КОМПЕНСАТОР ПОТОКА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ, И ВЫХЛОПНОЙ КОЛЛЕКТОР ДВИГАТЕЛЯ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЙ КОМПЕНСАТОР Российский патент 2012 года по МПК F01N13/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к компенсатору потока выхлопных газов, установленному в выхлопном коллекторе, и к выхлопному коллектору, в котором установлен указанный компенсатор. Изобретение также относится к изготовлению и применению компенсатора потока выхлопных газов и выхлопного коллектора.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При обработке выхлопных газов часто возникает проблема, состоящая в неравномерном потоке выхлопных газов в выхлопном трубопроводе. Это затрудняет как очистку выхлопного газа, так и измерение его свойств, и, соответственно, регулировку двигателя. Следовательно, моделирование работы оборудования также затрудняется. Делались попытки решить указанную проблему путем создания отдельного компенсирующего оборудования, которое может присоединяться, например, перед катализатором. Отдельные устройства приводят к повышению противодавления в трубопроводе, что, в свою очередь, снижает мощность двигателя. Это имеет большое значение в особенности для двигателей с низкой мощностью.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением предлагается каталитический компенсатор потока выхлопных газов, исключительно эффективно компенсирующий поток выхлопных газов по всему объему.

Решение указанной задачи достигается с помощью изобретения, имеющего признаки в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения изложены в других пунктах формулы изобретения.

Компенсатор потока выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением является компенсатором потока выхлопных газов для установки в выхлопном коллекторе, содержащем по меньшей мере два впускных канала, где компенсатор потока выхлопных газов содержит каталитические гофрированные металлические пластины, расположенные крест-накрест, так что гофры проходят под углом от 10 до 30 градусов к среднему направлению потока выхлопных газов, причем между указанными впускными каналами расположена смесительная камера, кожух которой является по меньшей мере частью кожуха выхлопного коллектора. Компенсатор в основном охватывает его поперечное сечение коллектора в месте установки. Каталитические гофрированные металлические пластины предназначены для равномерного распределения потока выхлопного газа в поперечном направлении.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения компенсатор содержит лямбда-датчик, соединенный с выхлопным коллектором.

Предпочтительно используется компенсатор выхлопных газов, поскольку он создает относительно низкую потерю давления в выхлопном коллекторе. Это осуществляется благодаря тому, что каталитический компенсатор действует одновременно как компенсатор потока выхлопных газов и как катализатор.

Кроме того, конструкция компенсатора является особенно простой и надежной, поскольку он составляет одну конструктивную единицу и может эффективно соединяться с корпусом выхлопного коллектора и/или составлять с ним единое целое.

Преимущество компенсатора потока выхлопного коллектора в соответствии с настоящим изобретением состоит также в том, что катализатор может быть расположен, насколько это возможно близко к двигателю. В этом случае он имеет быстрый каталитический запуск/зажигание.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения направление гофр пластин компенсатора относительно среднего направления потока выхлопных газов составляет от 5 до 90 градусов, например, от 10 до 30 градусов. Угол установки выбирается в зависимости от желаемой степени эффективности поперечного смешивания. Можно оптимизировать смешивание или минимизировать потерю давления. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения угол установки относительно среднего направления потока выхлопных газов может составлять, например, от 15 до 25 градусов. Такой компенсатор осуществляет эффективное внутреннее смешивание потока выхлопных газов, и, в то же время, сопротивление потоку газов является относительно низким. Кроме того, следует заметить, что компенсатор в соответствии с настоящим изобретением действует одновременно как катализатор, в результате чего общее сопротивление потоку предпочтительно является особенно низким.

Компенсатор потока выхлопных газов в соответствии с настоящим изобретением может также осуществляться таким образом, что угол установки изменяется по направлению потока. Например, можно изготовить каталитический компенсатор потока выхлопных газов, угол установки которого меняется по направлению потока от 25 градусов до 20 градусов. Таким образом, для оптимизации потери давления и/или компенсации потока могут использоваться конструкционные решения.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения компенсатор потока выхлопных газов имеет зоны, отличающиеся друг от друга каталитическим покрытием и/или количеством отверстий. Конструктивное выполнение зон можно развивать в одном, двух или трех направлениях. Например, можно предпочтительно изготовить компенсатор потока выхлопных газов, содержащий большее количество отверстий во впускном канале, и, соответственно, меньшее количество отверстий между впускными каналами, такая конструкция обеспечивает дополнительное улучшение компенсации потока выхлопных газов. То же может осуществляться в поперечном направлении относительно впускных каналов.

Другое направление реализуется в отношении плотности покрытия, при этом содержание катализирующих веществ повышается в местах с повышенной нагрузкой, как, например, в отверстиях впускного канала или верхней поверхности компенсатора, например, в случае, когда поток выхлопных газов отклоняется от горизонтального направления вниз автомобиля. В соответствии с еще одним направлением разные зоны могут предпочтительно иметь разные каталитические вещества. Такая конструкция обеспечивает исключительно разносторонние возможности регулирования работы каталитического компенсатора.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения выхлопной коллектор имеет смесительную камеру, кожух которой является по меньшей мере частью кожуха выхлопного коллектора. Изготовление такой смесительной камеры предпочтительно, поскольку она может быть изготовлена в процессе изготовления выхлопного коллектора. Смесительная камера может предпочтительно располагаться между впускными каналами, что позволяет частично смешивать потоки выхлопных газов, входящие из разных впускных каналов. Такая конструкция обеспечивает надежное использование лямбда-датчика, например, для регулирования сгорания. Кроме того, смесительная камера позволяет равномерно распределять поток выхлопных газов в основном более эффективно.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения выхлопной коллектор, кроме того, имеет один или более соединенных с ним катализаторов, установленных в смесительной камере после компенсатора потока выхлопных газов относительно направления потока газов. Например, можно изготовить выхлопной коллектор, имеющий каталитические компенсаторы потока выхлопных газов во впускных трубах и отдельный катализатор в соединительной части. Этот отдельный катализатор может отличаться от компенсаторов потока выхлопных газов или иметь такую же конструкцию.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения выхлопной коллектор, кроме того, имеет один или более соединенных с ним дополнительных компенсаторов. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения может требоваться особенно равномерное распределение потока выхлопных газов. Отдельный компенсатор может предпочтительно являться, например, сеткой или грубой металлической ватой. Отдельный дополнительный компенсатор может быть расположен до или после существующего компенсатора.

Компенсатор в соответствии с настоящим изобретением хорошо подходит для различных областей применения. Он может использоваться в двигателях, использующих разные виды топлива, и в двигателях разных размеров. Он особенно применим, например, в двигателях с относительно низкой мощностью, например, в двухцилиндровых двигателях.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны некоторые варианты осуществления настоящего изобретения.

На фиг.1 представлен разрез выхлопного коллектора.

На фиг.2 представлен разрез другого выхлопного коллектора.

На фиг.3 и 4 представлено распределение потока выхлопных газов в выхлопных коллекторах.

На фиг.5 и 6 представлено распределение скорости потока выхлопных газов в выхлопных коллекторах.

На фиг.7 представлены зоны потока выхлопных газов в выхлопном коллекторе.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 представлен выхлопной коллектор 1, имеющий компенсатор 2 потока выхлопного коллектора, установленный в соединительной части 7. Компенсатор 2 потока выхлопных газов содержит каталитические гофрированные металлические пластины 2f, расположенные крест-накрест (представлены как пример), так что гофры проходят под углом к среднему направлению потока выхлопных газов G, для равномерного распределения потока выхлопных газов по меньшей мере в поперечном направлении. Выхлопной коллектор имеет смесительную камеру 4 потока выхлопных газов, кожух которой 4с является частью кожуха 1с выхлопного коллектора 1. Выхлопные газы G проходят в выхлопной коллектор 1 из впускных каналов 3 частично через смесительную камеру 4 в компенсатор 2 потока выхлопных газов и дальше в выпускной канал 5.

На фиг.2 представлен выхлопной коллектор 1, имеющий компенсаторы 2, 6 потока выхлопного коллектора, установленные в соединительной части 7 и во впускных каналах 3. Компенсатор 2 потока выхлопных газов содержит каталитические гофрированные металлические пластины 2f, расположенные крест-накрест (представлены как пример), так что гофры проходят под углом к среднему направлению потока выхлопных газов G, для компенсации потока выхлопных газов по меньшей мере в поперечном направлении. Угол гофрирования изменяется относительно среднего направления потока выхлопных газов G, так что в центре выхлопного коллектора угол меньше, чем по краям. Выхлопной коллектор имеет смесительную камеру 4 потока выхлопных газов, кожух которой 4с является частью кожуха 1с коллектора 1. Выхлопные газы G проходят в выхлопной коллектор 1 во впускные каналы 3 через компенсаторы 6 потока выхлопного коллектора частично в смесительную камеру 4 и в компенсатор 2 потока выхлопных газов и дальше в выпускной канал 5.

На фиг.3 и 4 представлено распределение потока выхлопных газов в двух разных выхлопных коллекторах 1. На фиг.3 компенсатор 2 потока выхлопных газов установлен в центре соединительной части 7, тогда как на фиг.4 он установлен внизу соединительной части 1С. На фиг.5 и 6 представлено распределение скорости потока выхлопных газов в двух разных выхлопных коллекторах 1. На фиг.5 компенсатор 2 потока выхлопных газов установлен в центре соединительной части 7, тогда как на фиг.6 он установлен внизу соединительной части 1С. Выхлопные газы G проходят в выхлопной коллектор 1 из впускных каналов 3 частично через смесительную камеру 4 в компенсатор 2 потока выхлопных газов и дальше в выпускной канал 5. На фиг.3-6 хорошо видно, что компенсатор 2 потока выхлопных газов компенсирует изменения потока выхлопных газов путем смешения газов, выходящих из обоих впускных каналов 3.

На фиг.7 представлен выхлопной коллектор 1 по фиг.3 и 5, установленный в центре соединительной части 7, имеющей разные зоны 2A, 2C для уравновешивания потоков выхлопных газов G. Выхлопные газы G проходят в выхлопной коллектор 1 из впускных каналов 3 частично через смесительную камеру 4 в компенсатор 2 потока выхлопных газов и далее в выпускной канал 5. Скорость потока выхлопных газов в зонах 2A меньше, чем в зонах 2C, и, соответственно, содержание субстрата, созданное в зонах 2A, меньше, чем в зонах 2C. Такая конструкция позволяет эффективно оптимизировать работу каталитического компенсатора 2.

Группа изобретений относится к области обработки выхлопных газов. Компенсатор 2 потока выхлопных газов для установки в выхлопном коллекторе содержит по меньшей мере два впускных канала 3, каталитические гофрированные металлические пластины 2f, расположенные крест-накрест, так что гофры проходят под углом к среднему направлению потока выхлопных газов G, для компенсации потока выхлопных газов по меньшей мере в поперечном направлении. Между каналами 3 расположена смесительная камера 4, кожух которой является по меньшей мере частью кожуха выхлопного коллектора. Изобретения направлены на повышение эффективности компенсации потока выхлопных газов по всему объему, преимущественно для двигателей с низкой мощностью. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Компенсатор потока выхлопных газов для установки в выхлопном коллекторе, содержащий по меньшей мере два впускных канала (3), отличающийся тем, что компенсатор (2) потока выхлопных газов содержит каталитические гофрированные металлические пластины (2f), расположенные крест-накрест, так что гофры проходят под углом от 10 до 30° к среднему направлению потока выхлопных газов (G), причем между впускными каналами (3) расположена смесительная камера (4), кожух которой является по меньшей мере частью кожуха выхлопного коллектора.

2. Компенсатор потока выхлопных газов по п.1, отличающийся тем, что гофры гофрированных металлических пластин (2f) проходят под углом от 15 до 25° относительно среднего направления потока выхлопных газов (G).

3. Компенсатор потока выхлопных газов по п.1 или 2, отличающийся тем, что компенсатор (2) потока выхлопных газов имеет зоны (2A, 2C) с разными каталитическими покрытиями.

4. Компенсатор потока выхлопных газов по п.1 или 2, отличающийся тем, что компенсатор (2) потока выхлопных газов имеет зоны (2A, 2C) с разным количеством отверстий.

5. Компенсатор потока выхлопных газов по п.1 или 2, отличающийся тем, что направление гофр гофрированных металлических пластин (2f) изменяется по направлению потока выхлопных газов (G), например, от 25 до 20°.

6. Компенсатор потока выхлопных газов по п.1 или 2, отличающийся тем, что выхлопной коллектор (1) имеет дополнительно один или более соединенных с ним отдельных катализаторов.

7. Компенсатор потока выхлопных газов по п.1 или 2, отличающийся тем, что выхлопной коллектор (1) дополнительно имеет один или более соединенных с ним отдельных компенсаторов потока выхлопных газов.

8. Выхлопной коллектор двигателя, отличающийся тем, что содержит один или более компенсаторов (2) потока выхлопных газов, содержащих каталитические гофрированные металлические пластины (2f), расположенные крест-накрест, так что гофры проходят под углом от 10 до 30° к среднему направлению потока выхлопных газов (G), причем между впускными каналами (3) расположена смесительная камера (4), кожух которой является по меньшей мере частью кожуха выхлопного коллектора.

9. Выхлопной коллектор двигателя по п.8, отличающийся тем, что один или более компенсаторов (2) потока выхлопных газов установлены во впускном канале/каналах (3).

10. Выхлопной коллектор двигателя по п.8, отличающийся тем, что один или более компенсаторов (2) потока выхлопных газов по пп.1-7 установлены в соединительной части (7).

11. Выхлопной коллектор двигателя по п.8, отличающийся тем, что один или более компенсаторов (2) потока выхлопных газов по пп.1-7 установлены в выпускном канале (5).

12. Выхлопной коллектор двигателя по п.8 или 9, отличающийся тем, что содержит лямбда-датчик, соединенный с выхлопным коллектором (1).

13. Способ изготовления компенсатора потока выхлопных газов, предназначенного для установки в выхлопном коллекторе, содержащего по меньшей мере два впускных канала (3), отличающийся тем, что компенсатор (2) потока выхлопных газов изготавливают путем соединения друг с другом каталитических гофрированных металлических пластин (2f), расположенных крест-накрест, так что гофры проходят под углом от 10 до 30° к среднему направлению потока выхлопных газов, причем между впускными каналами (3) располагают смесительную камеру (4), кожух которой является по меньшей мере частью кожуха выхлопного коллектора.

14. Применение компенсатора потока выхлопных газов по любому из пп.1-7 для компенсации потока выхлопных газов в двигателях, использующих топлива.