Каталитический нейтрализатор для систем с двух- или многопоточным отводом отработавших газов (варианты)

 

Изобретение относится к системам выпуска отработавших газов (ОГ) транспортных средств, в частности оснащенных ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси, в котором ОГ по меньшей мере на отдельных участках системы выпуска отводятся по меньшей мере через две раздельные подсистемы. В каждой подсистеме расположен по меньшей мере один каталитический преобразователь с аксиально проходящими каналами. Каталитический преобразователь выполнен в виде единого сотового элемента, который по меньшей мере с одной торцевой стороны имеет по меньшей мере одну разделяющую поперечное сечение корпуса перегородку, которая по меньшей мере почти вплотную доходит до этой торцевой стороны сотового элемента, обеспечивая газонепроницаемость. Изобретение позволяет создать простой в изготовлении каталитический нейтрализатор, пригодный для раздельного отвода отдельных ветвей ОГ в системе их выпуска. 2 c. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение относится к каталитическому нейтрализатору для систем выпуска отработавших газов (ОГ) транспортных средств, в частности оснащенных двигателями внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением рабочей смеси, в котором отработавшие газы по меньшей мере на отдельных участках системы выпуска отводятся по меньшей мере через две раздельные подсистемы, причем в каждой подсистеме предусмотрен по меньшей мере один каталитический преобразователь с аксиально проходящими каналами и эти каталитические преобразователи размещены в общем корпусе и образуют единый сотовый элемент, который по меньшей мере с одной торцевой стороны имеет по меньшей мере одну разделяющую поперечное сечение корпуса перегородку, которая по меньшей мере почти вплотную доходит до торцевой стороны сотового элемента, обеспечивая газонепроницаемость.

Каталитические преобразователи отработавших газов, содержащие размещенный в кожухе и имеющий множество каналов для прохождения текучей среды элемент с сотовой структурой или сотовый элемент, известны, например, из EP-B 0049489. Сотовые элементы состоят главным образом из множества слоев металлических листов, по меньшей мере часть из которых по меньшей мере частично структурирована. Слои металлических листов с их структурами ограничивают каналы, через которые может протекать текучая среда.

Из EO 0245738 B1 известен далее каталитический нейтрализатор для систем выпуска ОГ транспортных средств, в котором отработавший газ по меньшей мере на отдельных участках общей системы выпуска проходит по меньшей мере через две раздельные подсистемы, в каждой из которых предусмотрено по меньшей мере по одному каталитическому преобразователю с аксиально проходящими каналами. Эти каталитические преобразователи размещены в общем корпусе. С этой целью в EP 0245738 предлагается применять сотовые элементы, образующие внутри общего корпуса независимые сегменты. Отдельные ветви потоков ОГ в этой системе их выпуска подводятся к отдельным сегментам по соответствующим трубопроводам. Согласно EP 0245738 B1 в такой системе нейтрализации ОГ каталитический преобразователь предлагается выполнять из отдельных сотовых элементов, образующих соответствующий общий сотовый элемент. Каждый из отдельных сегментов заключен в кожух, с которым соединены дополнительные несущие перегородки. Кожухи отдельных сегментов соединяются один с другим, образуя тем самым общий сотовый элемент. Однако возможности практической реализации известного из EP 0245738 решения ограничены в том случае, когда при заданном монтажном объеме через сотовый элемент необходимо пропускать по отдельности несколько соответственно отдельных потоков ОГ, поскольку геометрия отдельных сегментов становится относительно сложной.

Из патента US 5365735 известны каталитические нейтрализаторы для систем выпуска ОГ, в которых отработавший газ по меньшей мере на отдельных участках общей системы выпуска проходит по меньшей мере через две раздельные подсистемы. Для каталитического преобразования ОГ в каждой подсистеме предусмотрено по меньшей мере по одному каталитическому преобразователю с аксиально проходящими каналами. Недостаток таких каталитических нейтрализаторов с сотовыми элементами состоит в том, что их изготовление является относительно трудоемким и дорогостоящим.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать простой в изготовлении каталитический нейтрализатор, пригодный для раздельного отвода отдельных ветвей потоков ОГ в системе их выпуска. Еще одна задача состоит в снижении стоимости изготовления каталитического преобразователя, используемого в такой системе каталитического преобразования ОГ.

Для решения этой задачи предлагается каталитический нейтрализатор для систем выпуска ОГ транспортных средств, в частности для двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением рабочей смеси, с признаками отличительной части п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения представлены в зависимых пунктах.

Предлагаемый согласно изобретению каталитический нейтрализатор для систем выпуска ОГ транспортных средств отличается тем, что каталитические преобразователи образуют единый сотовый элемент, имеющий по меньшей мере с одной торцевой стороны по меньшей мере одну разделяющую поперечное сечение корпуса перегородку. Эта перегородка по меньшей мере почти вплотную доходит до торцевой стороны сотового элемента, обеспечивая газонепроницаемость. Данное решение основано на том, что сотовый элемент состоит из слоев по меньшей мере частично структурированных металлических листов. По меньшей мере одна часть металлических листов проходит по всей осевой длине сотового элемента. Эти металлические листы на микроуровне подразделяют сотовый элемент на отдельные каналы для прохождения текучей среды. Для разделения сотового элемента на макроуровне по меньшей мере на две независимые ветви для прохождения ОГ без смешения их потоков в сотовом элементе не требуется применение дополнительных перегородок, проходящих по всей осевой длине сотового элемента. Для раздельного протекания ОГ через отдельный сотовый элемент в каталитическом преобразователе по меньшей мере с одной торцевой стороны сотового элемента предусмотрена по меньшей мере одна перегородка, которая разделяет поперечное сечение корпуса. Благодаря этой перегородке уже разделенные потоки ОГ протекают раздельно в корпусе и далее вплоть до входного сечения сотового элемента. Перегородка доходит по меньшей мере почти вплотную до торцевой стороны сотового элемента, обеспечивая газонепроницаемость. Благодаря этому не происходит перемешивание ОГ из их отдельных ветвей. Это имеет особое значение, в частности, для аэрогидродинамического расчета системы выпуска ОГ в отношении нагрузки камер сгорания двигателя.

Благодаря тому, что каталитические преобразователи образуют единый сотовый элемент, для выполнения этого единого сотового элемента предлагаемого каталитического нейтрализатора могут использоваться известные сотовые элементы. Преимущество этого заключается в том, что сотовый элемент не требуется выполнять, как это следует из известных из уровня техники решений, в виде отдельных сегментов, а можно использовать уже имеющееся, образованное слоями металлических листов разделение сотового элемента в сочетании с перегородкой. При этом для изготовления такого сотового элемента можно применять уже существующие, используемые в настоящее время инструменты. Благодаря этому изготовление предлагаемого сотового элемента упрощается и тем самым снижаются затраты на его изготовление.

Предпочтительно перегородка закреплена на корпусе и входит в шлиц, предусмотренный в торцевой стороне сотового элемента. Перегородка проходит преимущественно диагонально в присоединительном фланце или присоединительном конусе. Шлиц в торцевой стороне сотового элемента может быть выполнен, например, путем электроискровой обработки сотового элемента. Перегородка образует со стенкой шлица сотового элемента скользящее соединение. С целью предотвратить обмен отработавших газов между отдельными ветвями ОГ скользящее соединение предпочтительно выполнено практически газонепроницаемым.

Согласно еще одному варианту предлагается выполнять перегородку из двух частей, при этом первая часть закреплена на самом сотовом элементе и с обеспечением газонепроницаемости, образуя скользящее соединение, внахлест перекрывается со второй частью перегородки, закрепленной на корпусе или на присоединительном фланце. Такое выполнение каталитического нейтрализатора учитывает различные свойства термического расширения компонентов, в частности сотового элемента. Благодаря выполнению скользящего соединения, с одной стороны, на перегородку не передается никаких усилий от сотового элемента, а с другой стороны, никаких усилий не передается от корпуса или присоединительного фланца через перегородку на сотовый элемент.

Предпочтительно сотовый элемент представляет собой цельную металлическую конструкцию, образованную из слоев свернутых в рулон или набранных в пакет металлических листов, по меньшей мере частично структурированных для образования каналов.

Для крепления перегородки или перегородок предлагается предусмотреть по меньшей мере один соединительный элемент, который по меньшей мере частично входит внутрь сотового элемента. Соединительный элемент предпочтительно имеет такое поперечное сечение и/или такую форму, что соединительный элемент или соединительные элементы, вставленные в определенные и/или любые каналы, механически контактирует, соответственно контактируют с их стенками. Для прочного соединения соединительных элементов с сотовым элементом их целесообразно припаивать к последнему.

В предпочтительном варианте выполнения устройства каждая перегородка жестко соединена с одним соединительным элементом и образует при необходимости с другими соединительными элементами соответствующее скользящее соединение. Преимущество скользящего соединения состоит в том, что может быть скомпенсировано различное поведение сотового элемента и перегородок, соответственно перегородки при термическом расширении, что предотвращает приложение определенной нагрузки к перегородке или сотовому элементу через соединительные элементы.

Согласно еще одному варианту устройство имеет по меньшей мере одну перегородку, образующую замкнутый контур, причем площадь замкнутого контура меньше площади поперечного сечения на входе в сотовый элемент, соответственно на выходе из него. Предпочтителен замкнутый контур, имеющий форму круга.

Вместо соединительных элементов или в дополнение к ним крепление перегородки к сотовому элементу может быть реализовано также с помощью по меньшей мере одного шлица, который предусмотрен в сотовом элементе и проходит вдоль части его осевой длины и в который входит перегородка.

В каждую камеру потоки ОГ подаются по отдельным трубопроводам. Отвод отдельных потоков ОГ может происходить также через отдельные трубопроводы. Однако это не является необходимым условием. Предпочтительно перегородка имеет первую часть, выполненную в поперечном сечении П-образной с основанием и двумя соединенными с основанием ребрами, причем основание обращено к сотовому элементу. Выполненная П-образной в поперечном сечении перегородка соединяется при этом с сотовым элементом таким образом, что основание перегородки обращено к сотовому элементу. Ребра выступают из входного поперечного сечения навстречу потоку ОГ. Между ребрами вставлена вторая часть перегородки с образованием скользящего соединения. Благодаря этому компенсируется различное поведение деталей при их термическом расширении.

Перегородки предпочтительно выполнять с обеих торцевых сторон сотового элемента. Сотовый элемент имеет круглое или овальное поперечное сечение. Однако его поперечное сечение может также иметь и другую форму. Кроме того, каталитический нейтрализатор может иметь две перекрещивающиеся перегородки, которые разделяют на четыре части входное и/или выходное поперечное сечение сотового элемента. Предлагаемое изобретение не ограничено лишь каталитическим нейтрализатором с металлическим сотовым элементом, возможно применение также керамических сотовых элементов.

Другие преимущества и особенности предлагаемого устройства поясняются ниже на трех предпочтительных примерах его выполнения, которые, однако, не ограничивают объем изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - разрез первого примера выполнения сотового элемента; на фиг. 2 - вид слева сотового элемента по фиг. 1; на фиг. 3 - разрез второго примера выполнения сотового элемента; на фиг. 4 - вид слева сотового элемента по фиг. 3; на фиг. 5 - схематичный разрез каталитического нейтрализатора.

На фиг. 1 и 2 изображен первый пример выполнения сотового элемента. Этот сотовый элемент 1, как видно на фиг. 2, S-образно свернут в рулон. Сотовый элемент размещен в кожухе 3. Во входном поперечном сечении 4 и выходном поперечном сечении 5 сотового элемента 1 расположено по одной первой части 6, 7 перегородки 22. Первые части 6, 7 проходят в радиальной плоскости сотового элемента 1, причем оси скручивания, вокруг которых свернут в рулон сотовый элемент 1, перекрываются. Первая часть 6 во входном поперечном сечении 4, равно как и первая часть 7 в выходном поперечном сечении 5 сотового элемента 1 непосредственно прилегают к последнему. Для соединения первых частей 6, 7 перегородки с сотовым элементом 1 на каждой части 6, 7 расположено по два соединительных элемента 8, 9. Соединительные элементы 8, 9 входят в сотовый элемент 1. Как, в частности, видно на фиг. 1, между кожухом 3 и первой частью 6 соответственно 7 имеется зазор 10, 11, который обеспечивает радиальное расширение первой части 6, соответственно 7. Стрелками и соответствующими позициями 2 обозначено направление потока газа. Первая часть 6, равно как и первая часть 7 лежат в общей плоскости. Они на макроуровне разделяют сотовый элемент 1 на две камеры 12, 13, через которые ОГ могут протекать двумя независимыми потоками.

На фиг. 3 и 4 изображен второй пример выполнения устройства. Этот пример выполнения отличается от изображенного на фиг. 1 и 2 примера тем, что первые части 6, 7 в поперечном сечении выполнены П-образными. Каждая из первых частей 6, 7 имеет основание 14, прилегающее непосредственно к сотовому элементу 1. От основания 14 на определенном расстоянии одно от другого отходят ребра 15, 16. Между ребрами 15, 16 входит вторая часть перегородки 21. Ребра 15, 16 и вторая часть 21 тем самым частично перекрывают друг друга, благодаря чему может быть скомпенсировано различное поведение деталей устройства при их термическом расширении.

На фиг. 5 схематически изображен разрез каталитического нейтрализатора. Этот каталитический нейтрализатор для систем выпуска ОГ транспортных средств, в частности двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением рабочей смеси, включает сотовый элемент 1, размещенный в кожухе 3. К кожуху 3 примыкают соединительные колена 24, 25. Каждое соединительное колено 24, 25 соединено с двумя трубопроводами 26, 27, соответственно 28, 29. В каждом из соединительных колен 24, 25 выполнена перегородка 21, 23. Первая часть 6 перегородки 21 расположена с торцевой стороны 19 сотового элемента 1. Первая часть 6 перегородки 21 внахлест перекрывается со второй частью 30 перегородки 21, образуя тем самым скользящее соединение. Отработавшие газы, подводимые к сотовому элементу 1 по трубопроводам 26, 27 и соединительному колену 24, протекают сквозь сотовый элемент 1 и выходят из него через выходное поперечное сечение 20. На выходе из сотового элемента 1 с его торцевой стороны расположена первая часть 7 перегородки 23. Перегородка 23 далее имеет вторую часть 22, которая, перекрываясь внахлест с первой частью 7, образует с ней скользящее соединение. Скользящие соединения практически газонепроницаемы для ОГ.

Формула изобретения

1. Каталитический нейтрализатор для систем выпуска отработавших газов транспортных средств, в частности оснащенных двигателями внутреннего сгорания с принудительным воспламенением рабочей смеси, в котором отработавшие газы по меньшей мере на отдельных участках системы выпуска отводятся по меньшей мере через две раздельные подсистемы, причем в каждой подсистеме предусмотрен по меньшей мере один каталитический преобразователь с аксиально проходящими каналами и эти каталитические преобразователи размещены в общем корпусе и образуют единый сотовый элемент (1), который по меньшей мере с одной торцевой стороны (19, 20) имеет по меньшей мере одну разделяющую поперечное сечение корпуса (3) перегородку (21), которая по меньшей мере почти вплотную доходит до торцевой стороны (19, 20) сотового элемента, обеспечивая газонепроницаемость, отличающийся тем, что перегородка (21) входит в шлиц в торцевой стороне (19, 20) сотового элемента (1).

2. Каталитический нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что перегородка (21) закреплена на корпусе (3), в частности проходит диагонально в присоединительном фланце или присоединительном конусе.

3. Каталитический нейтрализатор по п.2, отличающийся тем, что перегородка (21, 23) образует со шлицем по существу газонепроницаемое скользящее соединение.

4. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что сотовый элемент (1) представляет собой металлический сотовый элемент из слоев свернутых в рулон или набранных в пакет металлических листов, по меньшей мере частично структурированных для образования каналов.

5. Каталитический нейтрализатор по п.4, отличающийся тем, что первая часть (6, 7) перегородки (21) имеет по меньшей мере один соединительный элемент (8, 9), который входит по меньшей мере частично внутрь сотового элемента (1).

6. Каталитический нейтрализатор по п.5, отличающийся тем, что соединительный(ые) элемент(ы) (8, 9) имеет(ют) на входящем в сотовый элемент (1) участке такое поперечное сечение и/или такую форму, что соединительный(ые) элемент(ы) (8, 9), вставленный(ые) в определенные и/или любые каналы, механически контактирует(ют) с их стенками.

7. Каталитический нейтрализатор по п. 5 или 6, отличающийся тем, что соединительный(ые) элемент(ы) (8, 9) припаян(ы) к сотовому элементу (1).

8. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.2 - 6, отличающийся тем, что сотовый элемент (1) имеет по меньшей мере один проходящий лишь вдоль части его осевой длины шлиц, в который входит первая часть закрепленной на сотовом элементе перегородки (6, 7).

9. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.4 - 8, отличающийся тем, что первая часть перегородки (6, 7) выполнена в поперечном сечении П-образной с основанием (14) и двумя соединенными с основанием (14) ребрами (15, 16), причем основание (14) обращено к сотовому элементу (1).

10. Каталитический нейтрализатор по п.9, отличающийся тем, что вторая часть (22, 30) перегородки (21, 23) входит между ребрами (15, 16) первой части (6, 7) перегородки (21, 23), образуя скользящее соединение.

11. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что перегородки предусмотрены с обеих торцевых сторон.

12. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что сотовый элемент (1) имеет круглое поперечное сечение.

13. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что сотовый элемент (1) имеет овальное поперечное сечение.

14. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.1 - 13, отличающийся наличием двух перекрещивающихся перегородок, которые разделяют на четыре части входное и/или выходное поперечное сечение сотового элемента.

15. Каталитический нейтрализатор для систем выпуска отработавших газов транспортных средств, в частности оснащенных двигателями внутреннего сгорания с принудительным воспламенением рабочей смеси, в котором отработавшие газы по меньшей мере на отдельных участках системы выпуска отводятся по меньшей мере через две раздельные подсистемы, причем в каждой подсистеме предусмотрен по меньшей мере один каталитический преобразователь с аксиально проходящими каналами и эти каталитические преобразователи размещены в общем корпусе и образуют единый сотовый элемент (1), который по меньшей мере с одной торцевой стороны (19, 20) имеет по меньшей мере одну разделяющую поперечное сечение корпуса (3) перегородку (21), которая по меньшей мере почти вплотную доходит до торцевой стороны (19, 20) сотового элемента, обеспечивая газонепроницаемость, отличающийся тем, что перегородка (21, 23) выполнена из двух частей, причем первая часть (6, 7) закреплена непосредственно на самом сотовом элементе (1) и с обеспечением газонепроницаемости, образуя скользящее соединение, внахлест перекрывается со второй частью (22, 30), закрепленной на корпусе (3) или на присоединительном фланце (24, 25).

16. Каталитический нейтрализатор по п.15, отличающийся тем, что сотовый элемент (1) представляет собой металлический сотовый элемент из слоев свернутых в рулон или набранных в пакет металлических листов, по меньшей мере частично структурированных для образования каналов.

17. Каталитический нейтрализатор по п.15 или 16, отличающийся тем, что первая часть (6, 7) перегородки (21) имеет по меньшей мере один соединительный элемент (8, 9), который входит по меньшей мере частично внутрь сотового элемента (1).

18. Каталитический нейтрализатор по п.17, отличающийся тем, что соединительный(ые) элемент(ы) (8, 9) имеет(ют) на входящем в сотовый элемент (1) участке такое поперечное сечение и/или такую форму, соединительный(ые) элемент(ы) (8, 9), вставленный(ые) в определенные и/или любые каналы, механически контактирует(ют) с их стенками.

19. Каталитический нейтрализатор по п.17 или 18, отличающийся тем, что соединительный(ые) элемент(ы) (8, 9) припаян(ы) к сотовому элементу (1).

20. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.15 - 18, отличающийся тем, что сотовый элемент (1) имеет по меньшей мере один проходящий лишь вдоль его осевой длины шлип, в который входит первая часть закрепленной на сотовом элементе перегородки (6, 7).

21. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.15 - 20, отличающийся тем, что первая часть перегородки (6, 7) выполнена в поперечном сечении П-образной с основанием (14) и двумя соединенными с основанием (14) ребрами (15, 16), причем основание (14) обращено к сотовому элементу (1).

22. Каталитический нейтрализатор по п.21, отличающийся тем, что вторая часть (22, 30) перегородки (21, 23) входит ребрами (15, 16) первой части (6, 7) перегородки (21, 23) образуя скользящее соединение.

23. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.15 - 22, отличающийся тем, что перегородки предусмотрены с обеих торцевых сторон.

24. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.15 - 23, отличающийся тем, что сотовый элемент (1) имеет круглое поперечное сечение.

25. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.15 - 23, отличающийся тем, что сотовый элемент (1) имеет овальное поперечное сечение.

26. Каталитический нейтрализатор по любому из пп.15 - 25, отличающийся наличием двух перекрещивающихся перегородок, которые разделяют на четыре части входное и/или выходное поперечное сечение сотового элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5