流場，得到進氣端管外壁的對流換熱系數(shù)。由于歧管式催化轉化器安裝在車輛的前端，發(fā)動機在催化轉化器后端，外流場的空氣流動方向是車輛行駛方向的逆向，故計算的邊界條件為進氣端管出氣端為外流場入口，為風扇空氣流量和空氣溫度，進氣端管進氣端為外流場出口，為空氣的靜壓和溫度，進氣端管外表面為壁面邊界條件。上述的計算同時可以得到進氣端管的內(nèi)、外壁面溫度。將CFD計算得出的傳熱系數(shù)和溫度場映射到三維模型上，作為FEA模擬計算的邊界條件，最后計算進氣端管結構的溫度場和熱-機械應力。

　　催化轉化器歷經(jīng)冷態(tài)彎矩試驗、加速結構耐久性振動試驗、熱振動試驗、水淬外部熱沖擊試驗、內(nèi)部熱沖擊試驗、耐腐蝕試驗后，如果沒有失效產(chǎn)生，便可認為結構設計定型，進入發(fā)動機或車輛的耐久性試驗階段。以上每個試驗都會提供有效的反饋來對現(xiàn)階段的設計進行優(yōu)化，這些驗證試驗與設計優(yōu)化反復進行，最終確定了催化轉化器的結構。