УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F01N7/08 

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к устройствам для выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, и может быть применено в качестве дополнительного глушителя шума, например, в конструкции легковых автомобилей.

Известно устройство для выпуска отработанных газов (глушения шума) двигателя внутреннего сгорания, содержащее выхлопные трубы, соединенные с газоприемником, вдоль оси которого установлена разделительная пластина, и трубу для вывода газов из газоприемника.

Недостатком этого устройства является малая эффективность глушения шума вследствие небольшого выравнивания полей давления в выпускных трубах.

Целью изобретения является повышение экологических характеристик путем повышения степени очищения выхлопных коллекторов от отработанных газов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем выхлопные трубы, соединенные с газоприемником, вдоль оси которого установлена разделительная пластина, и трубу для вывода газа из газоприемника, причем пластина выполнена с пазом, расположенным вдоль оси газоприемника. Новым является также то, что паз имеет форму конуса, основание которого обращено в сторону трубы для вывода газа из газоприемника.

Выполнение разделительной пластины с пазом, расположенным вдоль оси газоприемника, повышает степень очищения выхлопных коллекторов (труб) за счет возникновения в газоприемнике эффекта эжекции, а также повышает эффективность глушения шума за счет того, что при прохождении через паз происходит частичное рассеивание акустической энергии выхлопных (отработанных) газов.

На фиг.1 изображено устройство для выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, где разделительная пластина имеет прямой паз; на фиг.3 - то же, но паз имеет форму конуса; на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.1.

Устройство для выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания (фиг.1) состоит из газоприемника 1, выполненного из двух половин, внутри которого установлена разделительная пластина 2, двух выхлопных труб 3 и 4, соединенных с двигателем внутреннего сгорания 5, имеющим, например, четыре цилиндра I, II, III и IV, и трубы 6 для вывода газа из газоприемника 1. Разделительная пластина 2 установлена вдоль оси газоприемника 1 по всей его длине и выполнена с прямым пазом 7 (фиг.2) или конусообразным пазом 8 (фиг. 3), основание которого обращено в сторону трубы 6, при этом ось паза совпадает с осью газоприемника 1. Паз 7 или 8 может быть выполнен как по центру пластины 2, так и со смещением. Разделительная пластина 2 делит внутреннюю полость газоприемника 1 на две зоны 9 и 10, начальные области которых обозначены буквами М и Н.

Устройство для выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

При работе двигателя внутреннего сгорания 5, например, в цилиндре IV осуществляется так выпуска. При этом по выхлопной трубе 4 отработанные газы поступают в зону 10 полости газоприемника 1. Здесь часть потока газов по стрелке V устремляется прямо к трубе 6, а часть потока по стрелке VI через паз 7 или 8 в разделительной пластине 2 с сопротивлением проходит в зону 9 полости газоприемника 1. При прохождении через паз 7 или 8 разделительной пластины 2 давление отработанных газов уменьшается, а скорость потока увеличивается (возрастает). В результате этого в зоне 9 полости газоприемника 1 реализуется эффект эжекции остаточных газов из выхлопной трубы 3 потоком газа, перетекающим из зоны 10 полости газоприемника 1 в зону 9, чем достигается более полное очищение выхлопного коллектора, следовательно, соответствующих цилиндров двигателя внутреннего сгорания 5.

Величина снижения давления может быть найдена из условий сохранения энергии, импульса и расхода в процессе протекания газа через паз (щель) и последующего смещения. Вследствие пологости газодинамической функции импульсов
f(λ) = (λ²+1) 1-
(1) где λ = - коэффициент скорости,
K = - показатель адиабаты,
V - скорость течения (потока газа),
С_кр - критическая скорость звука при данной температуре,
С_р, С_v - изобарическая и изохорическая теплоемкость газа, в диапазоне 0,15 < λ < 1 (3), что характерно для параметров потока выхлопных газов в камере смешения (в газоприемнике 1). Поэтому для вычисления давления (при θ = ≈ 11, где Т₁ - температура выхлопных газов на выходе из выхлопной трубы 4, а Т₃ - температура выхлопных газов на выходе из выхлопной трубы 3, поскольку можно пренебречь сжимаемостью газов в камере смешения (в газоприемнике 1), будем иметь следующее выражение (3, 4)
P₂ = (2) где P₂ - давление в зоне 9 полости газоприемника 1,
Р₁ - давление на выходе их выхлопной трубы 4,
Р₃ - давление на выходе из выхлопной трубы 3,
α = - геометрический параметр камеры смешения (газоприемника 1),
S₃ - площадь паза 7 или 8 разделительной пластины 2,
S₄ = S₁ - площадь выхлопной трубы 3 или 4 соответственно.

Из условий сохранения энергии и расхода получаем
ΔP = (P₁-P₂) = ρv- 1
(3) где S₂ - площадь разделительной пластины 2,
V₁ - скорость истечения газа из выхлопной трубы 4.

Решая совместно уравнения (2) и (3), получаем
P₃= P₁-ρv- 1(α+1)
(4) или
P₃ = P1 - (α+1)- 1
(5)
Обозначим = β (геометрический параметр), тогда получим
P₃ = P₁1 - (α+1) (β²-1)
(6)
Так как Р₁ ≈ Р'₁, где Р'₁ - давление в зоне 10 полости газоприемника 1, можно записать
P₃ = P1 - (α+1) (β²-1)
(7)
Из выражения (7) видно, что давление на выходе выхлопной трубы 3 всегда меньше давления в зоне 10 полости газоприемника 1, следовательно газы, находящиеся в этой трубе по стрелке VII, устремятся к трубе 6.

Анализируя выражение (7), можно сделать вывод, что с увеличением α и β давление Р₃ понижается, то так как с ростом растет и скорость истечения через паз 7 или 8 разделительной пластины 2, а следовательно, и потери энергии, то для оптимального процесса истечения выбираем
0,9 < < 1,1
4 < β < 20
Для повышения эффективности процесса эжекции, т.е. увеличения его КПД, паз в разделительной пластине 2 имеет форму конуса, основание которого обращено в сторону трубы 6 для вывода газа из газоприемника 1.

Угол раскрытия γ паза 8 разделительной пластины 2 (угол при вершине конуса) из условия обеспечения минимальных потерь рекомендуется выбирать в пределах 6...8^о, а l₁< l₂ (3).

Такой же процесс осуществляется в газоприемнике 1 и во время такта выпуска выхлопных газов из цилиндров двигателя внутреннего сгорания 5, соединенных с выхлопной трубой 3, но в обратном порядке, т.е. дополнительно очищается от отработанных газов выхлопная труба 4, а, следовательно, и выхлопной коллектор.

При больших оборотах двигателя частота пульсаций полей давлений с обеих сторон разделительной пластины 2 за счет инерционности струи обеспечивает постоянно-попеременное пониженное давление в областях М и Н, что способствует повышению степени очищения выхлопных коллекторов (труб) и повышению эффективного КПД самого двигателя 5. Одновременно за счет прохождения пульсирующей составляющей потока отработанных газов из зоны с большим давлением в зону с меньшим давлением через паз 7 или 8 разделительной пластины 2 происходит частичное рассеивание акустической энергии, в результате чего достигается снижение шума выхлопа и, следовательно, повышение шумоглушения всей системы.

Предлагаемое устройство для выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания по сравнению с существующим обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:
повышаются экологические характеристики за счет повышения степени очищения выхлопных коллекторов от выхлопных газов путем возникновения в газоприемнике эффекта эжекции;
повышается эффективность глушения шума за счет частичного рассеивания акустической энергии при прохождении отработанных газов через паз в разделительной пластине.

Изобретение может быть использовано на предприятиях, занимающихся изготовлением и эксплуатацией, например, легковых автомобилей.

Использование: а автомобилестроении, а именно в устройствах для выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания. Сущность: разделительная пластина выполнена с пазом, расположенным вдоль оси газоприемника, причем паз выполнен в форме конуса, основание которого обращено в сторону трубы для вывода газа из газоприемника. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее выхлопные трубы, соединенные с газоприемником, вдоль оси которого установлена разделительная пластина, и трубу для вывода газа из газоприемника, отличающееся тем, что пластина выполнена с пазом, расположенным вдоль оси газоприемника. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что паз выполнен в форме конуса, основание которого обращено в сторону трубы для вывода газа из газоприемника.