Устройство в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (турбоконвертер)



Устройство в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (турбоконвертер)
Устройство в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (турбоконвертер)

 

F01N13/14 - Глушители выхлопа или выхлопные устройства для машин или двигателей вообще; глушители выхлопа или выхлопные устройства для двигателей внутреннего сгорания (устройства и приспособления силовых установок транспортных средств, связанные с выпуском отработанных газов B60K 13/00; глушители шума всасывания, специально приспособленные для двигателей внутреннего сгорания или расположенные на них F02M 35/00; поглощение шума или снижение его уровня вообще G10K 11/16)

Владельцы патента RU 2600665:

Журавлев Виктор Андреевич (RU)
Булгаков Алексей Григорьевич (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство включает корпус, выполненный в виде гладкой цилиндрической трубы с входным и выходным отверстиями. В трубе расположен направляющий аппарат закручивания потока отработавших газов, выполненный в виде плоских отклоняющих пластин, установленных неподвижно на внутренней поверхности цилиндрической трубы, под углом к центральной оси, с переменными, возрастающими по ходу потока отработавших газов поверхностями, с образованием приосевой области, свободной от отклоняющих пластин, соосно связывающей направляющий аппарат закручивания потока отработавших газов с генерирующей камерой. Генерирующая камера связана соосно с диффузором, который имеет форму пустотелого усеченного конуса, установленного меньшим основанием во внутренний объем генерирующей камеры и соединенного герметично с генерирующей камерой большим основанием усеченного конуса. На корпусе расположена рубашка охлаждения с направляющими потока антифриза и двумя патрубками: входным патрубком антифриза, расположенным тангенциально на выходе потока выхлопных газов, и выходным патрубком антифриза, расположенным тангенциально на входе потока выхлопных газов. При использовании изобретения повышается эффективность сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, уменьшается количество выброса вредных веществ в атмосферу, снижается шум работы двигателя. 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания движущегося транспортного средства и стационарного механического привода.

Известно устройство (Патент RU №2133350 МПК6 F01N 3/08, опубл. 20.07.1999) для выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, которое обеспечивает наряду с повышением эффективности работы двигателя внутреннего сгорания дополнительную очистку выхлопных газов путем интенсификации завихрения, что приводит к смещению твердых и каплеобразных частиц в полости винтообразных канавок. Изобретение помогает улучшить экологическую обстановку при выбросе отработавших газов из глушителя путем их очистки, осуществляемой в результате закрутки отработавших газов в расширяющейся части трубчатого элемента.

Недостатком устройства является неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Известен двигатель внутреннего сгорания (Патент RU №2033539 МПК F02B 23/06, опубл. 20.04.1995), в котором двигатель содержит цилиндр с размещенным в нем поршнем и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выполненную в виде акустического резонатора с выемками и выступами на днище поршня и на поверхности головки, расположенными напротив друг друга. Стоячие акустические волны, образующиеся в камере сгорания, позволяют интенсифицировать процесс горения заряда.

Применение изобретения позволяет улучшить экономические показатели двигателя, но, тем не менее, имеются выбросы сажи и других вредных веществ в окружающую среду.

Известен глушитель шума выпуска двигателя внутреннего сгорания (Патент RU №2116468 МПК6 F01N 1/08, опубл. 20.04.1995). Изобретение помогает повысить эффективность шумоглушения и очистки газов глушителя путем закручивания и разделения газов. Предлагаемая конструкция позволяет осуществлять чередующееся разделение и дальнейшее сталкивание и соударение газовых потоков, за счет чего энергия проходящего звука пикового давления гасится, чем обеспечивается сглаживание пульсации газа и достигается интенсивное шумоглушение.

Недостатком этого устройства является то, что содержание СО и СН в выхлопных газах достаточно высоко.

Известно устройство для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания (Заявка RU №95107772, Α1, МПК6 F01N 3/00, опубл. 02.10.1997). При работе двигателя внутреннего сгорания выхлопные газы в завихрителе закручиваются. Закрученный поток вызывает разрежение в его центральной части, обеспечивая дополнительный подсос газов из корпуса. За счет центробежных сил вращающегося потока несгоревшие пары топлива как более, тяжелые задерживаются в центробежных ловушках накопителя, в которых догорают.

Недостатком устройства является то, что сажа периодически загорается.

Известно техническое решение, взятое за прототип «Устройство в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания» описанное в Заявке на ИЗ, опубл. WO 2008085075 (A1) 2008-07-17, МПК F01N 1/06, F01N 5/04, F02B 27/06. Устройство включает корпус с входным и выходным отверстиями, направляющий аппарат потока отработавших газов, корпус выполнен в виде гладкой цилиндрической трубы, в которой расположен направляющий аппарат закручивания потока отработавших газов, выполненный в виде плоских отклоняющих пластин, установленных неподвижно на внутренней поверхности цилиндрической трубы, под углом к центральной оси, с переменными, возрастающими по ходу потока отработавших газов поверхностями, с образованием приосевой области, свободной от отклоняющих пластин, соосно связывающей направляющий аппарат закручивания потока отработавших газов с генерирующей камерой, генерирующая камера связана соосно с диффузором, который имеет форму пустотелого усеченного конуса, установленного меньшим основанием во внутренний объем генерирующей камеры и соединенного герметично с генерирующей камерой большим основанием усеченного конуса.

Недостатком прототипа является низкая эффективность сгорания топлива, из-за недостаточной продувки ДВС, и неэффективное использование теплоресурса устройства.

Задачей изобретения является повышение эффективности сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания, уменьшение количества выброса вредных веществ в атмосферу, снижение шума работы двигателя и использование теплоресурса устройства в зимнее время, для дополнительного подогрева салона и топливных баков.

Технический результат заключается в том, что за счет резкого охлаждения устройства происходит температурный градиент, как следствие перепад давлений выхлопных газов, и все процессы, происходящие в устройстве, приобретают новое качество: эффективно сгорает топливо, облегчается продувка ДВС, снижается нагрузка на турбокомпрессор. Отвод тепла в зимнее время используется для дополнительного обогрева кабины и топливных баков, что немаловажно в климатической зоне России.

Поставленная задача достигается за счет того, что устройство в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, включающее корпус, выполненный в виде гладкой цилиндрической трубы с входным и выходным отверстиями, в которой расположен направляющий аппарат закручивания потока отработавших газов, выполненный в виде плоских отклоняющих пластин, установленных неподвижно на внутренней поверхности цилиндрической трубы, под углом к центральной оси, с переменными, возрастающими по ходу потока отработавших газов поверхностями, с образованием приосевой области, свободной от отклоняющих пластин, соосно связывающей направляющий аппарат закручивания потока отработавших газов с генерирующей камерой, генерирующая камера связана соосно с диффузором, который имеет форму пустотелого усеченного конуса, установленного меньшим основанием во внутренний объем генерирующей камеры и соединенного герметично с генерирующей камерой большим основанием усеченного конуса, причем на корпусе расположена рубашка охлаждения с направляющими потока антифриза и двумя патрубками: входным патрубком антифриза, расположенным тангенсообразно на выходе потока выхлопных газов, и выходным патрубком антифриза, расположенным тангенсообразно на входе потока выхлопных газов.

Устройство в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (фиг.1) включает корпус 1, выполненный в виде гладкой цилиндрической трубы с входным 2 и выходным 3 отверстиями, в которой расположен направляющий аппарат 4 закручивания потока отработавших газов, выполненный в виде плоских отклоняющих пластин 5, установленных неподвижно на внутренней поверхности цилиндрической трубы, под углом к центральной оси 6, с переменными, возрастающими по ходу потока отработавших газов поверхностями, с образованием приосевой области, свободной от отклоняющих пластин 5, соосно связывающей направляющий аппарат 4 закручивания потока отработавших газов с генерирующей камерой 7, генерирующая камера 7 связана соосно с диффузором 8, который имеет форму пустотелого усеченного конуса, установленного меньшим основанием во внутренний объем генерирующей камеры 7 и соединенного герметично с генерирующей камерой 7 большим основанием усеченного конуса, на корпусе 1 расположена рубашка охлаждения 9 с направляющими потока 10 антифриза и двумя патрубками: входным 11 патрубком антифриза, расположенным тангенсообразно на выходе потока выхлопных газов, и выходным 12 патрубком антифриза, расположенным тангенсообразно на входе потока выхлопных газов.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Поток отработанных газов ДВС, проходя входное отверстие устройства 2, отклоняющие пластины 5 направляющего аппарата 4 с переменной возрастающей по ходу потока поверхностью и приосевую свободную область, становится организованным. Для охлаждения корпуса устройства 1, в рубашку охлаждения 9 через входной патрубок 11, тангенсообразно, для улучшения процессов теплообмена, по направляющим потока 10 подается антифриз, который выходит из устройства через выходной патрубок 12.

Следуя по поверхности отклоняющих пластин 5, часть потока отработанных газов 9 закручивается, прижимаясь центробежной силой к внутренней поверхности цилиндрической трубы корпуса 1, охлаждается и уплотняется. Поступая в генерирующую камеру 7, струи отработанных газов с отклоняющих пластин 5, встречаясь с наружной поверхностью диффузора 8, дополнительно уплотняются и приобретают сток в направлении центральной оси 6 устройства (радиальный сток). Через малое основание пустотелого усеченного конуса диффузора 8 газы поступают в расширяющуюся его часть и далее по системе выпуска отработавших газов через выходное отверстие 3 выходят из устройства.

Одновременно, часть центрального потока 13, в приосевой области, не встречая препятствий, проходит через генерирующую камеру 7 и через меньшее основание пустотелого усеченного конуса диффузора 8 проходит далее в систему выпуска отработавших газов.

Возрастающая окружная скорость закрученного периферийного потока 14, по причине вращения, температурного градиента и перепада давления за счет охлаждения вызывает эффект инжектирования (всасывания) в приосевой области генерирующей камеры 7, тем самым, ускоряя поток в приосевой области устройства. При этом возникает волна разрежения. Возрастающая скорость закрученного периферийного потока 14, с всасываемой в себя частью центрального приосевого потока 13 увеличивает свою массу и, вследствие закона сохранения момента импульса, снижает скорость, при этом возникает волна сжатия.

Проходя малое отверстие диффузора 8, освобождаясь от излишней массы, закрученный периферийный поток 14 вновь разгоняется, разрежение в приосевой области возрастает, возникает волна разрежения, и, как следствие, возникает стоячая волна, распространяемая в разные стороны. Мощность (амплитуда колебаний) и частота генерируемых импульсов стоячей волны зависят от скорости потока отработавших газов, его температуры и его массы, а также от конфигурации генерирующей камеры 7 и выходного диффузора 8.

Таким образом, сплошной поток отработанных газов ДВС, проходя устройство, образует в нем два взаимодействующих потока, которые в виде вибраций газового потока вдоль центральной оси 6 устройства образуют в нем стоячие волны в обе стороны ее оси.

Стоячие волны проникают в цилиндры ДВС через открытые выпускные клапаны, и за счет колебаний неразрывной сплошной газовой среды в цилиндре происходят «сдув» топлива, сконденсировавшегося на охлажденных стенках гильзы цилиндра, перемешивание горючей смеси и догорание в цилиндре, а не в системе выпуска отработавших газов и его устройствах, что значительно снижает шумность ДВС.

В фазе перекрытия клапанов (когда выпускной и впускной клапаны открыты одновременно) за счет колебаний сплошной неразрывной газовой среды в режиме вибрационного горения происходит «подготовка» топливной смеси в бензиновых ДВС и соответственно «подготовка» воздуха в дизелях.

В ДВС топливная смесь горит пульсирующим способом (происходит вибрационное горение), следствием которого является увеличение скорости сгорания, и, следовательно, мощности процесса.

Создание стоячей волны в системе выпуска отработавших газов дает возможность образовывать и поддерживать режим вибрационного горения в ДВС, что повышает эффективность сгорания топлива в ДВС и уменьшает количество выбрасываемых вредных веществ в атмосферу. Ввиду того, что мощность и частота образующихся в устройстве стоячих волн зависит от скорости и температуры отработанных газов, охлаждение корпуса 1 устройства увеличивает мощность проходящих в нем процессов и значительно улучшает работу устройства. При таком выполнении устройства происходит полное сгорание топлива в цилиндрах ДВС и сводятся к минимуму вредные выбросы в атмосферу.

Кроме того, отводимое от устройства тепло может быть использовано для дополнительного обогрева салона кабины и подогрева баков с дизельным топливом, что очень злободневно в климатической зоне России, особенно на машинах иностранного производства.

Промышленная применимость

Предлагаемое устройство может быть использовано в системе выпуска отработавших газов ДВС движущегося транспортного средства и стационарного механического привода.

Монтаж устройства

Устройство в системе выпуска отработавших газов ДВС (ТУРБОКОНВЕРТЕР) монтируется посредством сварки на прочно плотный шов, на прямой участок трубы за коллектором выпуска отработанных газов ДВС. Отступив от коллектора на три калибра ТК для выравнивания давления выхлопных газов, т.е. если ТК равен 57 см, то 57×3=17,1 см. Возможна установка ТК на съемные фланцы там, где невозможно применить сварку - например часть поворотного отходящего фланца от турбокомпрессора грузового тягача чугунная, поэтому ТК задней частью концентратора сваривается с приемной выхлопной трубой, а к передней части ТК посредством сварки монтируется переходной фланец, который в дальнейшем соединяется с поворотным отходящим фланцем от турбокомпрессора.

Устройство в системе выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, включающее корпус, выполненный в виде гладкой цилиндрической трубы с входным и выходным отверстиями, в которой расположен направляющий аппарат закручивания потока отработавших газов, выполненный в виде плоских отклоняющих пластин, установленных неподвижно на внутренней поверхности цилиндрической трубы, под углом к центральной оси, с переменными, возрастающими по ходу потока отработавших газов поверхностями, с образованием приосевой области, свободной от отклоняющих пластин, соосно связывающей направляющий аппарат закручивания потока отработавших газов с генерирующей камерой, генерирующая камера связана соосно с диффузором, который имеет форму пустотелого усеченного конуса, установленного меньшим основанием во внутренний объем генерирующей камеры и соединенного герметично с генерирующей камерой большим основанием усеченного конуса, отличающееся тем, что на корпусе расположена рубашка охлаждения с направляющими потока антифриза и двумя патрубками: входным патрубком антифриза, расположенным тангенсообразно на выходе потока выхлопных газов, и выходным патрубком антифриза, расположенным тангенсообразно на входе потока выхлопных газов.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Двигатель (1) внутреннего сгорания с турбонаддувом имеет по меньшей мере два турбокомпрессора (8, 9), по меньшей мере два цилиндра (3) и головку (2) цилиндров, выполненную с возможностью соединения с блоком цилиндров со стороны сборочного конца.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Двигатель (1) внутреннего сгорания с турбонаддувом имеет по меньшей мере два турбокомпрессора (8, 9) на выхлопных газах и по меньшей мере одну головку (2) цилиндров с по меньшей мере двумя цилиндрами (3).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Двигатель (1) внутреннего сгорания с турбонаддувом имеет по меньшей мере два турбокомпрессора (8, 9) и по меньшей мере одну головку (2) цилиндров с двумя цилиндрами (3) с рядным расположением цилиндров вдоль продольной оси головки (2) цилиндров.

Изобретение относится к способу подачи тепловой энергии в устройство для нейтрализации отработавших газов. Способ подачи тепловой энергии в устройство для нейтрализации отработавших газов (2), размещенное в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания, в особенности дизельного двигателя, путем подогрева отработавших газов, набегающих на устройство для нейтрализации отработавших газов (2) до требуемой температуры.

Изобретение может быть использовано в системе очистки выхлопных газов транспортного средства аварийной службы. Система (20) очистки выхлопных газов транспортного средства аварийной службы содержит узел уведомления (52A), (53), (53A), узел определения (33), модуль (25) управления и основной фильтр (42M).

Изобретение относится к устройству для распределения текучих сред, в частности смеси воды с мочевиной или жидкого топлива, в газовыпускных системах двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом. Система (5) двигателя содержит двигатель (10) внутреннего сгорания, имеющий головку (11) цилиндров, выпускной коллектор (14) с жидкостным охлаждением, турбокомпрессор (20) с турбиной, расположенной с возможностью приема потока выхлопных газов из выпускного коллектора (18) двигателя, и внешний перепускной клапан (30), предназначенный для управления обводным потоком выхлопных газов, протекающим через турбокомпрессор.

Изобретение может быть использовано в устройствах рекуперации тепла выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Устройство (12) рекуперации тепла выхлопных газов содержит первый трубопровод (16), по которому протекают выхлопные газы из двигателя (14), второй трубопровод (18), ответвленный от первого трубопровода (16) и включающий в себя блок (26) рекуперации тепла, позволяющий теплу выхлопных газов воздействовать на теплоноситель, клапанный элемент (34) и приводной элемент (36).

Изобретение относится к устройству рекуперации тепла отработавших газов, которое осуществляет теплообмен между отработавшим газом, выпущенным из двигателя внутреннего сгорания и теплообменной средой.

Изобретение относится к области амфибийных корпусных машин и касается конструкций колесных и гусеничных плавающих машин. Амфибийное транспортное средство содержит корпус, гусеничный или колесный движитель, маршевый двигатель и газоотвод отработавших газов маршевого двигателя.

Изобретение относится к устройству для обеспечения жидкой добавки для автомобиля. Устройство (1) для обеспечения жидкой добавки для автомобиля (2), имеющее бак (3) для хранения жидкой добавки и узел (4) подачи для подачи жидкой добавки из бака (3) и датчик (6), который излучает и принимает волны и выполнен для того, чтобы посредством измерения времени прохождения волн вдоль измерительного участка (7) до поверхности (8) жидкости в баке (3) и обратно к датчику (6) измерять уровень жидкой добавки в баке (3), причем измерительный участок (7), по меньшей мере частично, проходит через измерительный канал (9), и, кроме того, в измерительном канале (9) оканчивается, по меньшей мере, один трубопровод (5) обратной промывки, так что может происходить промывка измерительного канала (9) к баку (3).

Изобретение относится к автоматической диагностике системы селективного каталитического восстановления (СКВ) транспортного средства. Транспортное средство снабжено двигателем внутреннего сгорания и системой СКВ, расположенной ниже двигателя по потоку отработавших газов.

Изобретение относится к устройствам для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство включает в себя катализатор (7) окислов азота (NOx), расположенный в выпускном трубопроводе (3) двигателя (1) внутреннего сгорания для восстановления окислов азота с помощью восстанавливающего агента, подаваемого к нему, устройство (6) подачи, которое подает мочевину к катализатору (7) окислов азота выше по потоку относительно катализатора (7) окислов азота, фильтр (5), расположенный в выпускном трубопроводе выше по потоку относительно устройства (6) подачи, чтобы улавливать твердые частицы (ТЧ) в отработавших газах.

Изобретение может быть использовано в диагностике системы рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Способ диагностики двигателя (10), имеющего клапан (60) для разбавления воздуха на впуске отработавшими газами двигателя, заключается в том, что устанавливают признак дефекта клапана (60), когда при подаче топлива в двигатель (10) на клапан (60) подают команду на закрытие, но выходной сигнал датчика (66) кислорода соответствует концентрации кислорода, меньшей, чем концентрация кислорода в наружном воздухе.

Изобретение относится к системе для определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа. Система определения износа устройства регулирования выпуска выхлопного газа, включающая в себя: катализатор селективного восстановления NOx, обеспеченный на пути выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания и использующий аммиак в качестве восстановителя; блок подачи восстановителя, который подает аммиак или предшественник аммиака в выхлопной газ, текущий в катализатор селективного восстановления NOx, выше по потоку от данного катализатора селективного восстановления NOx; катализатор, обеспеченный ниже по потоку от катализатора селективного восстановления NOx и имеющий окислительную способность; датчик NOx, обеспеченный ниже по потоку от катализатора, имеющего окислительную способность, предназначенный для детектирования NOx в выхлопном газе, вытекающем из катализатора, имеющего окислительную способность, а также детектирования аммиака в выхлопном газе в виде NOx; блок определения износа, который выполняет определение износа катализатора селективного восстановления NOx на основании измеряемой датчиком NOx величины.

Изобретение относится к устройству для защиты каталитического нейтрализатора и к способу защиты каталитического нейтрализатора для двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к устройству для обработки выхлопных газов. Устройство (1) для обработки выхлопных газов, содержит впускную трубу (2) для ввода образованного в результате сгорания отработанного газа; выпускную трубу (3) для выпуска образованного в результате сгорания отработанного газа; газонепроницаемый внутренний корпус (7), который соединен по текучей среде с впускной трубой (2) на одной стороне и с выпускной трубой (3) на другой стороне, для размещения в нем фильтра (4) частиц; соединительный элемент (9), который расположен в области (8) соединения внутреннего корпуса (7), обращенной к выпускной трубе (3) относительно направления потока, для механического соединения фильтра (4) частиц с внутренним корпусом (7); окислительный нейтрализатор (5), расположенный выше по потоку по отношению к фильтру (4) частиц во внутреннем корпусе (7), для катализа реакции восстановления образованного в результате сгорания отработанного газа; по меньшей мере одно место (11, 12, 13, 14) измерения, расположенное на максимальной длине (L) фильтра (4) частиц относительно направления потока, для измерения противодавления, созданного фильтром (4) частиц, при работе устройства (1) для обработки выхлопных газов.

Изобретение относится к способу диагностики катализатора окисления в линии выпуска газа. Способ диагностики катализатора окисления (40) в линии (20) выпуска газов (90), выходящих из двигателя внутреннего сгорания (80), причем выпускная линия (20) содержит устройство селективного каталитического восстановления (60), находящееся за катализатором окисления (40), относительно направления выпуска газов.

Изобретение относится к способу определения распределения температуры блока нейтрализатора для отработавших газов. Способ основан на модели определения распределения температуры блока нейтрализации для отработавших газов, в частности катализатора, также в качестве SCR катализатора, или фильтра частиц, с аксиально-обтекаемыми отработавшими газами и в модели блока нейтрализации по меньшей мере аксиально-сегментированным выполнением, аксиальной теплопередачей между сегментами по меньшей мере преимущественно через отработавший газ, а также с радиальной теплопередачей от периметра блока нейтрализации в окружающую среду.

Изобретение может быть использовано в устройствах управления для двигателей внутреннего сгорания. Устройство управления для двигателя внутреннего сгорания включает воздушный насос для подачи вторичного воздуха через воздуховод в выхлопную систему двигателя внутреннего сгорания, блок открытия/закрытия, который обеспечивает открытие и закрытие воздуховода для подачи вторичного воздуха и блок управления.

Изобретение относится к выхлопным устройствам для двигателей внутреннего сгорания. Глушитель содержит перегородки с образованием камер вблизи торцов корпуса, заполненных минеральной ватой из каменного материала.
Наверх