ПРОХОДНОЙ ИЗОЛЯТОР С ЗАЩИТОЙ ОТ ЭЛЕКТРОКОРРОЗИИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК F01N3/20 

Изобретение относится к проходному изолятору для ввода по меньшей мере одного электрического проводника через металлический кожух системы выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, в частности через кожух каталитического преобразователя с электрическим подогревом.

Загрязнение воздуха отработанными автомобильными газами находится в центре внимания экологической политики. Законоположения многих стран предусматривают с 2000 года снижение выбросов вредных веществ двигателями внутреннего сгорания. По мере повышения требований к снижению содержания вредных веществ в отработанных газах, выбрасываемых автомобилями, в двигателях внутреннего сгорания применяются все более сложные системы нейтрализации отработанных газов. В частности, для уменьшения выброса вредных веществ в фазе холодного пуска двигателя внутреннего сгорания наряду с трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами с электронным регулированием (от кислородного датчика) применяются каталитические преобразователи с электрическим подогревом. Одна из таких систем известна, например, из WO 92/02714. Серьезной проблемой в каталитических преобразователях с электрическим подогревом является ввод электрических проводников от источника напряжения через кожух преобразователя. Одно из возможных решений проблемы ввода электрических проводников известно из WO 94/18442.

Было установлено, что проходной изолятор и/или электрический проводник могут выйти из строя в результате коррозии.

В основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать проходной изолятор описанного выше типа таким образом, чтобы он обладал более высокой стойкостью к коррозии.

Данная задача решается с помощью проходного изолятора для ввода по меньшей мере одного электрического проводника через металлический кожух системы выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, в частности через кожух каталитического преобразователя с электрическим подогревом, причем кожух в зоне проходного изолятора имеет втулку из металлического материала, которая соединена с кожухом и через которую проходит проводник. Согласно изобретению проходной изолятор имеет защиту, позволяющую избежать его электрокоррозии. Изобретение основано на том факте, что коррозия проходного изолятора вызывается главным образом образованием в зоне изолятора гальванических элементов. Из-за наличия в изоляторе различных металлических материалов, где отдельные компоненты находятся под действием различных электрических потенциалов, при добавлении электролита образуются гальванические элементы. Таким электролитом может оказаться вода, прежде всего соленая вода. Для недопущения электрокоррозии, вызванной образованием гальванических элементов, проходной изолятор снабжен защитой, которой в предпочтительном варианте осуществления изобретения служит по меньшей мере один протекторный электрод, электрически соединенный с втулкой. Хотя в результате этого и не удается избежать образования гальванических элементов, электрокоррозии подвергаются не детали проходного изолятора, а прежде всего протекторный электрод, и таким образом появляется возможность уменьшить коррозию изолятора. В предпочтительном варианте выполнения защиты протекторный электрод расположен на втулке. При этом протекторный электрод имеет кольцевую форму и соединен со втулкой с силовым и/или геометрическим замыканием. Благодаря соединению втулки с протекторным электродом последний при необходимости можно заменить. Преимущество размещения протекторного электрода на втулке состоит также в том, что электрод можно проверять визуально без необходимости проведения сложных демонтажных работ. Для соединения протекторного электрода со втулкой с силовым замыканием предлагается крепить его путем прессования или запрессовки в горячем состоянии.

Согласно еще одному предпочтительному варианту протекторный электрод располагают на кожухе. Соединение протекторного электрода с кожухом предпочтительно выполнить разъемным. С этой целью предлагается размещать протекторный электрод на болте, жестко соединенном с кожухом. При такой компоновке упрощается замена электрода. Кроме того, имеется возможность размещения на кожухе нескольких протекторных электродов, что позволяет избежать пространственных ограничений, связанных с протекторным электродом, как это может иметь место при размещении электрода на втулке. Протекторный электрод предпочтительно соединять со втулкой проводником из материала с хорошей электропроводностью, в частности, медным проводником.

Проводник проходного изолятора соединяется с источником напряжения электрическим проводом. Для соединения электрического провода с проводником используются контактные элементы. Предлагается выполнять протекторный электрод на контактном элементе. Преимущество такого варианта заключается в возможности использовать для изготовления каталитического преобразователя с электрическим подогревом уже известный технологический процесс. Для обеспечения надежного контакта между проводником и контактным элементом предлагается соединить проводник с контактным элементом с силовым и/или геометрическим замыканием.

Согласно еще одному варианту предлагается снабдить контактный элемент защитным покрытием, наносимым непосредственно на контактный элемент. Защитное покрытие может быть выполнено, например, из цинка, и оно действует как анод.

Наряду с вышеописанными различными вариантами размещения протекторного электрода его можно расположить непосредственно на электрическом проводе, соединенном, с одной стороны, с проводником, а с другой стороны, с источником напряжения. Протекторный электрод можно при этом присоединять к электрическому проводу, например, опрессовкой.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом предлагается изготавливать протекторный электрод из материала, который по сравнению с материалом проводника и втулки в электрохимическом ряду напряжений металлов является менее благородным. Электрод предпочтительно выполнять из цинка. Нормальный электрохимический потенциал цинка в ряду напряжений равен -0,76 В. Нормальный электрохимический потенциал электрода из никеля равен -0,24 В. Оба протекторных электрода образуют отрицательный полюс гальванического элемента.

Согласно другому предпочтительному варианту предлагается снабдить проходной изолятор защитой, увеличивающей длину пути электрического тока образующегося гальванического элемента. Поскольку электрическое сопротивление зависит, в частности, также от длины электропроводки, за счет увеличения длины пути электрического тока создается сопротивление, уменьшающее величину тока, а тем самым и электрокоррозию. Особый интерес такое удлинение пути электрического тока представляет для каталитических преобразователей с электрическим подогревом, работающих при более высоких напряжениях. Подобный каталитический преобразователь с электрическим подогревом может, например, работать под напряжением около 30 В. В одном из конкретных вариантов выполнения защита обеспечивается за счет неэлектропроводного защитного покрытия, закрывающего выступающий из кожуха торец втулки и нанесенного по меньшей мере в один слой. Предпочтительно выполнить защитное покрытие или по крайней мере наружный слой защитного покрытия из гидрофобного материала. Это позволяет избежать скопления электролита в виде воды на защитном покрытии, чем в первую очередь собственно и обусловлено возникновение электрокоррозии.

В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом предлагается выполнять защитное покрытие по меньшей мере из одного слоя пластмассы, преимущественно, из силикона. В качестве альтернативы силикону защитное покрытие можно изготавливать из стекла. В принципе защитное покрытие должно выполняться из непористого материала. При этом защитное покрытие может полностью закрывать наружную поверхность втулки и доходить до кожуха.

В другом предпочтительном варианте проходного изолятора электрокоррозия предотвращается благодаря тому, что защита создается за счет электрического замыкания кожуха на потенциал массы. Благодаря этому предотвращается нарастание потенциала на отрицательном полюсе проходного изолятора, что эффективно препятствует электрокоррозии.

Согласно следующему предпочтительному варианту предлагается снабдить проходной изолятор защитой, которая включает корпус из электроизоляционного материала. Корпус располагается на втулке, не пропускает жидкость и имеет по меньшей мере одно сквозное отверстие под проводник. Благодаря этому обеспечивается герметизация проходного изолятора в закрытом корпусе, что препятствует контактированию электролита с элементами изолятора.

В предпочтительном варианте выполнения защиты между корпусом и втулкой предусматривают по меньшей мере один уплотнительный элемент. Уплотнительный элемент предпочтительно располагать на втулке. Уплотнительный элемент может быть выполнен, например, в виде кольца круглого сечения.

С той целью, чтобы в жестких условиях эксплуатации, например, легкового автомобиля, корпус всегда оставался на втулке и не соскальзывал с нее от сотрясений и вибраций, предлагается фиксировать корпус на втулке с блокировкой от самопроизвольного отсоединения. Такое заблокированное от самопроизвольного отсоединения крепление корпуса на втулке предпочтительно осуществлять с помощью по меньшей мере одного стопорного элемента, упирающегося в предусмотренный на втулке тыльный уступ. В качестве стопорного элемента можно использовать, например, шплинт, кольцо или П-образную скобу, предпочтительно разъемно соединенных с корпусом. Стопорный элемент может при этом располагаться с внутренней стороны корпуса. Кроме того, можно предусмотреть в корпусе по меньшей мере одно отверстие, в которое вставляется, например, шплинт.

Корпус предпочтительно выполнять из пластмассы. В таком корпусе стопорный элемент предпочтительно выполнить в виде бортика, отформованного на корпусе. При этом бортик упирается в предусмотренный на втулке тыльный уступ. Отформованный бортик может быть выполнен заодно целое с корпусом. Предпочтителен вариант, в котором бортик выполнен упругим. Соединение корпуса со втулкой осуществляется при этом по принципу защелки. Корпус предпочтительно изготавливать из пластмассы методом литья под давлением.

Другие преимущества и особенности предлагаемого проходного изолятора поясняются ниже на примерах предпочтительных вариантов его выполнения со ссылкой на чертежи, на которых показаны:
на фиг. 1 - первый пример выполнения проходного изолятора с протекторным электродом в продольном сечении,
на фиг. 2 - второй пример выполнения проходного изолятора с протекторным электродом в продольном сечении,
на фиг. 3 - третий пример выполнения проходного изолятора с защитным покрытием в продольном сечении,
на фиг. 4 - четвертый пример выполнения проходного изолятора в продольном сечении,
на фиг. 5 - пятый пример выполнения проходного изолятора с корпусом в продольном сечении,
на фиг. 6 - шестой пример выполнения проходного изолятора с корпусом в продольном сечении,
на фиг. 7 - седьмой пример выполнения проходного изолятора с корпусом в продольном сечении и
на фиг. 8 - восьмой пример выполнения проходного изолятора с корпусом в продольном сечении.

На фиг. 1 представлен первый пример выполнения проходного изолятора 1 для ввода электрического проводника 2 через металлический кожух 3 системы выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, в частности, через кожух каталитического преобразователя с электрическим подогревом. Конструкция такого каталитического преобразователя известна, например, из WO 92/02714.

В кожухе 3 имеется сквозное отверстие 4, через которое проходит втулка 5. Металлическая втулка 5 приварена к кожуху 3. Позицией 6 обозначен сварной шов между втулкой 5 и кожухом 3. Через втулку 5 проходит проводник 2. Входящий в кожух 3 конец 7 проводника 2 электрически контактирует с каталитическим преобразователем (не показан). Выходящий из втулки 5 и выступающий из кожуха 3 конец 8 проводника 2 служит для электрического соединения с электрическим проводом (не показан), соединенным с источником напряжения (не показан).

Между проводником 2 и втулкой 5 предусмотрена электроизоляция 9, препятствующая электрическому контакту между втулкой 5 и проводником 2. В качестве изоляции 9 можно использовать, например, оксид алюминия.

Как видно на фиг. 1, втулка 5 выступает наружу из кожуха 3. На этом выступающем конце втулки 5 установлен протекторный электрод 10. Этот протекторный электрод 10 соединен с силовым замыканием с втулкой 5.

Протекторный электрод 10 выполнен кольцевым. Внутренняя и наружная формы протекторного электрода 10 могут быть согласованы с конструктивными особенностями, например, втулки 5.

Протекторный электрод 10 предпочтительно выполнить из цинка. Если сверху втулки 5 скапливается электролит, например, в виде соленой воды, что вызывает контакт проводника 2 с втулкой 5, то электрический ток проходит через протекторный электрод 10, в результате чего коррозии подвергается последний, предохраняя тем самым от коррозии втулку 5 и проводник 2.

На фиг. 2 показан второй пример выполнения проходного изолятора с протекторным электродом. Принципиальная конструкция проходного изолятора 1 на фиг. 2 соответствует таковой на фиг. 1. Электрический проводник 2 проходит через втулку 5. Между втулкой 5 и электрическим проводником 2 имеется изоляция 9. Втулка 5 расположена в сквозном отверстии 4 кожуха 3. Втулка приварена к кожуху 3.

На кожухе 3 каталитического преобразователя расположен протекторный электрод 10. Этот протекторный электрод 10 может быть насажен на болт (не показан), соединенный с кожухом 3. Протекторный электрод 10 с помощью электрического, предпочтительно, медного провода 11 соединен с втулкой 5. В показанном на фиг. 2 примере на втулке 5 имеется манжета 12 из материала, обладающего высокой электропроводностью. Манжета 12 соединена с электрическим проводом 11. Преимущество показанного на фиг. 2 варианта заключается в возможности относительно простой замены протекторного электрода 10. Кроме того, можно относительно просто производить визуальный контроль за состоянием электрода 10.

На фиг. 3 показан третий пример выполнения предлагаемого проходного изолятора для ввода электрического проводника 2 через металлический кожух 3 системы выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания. Кожух 3 имеет в зоне проходного изолятора 1 сквозное отверстие 4, через которое проходит втулка 5. Втулка 5 приварена к кожуху 3 сварным швом 6.

Между втулкой 5 и электрическим проводником 2 имеется электроизоляция 9, препятствующая электрическому контакту между проводником 2 и втулкой 5, а тем самым и кожухом 3.

Проходной изолятор 1 снабжен защитой в виде не проводящего электрический ток защитного покрытия 14, закрывающего торец 13 и наружную поверхность втулки 5. Защитное покрытие 14 доходит до кожуха 3, отделяя тем самым снаружи втулку 5 вместе с изоляцией 9 от электрического проводника 2. В показанном примере защитное покрытие 14 выполнено однослойным, однако при необходимости защитное покрытие 14 можно выполнить и многослойным. Многослойное защитное покрытие может быть целесообразно в том случае, если втулка 5 и кожух 3 имеют различные характеристики теплового расширения, чтобы под воздействием температуры в защитном покрытии 14 не образовывались трещины в результате возникающего внутреннего напряжения. Предпочтительно защитное покрытие 14 выполняется непористым, что позволяет избежать скопления воды на его поверхности.

На фиг. 4 представлен еще один вариант проходного изолятора с защитой, предотвращающей электрокоррозию изолятора. В проходном изоляторе 1 электрический проводник 2 проходит насквозь через металлический кожух 3 каталитического преобразователя. Кожух 3 имеет сквозное отверстие 4, через которое проходит втулка 5. Втулка 5 изготовлена из металлического материала. Кожух 3 соединен с втулкой 5 сваркой. Внутри втулки 5 предусмотрена электрическая изоляция 9, в которую заключен проводник 2.

Для предотвращения электрокоррозии на изоляторе предусмотрена защита 15, которая с помощью электрического соединения обеспечивает замыкание кожуха 3, а тем самым и втулки 5 на потенциал массы. Защита 15 имеет контактный вывод 16, проходящий насквозь через отверстие 17 в кожухе 3. Вывод 16 приварен к кожуху 3 в зоне 18. Вывод 16, равно как и проводник 2, выполнены из одного и того же металла.

На фиг. 5 и 6 показаны примеры выполнения проходного изолятора с защитой в виде корпусов. Проводник 2 проходит через втулку 5, находящуюся в сквозном отверстии 4, выполненным в кожухе 3 каталитического преобразователя. Между проводником 2 и металлической втулкой 5 предусмотрена электроизоляция 9. Втулка 5 по краю сквозного отверстия 4 приварена к кожуху 3. Проводник 2 и втулка 5 заключены в корпус 19 из электроизолирующего материала. Корпус 19 крепится к втулке 5 влагонепроницаемым соединением, благодаря чему электролит не может контактировать с электрическим проводником 2. Корпус 19 имеет сквозное отверстие (не показано), через которое пропускается электрический провод, электрически соединяемый с проводником 2.

В показанном на фиг. 5 варианте между корпусом 19 и втулкой 5 имеется уплотнительный элемент 20. Уплотнительным элементом 20 является кольцо круглого сечения, надетое на втулку 5. Для фиксации уплотнительного кольца 20 на втулке 5 последняя имеет круговой фланец 21. С целью облегчить монтаж корпуса 19 на нем предусмотрен направляющий скос 22. Внутреннее сечение корпуса 19 согласовано с наружной формой уплотнительного элемента 20 таким образом, что последний при надетом корпусе сжимается, образуя соответствующую уплотняющую поверхность между втулкой 5 и корпусом 19. Благодаря этому исключается попадание электролита в корпус 19.

На фиг. 6 показан корпус 19, имеющий внутреннее круговое кольцо 23. Кольцо 23 прилегает тыльной стороной к уплотнительному элементу 20. Уплотнительный элемент 20 закрывает торец 13 втулки 5. Для увеличения уплотняющей поверхности между уплотнительным элементом 20 и втулкой 5 внутри последней предусмотрен выступ 24.

На корпусе 19 выполнен круговой бортик 25, который заходит за тыльный уступ 26 на наружной стенке втулки 5. Бортик 25 и тыльный уступ 26 образуют блокировку, предотвращающую самопроизвольное отсоединение корпуса 19.

На фиг. 7 показан седьмой пример выполнения проходного изолятора 1 для ввода электрического проводника 2 через металлический кожух 3 системы выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, в частности, через кожух каталитического преобразователя с электрическим подогревом. В кожухе 3 выполнено сквозное отверстие 4, через которое проходит втулка 5. Металлическая втулка 5 приварена к кожуху 3 сварным швом 6. Через втулку 5 проходит проводник 2, причем входящий в кожух 3 конец проводника 2 электрически контактирует с каталитическим преобразователем (не показан). Выходящий из втулки 5 и выступающий из кожуха 3 конец 8 проводника 2 служит для электрического соединения с электрическим проводом 29, соединенным с источником напряжения (не показан). Соединение проводника 2 с электрическим проводом 29 осуществляется с помощью контактного элемента 27. В представленном примере электрический провод 29 входит внутрь контактного элемента 27.

Для механического и электрического присоединения контактного элемента 27 к проводнику 2 контактный элемент 27 имеет глухое отверстие 30. Отверстие 30 и проводник 2 имеют круглое сечение. Соединение контактного элемента 27 с электрическим проводником 2 осуществляется по прессовой посадке 2-го класса точности, для чего отверстие 30 имеет соответственно меньший диаметр, чем проводник 2.

На контактном элементе 27 предусмотрено анодное защитное покрытие 28. Это защитное покрытие выполнено предпочтительно из цинка. На контактном элементе 27 расположен протекторный электрод 10. На фиг. 7 размещение протекторного электрода 10 на контактном элементе 27 приведено лишь в качестве примера и может соответственным образом варьироваться при условии сохранения функционального назначения протекторного электрода как такового.

На фиг. 8 показан еще один вариант, в котором протекторный электрод 10 расположен непосредственно на электрическом проводе 29, соединенном с контактным элементом 27. Соединение протекторного электрода 10 с электрическим проводом 29 может осуществляться путем опрессовки электрода 10 с электрическим проводом 29. Очевидно, что протекторный электрод при необходимости можно закрепить непосредственно на проводнике или его конце 8, если они не полностью закрываются контактным элементом 27.

Изобретение может быть использовано в системах выпуска отработавших газов ДВС. Проходной изолятор служит для ввода по меньшей мере одного электрического проводника через металлический кожух системы выпуска отработавших газов ДВС, в частности через кожух каталитического преобразователя с электрическим подогревом. Кожух в зоне изолятора имеет втулку из металлического материала. Втулка сваркой соединена с кожухом. Через втулку проходит проводник. На втулке расположен протекторный электрод. Проходной изолятор имеет более высокую стойкость к коррозии. 3 с. и 16 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Проходной изолятор (1) для ввода по меньшей мере одного электрического проводника (2) через металлический кожух (3) системы выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, в частности через кожух каталитического преобразователя с электрическим подогревом, причем кожух (3) в зоне изолятора (1) имеет соединенную с кожухом (3) втулку (5) из металлического материала, через которую проходит проводник (2), отличающийся тем, что проходной изолятор (1) снабжен предотвращающей его электрокоррозию защитой (15), включающей по меньшей мере один протекторный электрод (10), электрически соединенный с втулкой (5). 2. Проходной изолятор по п.1, отличающийся тем, что протекторный электрод (10) расположен на втулке (5). 3. Проходной изолятор по п.2, отличающийся тем, что протекторный электрод (10) имеет кольцевую форму. 4. Проходной изолятор по п.3, отличающийся тем, что протекторный электрод (10) соединен с втулкой (5) с силовым и/или геометрическим замыканием. 5. Проходной изолятор по п.1, отличающийся тем, что протекторный электрод (10) расположен на кожухе (3). 6. Проходной изолятор по п.5, отличающийся тем, что протекторный электрод (10) разъемно соединен с кожухом (3). 7. Проходной изолятор по п.5, отличающийся тем, что протекторный электрод (10) расположен на болте, жестко соединенном с кожухом (3). 8. Проходной изолятор по п.1, отличающийся тем, что электрическое соединение протекторного электрода (10) с втулкой (5) обеспечивается с помощью проводника из материала с высокой электропроводностью, в частности, из меди. 9. Проходной изолятор по пп.1 - 8, отличающийся тем, что протекторный электрод (10) выполнен из материала, который по сравнению с материалом проводника (2) в ряду напряжений является менее благородным. 10. Проходной изолятор по п.9, отличающийся тем, что протекторный электрод (10) выполнен из цинка. 11. Проходной изолятор (1) для ввода по меньшей мере одного электрического проводника (2) через металлический кожух (3) системы выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, в частности через кожух каталитического преобразователя с электрическим подогревом, причем кожух (3) в зоне изолятора (1) имеет соединенную с кожухом (3) втулку (5) из металлического материала, через которую проходит проводник (2), отличающийся тем, что проходной изолятор (1) снабжен предотвращающей его электрокоррозию защитой (15), увеличивающей в образующемся гальваническом элементе путь электрического тока. 12. Проходной изолятор по п.11, отличающийся тем, что защита (15) образована закрывающим по меньшей мере выступающий из кожуха торец (13) втулки (5) неэлектропроводным и нанесенным по меньшей мере в один слой защитным покрытием (14). 13. Проходной изолятор по п.12, отличающийся тем, что защитное покрытие (14) или наружный слой защитного покрытия (14) выполнен непористыми. 14. Проходной изолятор по п.12 или 13, отличающийся тем, что защитное покрытие (14) или наружный слой защитного покрытия (14) выполнен из гидрофобного материала. 15. Проходной изолятор по пп.12, 13 или 14, отличающийся тем, что защитное покрытие (14) выполнено по меньшей мере из одного слоя пластмассы, предпочтительно силикона. 16. Проходной изолятор по пп.12 - 14, отличающийся тем, что защитное покрытие (14) выполнено по меньшей мере из одного слоя стекла. 17. Проходной изолятор по пп.12 - 16, отличающийся тем, что защитное покрытие (14) полностью закрывает наружную поверхность втулки (5). 18. Проходной изолятор по п.17, отличающийся тем, что защитное покрытие (14) доходит до кожуха (3). 19. Проходной изолятор (1) для ввода по меньшей мере одного электрического проводника (2) через металлический кожух (3) системы выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, в частности через кожух каталитического преобразователя с электрическим подогревом, причем кожух (3) в зоне изолятора (1) имеет соединенную с кожухом (3) втулку (5) из металлического материала, через которую проходит проводник (2), отличающийся тем, что проходной изолятор (1) снабжен предотвращающей его электрокоррозию защитой (15), образованной электрическим замыканием кожуха (3) на потенциал массы.