Устройство для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания

 

Назначение: для очистки, улавливания и дожигания несгоревших остатков жидкого и газообразного топлива. Задача: создание экологически чистого устройства для выхлопной системы ДВС. Сущность изобретения: устройство содержит теплоизолированный корпус с входным и выходным патрубками, коллектор для подачи газа, завихритель, расположенный в камере, сообщающейся с накопителем через сепарационные решетки. Вихревые камера разделена на секции диафрагмами. Завихритель, вихревая камера и накопитель выполнены многосекционными, секции расположены соосно одна над другой. Каждая секция содержит не менее двух завихрителей - сопел, чередующихся с сепарационными решетками. 3 ил.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Суммарная площадь отверстий сепарационных решеток составляет не более 20% суммарной площади сопел завихрителя.

Отверстия сепарационной решетки и отверстия сопел выполнены любой осесимметричной формы.

Предложенное решение технически осуществимо и обладает промышленной применимостью.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Формула изобретения

1. Устройство для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, коллектор для подачи газа, камеру с завихрителем, расположенную в корпусе и сообщенную с накопителем через сепарационные решетки, причем завихритель снабжен завихривающими элементами, отличающееся тем, что завихритель, вихревая камера и накопитель выполнены многосекционными, секции расположены соосно одна над другой, и каждая из них содержит, по меньшей мере, два завихряющих элемента в виде сопел чередующихся с сепарационными решетками, причем секции вихревой камеры разделены между собой диафрагмами, а корпус снабжен теплоизоляцией.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что суммарная площадь отверстий сепарационных решеток составляет не более 20% суммарной площади сопел завихрителя.

3. Устройство по п.3, отличающееся тем, что отверстия сепарационной решетки и отверстия сопел завихрителя выполнены осесимметричной формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3