Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F01N3/10 

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к системам выпуска отработавших газов (ОГ) двигателей реннего сгорания (ДВС), в частности к каталитическим нейтрализаторам.

Известен аналог - термореактор дли очистки О Г, содержащий внешний корпус, то есть корпус с торцовыми стенками, пару впускных патрубков, установленных на боковой поверхности корпуса, на одном из которых консольно закреплена реакторная

камера, другая опора этой камеры тоже консольная, опирается на выпускную трубу, закрепленную в торцовой стенке. Недостаток аналога - низкие надежность работы и ресурс, вследствие слабости консольных опор, работающих в неблагоприятных условиях вибраций и высоких температур. Более надежной представляется камера термореактора, свободно посаженная на опорные штыри, закрепленные на обеих торцовых стенках. Однако, представленные аналоги

XI

сЈ

VJ

(

совершенно не отражают условий крепления каталитического реактора с гранулированным катализатором в корпусе при аналогичной подаче к нему ОГ, ведь масса реактора с наполнителем существенно больше камеры термореактора, к тому же для реактора необходимо по меньшей мере одно устройство - окно - для загрузки и выгрузки накопителя.

Известен прототип - каталитический нейтрализатор Н-47, а также его вариант с глушителем Н-47Р. Каталитический нейтрализатор ОГ ДВС подобного типа содержит корпус с торцовыми стенками, впускной патрубок, закрепленный на боковой поверхности корпуса, выпускной патрубок, по меньшей мере один реактор с засыпной горловиной, содержащий впускную и рабочую полости, причем последняя заполнена гранулированным катализатором, а впускная полость каналом сообщена с впускным патрубком. Недостатки прототипа - относительно низкие показатели надежности работы, а также сложность конструкции. Относительно низкие показатели надежности работы прототипа связаны между собой и объясняются консольной опорой двухкамерного реактора Н-47 на впускной патрубок, а это недостаточно прочное и ненадежное закрепление регктора в корпусе, неравномерное распределение потока ОГ по площади входных решеток, что приводило к недостаточно эффективной работе реакторов на некоторых режимах работы двигателя. Сложность конструкции усматривается в том, что вторая опора реактора в корпусе Н-47, плавающая., осуществлена при помощи двух специальных штырей, вставленных в специальные втулки. Практически же посадку корпуса на два параллельных штыря осуществить сложно, следовательно, один из них не работает и является лишним.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности работы.

Поставленная цель достигается тем, что канал выполнен в эиде полой двухопорной балки, один конец хоторой присоединен к впускному патрубку, а другой к противоположной поверхности корпуса, при этом балка является опорой, регктора в корпусе с одной стороны, а засыпн ая горловина, свободно вставленная во втулку} закрепленную в торцовой стенке корпуса и снаружи закрытую пробкой, с другой, балка снабжена плавающей опорой, канал прямоугольного сечения снабжен направляющими пластинами, пластины выполнены криволинейными и направлены по линиям тока ОГ, поступающих из канала во впускную полость реактора, направляющие пластины в канале эквидистантны друг относительно друга и их носки расположены на диагонали, соединяющей переднюю по отношению

к потоку ОГ кромку впускной полости с носком последней пластины этой полости.

На фиг. 1 изображена схема нейтрализатора с реактором кольцевого типа в цилиндрическом корпусе и с круглым каналом; на

0 фиг:2 - плавающая опора канала: на фиг.З - вариант плавающей опоры; на фиг,4 - схема нейтрализатора с двухкамерным реактором и каналом прямоугольного сечения; на фиг.5 - разрез А-А на фиг.4; на фиг.6 - разрез Б-Б

5 на фиг.5 для варианта с цилиндрическим корпусом и на фиг.7 - то же, для варианта с корпусом прямоугольного сечения.

В цилиндрическом корпусе 1, свернутом из листового материала, с торцовыми

0 стенками 2 и 3 и впускным патрубком 4, закрепленным на боковой поверхности корпуса, установлен реактор 5 (фиг.1, 2). Последний кольцевого типа и состоит из впускной 6 и рабочей 7 полостей, образо5 ванных цилиндрическими внутренней 8 и внешней 9 перфорированными решетками. Объем рабочей камеры ограничен с одной стороны стенкой кольцевого типа 10, а с другой - глухой стенкой 11. Последняя снаб0 жена засыпной горловиной 12, сообщенной с отверстием, рабочий, объем реактора заполнен гранулированным катализатором 13. Цилиндрическая впускная полость 6 реактора каналом 14 сообщена с впускным

5 патрубком 4. Канал 14, представленный на фиг.1 и 2, выполнен в виде тонкостенной трубы круглого сечения 15, которая закреплена в корпусе по обоим концам, как двух- опорная балка: при этом один конец

0 соединен с впускным патрубком 4, другой - с противоположным участком боковой поверхности корпуса. Соединение впускной полости с каналом осуществляется по типу тройника, то есть цилиндрическим патруб5 ком 16. На фиг.2 и 3 представлены варианты установки этого элемента в корпусе с плавающим концом. В первом случае труба закрыта заглушкой 17 и по подвижной посадке вставлена во втулку 18, закрепленную в корпусе 1. Во втором случае труба перекрыта

0 заглушкой 19 с штырем 20, последний по подвижной посадке установлен во втулке 21.

Двухопорная балка-канал является передней, жесткой опорой реактора. Вторая,

5 задняя опора - плавающая, ее роль выполняет полый цилиндр засыпной горловины, по подвижной посадке установленный во втулке 22..Последняя закреплена в стенке 3 и снаружи закрыта пробкой 23. Выпускной

патрубок 24 установлен в торцовой стенке 2. .,.. . . /.. . На фиг.4 представлена схема нейтрализатора с реактором, содержащим впускную полость 25 и две так называемые плоские горизонтально расположенные верхнюю и нижнюю рабочие полости 26 и 27. Указанные выше элементы конструкции реактора образованы плоскими перфорированными решетками - впускными верхней и нижней 28 и 29 и соответственно выпускными 30 гй 31. С обеих сторон впускная и рабочие полости ограничены боковыми стенками 32 и 33, а по торцам впереди стенками 34 и 35 для рабочих полостей и сзади - общей глухой стенкой 36. Последняя снабжена двумя засыпными горловинами 37 и 38 для верхней и нижней рабочих полостей 26 и 27, заполненных гранулированным нейтрали-- затором 13. Передней опорой реактора является также двухопорная полая балка - канал 39, выполненная в виде трубы прямоугольного сечения 40. Возможные варианты крепления балки-канала в корпусе представлены выше. Вторая, задняя опора реактора плавающая и осуществлена при помощи подвижной посадки полого цилиндра засыпной горловины 37 во втулку 41, снаружи закрытую пробкой 42. Засыпная горловина нижней полости не является опорой реактора, поэтому в нижней втулке 43 устанавливается с гарантированным радиальным зазором и закрывается заглушкой 44, нижняя втулка закрывается пробкойь45. На фиг.5 представлен разрез этого нейтрализатора в плане, при этом показаны нижняя впускная решетка и частично нижняя рабочая полость реактора с засыпной горловиной, т.е. разрез выполнен по середине канала и впускной полости. Для уменьшения газодинамического сопротивления зона стыковки канала с впускной полостью реактора снабжена криволинейными пластинами 46-51, расположенными эквидистантно друг относительно друга и направленными по линиям тока ОГ, поступающих из канала во впускную полость. При этом пластина 51 осуществляет плавное сопряжение задней кромки 52 боковой стенки реактора 32 с вертикальной стенкой 53 канала. С целью более равного распределения потока OF по ширине1 впускной полости реактора носки направляющих пластин расположена на диагонали 54, соединяющей переднюю по отношению к потоку ОГ кромку 55 боковой стенки 33 реактора. На фиг.6 представлен поперечный разрез нейтрализатора с двухкамерным реактором в цилиндрическом корпусе, более компактным, а потому и более предпочтительным в данном случае.

представляется вариант монтажа такого реактора в корпусе прямоугольного сечения 56(фиг.7).

Оба варианта конструкций каталитического нейтрализатора работают следующим образом. Поток ОГ поступает в канал 14 из впускного патрубка 4 (фиг. 1,2). Из канала 14 через патрубок 16 ОГ поступают во впускную полость 6 реактора 5 и через внутрен0 нюю перфорированную решетку 8 в рабочий объем 7, заполненный гранулированным катализатором 13, где происходит очистка ОГ от продуктов неполного сгорания. Через внешнюю перфорированную решетку 9 очи5 щенные ОГ поступают в объем между корпусом 1 и реактором 5 и через выпускной патрубок 24 выводятся в атмосферу. Аналогично работает нейтрализатор с двухкамерным реактором (фиг.4-7): через впускной

0 патрубок ОГ поступают в канал 39, где при помощи направляющих пластин 46-51 происходит плавный поворот и распределение ОГ по ширине впускной полости 25. Через перфораций впускных (внутренних) реше5 ток 28 и 29 ОГ попадают в рабочие полости (камеры) 26 и 27, заполненные гранулированным катализатором 13. Очищенные от продуктов неполного сгорания топлива ОГ через перфорацию выпускных (внешних) ре0 шеток 30 и 31 поступают в объем между корпусом и реактором и через выпускной патрубок отводятся в атмосферу.

В обоих вариантах схем нейтрализаторов представлена достаточно прочная и на5 дежная конструкция крепления реактора в корпусе при помощи двухопорной балки-канала с одной стороны и засыпной горловины с другой. При этом первая опора является жесткой, вторая плавающей, т.е. допускаю0 щей компенсацию при монтаже, а также тепловых изменениях. Это особенно важно, так как нейтрализатор работает в условиях сильных вибраций, ударных нагрузках при довольно высоких температурах, которые

5 изменяются при нестационарных режимах работы ДВС. Испытания прототипа на автобусах Икарус показали, что при нагрузке температура ОГ превышает 600°С. Подача ОГ во впускную цилиндрическую полость

0 реактора кольцевого типа через патрубок 16 (фиг.1) должна обеспечить равномерное распределение потока ОГ, а следовательно, и теплонапряженности внутренней решетки по периметру. Более эффективным с точки

5 зрения равномерности подачи ОГ по ширине впускной полости двухкамерного реактора представляется применение балки-канала прямоугольного сечения с плавным поворотом потока направляющими пластинами, это также приводит к существенному снижению газодинамического сопротивления, а следовательно, к улучшению показателей экономичности ДВС. При эквивалентных габаритах (имеется в виду описанная окружность) прямоугольник имеет большую площадь поперечного сечения и характеристики прочности, не говоря уже о технологичности изготовления и монтажа направляющих пластин.

Ф о р мул а и з о врете н и я 1. Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с двумя торцовыми стенками, впускной патрубок, выпускной патрубок, установленный на первой торцовой стенке, по меньшей мере один реактор, имеющий засыпную горловину, сообщенную с отверстием, выполненным во второй торцовой стенке, впускную полость, сообщенную каналом черезч «го первый конец, выполненным в виде двухопорной балки, второй конец которой связан с корпусом, с впускным патрубком, и рабочую полость, заполненную гранулированным катализатором, отличающийся тем, что, с целью

повышения эффективности и надежности, он дополнительно содержит втулку, закрепленную на второй торцовой стенке в зоне отверстия и закрытую снаружи, засыпная горловина свободно вставлена во втулку, второй конец балки выполнен в виде плавающей опоры.

2.Нейтрализатор по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что канал выполнен прямоугольного сечения.

3.Нейтрализатор по пп.1 и 2, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что канал снабжен направляющими пластинами.

4.Нейтрализатор по пп.1-3, отличаю- щ и и с я тем, что пластины выполнены

криволинейными.

5.Нейтрализатор по пп.1-4, о т л и чающийся тем, что пластины размещены эквидистантно одна относительно другой, а

их носки расположены на диагонали, соединяющей переднюю по отношению к потоку отработавших газов кромку впускной полости с носком последней пластины, соединяющей стенку канала с задней кромкой этой

полости.

Изобретение относится к машиностроению, к двигателям внутреннего сгорания и позволяет .повысить эффективность и надежность каталитического катализатора. Реактор 5 кольцевого типа состоит из впускной 6 и рабочей 7 полостей Объем рабочей полости 7 ограничен внутренней 8 и внешней 9 решетками, стенкой кольцевого типа 10, ас другой - глухой стенкой 11. Последняя снабжена засыпной горловиной 12, рабочий объем реактора заполнен гранулированным катализатором 13. Цилиндрическая впускная полость 6 реактора каналом 14 сообщена с впускным патрубком. Канал 14 выполнен в виде тонкостенной трубы круглого сечения 15, которая закреплена в корпусе по обоим концам, как двухопорная балка, гфи этом один конец соединен с впускным патрубком, другой выполнен в виде плавающей опоры и соединен с противоположным участком боковой поверхности корпуса. Соединение впускной полости с каналом осуществляется по типу тройника. Двухопорная балка-канал является передней жесткой опорой реактора. Вторая, задняя опора - плавающая, ее роль выполняет полый цилиндр засыпной горловины, по подвижной посадке установленный во втулке 22. Последняя закреплена в стенке 3 и снаружи закрыты пробкой 23. 4 з.п. ф-лы. 7 ил. И

5 -1-1

Я yVr4---ashg -- --- Н / ЛЖ./-Л

-v- -ri-H

Qt/г f

69 8

17

Фиг. 2

39 «И Jf 28 /

2

J

/

.pY- JbJ. -/Г1

. f

50

/

15

19 2120

(-+

х

Фиг.З

/3

JO 2 / /

JbJ. -/

J7

i

7J 31 292527 38

/ 51 50 W 5M8 47 №

i I I

2k

39

6-6

25

- Щиг.6но

Составитель В. Акимов

Редактор Н. Коляда

Техред М.Моргентал

Заказ 596ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

32

L/

Фиг. 5

6-6 (Вариант) 2625 56

21

Фиг. 7 .

Корректор С. Шевкун