Глушитель-нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, устройства для глушителя шума и очистки обработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: глушитель-нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержит вихревую камеру с тангенциальным подводом газов и камеру выпуска, образующие проточную часть, профилированный канал для подвода атмосферного воздуха, расположенный вдоль оси проточной части и размещенный в ней носитель катализатора. Камера смешения расположена между вихревой камерой и камерой выпуска и выполнена в виде патрубка и сопряженного с ним раструба, охватывающего с зазором вихревую камеру. Патрубок размещен внутри камеры выпуска с образованием кольцевой полости между ними, носитель катализатора выполнен в виде набора полых усеченных конусов с криволинейной образующей. Конусы коаксиально установлены внутри вихревой камеры с образованием зазора между ними. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам выпуска токсичных продуктов сгорания в атмосферу, преимущественно двигателей внутреннего сгорания.

Известен глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, который представляется собой разъемно соединенные вихревую камеру и камеру выпуска. Камеры снабжены тангенциальными патрубками впуска-выпуска соответственно и разделены кольцевой наклонной (конической) перегородкой. По оси вихревой камеры расположен воздуховод, сообщенный с атмосферой. На выходе из вихревой камеры размещен пакет соосных колец носителей катализатора.

Целью изобретения является повышение эффективности нейтрализации отработавших газов.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем проточную часть, образованную профилированной вихревой камерой с тангенциальным подводом газа и камерой выпуска, а также расположенный вдоль оси вихревой камеры профилированный канал для сообщения с атмосферой и расположенный в проточной части носитель катализатора, но носитель катализатора выполнен в виде набора полых усеченных конусов с криволинейной образующей, которые установлены в вихревой камере коаксиально со взаимными осевым зазором, между вихревой камерой и камерой выпуска коаксиально установлена камера смешения, выполненная в виде патрубка и сопряженного с патрубком раструба, при этом вихревая камера охвачена с зазором раструбом камеры смешения, а патрубок камеры смешения охвачен с зазором стенками камеры выпуска.

В приосевой области нейтрализатора может быть закреплена гильза со сквозным каналом, через который пропущен шток, жестко скрепленный с камерой выпуска и подпружиненный относительно гильзы с возможностью совершать возвратно-поступательные движения вдоль продольной оси нейтрализатора.

Сущность изобретения заключается в оптимизации скоростей газовых потоков (и давлений, которые, согласно закону Д. Бернулли, являются функциями скорости) на протяжении всей проточной части глушителя, обеспечение заданного направления (от подводящего патрубка к камере выпуска) течения нейтрализуемых газов на всех режимах работы двигателя.

На фиг. 1 схематически изображен предложенный нейтрализатор, продольный разрез; на фиг.2 вариант исполнения.

Нейтрализатор содержит проточную часть, совместно образованную впускным патрубком 1, вихревой камерой 2, камерой смешения 3 и камерой выпуска 4. Впускной патрубок 1 подведен тангенциально относительно боковой поверхности 5 вихревой камеры 2. Камера 2 выполнена профилированной (сужающейся в направлении своего выходного конца). Передняя (по ходу движения газа) часть камеры 2 имеет криволинейный обвод 6. По оси камеры 2 установлен профилированный канал 7 для сообщения проточной части с атмосферой.

В камере 2 размещены полые усеченные конусы 8, служащие носителями катализатора. Конусы 8 размещены коаксиально камере 2 и друг другу со взаимным осевым смещением. Верхний (задний по ходу движения газа) конус 9 может в частном случае являться торцовой стенкой камеры 2. Конусы 8 закреплены на расположенных по периметру камеры 2 осях, пропущенных сквозь периферийный отверстия в теле конусов.

Совместно стенки 6 и 9 камеры 2, а также соседние конусы 8 образуют замкнутые каналы переменного поперечного сечения. Сечения этих каналов уменьшаются в направлении от ввода газа к срезу камеры.

Продолжением проточной части нейтрализатора (после подводящего патрубка и вихревой камеры) служит камера смещения 3, соосная вихревой камере и выполненная в виде патрубка 10 и плавно сопряженного с последним раструба 11. Раструб 11 охватывает с радиальным зазором стенку 6 камеры 2. Поскольку стенка 6 наклонная, то, помимо радиального зазора, имеется и осевой зазор 12 между элементами 6 и 11. Камера выпуска 4 выполнена в виде оболочки (например, полых сопряженных цилиндра и усеченного конуса), охватывающей с радиальным зазором камеру смешения 3. При этом имеется осевой зазор между срезом патрубка 11 и торцовой поверхностью 14 оболочки 13. Оболочка 13 может фиксироваться жестко с помощью шпилек 15 (см.фиг.1) либо крепиться подвижно с помощью подпружиненного штока 16 (на фиг.2, оболочка 13 в виде чаши). В обоих случаях целесообразно размещение на торцовой поверхности 14 дефлектора 17 для снижения ударных гидравлических потерь при перетекании газа из камеры 3 в камеру 4.

Для подвижной установки камеры 4 относительно камеры 3 по оси нейтрализатора закреплена гильза 18. Гильза 18 выполнена со складным каналом, в котором установлена пружина сжатия 19. Сквозь канал гильзы и пружину 19 пропущен шток 16 (таким образом, что жестко связанная между собой система шток камера выпуска подпружинена относительно неподвижной гильзы 18). Упруго-подвижное крепление камеры 4 позволяет по принципу саморегулирования менять зазор между срезом камеры 3 и поверхность 14.

Устройство работает следующим образом. Потока отработавших газов через подводящий патрубок 1 тангенциально подается в вихревую камеру 2, где приобретает закрученную (вихревую) структуру. Объем вихревой камеры посредством конусов 8 разделен на ряд коаксиальных замкнутых каналов переменного сечения (уменьшающегося в направлении от периферии камеры 2 к стоку в камеру 3).

Сужающийся профиль каналов обеспечивает ускорение (в отношении осевой составляющей скорости) вихревых потоков, поскольку исходный поток растекается конусами 8 на отдельные части, поэтому речь идет о нескольких вихревых потоках.

Ускорение потоков в межконусных каналах приводит к падению давления в передней части камеры 2, согласно закону Бернулли. Наряду с радиальным градиентом давления, присущим вихревым потокам вследствие наличия тангенциальной компоненты скорости, обеспечивается подсос атмосферного воздуха по каналу 7 вследствие разрежения в выходном конце камеры 2 из-за ускорения вдоль проточной части. Поскольку конус 8 рассекает исходный поток на ряд отдельных струй, то речь идет о нескольких сонаправленных вихревых потоках, имеющих пространственный характер вследствие присутствия осевой компоненты скорости.

В камере смешения 3 пассивная среда (атмосферный воздух) перемешивается с активной средой (отработавшими газами). Помимо центрального пассивного сопла (патрубка 7), в устройстве также имеется дополнительное периферийное пассивное сопло. Дополнительное щелевое сопло образовано стенкой 6 камеры 2 и раструбом 11, через зазор 12 атмосферный воздух подсасывается в камеру смешения 3. Тем самым существенно повышается как коэффициент эжекции, так и эффективность перемешивания воздуха с отработавшими газами.

Перед поступлением отработавших газов в камеру смешения 3 в результате их взаимодействия с катализатором, нанесенным на конусы 8, происходит восстановление оксидов азота. При смешении отработавших газов с атмосферным воздухом происходит дожигание угарного газа (СО) и охлаждения выхлопа, что снижает шум (наряду со снижением шума непосредственно акустическими средствами).

Чисто акустические конструктивные средства (завихрение потока, наклонные отражательные поверхности, изменение направления течения потока газа) эквивалентны прототипу. Имеются также дополнительные элементы, направленные на снижение акустической мощности источника двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительными средствами служит законцовка 20 патрубка 11 в сочетании с профилем камеры 4. Внешняя поверхность законцовки 20 служит диффузором, а внутренняя поверхность ее образует кольцевой резонатор (как известно, диффузор обеспечивает плавное расширение газа, а резонатор служит для фильтрации тех полос шумовых частот, на которые он настроен).

Возможно исполнение камеры выпуска 4 с патрубком, тангенциально вмонтированным в ее стенку. В этом случае газ выводится не через срез камеры 4, а через дополнительный патрубок. Такой вариант исполнения нужен, когда устройство (нейтрализатор) установлено на некотором удалении от оптимального места выпуска газов в атмосферу.

Возможно исполнение, при котором камера 4 выполнена с двойными стенками, причем внутренняя стенка содержит отверстие либо щель для сообщения полости камеры 4 с межстеночным пространством этой же камеры. В этом случае дополнительные акустические качества проявляются в диссепации звуковых волн в межстеночном пространстве.

Изобретение позволяет не только исключить обратные токи газов, при которых "холодный" поток прорывается через центральный канал наружу, но и значительно повысить коэффициент эжекции (за счет увеличения степени разрежения в приосевой области проточной части), а также за счет поверхностной эжекции, так как введено дополнительное щелевое сопло.

Таким образом, нейтрализатор обеспечивает каталитическую конверсию, аэрирование и охлаждение отработавших газов простыми техническими средствами, создает малое противодавление на выхлопе.

Формула изобретения

1. ГЛУШИТЕЛЬ-НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий вихревую камеру с тангенциальным подводом газов и камеру выпуска, имеющую корпус, совместно образующие проточную часть, профилированный канал для подвода атмосферного воздуха, расположенный вдоль оси проточной части и размещенный в ней носитель катализатора, отличающийся тем, что он снабжен камерой смешения, расположенной между вихревой камерой и камерой выпуска и выполненной в виде патрубка и сопряженного с ним раструба, охватывающего с зазором вихревую камеру, причем патрубок размещен внутри камеры выпуска с образованием кольцевой полости между ними, носитель катализатора выполнен в виде набора полых усеченных конусов с криволинейной образующей, коаксиально установленных внутри вихревой камеры с образованием зазора между ними.

2. Глушитель-нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен гильзой, установленной по оси глушителя-нейтрализатора внутри профилированного канала, и подпружиненным штоком, частично размещенным внутри гильзы и выполненным с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси глушителя-нейтрализатора, при этом конец штока, выходящий за пределы гильзы, жестко связан с корпусом камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2