RU30855U1 - Каталитический коллектор системы выхлопа двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Description

i&Ljni - г з s. -3 Ij tr It

МПК7 F01N 7/10, F01N 3/28

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕКТОР СИСТЕМЫ ВЫХЛОПА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно автомобилестроению, в частности к средствам снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС).

Современные требования по допустимому уровню токсичности отработавших газов автомобильных двигателей внутреннего сгорания обусловили введение в конструкцию тракта системы выхлопа каталитических нейтрализаторов.

В настоящее время нашли широкое распространение две концепции конструктивного построения каталитических нейтрализаторов - с керамическими и металлическими блоками-носителями.

Нейтрализаторы с керамическими блоками-носителями представляют собой достаточно сложную конструкцию, что вызвано прежде всего тем, что коэффициенты теплового расширения керамики и металла (из которого изготовлен корпус нейтрализатора) значительно отличаются. Поэтому между блоком-носителя и корпусом устанавливаются различные по конструктивному исполнению температурные компенсаторы, в виде, например, прокладок, крепёжных матов и др., с применением специальных клеевых составов, см. Европейскую заявку № 0366484, МКМ F01N 3/28, публ. 02.05.90. Существует много проблем, связанных с обеспечением долговечности и надёжности работы термических компенсаторов, материал которых подвергается разрушительному воздействию горячих, химически активных отработавших газов.

Конструкции нейтрализаторов с керамическими блоками отличаются не только высокой стоимостью в изготовлении, но и значительными массогабаритными показателями, что делает весьма проблематичным использование их на современных легковых автомобилях, в условиях стеснённого пространства как в моторном отсеке, так и между днищем автомобиля и дорогой, поскольку для выполнения жёстких норм по токсичности требуется увеличение размеров блоковносителей.

Более прогрессивной конструкцией нейтрализатора, с точки зрения упрощения конструкции, снижения стоимости изготовления, надёжности и долговечности является устройство нейтрализатора с металлическим блокомносителем.

В качестве примера можно привести каталитический нейтрализатор, описанный в авторском свидетельстве СССР № 1483064, МКИ4 01N 3/28, БИ 20/89, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками и металлический блок-носитель катализатора, установленный в корпусе и состоящий из двух лент, внутренняя из которых выполнена гофрированной, а внешняя - гладкой, причём ленты намотаны вокруг центрального тела, соединённого с корпусом при помощи радиальных спиц, расположенных со стороны торцов блока-носителя. Блокноситель закреплён в корпусе посредством специальных бандажей, закреплённых сваркой на корпусе, при этом бандаж внахлёст контактируя с боковыми стенками блока-носителя неподвижно фиксируют его в осевом направлении. Патрубки закреплены на корпусе посредством фланцевого соединения крепёжными элементами.

Анализируя описанное устройство можно отметить сложность его конструкции, которая обуславливает неоптимальность массо-габаритных показателей. Одновременно с этим, наличие монтажных бандажей приводит к неоптимальному использованию каталитического вещества в периферийной зоне тела блока-носителя, поскольку внахлёст размещённые на боковых стенках блоканосителя торцы бандажей препятствуют проникновению в тело каталитического носителя отработавших газов.

Следует отметить, что оба типа описанных нейтрализаторов начинают эффективно работать (нейтрализовать химически активные продукты неполного сгорания) только при достижении определённой, достаточно высокой (несколько сот градусов Цельсия) температуры отработавших газов. А до этого периода, т.е. сразу после запуска и начальной стадии прогрева двигателя внутреннего сгорания, выхлоп в атмосферу осуществляется практически неочищенный.

На сегодняшний день такая ситуация стала недопустимой, что потребовало введения ещё более жёстких норм по токсичности и, соответственно, создания ещё более совершенных конструкций, обеспечивающих эффективную работу нейтрализатора практически сразу после пуска двигателя внутреннего сгорания.

Эта техническая проблема решается двумя путями. Во-первых, появились конструкции нейтрализаторов с электрическими подогревателями, включение которых осуществляется перед запуском двигателя внутреннего сгорания, для предварительного подогрева до определённой температуры входного участка каталитического носителя, US № 5571485, МПК6 F01N 3/10, 1996.

Второй технический приём заключается в максимальном приближении каталитического носителя к выхлопному клапану двигателя внутреннего сгорания, ЕПВ (ЕР) 0542002, F01N 3/28, 1993, либо путём размещения его непосредственно в полости выхлопного коллектора, DE 4236893, МПК5 F01N 3/28, от 19.05. 93; US 5388407, МПК5 F01N 3/20, от 14.02.95. Именно такой конструктивный приём заложен в предлагаемой ниже полезной модели.

В качестве прототипа рассматривается каталитический коллектор системы выхлопа двигателя внутреннего сгорания, патент Японии № 63016118, МПК5 F01N 7/10, F01N 7/18, публ. 23.01.88, содержащий четыре отдельных трубопровода, входные концы которых подключены к выходным отверстиям в головке цилиндров двигателя внутреннего сгорания, а выходные концы сходятся в специальном кожухе, внутри которого размещён блок носитель каталитического вещества. Входные концы отдельных трубопроводов закреплены на головке цилиндров двигателя внутреннего сгорания посредством фланцевого соединения с помощью болтов. Выходные концы закреплены в кожухе посредством сварного соединения.

Решение технической задачи предусматривает создание эффективной и одновременно с этим недорогой и компактной конструкции каталитического коллектора..

Сущность полезной модели заключается в том, что в известном каталитическом коллекторе системы выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащем две проточные трубы, одна из которых образована сходящимися на выходе патрубками первого и четвёртого цилиндров ДВС, а другая образована сходящимися на выходе патрубками второго и третьего цилиндров, верхние концы которых соединены с впускными отверстиями ДВС через отверстия в присоединительном фланце, а нижние концы труб сходятся в общей газоприёмной камере, снабжённой установочным элементом управляющего датчика кислорода, выполненной заодно с корпусом каталитического носителя, на выходе которого смонтирована газосмесительная камера с

присоединительным фланцем к тракту выхлопа ДВС, каталитический носитель выполнен в виде единого металлического газопроницаемого цилиндрического моноблока, боковые стенки которого находятся в плотном контакте со стенками корпуса, общая газоприёмная камера частично размещена внутри корпуса каталитического носителя, с образованием неразъёмного телескопического соединения, при этом между наружными торцами газоприёмной камеры и торцевыми стенками моноблока образован зазор, величина которого составляет не менее половины толщины стенки -расположенной внутри корпуса части газоприёмной камеры, установочный элемент управляющего датчика кислорода расположен по оси потока газа, входящего в корпус каталитического носителя и на равных расстояниях от выходных срезов, соответственно, патрубков первого и четвёртого, и второго и третьего цилиндров, при этом газосмесительная камера снабжена установочным элементом диагностического датчика кислорода. Дополнительно корпус каталитического носителя охвачен с образованием воздушного зазора теплоизолирующим кожухом, снабжённым средствами снижения шума, выполненными в виде концентрично расположенных на стенках кожуха рёбер жёсткости.

Сущность полезной модели поясняется на чертежах, где на фиг. 1, 2 и 3 представлены три варианта конструктивного исполнения каталитического коллектора.

Каталитический коллектор системы выхлопа ДВС содержит две проточные трубы 1 и 2, одна из которых образована сходящимися на выходе патрубками 3 и 4, соответственно, первого и четвёртого цилиндров ДВС, а другая образована сходящимися на выходе патрубками 5 и 6, соответственно, второго и третьего цилиндров, верхние концы которых соединены с впускными отверстиями ДВС через отверстия в присоединительном фланце 7, а нижние концы труб сходятся в общей газоприёмной камере 8, снабжённой установочным элементом 9 (резьбовая втулка) управляющего датчика кислорода. Газоприёмная камера 8 выполнена заодно с корпусом 10 каталитического носителя 11, на выходе которого смонтирована газосмесительная камера 12 с присоединительным фланцем 13 к тракту выхлопа ДВС. Каталитический носитель 11 выполнен в виде единого металлического газопроницаемого цилиндрического моноблока, боковые стенки которого находятся в плотном контакте со стенками корпуса 10, общая газоприёмная камера 8 частично размещена внутри корпуса 10 каталитического

носителя, с образованием неразъёмного телескопического соединения (сварное соединение), при этом между наружными торцами 14 газоприёмной камеры и торцевыми стенками 15 моноблока 11 образован зазор s, величина которого составляет не менее половины толщины стенки расположенной внутри корпуса части газоприёмной камеры. Установочный элемент 9 управляющего датчика кислорода расположен по оси потока газа, входящего в корпус 10 каталитического носителя 11 и на равных расстояниях от выходных срезов, соответственно, патрубков 3 и 4 первого и четвёртого, и 5 и 6 второго и третьего цилиндров, при этом газосмесительная камера 12 снабжена установочным элементом 16 диапностического датчика кислорода. Дополнительно корпус 10 каталитического носителя 11 охвачен с образованием воздушного зазора теплоизолирующим кожухом 17, снабжённым средствами снижения шума, выполненными в виде концентрично расположенных на стенках кожуха рёбер 18 жёсткости.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть использовано промышленным способом в автомобилестроении и других областях народного хозяйства, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо.

Работает каталитический коллектор обычным образом. Отработавшие газы поступают через патрубки 3...6 в полость газоприёмной камеры 8, просачиваются через поры каталитического носителя 11, очищаются при этом от токсичных веществ до требуемого стандартами уровня и отводятся через газосмесительную камеру 12 в трассу системы выхлопа и шумоглушения и далее в атмосферу.

Расположение установочного элемента 9 управляющего датчика кислорода по оси потока газа, входящего в корпус 10 каталитического носителя 11 и на равных расстояниях от выходных срезов, соответственно, патрубков 3 и 4 первого и четвёртого, и 5 и 6 второго и третьего цилиндров, позволяет наиболее точно снимать показания датчика по химическому составу отработавших газов. Поскольку именно в этой зоне происходит встреча всех четырёх потоков отработавших газов в газоприёмной камере 8.

камера 8 частично размещена внутри корпуса 10 каталитического носителя, с образованием неразъёмного телескопического соединения (сварное соединение), с образованием между наружными торцами 14 газоприёмной камеры и торцевыми стенками 15 моноблока 11 достаточно большого зазора s, (величина которого составляет не менее половины толщины стенки расположенной внутри корпуса части газоприёмной камеры, позволяет наиболее полно и эффективно использовать всю структуру каталитического носителя для очистки отработавших газов.

Использование заявленного технического решения позволяет создать недорогую и компактную конструкцию эффективного нейтрализатора, повысить конкурентоспособность отечественных автомобилей за счёт соответствия их экологической безопасности мировым стандартам, снизить загрязнение воздуха в населённых пунктах токсичными компонентами отработавших газов автотранспортных средств, силовой агрегат которых выполнен на базе двигателя внутреннего сгорания.

Claims (2)

1. Каталитический коллектор системы выхлопа двигателя внутреннего сгорания, содержащий две проточные трубы, одна из которых образована сходящимися на выходе патрубками первого и четвертого цилиндров ДВС, а другая образована сходящимися на выходе патрубками второго и третьего цилиндров, верхние концы которых соединены с впускными отверстиями ДВС через отверстия в присоединительном фланце, а нижние концы труб сходятся в общей газоприемной камере, снабженной установочным элементом управляющего датчика кислорода, выполненной заодно с корпусом каталитического носителя, на выходе которого смонтирована газосмесительная камера с присоединительным фланцем к тракту выхлопа ДВС, отличающийся тем, что каталитический носитель выполнен в виде единого металлического газопроницаемого цилиндрического моноблока, боковые стенки которого находятся в плотном контакте со стенками корпуса, общая газоприемная камера частично размещена внутри корпуса каталитического носителя с образованием неразъемного телескопического соединения, при этом между наружными торцами газоприемной камеры и торцевыми стенками моноблока образован зазор, величина которого составляет не менее половины толщины стенки расположенной внутри корпуса части газоприемной камеры, установочный элемент управляющего датчика кислорода расположен по оси потока газа, входящего в корпус каталитического носителя и на равных расстояниях от выходных срезов соответственно патрубков первого, и четвертого, и второго, и третьего цилиндров, при этом газосмесительная камера снабжена установочным элементом диагностического датчика кислорода.

2. Каталитический коллектор по п.1, отличающийся тем, что корпус каталитического носителя охвачен с образованием воздушного зазора теплоизолирующим кожухом, снабженным средствами снижения шума, выполненными в виде концентрично расположенных на стенках кожуха ребер жесткости.