RU2064052C1

RU2064052C1 - Device for exhaust system of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2064052C1
Application number: RU93027442A
Authority: RU
Inventors: Ю.Ф. Воробьев; Н.И. Машугин
Original assignee: Малое предприятие "Искра"
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1996-07-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; cleaning, entrapping and afterburning of liquid and gaseous fuel remnants. SUBSTANCE: device has heat insulated housing with inlet and outlet branch pipes, gas feed manifold, swirler arranged in chamber communicating with accumulator through separating screens. Swirl chamber is divided into sections by diaphragms. Swirler, swirl chamber and accumulator are made multisection, sections being arranged coaxially, one over the other. Each section has at least two swirlers-nozzles alternating with separating screens. EFFECT: exhaust system perfectly cleaning exhaust gases to provide no adverse effect on environment. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) и предназначено для улавливания, очистки и дожигания несгоревших остатков жидкого и газообразного топлива ДВС и глушения шума выхлопа. The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to internal combustion engines (ICE), and is intended for trapping, cleaning and afterburning unburned residues of liquid and gaseous fuel ICE and damping exhaust noise.

Устройство относится к термическим нейтрализатером, использующим собственное тепло. Предложенное устройство может быть использовано также для дожигания топлива, включая твердое, в энергетических установках, например, на ТЭЦ. The device relates to a thermal converter using its own heat. The proposed device can also be used for afterburning fuel, including solid, in power plants, for example, at thermal power plants.

Так как в термических нейтрализаторах происходит разделение на фракции несгоревших остатков топлива, их сжигание, а также дополнительно происходит глушение шума выхлопа, то нами проанализированы близкие технические решения, относящиеся к сепарации, сжиганию и глушению шума выхлопа в ДВС. Since in thermal converters there is a separation of unburned fuel residues into fractions, their combustion, and additionally, exhaust noise is suppressed, we have analyzed close technical solutions related to separation, combustion and suppression of exhaust noise in ICE.

Известен глушитель выпуска ДВС, содержащий цилиндрический корпус с впускным и выпускным патрубками и нижней и верхней торцовыми стенками, лопаточный завихритель, установленный во внутреннем цилиндрическом кожухе-сетке, поперечную перегородку с центральным и периферийным отверстиями и конический обтекатель, установленный в приосевой зоне завихрителя. Кожух установлен соосно корпусу и образует с ним кольцевую полость. Сетка представляет собой отверстия-перфорации, выполненные в виде радиально отбуртованных прорезей. [1]
Недостатком известного устройства является возникновению вторичных вихрей в радиальных прорезях и встречных закрученных потоков в концевой зоне глушителя, что приводит к возникновению дополнительного аэродинамического шума и эффект снижения шума в значительной степени уменьшается.A well-known exhaust silencer for internal combustion engines comprising a cylindrical body with inlet and outlet nozzles and lower and upper end walls, a blade swirler installed in the inner cylindrical mesh casing, a transverse baffle with central and peripheral openings, and a conical fairing installed in the axial region of the swirl. The casing is mounted coaxially with the housing and forms an annular cavity with it. The mesh consists of perforations made in the form of radially flanged slots. [1]
A disadvantage of the known device is the occurrence of secondary vortices in radial slots and oncoming swirling flows in the end zone of the muffler, which leads to additional aerodynamic noise and the effect of noise reduction is significantly reduced.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для выхлопной системы ДВС, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, коллектор подачи газа, расположенную в корпусе камеру с завихрителем, сообщающуюся с накопителем через сепарационные решетки. В данном устройстве на сепарационных решетках происходит очистка выхлопных газов от жидкой фазы, которая из вихревой камеры через сепарационные решетки попадают в накопитель и отводится в дренажную магистраль [2]
Недостатком устройства является низкая эффективность очистки выхлопных газов, обусловленная наличием в вихревой камере таких конструктивных элементов как экран, перфорированная перегородка, каналы дренажной магистрали, попадающих в зону вихревого потока и приводящих к его искажению и торможению, и, тем самым, вызывающим унос части продуктов выхлопа в атмосферу. Кроме того, необходима утилизация уловленной жидкой фазы. Задачей изобретения является создание эффективного устройства для выхлопной системы ДВС, позволяющего значительно увеличить эффективность очистки выхлопных газов ДВС, обеспечивающего улучшение экологической обстановки окружающей среды, а также снизить уровень шума от работы выхлопного тракта двигателя.The closest in technical essence to the claimed is a device for an exhaust engine, containing a housing with inlet and outlet nozzles, a gas supply manifold, a chamber with a swirl located in the housing, communicating with the drive through the separation gratings. In this device on the separation gratings, the exhaust gases are cleaned from the liquid phase, which from the vortex chamber through the separation gratings fall into the drive and is discharged into the drainage line [2]
The disadvantage of this device is the low efficiency of exhaust gas purification, due to the presence of such structural elements as a screen, a perforated partition, channels of the drainage line falling into the vortex flow zone and leading to its distortion and braking, and, thereby, causing the entrainment of some of the exhaust products in atmosphere. In addition, the disposal of the captured liquid phase is necessary. The objective of the invention is to provide an effective device for an exhaust system of internal combustion engines, which can significantly increase the efficiency of exhaust gas treatment of internal combustion engines, which improves the environmental situation of the environment, and also reduce the noise level from the exhaust tract of the engine.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для выхлопной системы ДВС, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, коллектор подачи газа, распложенную внутри корпуса камеру с завихрителем, сообщающуюся с накопителем через сепарационные решетки, согласно изобретению завихритель, вихревая камера и накопитель выполнены многосекционными, причем секции расположены соосно одна над другой, и каждая секция содержит не менее двух завихряющих элементов, чередующихся с сепарационными решетками, при этом секции вихревой камеры разделены диафрагмами, а корпус выполнен теплоизолированным. The problem is solved in that in a device for an exhaust system of an internal combustion engine containing a housing with inlet and outlet nozzles, a gas supply manifold, a chamber with a swirl arranged inside the housing, communicating with the drive through separation gratings, according to the invention, the swirl, the swirl chamber and the drive are multi-sectional, moreover, the sections are located coaxially one above the other, and each section contains at least two swirling elements, alternating with separation gratings, while the sections of the swirl chamber diaphragms, and the body is thermally insulated.

Суммарная площадь отверстий сепарационных решеток составляет не более 20% суммарной площади сопел завихрителя. The total area of the holes of the separation gratings is not more than 20% of the total area of the swirl nozzles.

Отверстия сепарационной решетки и отверстия сопел выполнены любой осесимметричной формы. The holes of the separation grid and the holes of the nozzles are made of any axisymmetric shape.

Предложенное решение технически осуществимо и обладает промышленной применимостью. The proposed solution is technically feasible and has industrial applicability.

В нашем изобретении сепарационные решетки выполняют функцию разделения потока. В случае зарастания самой решетки прекращается функция разделения, но не возрастает сопротивление выходу газа. Выхлопная труба становится обычной вихревой трубой Ранка, которая достаточно эффективно производит дожигание. In our invention, separation gratings perform the function of flow separation. In the case of overgrowing of the lattice itself, the separation function ceases, but the resistance to gas exit does not increase. The exhaust pipe becomes a regular Rank vortex pipe, which produces afterburning quite efficiently.

На фиг. 1 представлен общий вид заявленного устройства по разрезу Б-Б, на фиг. 2 устройство в разрезе по А-А (по верхней части коллектора), на фиг. 3 устройство в разрезе по В-В. In FIG. 1 shows a General view of the claimed device along section BB, in FIG. 2 the device in a section along AA (along the upper part of the collector), in FIG. 3 device in a section along BB.

Устройство для выхлопной системы ДВС (фиг. 1) содержит корпус 1, входной 2 и выходной 3 патрубки, коллектор 4 с каналами 5 для подачи газа, многосекционный завихритель 6, выполненный из набора сопел (фиг. 3), тангенциальных к многосекционной вихревой камере 7. Вихревая камера 7 разделена на секции диафрагмами 8. Каждая секция вихревой камеры 7 сообщается с соответствующей секцией накопителя 9 посредством сепарационных решеток 10. Коллектор 4 отделен от вихревой камеры 7 перегородкой 11 с отверстиями в местах подсоединения каналов (фиг. 2). Корпус 1 выполнен с теплоизоляцией 12, например, из керамического материала. Суммарная площадь всех отверстий сепарационной решетки должна быть не более 20% суммарной площадь сопел завихрителя 6. Отверстия сепарационной решетки 10 и отверстия сопел завихрителя 6 выполнены любой осесимметричной формы, например, круглой, квадратной и т.п. Завихритель 6, вихревая камера 7 и накопитель 9 выполнены многосекционными. Секции расположены одна над другой, и каждая секция содержит не менее двух завихрителей завихряющих элементов сопел, чередующихся с сепарационными решетками 10. A device for an exhaust system of an internal combustion engine (Fig. 1) comprises a housing 1, an inlet 2 and an outlet 3 nozzles, a collector 4 with channels 5 for supplying gas, a multisection swirl 6 made of a set of nozzles (Fig. 3) tangential to the multisection vortex chamber 7 The vortex chamber 7 is divided into sections by diaphragms 8. Each section of the vortex chamber 7 communicates with the corresponding section of the accumulator 9 by means of separation gratings 10. The collector 4 is separated from the vortex chamber 7 by a partition 11 with openings at the points of connection of the channels (Fig. 2). The housing 1 is made with thermal insulation 12, for example, of a ceramic material. The total area of all holes of the separation grate should be no more than 20% of the total area of the nozzles of the swirl 6. The holes of the separation grating 10 and the holes of the nozzles of the swirl 6 are made of any axisymmetric shape, for example, round, square, etc. The swirl 6, the swirl chamber 7 and the drive 9 are made multi-section. The sections are located one above the other, and each section contains at least two swirlers of swirl elements of the nozzles, alternating with separation gratings 10.

Устройство работает следующим образом. При работе ДВС выхлопные газы, содержащие несгоревшее топливо в виде пара, поступают через входной патрубок 2, коллектор 4, по каналам 5 в секции завихрителя 6 и далее в вихревую камеру 7, образуя в ней закрученный поток, который непрерывно прижимаясь с сепарационным решеткам 10 за счет сил инерции попадает в секции накопителя 9, остается тем и, при наличии кислорода сгорает:
либо за счет кислорода, содержащегося в выхлопных газах двигателя с наддувом;
либо за счет кислорода, поступающего из атмосферы по вторичному вихрю основного закрученного потока вихревой камеры 7;
либо за счет взаимодействия в потоке выхлопного газа 2NO+2CO --> N₂+2CO₂.The device operates as follows. During the operation of the internal combustion engine, exhaust gases containing unburned fuel in the form of steam enter through the inlet pipe 2, collector 4, through channels 5 in the swirler section 6 and then into the swirl chamber 7, forming a swirling flow in it, which is continuously pressed against the separation gratings 10 for the account of the inertia forces enters the storage section 9, remains the same and, in the presence of oxygen, burns out:
or due to the oxygen contained in the exhaust gases of a supercharged engine;
or due to oxygen coming from the atmosphere through the secondary vortex of the main swirling flow of the vortex chamber 7;
or due to the interaction in the exhaust gas stream 2NO + 2CO -> N ₂ + 2CO ₂ .

В результате сгорания остатков топлива давление в накопителе 9 повышается и превышает давление в вихревой камере 7, в результате выравнивания давлений происходит переток очищенного газа из накопителя 9 в вихревую камеру 7, где за счет радиального стока через диафрагмы 8 выходной патрубок 3 и далее в атмосферу. As a result of the combustion of fuel residues, the pressure in the accumulator 9 rises and exceeds the pressure in the vortex chamber 7, as a result of pressure equalization, the purified gas flows from the accumulator 9 into the vortex chamber 7, where due to the radial drain through the orifice 8 the outlet pipe 3 and further into the atmosphere.

В режиме пуска двигателя выхлоп, содержащий капельный туман, проходя через вихревую камеру 7, сбрасывает жидкую фазу в накопитель 9 и остается тем до разогрева корпуса от повышающейся температуры выхлопных газов, испаряется и сгорает. In engine start-up mode, an exhaust containing droplet fog, passing through a vortex chamber 7, discharges the liquid phase into the accumulator 9 and remains so until the housing warms up from the rising temperature of the exhaust gases, evaporates and burns out.

В режиме остановки двигателя понижается давление в вихревой камере 7, а в накопителе 9 продолжается процесс горения, поэтому на выходе устройства будет поток очищенного газа. In the engine stop mode, the pressure in the vortex chamber 7 decreases, and the combustion process continues in the accumulator 9, therefore, at the device output there will be a stream of purified gas.

Кроме того, в результате прохождения выхлопного газа через сепарационные решетки 10 с большим количеством отверстий и возникающего противодавления от очищенного газа, выходящего из секции накопителя 9, происходит сглаживание пульсаций давления выхлопа, и, тем, самым, снижение шума от выхлопа. In addition, as a result of the passage of exhaust gas through separation gratings 10 with a large number of openings and the resulting backpressure from the purified gas exiting the storage section 9, the pressure pulsations of the exhaust are smoothed out, and thereby, the noise from the exhaust is reduced.

Патентуемое устройство может быть использовано на транспортных средствах с ДВС. Устройство позволяет значительно повысить эффективность очистки выхлопных газов ДВС и выбросов ТЭЦ по сравнению с известными, при этом работа данного устройства обеспечивает практически полное сгорание твердых примесей, т. е. исключает необходимость их утилизации и оказывает положительное влияние на экологическую обстановку в районах, загруженных транспортом, и ТЭЦ. ЫЫЫ2 The patented device can be used on vehicles with internal combustion engines. The device can significantly increase the efficiency of cleaning ICE exhaust gases and CHP emissions compared with the known ones, while the operation of this device provides almost complete combustion of solid impurities, i.e., eliminates the need for their disposal and has a positive impact on the environmental situation in areas loaded with vehicles, and CHP. YYY2

Claims

1. A device for the exhaust system of an internal combustion engine, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, a manifold for supplying gas, a chamber with a swirl located in the housing and communicated with the drive through the separation gratings, the swirl provided with swirl elements, characterized in that the swirl the vortex chamber and the drive are multisectional, the sections are coaxial one above the other, and each of them contains at least two swirling elements in the form of nozzles alternating with the separator onnymi gratings, wherein the vortex chamber section separated by a diaphragm, and the housing is provided with thermal insulation.

2. The device according to claim 1, characterized in that the total area of the holes of the separation gratings is not more than 20% of the total area of the swirl nozzles.

3. The device according to claim 3, characterized in that the holes of the separation lattice and the holes of the swirl nozzles are made of an axisymmetric shape.