Устройство для дожигания отработавших газов двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F01N3/26 

Изобретение относится к энергетике, как стационарной, так и транспортной, а частности к устройствам обезвреживания отработавших газов двигателя внутреннего сгорания путем их дожигания.

Известно устройство для дожигания отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее камеру.дожигания с трубопроводом подвода отработавших газов, патрубком подвода воздуха, магистрального подвода топлива и запальной свечой.

Однако известное устройство создает большое противодавление на выходе отработавших газов из двигателя, что приводит

к ухудшению эксплуатационных характеристик двигателя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для дожигания отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее выравниватель пульсаций, золотниковый регулятор, камеру дожигания с трубопроводами, магистрального подвода топлива и запальной свечой.

Недостатками указанного устройства являются малая степень использования энергии пульсирующего потока и низкая эффективность дожигания отработавших газов.

VJ

сл

СА) О

ю

Целью изобретения является повышение эффективности дожигания отработавших газов.

Для достижения этой цели камера дожигания расположена внутри выхлопного коллектора с образованием кольцевой полости и снабжена двумя патрубками, один из котдрых установлен на оси выхлопного коллектора и является впускным, а второй сообщен с воздушной камерой расположенной на стенке выхлопного коллектора и снабженной перфорированным диском и обводным трубопроводом, сопло которого установлено соосно воздушному клапану, а выходной торец сообщен с резонансной трубой на половине ее длины, а кроме того, резонансная труба выполнена с эжекцион- ными отверстиями, расположенными за местом соединения резонансной трубы с обводным трубопроводом, за которыми размещены наклонные перегородки.

При сравнении заявляемого устройства с прототипом новым является расположение камеры дожигания внутри коллектора с образованием кольцевой полости, камера дожигания снабжена двумя патрубками, один из которых установлен на оси выхлопного коллектора, а второй сообщен с воздушной камерой, расположенной на стенке выхлопного коллектора и снабженной перфорированным диском и обводным трубопроводом. Сопло установлено соосно воздушному патрубку, а выходной торец сообщен с резонансной трубой на половине ее длины. Это позволяет равномерно распределить весь объем отработавших газов двигателя внутреннего сгорания между патрубками и эжекционными отверстиями, охладить стенки камеры дожигания, поддерживать их температуру постоянной, а также полностью использовать энергию пульсирующего потока, истекающего из впускного патрубка, в обводном трубопроводе для увеличения тяги. Кроме того, установка обводного трубопровода и перфорированного диска в воздушной камере уменьшает шум работающей камеры дожигания как на линии всасывания, так и на выходе из резонансной трубы. Увеличение тяги за счет обводного трубопровода позволяет увеличить количество газа, дожигаемого непосредственно в камере дожигания, а установка двух патрубков поддерживать заданный коэффициент избытка воздуха независимо от режима работы двигателя внутреннего сгорания. Выполнение резонансной трубы с эжекционными отверстиями, расположенными за местом соединения резонансной трубы с обводным трубопроводом, и установка за

ними наклонных перегородок способствуют дожиганию отработавших газов в высокоскоростном направленном и высокотемпературном потоке продуктов сгорания, а также выравнивают поля скоростей входе в отверстие, так и за торцом резонансной трубы.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для дожигания отработавших га0 зов двигателя внутреннего сгорания.

Устройство для дожигания отработавших газов расположено в коллекторе 1 двигателя внутреннего сгорания и содержит камеру дожигания 2, снабженную топлив5 ной форсункой 3, запальником 4 и двумя патрубками 5 и б, впускной патрубок 5 камеры 2 расположен на оси выхлопного коллектора, воздушный патрубок сообщен с воздушной камерой 7, которая установлена

0 на боковой стенке выхлопного коллектора 1 и содержит перфорированный диск 8 и обводной трубопровод 9, сопло трубопровода 9 расположено соосно воздушному патрубку 6, а выходной торец трубопровода сооб5 щен с резонансной трубой 10 камеры дожигания 2. Резонансная труба 10 камеры 2 имеет эжекционные отверстия 11, расположенные за местом соединения резонансной трубы 10 с обводным трубопроводом 9,

0 за которыми размещены наклонные перегородки 12 от стенки выхлопного коллектора 1 до резонансной трубы 10.

Устройство для дожигания отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

5 работает следующим образом.

Запуск устройства для дожигания отработавших газов двигателя внутреннего сгорания происходит одновременно с пуском двигателя. Воздух, сжатый поршнем в дви0 гателе вместе с пусковым, выбрасывается в выхлопной коллектор 1 и через впускной патрубок 5 поступает в камеру дожигания 2. Одновременно в камеру 2 поступает топливо через форсунку 3 и образовавшаяся

5 смесь воспламеняется от свечи 4. Продукты сгорания истекают через резонансную трубу 10 и смешиваются с отработавшими газами двигателя через эжекционные отверстия 11, тем самым дожигая их. По мере выхода

0 двигателя внутреннего сгорания на режимы, близкие к номиналу и выше, в работу включается воздушный патрубок б камеры 2, поддерживая оптимальное соотношение топливо-воздух. В фазе разряжения воздух

5 поступает в патрубок через перфорированный диск 8 воздушной камеры 7, а в фазе сжатия продукты сгорания, истекающие из патрубка б, через трубопровод 9 поступают в резонансную трубу 10, смешиваясь с основным потоком.

«Р,

При работе двигателя на обогащенных топливных смесях поступление топлива через форсунку 3 внутрь камеры 2 прекращается,

Наклонные перегородки 12 формируют аэродинамику потока отработавших газов двигателя внутреннего сгорания на входе в резонансную трубу 10 камеры 2.

Положительный эффект достигается за счет повышения эффективности дожигания топлива, более полного использования энергии пульсирующего потока и высокой эффективности шумоглушения. Разделение потока отработавших газов двигателя внутреннего сгорания на поступающий в впускной патрубок и в эжекционные отверстия позволяет уменьшить габариты камеры дожигания в 2-3 раза, а также пропустить основную часть газов через термическую зону (образованную упульсирующей потоком) с температурой 900-1000°С, окисляя их до конечных продуктов сгорания Последующее расширение газов в турбокомпрессоре или теплоутилизирующем контуре позволяет высокоэффективно нейтрализовать отработавшие газы.

Применение воздушного патрубка обводного трубопровода и перфорированного диска в воздушной камере способствует эффективному глушению шума, полному использованию энергии пульсирующего потока в обводном трубопроводе, а также глушению шума резонансной трубы вследствие наложения двух потоков, колеблющихся в противофазе.

Применение обводного трубопровод увеличивает тягу камеры дожигания на 5- 10%, что способствует улучшению продувки цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Формирование аэродинамики потока на выходе из резонансной трубы способствует выравниванию поля температур перед утилизационным потоком или турбокомпрессором и повышению его температурного уровня за счет дожигания небольшого количества топлива в камере пульсирующего горения, Так, повышение температурного уровня перед утилизационным котлом на 200 К позволяет увеличить условный КПД на 2-3%.

Выполнение эжекционных отверстий на половине длины резонансной трубы связано с необходимостью высокотемпературного потока Т 900-1000°С, а также особенностями камеры дожигания. Выполнение отверстия на торце резонансной трубы при5 водит к недостаточному использованию пульсаций, а вначале - к забрасыванию продуктов сгорания, балластировке зоны горения и возможному погасанию.

Повышение эффективности дожигания

10 отработавших газов двигателя внутреннего сгорания приводит к повышению КПД дв гателя при использовании утилизационного котла или турбокомпрессора на 2-4%.

Применение устройства для дожигания

15 отработавших газов двигателя внутреннего сгорания позволит повысить эффективность дожигания, более полно использовать энергию пульсирующего потока, уменьшить габариты камеры и токсичность отработавших 0 газов, а также осуществить сжигание остаточных сортов топлива.

Формула изобретения Устройство для дожигания отработав5 ших газов двигателя внутреннего сгорания с выхлопным коллектором, содержащее камеру дожигания с торцовыми стенками, впускным патрубком, воздушным патрубком, топливной форсункой и запальной свечой,

0 сообщенную с резонансной трубой, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, оно дополнительно содержит воздушную камеру с перфорированным диском, обводной трубопровод с соплом на

5 одном конце и наклонные перегородки, камера дожигания и резонансная труба размещены в выхлопном коллекторе с образованием кольцевой полости, ограниченной по потоку отработавших газов на0 клонными перегородками и резонансной трубой посредством эжекционных отверстий, выполненных на последней перед наклонными перегородками, впускной патрубок установлен на торцовой стенке ка5 меры дожигания соосно с выхлопным коллектором, воздушная камера размещена на выхлопном коллекторе и связана с камерой дожигания через воздушный патрубок, а через обводной трубопровод сообщен с резо0 нансной трубой на половине ее длины, причем сопло обводного трубой ровода установлено в воздушной камере соосно с воздушным патрубком.

8

Использование: устройства для обезвреживания отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания путем их дожигания. Сущность изобретения: упомянутое устройство, содержащее камеру дожигания (КД) 2 с впускным и воздушным патрубками 5, 6, топливной форсункой 3, запальной свечой 4, сообщенную с резонансной трубой 10 содержит дополнительно воздушную камеру 7 с перфорированным диском 8, обводной трубопровод 9 и наклонные перегородки 12, причем КД и резонансная труба размещены в выхлопном коллекторе 1 и образуют кольцевую полость, которая в свою очередь сообщена с резонансной трубой 10 через эжекционные отверстия 11, выполненные на последней перед наклонными перегородками 12, ограничивающими кольцевую полость по потоку ОГ. Впускной патрубок 5 установлен соосно выхлопному коллектору 1, на последнем размещена воздушная камера 7, связанная обводным трубопроводом 9 с резонансной трубой 10, и привоздушный патрубок 6 с камерой дожигания 2. Сопло обводного трубопровода расположено в воздушной камере 7 соосно воздушному патрубкуД 1 ил.