ВЫХЛОПНОЙ КОЛЛЕКТОР ПОТОКА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2013 года по МПК F01N3/28 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к выхлопному коллектору, включающему компенсатор потока выхлопных газов.

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 измерения 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.

В патенте US 5031401 описан компенсатор потока выхлопных газов, который устанавливают в выхлопном коллекторе. Этот компенсатор содержит гофрированные листы, которые по существу полностью перекрывают поперечное сечение трубопровода в том месте, где он установлен.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением предложен выхлопной коллектор, содержащий компенсатор, который исключительно эффективно делает поток выхлопных газов более равномерным.

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.

Выхлопной коллектор в соответствии с настоящим изобретением включает соединительную часть, образующую смесительную камеру, компенсатор потока выхлопных газов и выпускной канал, где компенсатор потока выхлопных газов по существу перекрывает его поперечное сечение в месте установки. Выхлопной коллектор содержит впускные каналы, из которых выхлопные газы проходят в выхлопной коллектор частично через смесительную камеру в компенсатор потока выхлопных газов и дальше в выпускной канал. Компенсатор потока выхлопных газов содержит каталитические гофрированные металлические пластины, гофры которых проходят под углом 10-30 градусов к среднему направлению потока выхлопных газов, для регулирования потока выхлопных газов.

Указанный компенсатор потока выхлопных газов может устанавливаться в части выхлопного коллектора трубопровода. Он может находиться перед или после турбо. Место установки зависит от функциональных и конструктивных особенностей трубопровода. Оно также зависит от количественных и качественных характеристик выхлопных газов.

Теперь стало возможным при том же падении давления получить лучшие результаты очистки, а при меньшем падении давления можно получить такие же результаты очистки, как при отдельном выхлопном трубопроводе и катализаторе. 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 очень быстрый каталитический запуск/зажигание.

Использование компенсатора выхлопных газов является предпочтительным, поскольку он создает относительно низкую потерю давления в выхлопном трубопроводе. Это осуществляется благодаря тому, что каталитический компенсатор действует одновременно как компенсатор (выравниватель) 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 кожухом выхлопного трубопровода и/или составлять с ним единое целое.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения направление каналов гофрирования пластин компенсатора относительно среднего направления потока выхлопных газов составляет от 10 до 30 градусов. Выбираемый угол входа может изменяться. Он зависит от желаемой степени эффективности поперечного смешивания. Можно оптимизировать смешивание или минимизировать потери давления. Угол входа может находиться в соответствии со средним направлением потока выхлопных газов. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения угол входа 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 отношению к направлению потока. Например, можно изготовить каталитический компенсатор потока выхлопных газов, угол установки которого меняется по отношению к направлению потока от 0 градусов до 90 градусов, например, от 25 градусов до 20 градусов. Таким образом, для оптимизации потери давления и/или компенсации потока могут использоваться конструктивные решения.

Использование компенсатора является предпочтительным, поскольку он создает относительно низкую потерю давления в выхлопном трубопроводе. Это осуществляется благодаря тому, что каталитический компенсатор действует одновременно как компенсатор потока выхлопных газов и как катализатор.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения указанный компенсатор потока выхлопных газов является регулирующим элементом потока выхлопных газов или элементом выхлопного трубопровода. Преимущество использования пространства трубопровода состоит в более раннем пуске и лучшей характеристике выбросов, и, кроме того, компенсатор выравнивает поток так, что распределение скорости в катализаторе становится лучше. Указанный компенсатор потока выхлопных газов также минимизирует эффект «горячего участка» путем регулирования потока выхлопных газов в трубопроводе.

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

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения выхлопной трубопровод дополнительно 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 трубопровод, имеющий каталитические регулирующие элементы 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 трубопровод дополнительно имеет один или более соединенных с ним дополнительных компенсаторов. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения может требоваться особенно равномерное регулирование потока выхлопных газов. Отдельный компенсатор предпочтительно является, например, решеткой, фольгой, проволочной сеткой, 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 случаев применения. Он может использоваться в двигателях, использующих разные виды топлива, и в двигателях разных размеров. Он может использоваться в двигателях, имеющих или не имеющих турбо. Он может использоваться во всех двигателях внутреннего сгорания и в местах с ограниченным пространством, таких как трубопровод, окно цилиндра и т.д.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

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

На фиг.1 представлен разрез компенсатора потока выхлопных газов.

На фиг.2 представлен разрез другого компенсатора потока выхлопных газов.

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.

На фиг.8 и 9 представлены разрезы регулирующих элементов потока выхлопных газов.

На фиг.10 и 11 представлены разрезы регулирующих элементов.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 представлен компенсатор 2 потока выхлопного коллектора, установленный в соединительной части 7 выхлопного коллектора 1 в трубопроводе. 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. 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 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 снизу 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 снизу 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 компенсатор 2 потока выхлопных газов по фиг.3 и 5, установленный в центре соединительной части 7, имеющей разные зоны 2А, 2С для компенсации нагрузки 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 2А, меньше, чем в зонах 2С, и, соответственно, содержание субстрата, созданное для зон 2А меньше, чем для зон 2С. Такая конструкция позволяет эффективно оптимизировать работу каталитического компенсатора 2.

На фиг.8 и 9 представлен регулирующий элемент 12 потока выхлопных газов, установленный в выхлопном трубопроводе 1. Регулирующий элемент 12 потока выхлопных газов содержит каталитические гофрированные металлические пластины 2f (представлены как пример), гофры которых проходят по меньшей мере частично под углом к среднему направлению потока выхлопных газов G.

На фиг.10 и 11 представлен компенсатор 22, соединенный с выхлопным трубопроводом 1. Регулирующий элемент 12 потока выхлопных газов содержит каталитические гофрированные металлические пластины 2f (представлены как пример), гофры которых проходят по меньшей мере частично под углом к среднему направлению потока выхлопных газов G.

Изобретение относится к выхлопному коллектору, включающему компенсатор потока выхлопных газов. Сущность изобретения: выхлопной коллектор, включающий соединительную часть (7), образующую смесительную камеру (4), компенсатор (2) потока выхлопных газов и выпускной канал (5), где компенсатор (2) потока выхлопных газов по существу перекрывает его поперечное сечение в месте установки, характеризующийся тем, что содержит впускные каналы (3), из которых выхлопные газы (G) проходят в выхлопной коллектор (1) частично через смесительную камеру (4) в компенсатор (2) потока выхлопных газов и дальше в выпускной канал (5), причем компенсатор (2) потока выхлопных газов содержит каталитические гофрированные металлические пластины (2f), гофры которых проходят под углом 10-30 градусов к среднему направлению потока выхлопных газов (G), для регулирования потока выхлопных газов. Техническим результатом изобретения является простота конструкции, снижение потерь давления в выхлопной трубе. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Выхлопной коллектор, включающий соединительную часть (7), образующую смесительную камеру (4), компенсатор (2) потока выхлопных газов и выпускной канал (5), где компенсатор (2) потока выхлопных газов, по существу, перекрывает его поперечное сечение в месте установки, характеризующийся тем, что содержит впускные каналы (3), из которых выхлопные газы (G) проходят в выхлопной коллектор (1) частично через смесительную камеру (4) в компенсатор (2) потока выхлопных газов и дальше в выпускной канал (5), причем компенсатор (2) потока выхлопных газов содержит каталитические гофрированные металлические пластины (2f), гофры которых проходят под углом 10-30° к среднему направлению потока выхлопных газов (G), для регулирования потока выхлопных газов.

2. Выхлопной коллектор 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. Выхлопной коллектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный компенсатор является регулирующим элементом (12) потока выхлопных газов.

4. Выхлопной коллектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный компенсатор (2, 12, 22) потока выхлопных газов содержит каталитические гофрированные металлические пластины (2f), расположенные крест-накрест.

5. Выхлопной коллектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что компенсатор (2, 12, 22) потока выхлопных газов имеет зоны (2А, 2С) с различными каталитическими покрытиями.

6. Выхлопной коллектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что компенсатор (2, 12, 22) потока выхлопных газов имеет зоны (2А, 2С) с разным количеством отверстий.