Глушитель-нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства

 

Изобретение относится к глушителям, снабженным средствами очистки и обезвреживания выхлопных газов путем каталитического превращения токсичных компонентов выхлопа. Наиболее предпочтительно его использование на грузовых автомобилях и прежде всего автобусах. Глушитель-нейтрализатор снабжен раструбом, размещенным во впускной камере и закрепленным в перегородке, и кожухом для реактора, размещенным в выпускной камере и закрепленным в ней. Впускной патрубок установлен в трубе, а выпускной - в стенке. Изобретение позволяет повысить эксплуатационные свойства глушителя-нейтрализатора при упрощении его конструкции и снижении затрат на его производство путем рациональной организации газового потока, а также оптимального размещения и выполнения его основных элементов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к тепловым двигателям, их глушителям, в частности к глушителям, снабженным средствами очистки и обезвреживания выхлопных, газов путем каталитического превращения токсичных компонентов выхлопа, отличающимися конструкцией каталитических реакторов. Наиболее предпочтительно его использование на грузовых автомобилях и прежде всего автобусах.

Широко известны глушители шума выпуска газов транспортных средств, которые служат для уменьшения шума при выходе отработавших газов из газовыпуской системы двигателя внутреннего сгорания в атмосферу /см. например, книгу В.И. Анохина "Отечественные автомобили". Москва, Машгиз, 1968, стр. 269-271/. Глушитель обычно состоит из корпуса с перегородками, разделяющими его на отдельные камеры. Внутри корпуса размещены трубы с щелевыми отверстиями. Отработавшие газы, проходя в глушителе через многочисленные отверстия и попадая в камеры, постепенно расширяются и меняют направление движения. Вследствие этого давление и скорость газов уменьшаются, колебания потока газов выравниваются и шум на выпуске уменьшается. Глушитель и трубы крепят к кузову или раме транспортного средства.

Конструкции глушителей в зависимости от типа транспортного средства, для которого они предназначены, отличаются большим разнообразием. Еще разнообразнее глушители, выполненные с нейтрализаторами. Для транспортных средств весьма важно так оснастить глушитель нейтрализатором, чтобы при этом не было утеряно эффективное заглушение шума. На пути создания таких эффективных устройств было предложено достаточное число технических решений.

Так, шумоглушитель по выданному в США патенту N2081306 выполнен цилиндрическим с разноплоскостным расположением впускного и выпускного патрубков, по патенту N2150768 - многосекционным, по патенту N2512823 - не только с перпендикулярным расположением патрубков, но и с конической внешней поверхностью корпуса, а по патенту N2824619 - с наполнителем. Простое и эффективное устройство приведено в шумоглушителе по патенту N3191715, выданному в США; этой же фирме принадлежали патенты N3243012 и N3252767, в которых описаны более сложные конструкции глушителей. Изящная и эффективная, особенно применительно к транспортным средствам, система шумоглушения приведена в описании к выданному в США патенту N 3469652. Простая и эффективная конструкция глушителя с эксцентричным расположением его элементов описана в патенте N326279, выданном в Швеции. Если эти элементы заполнены шумоглушащим материалом, то в итальянском патенте N934417 предусмотрены физические и химические процессы с отработавшими газами, протекающие в катализаторе. Такой же тип катализатора предусмотрен в патенте N4094645, выданном в США. Из итальянских заявок N91-002347 и N92-000206 известен глушитель, каждый из составных элементов которого расположен относительно другого соосно, как это имеет место в частности в а.с. N1305410, что позволяет и в том, и другом случаях обеспечить многочисленные комбинации его выполнения, но такие паллиативные решения неизбежно уступят место таким глушителям-нейтрализаторам, которые в полной мере отвечают требованиям именно этого двигателя, именно для этого транспортного средства, каждое из которых в дальнейшем будет оборудовано глушителем - нейтрализатором в заводских условиях.

В 1983 году была подана заявка на глушитель-нейтрализатор, по которой было выдано а.с. N1108228. В этом глушителе-нейтрализаторе отработавшие газы проходят последовательно резонансную и расширительную камеры, реактор и кольцевой направляющий аппарат, при этом через стенку вытеснителя происходит теплообмен между газами до и после катализатора. Если в этом глушителе-нейтрализаторе упомянутые элементы размещены соосно, включая впускной и выпускной патрубки, то в глушителе с катализатором в а.с. N251594, выданном в ЧССР, они размещены в пространстве самым затейливым образом. Также затейливо и также в глушителе с катализатором расположены элементы по патенту N 4579194, выданному в США.

Компактнее и эффективнее выглядит глушитель по а.с. N1307064, при этом следует отметить прочность и надежность его конструкции, а также достаточный срок службы.

Весьма эффективным и неординарным является выхлопное устройство по выданному в СССР а.с. N1333791, внутренняя полость которого разделена перегородками на три камеры, а один из торцев перфорированных труб заглушен. Впускной и выпускной патрубки взаимно перпендикулярны, при этом, в частности из-за смешения срезов перфорированных труб, обеспечено дополнительное снижение шумности работы двигателя. Гораздо сложнее, хотя и весьма компактно, выглядит глушитель по а.с. N 1588880, при этом заявитель полагает, что в нем фронт звукового давления перемещается организованно, по закону отражения эллипса. Более того, заявитель полагает, что из-за эффекта трубы Вентури возможен отсос пыли из пылесборника. В свою очередь, глушитель-нейтрализатор по а. с. N1590578 оснащен сажеуловителем, а по а.с. N1613665 - искрогасителем.

Известно, например, из a. c. N1557345 и патента N3502268, выданного в США, повышение эффективности шумоглушения путем интенсификации теплообмена, но это не только усложняет конструкцию глушителя из-за необходимости оснащения его теплообменником, но и препятствует рациональному, как с точки зрения взаимного размещения основных элементов глушителя, так и возможности оптимального их расположения на транспортном средстве, повышение эффективности глушителя-нейтрализатора по а.с. N1643750 обеспечено путем взаимного расположения и рационального крепления в корпусе покрытых катализатором моноблоков с образованием обширной полости в зоне выходного патрубка. В свою очередь, моноблоки установлены в корпусе с образованием крайних и центральной полостей в нейтрализаторе-глушителя по а.с. N1751370.

Эффективно, как это предусмотрено в a.c. N1643750, в частности, по условиям компоновки и монтажа размещать элементы катализатора в цилиндрическом кожухе. Согласно международной заявке N90/04087 катализатор размещен даже в двойном кожухе, что, по мнение заявителя, позволит по крайней мере уменьшить напряжения, возникающие в цилиндрическом элементе кожуха из-за теплового расширения. Если такое и случится, то только для наружного кожуха. По другому, а именно во вспененном мате закреплено монолитное керамическое тело катализатора по европейской заявке N0363878. Выше степень надежности и долговечности у реактора каталитического нейтрализатора по a.c. N1716175.

В японских заявках NN5-002762, 5-002763 и 5-005333 описаны устройства выпуска отработавших газов, использующие управляемую подачу вторичного воздуха к реактору, причем воздух подсасывается потоком отработавших газов.

Известен глушитель-нейтрализатор отработавших газов двигателя транспортного средства, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, имевший трубу и стенки и разделенный перегородкой на камеры, в одной из которых размещен реактор (см. , например, a.c. N1778328, выданное в СССР по F 01 N 3/00).

В этом глушителе отработавшие газы двигателя поступают в резонансную камеру, обеспечивающую фильтрацию и глушение высокочастотного шума газового потока. Затем газы поступают в расширительную камеру, теряя скорость и звуковую энергию, изменяют направление движения, проходят каталитический блок и поступают к эжекторам струйного насоса, получающего воздух по воздухозаборнику и смешивающего его с отработавшими газами. Разбавленные воздухом отработавшие газы поступают в выпускную камеру, где в основном каталитическом блоке происходит догорание углеводородов и окисление окиси углерода.

Этот глушитель представляет собой трубу, разделенную на три камеры, расширительная и выпускная из которых соединены через эжекторы, размещенные в полости трубы, соединенной с атмосферой через воздухозаборник, а резонансная камера размещена в выпускной камере в зоне выпускного патрубка. При таком выполнении глушителя малоэффективно глушение на первом этапе прежде всего из-за малых размеров резонансной камеры, что и потребовало установки демпфера звуковых колебаний, до которого отработавшие газы доходят по существу без потерь скорости и звуковой энергии. Объем этого демпфера используется неравномерно и не полностью, поскольку газовый поток зажат тремя эжекторами, а полость их размещения по существу не использована для подавления шума. Именно из-за эжекторов образовано разделение встречных газовых потоков, что исключает по существу интенсивную теплопередачу и сказывается на эффективности работы реактора.

Таким образом, глушитель-нейтрализатор по а.с. N 1778328, несмотря на сравнительную сложность конструкции и весьма заметные дополнительные затраты в производстве, не обеспечивает требуемые по условиям эксплуатации транспортных средств характеристики как по подавлению шума, так и по очистке отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Задача настоящего предложения - повышение эксплуатационных свойств глушителя-нейтрализатора при упрощении его конструкции и снижении затрат на его производство. Повышение эксплуатационных свойств глушителя-нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства обеспечено путем рациональной организации газового потока, а также оптимального размещения и выполнения основных элементов глушителя-нейтрализатора. Для этого глушитель-нейтрализатор, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, имеющий трубу и стенки и разделенный перегородкой на камеры, в одной из которых размещен реактор, снабжен размещенными соответственно во впускной камере закрепленным в перегородке раструбом и в выпускной камере закрепленным в ней кожухом для реактора, при этом впускной патрубок установлен в трубе, а выпускной - в стенке.

Снабжение глушителя-нейтрализатора, содержащего корпус с впускным и выпускным патрубками, имеющий трубу и стенки и разделенный перегородкой на камеры, размещенными соответственно во впускной камере закрепленным в ней кожухом для реактора, при этом впускной патрубок установлен в трубе, а выпускной - в стенке, позволит повысить его эксплуатационные свойства при упрощении конструкции глушителя-нейтрализатора и снижении затрат на его изготовление, поскольку отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания поступают в большую по объему камеру, где осуществляется безрезонансное заглушение газового потока, распространяющегося вдоль стенки трубы и поступающего в раструб, сообщающийся с камерой, в которой в кожухе установлен реактор, при этом кожух обеспечивает продвижение отраженного от стенки и трубы газового потока через реактор к выпускной трубе, внутренний элемент которой, подогреваясь теплом, выделяемым при химической реакции, отдает его газу, еще не прошедшему реактор, т.е. интесифицирует протекание этого процесса, при этом каждый из элементов глушителя-нейтрализатора, по которому следует газовый поток, прост в изготовлении.

Повышению эффективности функционирования глушителя-нейтрализатора способствует выполнение раструба с отворотами на его концах, а кожуха с переходником, соединенным с внутренним элементом выпускного патрубка, при этом входной отворот размещен ближе к стенке крепления выпускного патрубка, чем впускной патрубок, а выходной отворот раструба размещен в зоне перегородки и зоне соединения упомянутого элемента с переходником. При таком выполнении и размещении элементов глушителя-нейтрализатора не возбуждаются нечетные гармоники собственных частот впускной камеры в направлении ее длины, а четные гармоники не возбуждаются, поскольку газовый поток покидает ее через входной отворот раструба, размещенного ближе к стенке. Более того, максимумы скоростей первых форм ее колебаний заглушается в реакторе, после выхода газового потока из выходного отворота раструба. Достижение этого эффекта обеспечено простыми технологическими приемами по созданию простых по форме и выполнению раструба и переходника.

Этому же способствует расположение под углом к оси корпуса раструба и кожуха, поскольку упомянутые гармоники в еще большей степени проявляются с точки зрения эффективного заглушения.

Глушитель-нейтрализатор прост и надежен, хотя бы потому, что в нем обеспечено эффективное крепление его элементов. Раструб закреплен на впускном патрубке и на выпускном соответствующими ребрами, а кожух к корпусу - уголком.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображено: фиг.1 - глушитель-нейтрализатор в продольном разрезе; фиг.2 - вид на патрубки; фиг.4 - вид на реактор; фиг.4 - схема движения газов.

Глушитель содержит корпус 1 (фиг.1). Корпус 1 имеет трубу 2 и стенки 3 и 4. Корпус 1 разделен перегородкой 5 на камеры 6 и 7 соответственно. В камере 6 размещена перфорированная часть 8 впускного патрубка 9. В камере 7 размещен реактор 10. Глушитель снабжен раструбом 11. Раструб 11 размещен по существу во впускной камере 6. Раструб 11 закреплен в перегородке 5. Глушитель снабжен кожухом 12. В кожухе 12 размещены каталитические блоки 13 реактора 10. Впускной патрубок 9 установлен в трубе 2 корпуса 1. Выпускной патрубок 14 (фиг.2) установлен в стенке 4 камеры 6. Кожух 12 закреплен уголком 15 в камере 7.

Снабжение глушителя, содержащего имеющий трубу 2 и стенки 3 и 4 и разделенного перегородкой 5 на камеры 6 и 7 корпус 1 с впускным и выпускным патрубками 9 и 14, размещенными соответственно во впускной камере 6, закрепленным в перегородке раструбом 11 и в выпускной камере 7 закрепленным уголком 15 в ней кожухом 12, при этом патрубок 9 установлен в трубе 2, а патрубок 14 в стенке 4 камеры 6, позволит повысить его эксплуатационные свойства при упрощении конструкции и снижении затрат на изготовление, поскольку газы поступают в большую по объему камеру 6, где осуществляется безрезонансное заглушение потока, распространяющегося вдоль стенки трубы 2 и поступающего в раструб 11, сообщающийся с камерой 7, при этом кожух 12 обеспечивает продвижение отраженного от стенки 3 и стенки трубы 2 потока через реактор 10 к патрубку 14, внутренний элемент 16 которого, подогреваясь теплом, выделяемым при химической реакции, отдает его газу, еще не прошедшему реактор 10, т.е. интенсифицирует протекание этого процесса, при этом каждый из упомянутых элементов глушителя прост и надежен.

Раструб 11 выполнен с отворотами 17. Кожух 12 выполнен с переходником 18. Переходник 18 соединен с элементом 16. Входной отворот 17 размещен между патрубком 9 и стенкой 4. Выходной отворот 17 размещен в зоне перегородки 5. Здесь же размещено соединение элемента 16 и переходника 18.

При таком выполнении и размещении элементов глушителя возбуждаются нечетные гармоники собственных частот камеры 6 в продольном ее направлении, а четные гармоники не возбуждаются, поскольку газовый поток покидает ее через входной отворот 17, размещенный ближе к стенке 4, чем патрубок 9. Более того, максимумы скоростей первых форм ее колебаний заглушаются в реакторе 10 после выхода газового потока из выходного отворота 17.

Раструб 11 и элемент 16 коаксиальны. Их ось 19 расположена под углом 20^o к оси 21 корпуса 1.

Раструб 11 закреплен на патрубке 9 плоским ребром 22. Раструб 11 закреплен на элементе 16 фигурными ребрами 23 (фиг.3). В кожухе 12 блоки 13 закреплены вставками 24.

Глушитель-нейтрализатор функционирует так.

Отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания поступают в патрубок 9. Через перфорацию 8 газы (фиг.4) поступают в камеру 6. Их потоки распространяются вдоль оси 21, отражаются от внутренних поверхностей трубы 2, стенки 4 и перегородки 5. Далее газы распространяются вдоль поверхностей раструба 11 и элемента 16 вдоль их оси 19. На поверхности элемента 16 происходит теплообмен между потоками газов, следующими вдоль оси 19 в противоположных направлениях снаружи и внутри. Газы через кольцевое отверстие, образованное отворотом 17 и местом соединения элемента 16 и переходника 18. вырываются в камеру 7. Отражаясь от поверхностей трубы 2 и стенки 3, поток газов попадает в каталитические блоки 13. Газы проходят через весьма узкие каналы блоков 13 и в этих капиллярах подавляются собственные колебания демпфированием. Через переходник 18, элемент 16 и патрубок 14 очищенные в нейтрализаторе газы покидают глушитель.

Предложенный глушитель-нейтрализатор выполнен для использования на городских автобусах большой вместимости. При использовании предлагаемого глушителя-нейтрализатора выделение токсичных компонентов в отработавших газах двигателя автобуса "Икарус-280" по окиси углерода и углеводородам уменьшилось в 5 раз.

Формула изобретения

1. Глушитель-нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, имеющий трубу и стенки и разделенный перегородкой на камеры, в одной из которых размещен реактор, отличающийся тем, что он снабжен размещенными соответственно во впускной камере закрепленным в перегородке раструбом и выпускной камере закрепленным в ней кожухом для реактора, при этом впускной патрубок установлен в трубе, а выпускной - в стенке впускной камеры.

2. Глушитель-нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что раструб выполнен с отворотами на его концах, а кожух - с переходником, соединенным с элементом выпускного патрубка, при этом входной отворот размещен ближе к стенке крепления выпускного патрубка, чем впускной патрубок, а выходной отворот раструба размещен в зоне перегородки и зоне соединения элемента с переходником.

3. Глушитель-нейтрализатор по п.2, отличающийся тем, что раструб и кожух наклонены к оси корпуса.

4. Глушитель-нейтрализатор по п.3, отличающийся тем, что крепление раструба осуществлено ребрами, а кожуха - уголком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4