СИСТЕМА ВЫХЛОПА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1995 года по МПК F01N7/14 

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно автомобилестроению, и может найти применение в конструкциях выхлопных систем двигателей, снабженных тепло- и звукоизоляцией.

Вследствие того, что компоненты системы выхлопа двигателя внутреннего сгорания (выхлопной коллектор или газоприемник, термический или каталитический нейтрализаторы, глушители выхлопа и соединительные трубопроводы) являются интенсивными излучателями тепло- и звуковой энергии, названные элементы, как правило, снабжаются устройствами тепло- и звукоизоляции, которые в свою очередь являются конструктивно сложными и дорогостоящими устройствами [1,2,3]
Известна система выхлопа двигателя внутреннего сгорания [4] содержащая подключенный к цилиндрам двигателя по меньшей мере один из элементов: приемную трубу или выхлопной коллектор, термический или каталитический нейтрализатор, дополнительный и/или основной глушители, причем внешние поверхности по меньшей мере части элементов снабжены полыми вакуумированными кожухами.

Недостатком прототипа является невысокая надежность в работе, поскольку в конструкции не предусмотрены элементы компенсации температурного расширения. Кроме того, жесткое крепление кожухов усиливает динамическое их возбуждение механическим путем от зон подсоединения к теплонапряженным элементам (выхлопным трубам), что усиливает корпусной звук, излучаемый кожухом в окружающую среду.

Цель изобретения повышение работоспособности и шумоизоляции системы выхлопа.

Сущность изобретения заключается в том, что в известной системе выхлопа энергетической установки, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащей подключенный к цилиндрам двигателя по меньшей мере один из элементов приемную трубу или выхлопной коллектор, дополнительный и/или основной глушители, термический или каталитический нейтрализатор, причем внешние поверхности по меньшей мере части элементов снабжены полыми герметичными вакуумированными кожухами, названные кожухи снабжены термокомпенсаторами, размещенными в их стенках. При этом кожухи закреплены с помощью упругих виброизолирующих элементов, а их стенки могут быть выполнены вогнуто-выпуклыми. В полостях кожухов с зазором устанавливаются армирующие элементы, выполненные из термоизоляционного материала.

При таком конструктивном исполнении нормальное функционирование системы обеспечивается за счет введения в ее конструкцию термокомпенсаторов и за счет монтажа кожухов с помощью упругих виброизолирующих элементов, выполненных из материала с высоким коэффициентом потерь.

На фиг. 1 показана система выхлопа (вариант исполнения); на фиг. 2 основной глушитель выхлопа; на фиг. 3 дополнительный глушитель выхлопа; на фиг. 4 термический нейтрализатор; на фиг. 5-7 на базе конструкции дополнительного глушителя показаны возможные варианты изготовления кожухов с термокомпенсаторами; на фиг. 8 вариант крепления кожуха с помощью упругих виброизолирующих элементов; на фиг. 9 и 10 варианты кожухов с вогнуто-выпуклыми стенками корпуса; на фиг. 11 сечение А-А на фиг.9.

Система выхлопа содержит подключенную к цилиндрам 1 двигателя 2 трассу выхлопных труб 3, в которой установлены приемная труба 4, термический нейтрализатор (дожигатель отработавших газов) 5, дополнительный 6 и основной 7 глушители выхлопа. Внешние поверхности элементов 4-7 заключены в полые герметичные вакуумированные кожухи 8.

На фиг. 2-7 кожухи 8 снабжены термокомпенсаторами 9.

На фиг. 8 кожух 8 крепится посредством упругих виброизолирующих элементов 10, которые выполнены из материала с высоким коэффициентом потерь и непроницаемого для газа.

На фиг. 9-11 показаны "ужесточенные" варианты конструкции кожухов с вогнуто-выпуклыми стенками корпуса и установленными внутри вакуумированной полости с гарантированным зазором армирующими элементами 11, которые выполнены из термоизоляционного материала.

В вакуумированной полости свободный пробег находящихся в ней молекул становится больше, чем расстояние между стенками элементов 4-7 и внутренней поверхностью кожуха 8. Молекулы при этом перемещаются между названными стенками туда и обратно. Переносимая ими энергия тем меньше, чем меньше плотность находящегося в полости газа (чем выше степень вакуумирования). Аналогичная картина происходит в широко известном термосе, сосуде с двойными стенками между которыми выкачан воздух.

При создании вакуумированных полостей вокруг корпуса каталитического нейтрализатора (в рассмотренной схеме он не показан) следует учитывать следующее обстоятельство. Окислительные и восстановительные реакции, протекающие в каталитическом нейтрализаторе, наиболее эффективны (т.е. происходят с наиболее высокой скоростью) в узком диапазоне коэффициента избытка воздуха, близком к стехиометрическому (0,95-0,98). При этом происходит эффективная нейтрализация всех трех основных токсичных компонентов окиси азота, углеводородов и окиси углерода. Окись углерода и углеводороды окисляются с образованием конечных продуктов сгорания топлива углекислого газа и воды, а окись азота восстанавливается преимущественно в реакции с окисью углерода
2NO + 2CO ->> N₂ + 2CO₂
В трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах предельная температура выхлопных газов не должна превышать 800^оС. При более 800^оС происходит потеря активности катализатора, а при более 1100^оС оплавление блока каталитического вещества.

Для обеспечения необходимого температурного режима работы такого нейтрализатора его приходится размещать на достаточно близком расстоянии от выпускного клапана, что весьма затрудняет компоновку под днищем автомобиля. Вакуумированная оболочка позволяет устанавливать нейтрализатор на более удаленном расстоянии от выпускного клапана, что упрощает компоновку системы. Введение в конструкцию кожухов 9 термических компенсаторов позволяет скомпенсировать температурные деформации и колебания давления атмосферы, а также ослабить динамическое возбуждение кожуха 8 механическим путем от зон подсоединения его с элементами 4-7, или выхлопными трубами 3, это соответственно ослабляет корпусный звук, излучаемый кожухом в окружающую среду. С этой целью целесообразно крепить кожух 8 сваркой встык.

Упругие виброизолирующие элементы 10 (фиг.8), выполненные из материала с высоким коэффициентом потерь, обеспечивают малую проводимость тепла в зоне крепления кожуха 8, а значит и передачу тепла в кожух 8.

На фиг. 9-11 показана ужесточенная конструкция кожуха 8, что обеспечивается выполнением его стенки вогнуто-выпуклой формы, а также установкой в вакуумированной полости армирующих элементов 11, выполненных из термоизоляционного материала, например фторопласта. Форма элементов 11 в зависимости от конкретной конструкции, например, глушителя выхлопа, может быть самой различной.

За счет использования вакуума в полостях кожухов 8, снабженных элементами термокомпенсации, повышается работоспособность системы в целом и улучшаются ее акустические качества.

Использование: в машиностроении, преимущественно в устройствах выхлопных систем автомобильных двигателей. Сущность изобретения: система содержит подключенную к цилиндрам 1 двигателя 2 трассу выхлопных труб 3, в которой установлены приемная труба 4, термический нейтрализатор 5, дополнительный 6 и основной 7 глушители выхлопа. Внешние поверхности элементов 4 7 заключены в полые герметичные вакуумированные кожухи. Кожухи снабжены термокомпенсаторами и закреплены на элементах 3 7 посредством упругих виброизолирующих элементов. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. СИСТЕМА ВЫХЛОПА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащая подключенный к цилиндрам двигателя по меньшей мере один из элементов, приемную трубу или выхлопной коллектор, термический или каталитический нейтрализатор, дополнительный и/или основной глушители, причем внешние поверхности по меньшей мере части элементов снабжены полыми герметичными вакуумированными кожухами, отличающаяся тем, что кожухи снабжены термокомпенсаторами, размещенными в их стенках. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что кожухи закреплены с помощью упругих виброизолирующих элементов. 3. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что стенки кожухов выполнены вогнуто-выпуклыми. 4. Система по пп.1-3, отличающаяся тем, что в полостях кожухов с зазором установлены армирующие элементы, выполненные из термоизоляционного материала.