匹配某发动机紧耦式排气歧管的氧传感器与三元催化设计(3)
界上的三大法规体系，其规定的CO、 HC和NOx比未控制前，美国分别下降了96%、
98%和 90%，日本分别下降了 95%、96%和 92%，欧洲分别下降了 85%(CO)、
78%(HC+NOx)[2]
。其他各国和地区都不同程度地引用他们的标准。
我国的排放标准主要是参照欧洲排放标准体系而制定的。从 1983 年开始，
我国相继颁布的汽油车排放标准有[3]
:汽油机怠速污染物排放标准(GB3842一83);轻型汽车排气污染物排放标(GB11641-89)；B14761.1-93轻型汽车排气污染物排
放标准;GB24762.2一93车用汽油机排气污染物排放标准； GB14761.5一93汽油
车怠速污染物排放标准，GB18352.1-2001和GB18352.2-2001。2005年 4月巧日
国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局发布 GB18352.3-2005，标准于
2007 年 7 月 1 日开始实施，其中国Ⅲ(汽油机)排放限值如表 1-1 所示。通过近
年来法规的建设工作，汽车排放限值有了显著的降低,现行法规限值仅为14年前
限值的10%左右。可见，汽车排放的控制应着重在减少每个车的排放上。这就使
得汽车的排放法规越来越严格。
表1-1 国Ⅲ(汽油机)排放限值
车辆类型 基准质量 RM/KG 限值(g/km)
（CO)L1 HC L2 NOX L3
点燃式 点燃式 点燃式
第一类车 全部 2.3 0.20 0.15
第二类车 RM<= 1305 2.3 0.20 0.15
1305<=RM<=1760 4.17 0.25 0.18
RM>1760 5.22 0.29 0.21
催化转化器内部流动非常复杂（包括传热、传质和化学反应等现象），受到
转化器内部结构复杂和恶劣工作环境的限制，要想针对转化器流动特性进行优化
设计非常困难。同时，依靠试验的方法来设计和优化催化转化器要耗费大量的人
力、物力和时间。但是随着计算机技术的发展，计算流体力学技术（Computational
Fluid Dynamics）在改善流速分布，提高催化剂的使用效率，延长其使用寿命等
方面发挥了很大的作用。应用 CFD 技术对转化器进行优化设计可以缩短开发周
期，减少开发费用，提高催化转化器的转化性能。在国内，车用催化转化器的开
发起步较晚，在催化转化器的结构设计方面与国外有较大的差距。我国对催化器
的研究主要集中在催化剂制备上，而对催化器的设计还停留在传统的经验设计法
上，缺乏有效的理论指导。采用建立数学模型、进行数值模拟的方法研究排气系
统性能，可以减少试验量，并为催化器的设计和优化提供理论指导。本文就是在
这样的背景下研究催化器载体入口的气流分布、优化排气系统的设计，这种研究
具有重要的社会价值和经济价值。
1.2 CFD 技术在发动机排气系统中的应用
1.2.1简介
计算流体动力学（computational fluid dynamics，简称CFD）是在计算机
上求解流体运动、传热和传质的偏微分方程组，并且对上述现象进行过程模拟。
CFD辅助发动机工程主要指基于CAD/CFD技术的发动机内流系统（性能）的数值
模拟技术[4]
。虽然依靠先进的测试仪器也可以对缸内气体流动进行测量，但由于
仪器本身的局限和发动机复杂结构的限制，往往很难得到十分详尽的信息，而这
正好是CFD的优点。应用CFD进行内流系统的模拟计算，不仅能够提供试验研究
不能提供的详尽信息，而且花费小、周期短、适用性强，并能充分考虑结构参数
几何形状的影响，有关参数的获取、分析与试验相比要来得简单迅速。而且，现
在许多大型商业化软件也已经较好地解决了精度问题，可以适应发动机研究的需要。