CZ8267U1

CZ8267U1 - Modular exhaust system, particularly for compression ignition and gas internal ignition engines

Info

Publication number: CZ8267U1
Application number: CZ19988815U
Authority: CZ
Inventors: Josef Ing. Nalezenec
Original assignee: Josef Ing. Nalezenec
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 1999-02-08

Description

Stavebnicový výfukový systém, zejména pro vznětové a plynové spalovací motoryModular exhaust system, especially for diesel and gas internal combustion engines

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká stavebnicového výfukového systému, zejména pro vznětové a plynové spalovací motory, obsahující těleso tlumiče, které sestává z pláště, předního čela, zadního čela a které obsahuje odlučovací zařízení tuhých a/nebo plynných emisí, prostředek pro tlumení hluku a fixační členy.The invention relates to a modular exhaust system, in particular for compression-ignition and gas-fired internal combustion engines, comprising a muffler body consisting of a shell, a front face, a rear face and comprising a solid and / or gaseous emission separator, a silencing means and fixing elements.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Dosud známé tlumiče hluku, které jsou vícekomorové, jsou opatřeny válcovými vložkami s katalytickou náplní, takže plní při provozu spalovacích motorů jednak funkci akustického tlumiče ajednak funkci katalyzátoru. Proudící výfukové plyny pak procházejí od vstupního otvoru přes vložku s katalytickou náplní do výstupu. Pro docílení požadovaných tlakových poměrů proudících výfukových plynů je důležitá konstrukce a uspořádání vložky, přičemž je nutno brát v úvahu účinnost a životnost katalytické náplně s ohledem na snížení škodlivin a prodloužení doby potřebné pro výměnu vložky.The prior art silencers, which are multichamber, are provided with cylindrical inserts with catalytic filling, so that they function both as acoustic silencers and as catalysts in the operation of internal combustion engines. The flowing exhaust gases then pass from the inlet opening through the catalytic charge insert to the outlet. In order to achieve the desired pressure ratios of flowing exhaust gases, the design and arrangement of the liner is important, taking into account the efficiency and durability of the catalytic charge with respect to reducing pollutants and prolonging the time required to replace the liner.

Každý spalovací motor vykazuje jiné hodnoty obsahu škodlivých emisí ve výfukových plynech, zejména s ohledem na druh použitého paliva, vlastní konstrukci spalovacího prostoru a převažující režim zatížení motoru. Optimální účinnosti výfukového systému lze dosáhnout pouze jeho individuální konstrukcí pro příslušný motor a jeho určení.Each internal combustion engine exhibits different exhaust emission values, in particular with regard to the type of fuel used, the design of the combustion chamber and the prevailing engine load mode. Optimal efficiency of the exhaust system can only be achieved by its individual design for the respective engine and its purpose.

Nevýhodou je potom nutná existence originálního výfukového systému pro každý konkrétní typ motoru a současně nemožnost jeho přizpůsobení zvláštnímu použití motoru, například převážně v oblasti maximálního výkonu nebo naopak převážně v oblasti volnoběhu v městském provozu a podobně. Požadavek na změnu výfukového systému může vzniknout i zvenčí, například zástavbou motoru do vozidla, kde není na originální výfukový systém sjeho tvary a rozměry dost prostoru.The disadvantage is then the existence of an original exhaust system for each particular type of engine and at the same time the impossibility of adapting it to the particular use of the engine, for example mainly in the area of maximum power or, conversely, mainly in the area of idling in urban traffic and the like. The requirement to change the exhaust system may also arise from the outside, for example by installing the engine in a vehicle where there is not enough space for the original exhaust system with its shapes and dimensions.

Cílem technického řešení je vytvoření univerzálního stavebnicového výfukového systému, který by umožňoval pružné změny v jeho vnitřním uspořádání, snadnou servisní výměnu odlučovačů, jejichž konstrukce musí být odolná proti lokálnímu poškození a vyhovění dalším požadavkům na systém, včetně požadovaných vnějších rozměrů jeho tělesa.The aim of the technical solution is to create a universal modular exhaust system, which would allow for flexible changes in its internal arrangement, easy servicing of separators whose design must be resistant to local damage and comply with other system requirements, including the required external dimensions of its body.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje technické řešení stavebnicového výfukového systému, jehož podstata spočívá vtom, že odlučovací zařízení je tvořeno alespoň jednou vložkou, uspořádanou v podélné ose tělesa a v podstatě v celém vnitřním průřezu tělesa a tlumící prostředek je tvořen alespoň jednou dělící stěnou, přičemž každé vložce a dělící stěně jsou přiřazeny alespoň dva fixační členy.These drawbacks are largely eliminated by the technical solution of the modular exhaust system, characterized in that the separating device comprises at least one insert arranged in the longitudinal axis of the body and substantially the entire inner cross-section of the body and the damping means is formed by at least one partition wall. at least two fixing members are associated with each insert and partition wall.

Alternativně mohou být fixační členy každé vložky a dělící stěny tvořeny vymezovacími výstupky, uspořádanými na vnitřní stěně pláště tělesa tlumiče, nebo jsou tvořeny svorníkem, uspořádaném v podélné ose tělesa tlumiče a rozpěrkami, uloženými axiálně suvně na svorníku, přičemž každá vložka a dělící sténaje uspořádána rovněž axiálně suvně na svorníku. Na svorníku může být axiálně suvně uloženo zadní čelo tělesa tlumiče, přičemž fixační členy zadního čela jsou tvořeny rozpěrkou a maticí. Těleso obsahuje vstupní komoru uspořádanou mezi předním čelem a vložkou, alespoň jednu rezonanční komoru mezi vložkou a dělící stěnou a dále výstupní komoru, uspořádanou mezi dělící stěnou a zadním čelem tělesa tlumiče. Dělící stěna může být tvořena jak další vložkou, tak přepážkou a každá vložka může být opatřena kalibrovaným průchodem, tvořeným otvorem a každá přepážka je opatřena kalibrovaným průchodem, tvořeným průchozím otvorem. Vložka a/nebo každá přepážka může být opatřena kalibrovaným průchodem,Alternatively, the fixation members of each insert and partition wall may be formed by spacing projections disposed on the inner wall of the muffler body shell, or formed by a bolt arranged in the longitudinal axis of the muffler body and spacers mounted axially sliding on the bolt. axially sliding on the bolt. The rear face of the damper body may be axially slidably mounted on the bolt, the rear face fixing members being formed by a spacer and a nut. The body comprises an inlet chamber arranged between the front face and the insert, at least one resonant chamber between the insert and the partition wall, and an outlet chamber arranged between the partition wall and the rear face of the damper body. The partition wall may comprise both a further insert and a partition, and each insert may be provided with a calibrated passage formed by an opening and each partition shall be provided with a calibrated passage formed by a through opening. The insert and / or each partition may be provided with a calibrated passage,

-1 CZ 8267 Ul tvořeným volným mezikružím uspořádaným mezi vnějším průměrem vložky a/nebo přepážky a vnitřním průměrem pláště tělesa tlumiče. Vložka může být tvořena kovovým nosičem katalicky aktivní hmoty, nebo keramickým tělesem, nasyceným katalicky aktivní hmotou.8267 U1 formed by a free annulus disposed between the outer diameter of the insert and / or the partition and the inner diameter of the shell of the damper body. The insert may be a metallic support of a catalysed active mass or a ceramic body saturated with a catalysed active mass.

Výhodou technického řešení stavebnicového výfukového systému je snadná přizpůsobivost zadaným technickým požadavkům na obsah, tvar a celkové rozměry tělesa tlumiče. To je umožněno i alternativní konstrukcí vložky, jejíž kovový nosič může být tvořen svinutým, prolamovaným, ocelovým páskem, nebo kovovou mřížkou. Aktivní hmotou, která je nanesena na kovový nosič vložky, je prvek a/nebo směs prvků ze skupiny platina, palladium, rhodium, titan a měď.The advantage of the technical solution of the modular exhaust system is the easy adaptability to the given technical requirements for the content, shape and overall dimensions of the muffler body. This is made possible by an alternative construction of the insert, the metal carrier of which may be a rolled, open-cast, steel strip or a metal grid. The active material which is deposited on the metal support of the liner is an element and / or a mixture of elements from the group of platinum, palladium, rhodium, titanium and copper.

Přehled obrázků na vvkresechOverview of the figures in the drawings

Stavebnicový výfukový systém podle technického řešení je blíže objasněn na přiložených obrázcích, kde na obr. 1 je těleso tlumiče znázorněno schematicky v bočním řezu v nejjednodušším provedení, na obr. 2 je ve stejném řezu varianta tělesa se svorníkem a zdvojenou vložkou a na obr. 3 je ve stejném řezu varianta tělesa se třemi vložkami a svorníkem.The modular exhaust system according to the invention is explained in more detail in the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows the silencer body schematically in a side section in the simplest embodiment, Fig. 2 shows a variant of the bolt body and double insert in the same section. is in the same section a body variant with three inserts and a bolt.

Příklady provedení technického řešeniExamples of technical solution

Podle příkladu 1 obsahuje těleso I tlumiče plášť 11, přední čelo 13. zadní čelo 14, dvě dělící stěny 19. z nichž jedna je tvořena vložkou 3 a druhá přepážkou 5. Mezi předním čelem 13 a vložkou 3 je uspořádána vstupní komora 2, do níž je zaústěna vstupní trubka 2J_ výfuku. Mezi vložkou 3 a přepážkou 5 je uspořádána rezonanční komora 4 a mezi přepážkou 5 a zadním čelem J4 je uspořádána výstupní komora 6, z niž je vyústěna výstupní trubka 6L Na vnitřním průměru pláště H jsou vytvořeny fixační členy, zde tvořené vymezovacími výstupky 12, vymezujícími axiální polohu vložky 3 a přepážky 5.According to example 1, the damper body 1 comprises a housing 11, a front face 13, a rear face 14, two partitions 19, one of which is formed by an insert 3 and the other by a partition 5. An inlet chamber 2 is arranged between the front face 13 and the insert 3. there is an inlet pipe 21 of the exhaust. A resonant chamber 4 is provided between the liner 3 and the partition 5, and an outlet chamber 6 is provided between the partition 5 and the rear face 14, from which the outlet tube 6L extends. In the inner diameter of the housing 11, fixing members are formed. position of insert 3 and partition 5.

Každá dělící stěna 19 je opatřena kalibrovaným průchodem, v případě vložky 3 je to otvor 31 a v případě přepážky 5 je to průchozí otvor 51.Each partition wall 19 is provided with a calibrated passage, in the case of the insert 3 it is an opening 31 and in the case of the partition 5 it is a through opening 51.

Podle příkladu 2 obsahuje těleso i tlumiče svorník 15, uspořádaný v podélné ose tělesa 1 a upevněný k přednímu čelu 13.. Zdvojená vložka 3, přepážky 5 i zadní čelo 14 jsou na svorníku 15. uloženy axiálně suvně. Ke každému vyjmenovanému prvku je ovšem přiřazena rozpěrka 16, která vymezuje zvolenou pracovní polohu všech prvků uspořádaných na svorníku 15. Těleso 1 obsahuje uvnitř pláště 1J. vstupní komoru 2, do níž je zaústěna vstupní trubka 21. opatřená lychlostním odlučovačem 22. Dále těleso i obsahuje dvě rezonanční komory 4 a výstupní komoru 6, z níž je vyústěna výstupní trubka 6L Zadní čelo 14 je zajištěno k přiřazené rozpěrce 16 maticí 17. svorníku 15.According to Example 2, the damper body 1 includes a bolt 15 arranged in the longitudinal axis of the body 1 and fixed to the front face 13. The double insert 3, the baffles 5 and the rear face 14 are mounted axially slidingly on the bolt 15. FIG. However, a spacing 16 is associated with each of said elements, which defines a selected working position of all elements arranged on the bolt 15. The body 1 comprises inside the housing 11. an inlet chamber 2 into which an inlet tube 21 provided with a lychometer separator 22 is connected. Further, the body 1 comprises two resonant chambers 4 and an outlet chamber 6 from which the outlet tube 6L is terminated. The rear face 14 is secured to the associated spacer 16 15 Dec

Podle příkladu 3 obsahuje těleso i tlumiče tři vložky 3 a klasický vstup a výstup výfukových plynů z tělesa. Ostatní prvky jsou shodné s tělesem 1 podle příkladu 2.According to Example 3, both the body and the silencer comprise three inserts 3 and a conventional exhaust inlet and outlet from the body. The other elements are identical to the body 1 of Example 2.

Funkce stavebnicového výfukového systému a jeho jednotlivých částí odpovídá v podstatě dosud známým řešením. U tělesa 1 tlumiče podle příkladu 1 výfukové plyny přicházejí od motoru vstupní trubkou 21 do vstupní komoiy 2, která plní u všech variant současně funkci spalovací komory tuhých částic, zejména pro naftové motory. Pro dosažení potřebných teplot ve vstupní komoře 2 při dlouhodobém částečném zatížení motoru, může být s výhodou vstupní potrubí 21 tepelně izolováno. Výfukové plyny dále procházejí přes vložku 3, vytvořenou z keramického materiálu, jejíž povrch je nasycen platinou do rezonanční komory 4. Průchodem vložkou 3 se výfukové plyny zbavené nečistot dostávají do rezonanční komory 4 a přes přepážku 5 do výstupní komoiy 6 a dále do výstupní trubky 6L Toto provedení je určeno pro běžné vznětové motory.The function of the modular exhaust system and its individual components corresponds essentially to the solutions known hitherto. In the muffler body 1 according to Example 1, the exhaust gases come from the engine through the inlet pipe 21 to the inlet chamber 2, which simultaneously performs the function of a solid particle combustion chamber, in particular for diesel engines, in all variants. In order to achieve the required temperatures in the inlet chamber 2 under a long-term partial load of the engine, the inlet pipe 21 may be thermally insulated. Exhaust gases further pass through an insert 3 formed of ceramic material, the surface of which is saturated with platinum, into the resonance chamber 4. Through the insert 3, the polluted exhaust gases reach the resonance chamber 4 and through the partition 5 into the outlet chamber 6 and into the outlet tube 6L. This design is intended for conventional diesel engines.

-2CZ 8267 Ul-2EN 8267 Ul

U provedení tělesa £ podle druhého příkladu výfukové plyny od motoru vstupují přes rychlostní odlučovač 22 vstupní trubkou 21 do vstupní komory 2. Rychlostní odlučovač 22, který je tvořen prostorovým tělesem tvaru šroubovice, podle příkladu provedení, umožní oddělení pevných částic od proudu plynu ve vstupní komoře 2, která je současně spalovací komorou a kde pevné částice shoří i v případě, je-li motor dlouhodobě pouze částečně zatížen a nedosahuje se tak potřebné teploty a tlaku výfukových plynů. Vložka 3, vytvořená s výhodou z ocelového, svinutého a prolamovaného pásku je zdvojena a těleso £ obsahuje dvě rezonanční komory 4, protože je tento výfukový systém určen pro výkonné, přeplňované naftové motory, určené pro těžký provoz v oblasti maximálního výkonu.In the embodiment of the housing according to the second example, the exhaust gases from the engine enter through the inlet tube 21 through the inlet tube 21 into the inlet chamber 2. The inlet chamber 22, which is formed by a helical spatial body, 2, which is at the same time a combustion chamber and where the solid particles burn even if the engine is only partially loaded for a long time and thus does not reach the required exhaust temperature and pressure. The liner 3, preferably made of steel, coiled and openwork strip, is doubled and the body 6 comprises two resonant chambers 4, since this exhaust system is intended for powerful, turbocharged diesel engines intended for heavy duty operation in the region of maximum power.

U provedení tělesa £ podle příkladu 3, které má s příkladem 2 provedení společný svorník £5 a na něm uspořádané příslušné prvky, se jedná o výfukový systém určený pro plynové motory. Tyto zážehové motory produkují jiná kvanta jednotlivých škodlivých emisí a proto zde jsou uspořádány za sebou celkem tři vložky 3, které jsou vytvořeny z kovové mřížky s různou zrnitostí, vždy povlakovanou příslušnou katalicky aktivní hmotou. Vložky 3 v tomto případě plní také funkci prostředku tlumícího hluk a oddělující rezonanční komoiy 4.The embodiment of the housing 5 according to Example 3, which has a common bolt 65 with the associated elements 5 and the corresponding elements arranged thereon, is an exhaust system intended for gas engines. These spark-ignition engines produce different quantities of individual harmful emissions and therefore there are a total of three inserts 3, which are made of a metal grid of different grain size, always coated with the corresponding catalysed active matter. In this case, the inserts 3 also function as a noise suppressing means and separating the resonance chamber 4.

Pro krátkodobé provozní režimy motoru, které způsobují vysoké tlaky a teploty výfukových plynů, jsou u všech příkladů provedení tlumiče £, vytvořeny volné kalibrované průchody, tvořené u vložky 3 otvorem 31, u přepážky 5 průchozím otvorem 51, nebo u obou prvků volným mezikružím 18 na vnitřním průměru pláště 11 tělesa £. Tyto kalibrované průchody jsou současně přetlakovým pojistným ventilem. Krátkodobě potom funguje těleso £ tlumiče pro omezenou část výfukových plynů pouze jako odlučovač pevných částic, a akustický tlumič, těleso £, resp. odlučovač je však chráněn před trvalým poškozením.For short-term engine operating modes that cause high pressures and exhaust gas temperatures, free calibrated passages are formed in all exemplary embodiments of the silencer 5 formed by the insert 31 through the opening 31, the bulkhead 5 through the through opening 51, or the inner diameter of the housing shell 11. These calibrated passages are also a pressure relief valve. In the short term, the muffler body 6 only functions as a particulate separator for a limited portion of the exhaust gas, and the acoustic damper, the body 6, respectively. however, the separator is protected from permanent damage.

V rámci technického řešení lze dle potřeby měnit vnější maximální průměr tělesa £, neboť lze snadno přizpůsobit celkový průměr vložek 3 i přepážek 5. Stejně tak axiální rozměr tělesa £ není u popsaného řešení přímo závislý na požadované kvalitě vyčištění výfukových plynů.Within the scope of the invention, the outer maximum diameter of the body 5 can be varied as desired, since the overall diameter of the inserts 3 and the baffles 5 can easily be adapted. Similarly, the axial dimension of the body 5 is not directly dependent on the desired quality of exhaust cleaning.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Technické řešení stavebnicového výfukového systému je využitelné jako kombinovaný akustický tlumič s odlučovačem tuhých a plynných škodlivin pro spalovací motory, s výhodou pro vznětové a plynové motory s přeplňováním i bez něho.The technical solution of the modular exhaust system can be used as a combined acoustic damper with a separator of solid and gaseous pollutants for internal combustion engines, preferably for diesel and gas engines with or without supercharging.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

1. A modular exhaust system, in particular for compression-ignition and gas-fired internal combustion engines, comprising a silencer body consisting of a shell, a front face, a rear face and which comprises a solid and / or gaseous emission separator, a silencing means and fixation members, The separating device comprises at least one insert (3) arranged in the longitudinal axis of the body (1) and substantially the entire internal cross-section of the body (1) and the damping means is formed by at least one partition wall (19), each insert (3). ) and at least two fixing members are associated with the partition wall (19).

A modular exhaust system according to claim 1, characterized in that the fixing members of each insert (3) and the partition wall (19) are formed by spacing projections (12) arranged on the inner wall of the shell (11) of the muffler body (1).

Modular exhaust system according to claim 1, characterized in that the fixing members are formed by a bolt (15) arranged in the longitudinal axis of the muffler body (1) and by spacers (16),

8267 U1 axially slidably mounted on the bolt (15), wherein each insert (3) and the partition wall (19) is also arranged axially slidably on the bolt (15).

Modular exhaust system according to claims 1 and 3, characterized in that the rear face (14) of the muffler body (1) is axially slidably mounted on the bolt (15), the rear face fixing elements (14) being formed by a spacer (16) and a nut (17).

A modular exhaust system according to claims 1 and 2 or 1,3 and 4, characterized in that the body (1) comprises an inlet chamber (2) arranged between the front face (13) and the insert (3) of at least one resonance chamber (4). ) between the insert (3) and the partition wall (19) and further an outlet chamber (6) arranged between the partition wall (19) and the rear face (14) of the damper body (1).

A modular exhaust system according to claim 5, characterized in that the partition wall (19) is formed by a partition (5).

A modular exhaust system according to claims 5 and 6, characterized in that each insert (3) is provided with a calibrated passage formed by an opening (31) and each partition (5) is provided with a calibrated passage formed by a through opening (51).

A modular exhaust system according to claims 5 and 6, characterized in that each insert (3) and / or each partition (5) is provided with a calibrated passage formed by a free annulus (18) arranged between the outer diameter of the insert (3) and / or the partition. (5) and the inner diameter of the shell (11) of the damper body (1).

A modular exhaust system according to claim 5, characterized in that the inlet chamber (2) of the body (1) is associated with an inlet pipe (21) which has an internal velocity separator (22) in the form of a helical body.

A modular exhaust system according to claims 1,7 and 8, characterized in that the insert (3) is formed by a metallic carrier of a catalysed active mass.

A modular exhaust system according to claim 10, characterized in that the metal support of the insert (3) is formed by a rolled, open-cast steel strip whose outer diameter is equal to or less than the inner diameter of the shell (11) of the muffler body (1).

A modular exhaust system according to claim 10, characterized in that the metal support of the insert (3) is formed by a metal grating whose outer diameter is equal to or less than the inner diameter of the shell (11) of the muffler body (1).

A modular exhaust system according to claims 10, 11 or 12, characterized in that the insert (3) is formed by at least two metallic supports whose adjacent surfaces are in contact.

A modular exhaust system according to claim 10, characterized in that the catalysed active substance which is applied to the metal support of the liner (3) is an element and / or a mixture of elements from the group of platinum, palladium, rhodium, titanium and copper.

A modular exhaust system according to claims 1, 7 and 8, characterized in that the insert (3) consists of a ceramic body, saturated with one element and / or a mixture of elements from the group of platinum, palladium, rhodium, titanium and copper.