МОДУЛЬ СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно автомобилестроению, а именно, к средствам снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и, в частности, предназначена для предотвращения попадания высокотоксичных компонентов (СО, СН, NOx), находящихся в продуктах сгорания ДВС в окружающую среду.
В настоящее время широкое распространение получило применение каталитических нейтрализаторов (КН), которые, в свою очередь, имеют в своем составе керамические или металлические каталитические носители.
Известен КН, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками и металлический каталитический носитель, установленный в корпусе и состоящий из двух лент, внутренняя из которых выполнена гофрированной, а внешняя - гладкой, причем ленты намотаны вокруг центрального тела, соединенного с корпусом при помощи радиальных спиц, расположенных со стороны торцов блока-носителя. Каталитический носитель закреплен в корпусе посредством специальных бандажей, закрепленных сваркой на корпусе, при этом бандаж, внахлест контактируя с боковыми стенками каталитического носителя, неподвижно фиксирует его в осевом направлении. Патрубки закреплены на корпусе посредством фланцевого соединения крепежными элементами, (см. а.с. СССР №1483064, МКИ 4 F01N 3/28, 1989)
К очевидным недостаткам этого КН следует отнести сложность его конструкции, которая обуславливает неоптимальность массогабаритных показателей. Одновременно с этим, наличие монтажных бандажей приводит к неоптимальному использованию каталитического вещества в периферийной зоне тела каталитического носителя, поскольку внахлест размещенные на боковых стенках каталитического носителя торцы бандажей препятствуют проникновению в его тело ОГ.
Известны конструкции КН, включающие несколько последовательно расположенных с зазором каталитических носителей, что в значительной степени позволяет повысить степень очистки ОГ от химически вредных компонентов. Здесь каталитический элемент для нейтрализации ОГ содержит металлический сотовый носитель катализатора, наружную и внутреннюю трубчатые оболочки.
Оболочки размещены концентрично одна относительно другой с образованием кольцевого зазора между ними и возможностью свободного продольного расширения внутренней трубчатой оболочки. Один конец внутренней трубчатой оболочки жестко соединен с одним концом наружной трубчатой оболочки. Каталитический элемент дополнительно содержит подвижную опору. Внутренняя трубчатая оболочка другим концом установлена в подвижной опоре, образованной круговыми или одиночными выступами, выполненными на наружной трубчатой оболочке, (см. патент RU 2015356, МПК F01N 3/28, публ. 30.06.1994 г.)
Независимо от типа КН монтаж его под днищем кузова представляет собой достаточно сложную техническую задачу.
Известно устройство системы выпуска ОГ ДВС автомобиля ВА3-21214,. Система содержит приемную трубу с двумя параллельными трубами и КН, которые между собой соединены посредством фланцевого соединения. На некотором расстоянии от переднего фланца приемной трубы объединяются в общий трубопровод. На входе газового потока в общий трубопровод установлен управляющий датчик кислорода. К переднему фланцу КН приварен кронштейн, содержащий цилиндрические участки, на которые устанавливаются резиновые подушки, крепящие КН к кузову автомобиля. Система содержит два керамических КН (см. «Каталог запасных частей. Автомобили ВАЗ-21213, ВАЗ=21214, ВАЗ-21215, ВАЗ-21216, ВАЗ-21217, ВАЗ-2131 и их модификации» //Изд-во «Колесо», М., 2001, стр.79-83).
Недостатком данного устройства является низкая герметизация стыков, из-за чего происходит подсос воздуха извне. Подсос воздуха через присоединительный фланец крепления КН к приемной трубе приводит к тому, что происходит рассогласование в работе управляющего датчика кислорода, смонтированного на приемной трубе отработавших газов и диагностического датчика концентрации кислорода.
Известен модуль системы выпуска ОГ ДВС, содержащий приемную трубу, присоединенную к КН, отводящий патрубок с фланцем подсоединения модуля к трассе шумоглушения и отвода ОГ в атмосферу, а также компенсатор угловых колебаний. Модуль содержит управляющий и диагностирующий датчики состава ОГ и средства крепления модуля к структурному элементу днища кузова транспортного средства. Составляющие элементы модуля образуют цельное, неразъемное структурное образование, и в направлении от ДВС к фланцу подсоединения модуля к трассе шумоглушения и отвода ОГ в атмосферу располагаются в следующем порядке - приемная труба, КН, устройство крепления модуля к днищу кузова, частично охваченное экраном место крепления диагностирующего датчика и компенсатор угловых колебаний. Приемная труба по всей своей длине составлена из двух, сходящихся на выходе в отштампованном тройнике труб, который герметично и неразъемно смонтирован на входном торце КН. Установочный элемент управляющего датчика ОГ смонтирован на входном торце каталитического нейтрализатора. Средство крепления модуля к структурному элементу днища кузова транспортного средства выполнено в виде хомута, охватывающего отводящий патрубок в промежутке между экраном места крепления диагностирующего датчика и выходом КН. Компенсатор угловых колебаний установлен на выходном участке отводящего патрубка между фланцем подсоединения модуля к трассе шумоглушения и отвода ОГ в атмосферу и установочным элементом диагностирующего датчика концентрации кислорода в ОГ. (см. патент РФ №69161 U1, МПК F01N 3/28 (2006.01), 2007 г.) Данное решение принято за прототип.
К недостаткам данного устройства можно отнести большой вес модуля из-за использования приемной трубы, по всей своей длине составленной из двух, сходящихся на выходе в отштампованном тройнике труб. А также неэффективную работу компенсатора угловых колебаний, установленного на выходном участке отводящего патрубка между фланцем подсоединения модуля к трассе шумоглушения, что приводит к значительным вибрационным нагрузкам, передаваемым на кузов автомобиля.
Задача, решаемая полезной моделью - устранение недостатков, присущих прототипу, а также снижение материалоемкости и веса устройства.
Технический результат заключается в улучшении организации рабочего процесса ДВС, снижении веса, а также вибронагрузок, передаваемых на кузов автомобиля, и повышении степени очистки отработавших газов от химически вредных составляющих до уровня, соответствующего международным Нормам Евро-3, Евро-4, Евро-5.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном модуле системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем приемную трубу, присоединенную к каталитическому нейтрализатору, на входном торце которого смонтирован установочный элемент управляющего датчика отработавших газов, отводящий патрубок с фланцем подсоединения модуля к трассе шумоглушения и отвода отработавших газов в атмосферу, а также компенсатор угловых колебаний, в котором составляющие элементы модуля образуют цельное, неразъемное структурное образование, в соответствии с полезной моделью, приемная труба выполнена одинарной, а составляющие элементы модуля в направлении от двигателя внутреннего сгорания к фланцу подсоединения модуля к трассе шумоглушения и отвода отработавших газов в атмосферу располагаются в следующем порядке - приемная труба, компенсатор угловых колебаний, каталитический нейтрализатор, отводящий патрубок снабженный устройством крепления модуля к днищу кузова, частично охваченное экраном место установки диагностического датчика концентрации кислорода.
Компенсатор угловых колебаний выполнен укороченным
Каталитический нейтрализатор содержит один блок каталитического наполнителя.
Технический результат от использования полезной модели заключается в том, что использование всей совокупности существенных признаков полезной модели позволяет обеспечить улучшение организации рабочего процесса ДВС, снижение вибронагрузок, передаваемых на кузов автомобиля за счет снижения металлоемкости и веса устройства и повышение степени очистки отработавших газов от химически вредных составляющих до уровня, соответствующего международным нормам Евро-3, Евро-4, Евро-5.
Выполнение приемной трубы одинарной (состоящей из одной трубы) позволяет значительно снизить вес модуля, при этом размещение компенсатора угловых колебаний перед каталитическим нейтрализатором при снижении веса позволяет снизить вибронагрузки, передаваемые на кузов автомобиля. Кроме того, такое положение компенсатора угловых колебаний позволяет уменьшить его размеры, что также влияет на общий вес модуля.
Выполнение каталитического нейтрализатора (КН) укороченным достигается за счет установки одного блока путем использования в нем более эффективных каталитических носителей, при этом снижается не только длина КН, но его вес, что обеспечивает снижение вибронагрузок, передаваемых на систему выпуска отработавших газов и на кузов автомобиля. Кроме того, использование одного блока в укороченном каталитическом нейтрализаторе снижает сопротивление выхлопных газов, что влечет за собой улучшение показателей работы двигателя, т.к. минимизирует влияние на его мощность.
За счет изменения длины КН возможно увеличение длины отводящего патрубка в зоне между каталитическим нейтрализатором и местом установки диагностического датчика концентрации кислорода, что обеспечивает более эффективное смешение выходящих из КН газов и позволяет получить более точные показания диагностирующего датчика концентрации кислорода в ОГ.
Предложенное техническое решение может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо, воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности “промышленная применимость”. При этом промышленный выпуск полезной модели возможен на стандартном оборудовании с применением известных, хорошо отработанных технологий.
Фиг.1 - модуль системы выпуска ОГ ДВС, вид сбоку.
Фиг.2 - модуль системы выпуска ОГ ДВС, вид сверху;
Фиг.3 - сечение каталитического нейтрализатора, входящего в модуль.
Модуль системы выпуска ОГ ДВС содержит приемную трубу 1, которая по всей своей длине составлена из одной трубы, которая герметично и неразъемно смонтирована на входном торце каталитического нейтрализатора 2. Перед каталитическим нейтрализатором 2 на приемной трубе 1 установлен компенсатор угловых колебаний 3. Каталитический нейтрализатор 2 может быть выполнен укороченным и содержать один блок каталитического наполнителя (см. фиг.1, 3). На входном торце каталитического нейтрализатора 2 смонтирован установочный элемент 4 управляющего датчика отработавших газов.
Выходной торец КН 2 соединен с отводящим патрубком 5, который снабжен фланцем 6 подсоединения модуля к трассе шумоглушения и отвода отработавших газов (ОГ) в атмосферу. На отводящем патрубке 5 последовательно размещены средство 7 крепления модуля к структурному элементу днища кузова (условно не показано) транспортного средства, частично охваченное экраном 8 место 9 установки диагностического датчика концентрации кислорода.
За счет выполнения КН 2 укороченным, отводящий патрубок 5 в зоне между каталитическим нейтрализатором 2 и местом 9 установки диагностического датчика концентрации кислорода может быть выполнен увеличенным по длине (см. фиг.1, 2).
Составляющие элементы модуля образуют цельное, неразъемное структурное образование, и в направлении от ДВС к фланцу 6 подсоединения модуля к трассе шумоглушения и отвода ОГ в атмосферу располагаются в следующем порядке - приемная труба 1, компенсатор 3 угловых колебаний, КН 2, отводящий патрубок 5 со средством 7 крепления модуля к днищу кузова, частично охваченное экраном 8 место крепления 9 диагностирующего датчика концентрации кислорода.
Средство 7 крепления модуля к структурному элементу днища кузова транспортного средства может быть выполнено, например, в виде хомута, снабженного установочным отверстием под элемент крепления к структуре кузова. Средство 7 охватывает отводящий патрубок 5 в промежутке между экраном 8 и выходным торцем КН 2.
Компенсатор 3 угловых колебаний установлен на приемной трубе 1. Такое компоновочное решение стало возможно только за счет выполнения приемной трубы 1 одинарной.
Работает модуль обычным образом.
При работе ДВС и каждом такте выпуска, отработавшие газы (ОГ) по приемной трубе 1 входят в КН 2 со стороны входного торца. Далее газ проходит через каталитический носитель КН 2. Поскольку в КН 2 использован более эффективный вид каталитического носителя, выполнение его укороченным и состоящим из одного блока, не ухудшает качества очистки газов. Более того, уменьшение длины КН 2 способствует более быстрому прогреву каталитического носителя и более эффективной его работе. В результате окислительно-восстановительных реакций, с помощью каталитического носителя, ОГ очищается от вредных компонентов (СО, СН, NOx). Далее очищенный газ входит в конусообразный выходной патрубок КН 2, и через отводящий патрубок 5 далее поступает в глушители системы выпуска автомобиля (не показаны). Поскольку патрубок 5 выполнен увеличенным по длине, увеличено и расстояние между выходом из КН 2 и диагностирующим датчиком 10, что обеспечивает более эффективное смешение выходящих из КН газов и позволяет получить более точные показания диагностирующего датчика концентрации кислорода в ОГ
В сравнении с прототипом, где приемная труба по всей своей длине составлена из двух, сходящихся на выходе в отштампованном тройнике труб, предложенный модуль имеет меньший по сравнению с прототипом вес и материалоемкость. Размещение компенсатора угловых колебаний 3 перед КН 2 позволяет в сравнении с прототипом обеспечить лучшую защиту кузова от вибронагрузок.
Использование заявленного технического решения позволяет создать недорогую и компактную конструкцию эффективного модуля, повысить конкурентоспособность отечественных автомобилей за счет соответствия их экологической безопасности мировым стандартам на уровне Евро-4, снизить загрязнение воздуха в населенных пунктах токсичными компонентами ОГ автотранспортных средств, силовой агрегат которых выполнен на базе ДВС, снизить вес, материалоемкость модуля, а также снизить вибрационные нагрузки на систему выпуска и на кузов автомобиля.
Модуль системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания может быть изготовлен на известном технологическом оборудовании с использованием известных технологий, материалов, а также покупных изделий.