КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕКТОР СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно автомобилестроению, в частности к средствам снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС).
Современные требования по допустимому уровню токсичности отработавших газов автомобильных ДВС обусловили введение в конструкцию тракта системы выпуска отработавших газов каталитических нейтрализаторов.
В настоящее время нашли широкое распространение две конценции конструктивного построения каталитических нейтрализаторов - с керамическими и металлическими блоками-носителями.
Нейтрализаторы с керамическими блоками-носителями представляют собой достаточно сложную конструкцию, что вызвано прежде всего тем, что коэффициенты теплового расширения керамики и металла (из которого изготовлен корпус нейтрализатора) значительно отличаются. Поэтому между блоком-носителя и корпусом устанавливаются различные по конструктивному исполнению температурные компенсаторы, в виде, например, прокладок, крепежных матов и др., с применением специальных клеевых составов, см. Европейскую заявку №0366484, МКИ F01N 3/28, публ. 02.05.90. Существует много проблем, связанных с обеспечением долговечности и надежности работы термических компенсаторов, материал которых подвергается разрушительному воздействию горячих, химически активных отработавших газов.
Конструкции нейтрализаторов с керамическими блоками отличаются не только высокой стоимостью в изготовлении, но и значительными массо-габаритными показателями, что делает весьма проблематичным использование их на современных легковых автомобилях, в условиях стесненного пространства как в моторном отсеке, так и между днищем автомобиля и дорогой, поскольку для выполнения жестких норм по токсичности требуется увеличение размеров блоков-носителей.
Более прогрессивной конструкцией нейтрализатора, с точки зрения упрощения конструкции, снижения стоимости изготовления, надежности и долговечности является устройство нейтрализатора с металлическим блоком-носителем.
В качестве примера можно привести каталитический нейтрализатор, описанный в авторском свидетельстве СССР №1483064, МКИ 401N 3/28, БИ 20/89, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками и металлический блок-носитель катализатора, 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. Блок-носитель закреплен в корпусе посредством специальных бандажей, закрепленных сваркой на корпусе, при этом бандаж внахлест контактируя с боковыми стенками блока-носителя неподвижно фиксируют его в осевом направлении. Патрубки закреплены на корпусе посредством фланцевого соединения крепежными элементами.
Анализируя описанное устройство можно отметить сложность его конструкции, которая обуславливает неоптимальность массо-габаритных показателей. Одновременно с этим, наличие монтажных бандажей приводит к неоптимальному использованию каталитического вещества в периферийной зоне тела блока-носителя, поскольку внахлест размещенные на боковых стенках блока-носителя торцы бандажей препятствуют проникновению в тело каталитического носителя отработавших газов.
Следует отметить, что оба типа описанных нейтрализаторов начинают эффективно работать (нейтрализовать химически активные продукты неполного сгорания) только при достижении определенной, достаточно высокой (несколько сот градусов Цельсия) температуры отработавших газов. А до этого периода, т.е. сразу после запуска и начальной стадии прогрева ДВС, выпуск отработавших газов в атмосферу осуществляется практически неочищенный.
На сегодняшний день такая ситуация стала недопустимой, что потребовало введения еще более жестких норм по токсичности и, соответственно, создания еще более совершенных конструкций, обеспечивающих эффективную работу нейтрализатора практически сразу после пуска ДВС.
Эта техническая проблема решается двумя путями. Во-первых, появились конструкции нейтрализаторов с электрическими подогревателями, включение которых осуществляется перед запуском ДВС, для предварительного подогрева до определенной температуры входного участка каталитического носителя, US №5571485, МПК6 F01N 3/10, 1996.
Второй технический прием заключается в максимальном приближении каталитического носителя к выхлопному клапану ДВС, ЕПВ (ЕР) 0542002, F01N 3/28, 1993, либо путем размещения его непосредственно в полости выхлопного коллектора, DE 4236893, МПК5 F01N 3/28, от 19.05.93; US 5388407, МПК5 F01N 3/20, от 14.02.95. Именно такой конструктивный прием заложен в заявляемой ниже полезной модели.
Известно устройство каталитического коллектора системы выпуска отработавших газов ДВС, патент Японии №63016118, МПК5 F01N 7/10, F01N 7/18, публ. 23.01.88, содержащего четыре отдельных трубопровода, входные концы которых подключены к выходным отверстиям в головке цилиндров ДВС, а выходные концы сходятся в специальном кожухе, внутри которого размещен блок носитель каталитического вещества. Входные концы отдельных трубопроводов закреплены на головке цилиндров ДВС посредством фланцевого соединения с помощью болтов. Выходные концы закреплены в кожухе посредством сварного соединения.
Известна система выпуска отработавших газов (далее ОГ), патент на изобретение RU 2227834, МПК F01N 7/10, опубликовано 27.04.2004, патентообладатель ЭМИТЕК ГЕЗЕЛЫПАФТ ФЮР ЭМИССИОНСТЕХНОЛОГИ МБХ, которая имеет выпускной коллектор для объединения потоков ОГ от двух или более цилиндров ДВС, при этом выпускной коллектор имеет выходное сечение, к которому примыкает трубчатый кожух с расположенным в нем сотовым элементом. Между выходным сечением и сотовым элементом имеется проточная полость, в которой предусмотрена, по меньшей мере, первая направляющая пластина для отклонения, по меньшей мере, части потоков ОГ, причем пластина является компонентом кожуха. Помимо системы выпуска ОГ с выпускным коллектором и сотовым элементом в заявке описан также способ подачи к сотовому элементу потоков ОГ, которые, по меньшей мере, частично поступают к этому сотовому элементу с различных направлений, при этом потоки ОГ перед их набеганием на сотовый элемент отклоняют с помощью, по меньшей мере, первой направляющей пластины, являющейся компонентом кожуха, таким образом, чтобы они, по меньшей мере, частично изменяли направление течения на противоположное относительно первоначального направления движения этих потоков ОГ и тем самым с задержкой набегали на сотовый элемент. Изобретение позволяет снизить токсичность выбросов ДВС, прежде всего в период пуска его холодного пуска и увеличить срок службы сотового элемента.
В современные конструкциях каталитических коллекторов применяются каталитические носители имеющие в поперечном сечении овальную форму, см., например, патент на изобретение RU 2113232, МПК F01N 3/28, от 27.09.2003, патентообладатель ЭМИТЕК ГЕЗЕЛЬШАФТ ФЮР ЭМИССИОНСТЕХНОЛОГИ МБХ. Каталитический преобразователь здесь имеет по меньшей мере один сотовый элемент с покрытием из каталитически активного материала и с отделенными друг от друга стенками проточными каналами для ОГ, при этом указанный преобразователь имеет расположенные последовательно в направлении (S) протекания потока ОГ первую и вторую зоны, теплоемкость первой из которых, приходящаяся на единицу объема сотового элемента, меньше теплоемкости второй зоны, приходящейся на единицу объема сотового элемента, причем теплоемкость второй зоны, приходящейся на единицу объема сотового элемента, составляет по меньшей мере 800 Дж/л-К. В предпочтительном варианте в первой зоне толщина металлических листов без покрытия составляет в среднем менее 0,06 мм, предпочтительно менее 0,04 мм, а во второй зоне толщина металлических листов без покрытия составляет в среднем более 0,06 мм, предпочтительно более 0,08 мм, прежде всего 0,11 мм. Таким образом, первая зона при высокой температуре ОГ может быстро достигать рабочей температуры, тогда как вторая зона аккумулирует тепло для работы в режимах, в которых ОГ имеют низкую температуру. Изобретение позволяет повысить эффективность работы преобразователя.
Одним из близких аналогов заявляемой полезной модели является устройство каталитического коллектора системы выпуска отработавших газов ДВС, известное из описания к свидетельству на полезную модель RU 30855, МПК7 F01N 7/10, F01N 3/28, публ. 2003.07.10. Рассматриваемый каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов ДВС содержит две проточные трубы, одна из которых образована сходящимися на выходе патрубками первого и четвертого цилиндров ДВС, а другая образована сходящимися на выходе патрубками второго и третьего цилиндров, верхние концы которых соединены с впускными отверстиями ДВС через отверстия в присоединительном фланце, а нижние концы труб сходятся в общей газоприемной камере, снабженной установочным элементом управляющего датчика кислорода, выполненной заодно с корпусом каталитического носителя, на выходе которого смонтирована газосмесительная камера с присоединительным фланцем к тракту системы выпуска отработавших газов ДВС. Каталитический носитель выполнен в виде единого металлического газопроницаемого цилиндрического моноблока, боковые стенки которого находятся в плотном контакте со стенками корпуса, общая газоприемная камера частично размещена внутри корпуса каталитического носителя, с образованием неразъемного телескопического соединения, при этом между наружными торцами газоприемной камеры и торцевыми стенками моноблока образован зазор, величина которого составляет не менее половины толщины стенки расположенной внутри корпуса части газоприемной камеры, установочный элемент управляющего датчика кислорода расположен по оси потока газа, входящего в корпус каталитического носителя и на равных расстояниях от выходных срезов, соответственно, патрубков первого и четвертого, и второго и третьего цилиндров, при этом газосмесительная камера снабжена установочным элементом диагностического датчика кислорода. Кроме того, корпус каталитического носителя охвачен с образованием воздушного зазора теплоизолирующим кожухом, снабженным средствами снижения шума, выполненными в виде концентрично расположенных на стенках кожуха ребер жесткости.
Исследования проведенные с опытными образцами рассмотренной конструкции, описанной выше, дают основания говорить о том, что его конструктивные особенности дают возможность для дальнейшего совершенствования каталитического коллектора в части повышения его основных технических характеристик, что совершенно необходимо для удовлетворения действующих на сегодняшний день Международных экологических требований по токсичности и безопасности Евро-3 и Евро-4. В этой связи, как показывают патентные исследования самых свежих публикаций, на отечественном рынке автокомпонентов ведутся активные работы по доводке и совершенствования конструкций каталитических коллекторов, допускающих на сегодняшний день их беспрепятственное использование в составе легковых автомобилей, производимых и эксплуатируемых на территории Российской Федерации, стран СНГ и любых других стран мира, соблюдающих указанные нормативные Международные требования.
Так, ООО «МЕТАЛЛОПРОДУКЦИЯ» (г.Тольятти) разработан и защищен патентом №89626 на полезную модель «Каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания», МПК F01N 3/28, опубликован 10.12.2009. Каталитический коллектор содержит разветвленный проточный трубопровод, составленный из отдельных патрубков, число которых соответствует числу цилиндров ДВС, присоединительный фланец крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС, к которому закреплены входные концы патрубков, сходящихся на выходе в общей газоприемной камере, снабженной установочным элементом управляющего датчика кислорода и сопряженной с корпусом каталитического носителя, выполненного в виде газопроницаемого моноблока, имеющего в поперечном сечении форму овала, на выходе которого образована газосмесительная камера, снабженная установочным элементом диагностического датчика кислорода и присоединительным фланцем крепления к тракту системы выпуска отработавших газов ЛВС, и кронштейны крепления каталитического коллектора, смонтированные на корпусе каталитического носителя. Отличительной особенностью рассмотренной полезной модели является то, что патрубки проточного трубопровода выполнены в виде одногибовых труб, а полукорпуса газосмесительной камеры соединены между собой с образованием жестких фланцев (на чертеже к патенту они показаны поз.10) по периметру, причем в коллектор, выполненный без кожуха, установлен каталитический носитель из керамики.
Еще одна конструкция ООО «МЕТАЛЛОПРОДУКЦИЯ» (г.Тольятти) разработана и защищена патентом №89628 на полезную модель «Каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания», МПК F01N 3/28, опубликован 10.12.2009. Каталитический коллектор содержит корпус моноблока с каталитическим носителем, на выходе которого имеется газосмесительная камера с присоединительным фланцем к тракту системы выпуска отработавших газов ДВС, а на входе - газоприемная камера с патрубками подвода отработавших газов от цилиндров двигателя внутреннего сгорания, причем корпус газоприемной камеры выполнен в виде сваренных по осевому разъему полукорпусов. Отличительной особенностью является то, что патрубки подвода отработавших газов от цилиндров выполнены одногибовыми, причем два центральных патрубка направлены вдоль продольной оси моноблока, а моноблок с каталитическим носителем выполнен укороченным, овальной формы. Фланцы, на чертеже патента они показаны поз.12, сварного корпуса газоприемной камеры увеличены и являются ребрами жесткости.
Увеличенные в размерах жесткие фланцы, как в первом случае, так и во втором, являются сами по себе эффективными генераторами акустической энергии, а отсутствие кожуха на корпусе, внутри которого размещен керамический носитель каталитического состава, обуславливает излучение от корпуса значительного теплового потока в стесненное пространство моторного отсека автомобиля, с влиянием тепловой энергии на близ расположенные функциональные элементы силового агрегата (топливные и тормозные трубопроводы, пластиковые и резиновые заглушки и фиксатора, поверхность днища кузова, обработанная мастикой и др.).
Еще одним предприятием, ООО «Мобил ГазСервис» (г.Тольятти) разработан и защищен патентом №91110 на полезную модель «Каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания», МПК F01N 3/28, опубликован 27.01.2010. Каталитический коллектор ДВС содержит разветвленный проточный трубопровод, составленный из отдельных патрубков, число которых соответствует числу цилиндров ДВС, входные концы которых закреплены в присоединительном фланце крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС, а выходные - на общей газоприемной камере, снабженной установочным элементом управляющего датчика кислорода, и телескопически неразъемно сопряженной с корпусом каталитического носителя, снабженного по бокам кронштейнами его закрепления в автомобиле и выполненного в виде, по крайней мере, одного газопроницаемого блока, имеющего в поперечном сечении форму овала, на выходе которого телескопически неразъемно установлена выполненная из двух фасонно отштампованных и неразъемно соединенных между собой вдоль продольной оси половин газосмесительная камера, снабженная установочным элементом диагностического датчика кислорода и присоединительным фланцем крепления к тракту выхлопа ДВС, причем проточный трубопровод и газоприемная камера выполнены совместно из двух фасонно отштампованных и неразъемно соединенных между собой вдоль продольной оси половин. Отличительной особенностью является то, что каталитический носитель выполнен в виде керамического блока и снабжен по наружной боковой поверхности плотно прилегающей к корпусу каталитического носителя теплоизолирующей прокладкой, которые совместно плотно запрессованы в корпусе каталитического носителя, причем присоединительный фланец крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС имеет, в основном, прямоугольную форму, а входные концы отдельных патрубков проточного трубопровода закреплены в присоединительном фланце крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС на одинаковом расстоянии друг от друга.
Тем же патентообладателем - ООО «Мобил ГазСервис» (г.Тольятти) разработан и защищен патентом №91133 на полезную модель «Каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания», МПК F01N 3/28, опубликован 27.12.2009. Каталитический коллектор ДВС содержит разветвленный проточный трубопровод, составленный из отдельных патрубков, число которых соответствует числу цилиндров ДВС, входные концы которых закреплены в присоединительном фланце крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС, а выходные - на общей газоприемной камере, снабженной установочным элементом управляющего датчика кислорода, и телескопически неразъемно сопряженной с корпусом каталитического носителя, снабженного по бокам кронштейнами его закрепления в автомобиле, и выполненного в виде, по крайней мере, одного газопроницаемого блока, имеющего в поперечном сечении форму овала, на выходе которого телескопически неразъемно установлена выполненная из двух фасонно отштампованных и неразъемно соединенных между собой вдоль продольной оси половин газосмесительная камера, снабженная установочным элементом диагностического датчика кислорода и присоединительным фланцем крепления к тракту системы выпуска отработавших газов ДВС, причем проточный трубопровод и газоприемная камера выполнены совместно из двух фасонно отштампованных и неразъемно соединенных между собой вдоль продольной оси половин. Отличительной особенностью является то, что каталитический носитель выполнен в виде керамического блока и снабжен по наружной боковой поверхности плотно прилегающей к корпусу каталитического носителя теплоизолирующей прокладкой, которые совместно плотно запрессованы в корпусе каталитического носителя.
Объем защиты полезной модели, защищенной патентом №90133 полностью совпадает с объемом патентных прав полезной модели, защищенной патентом №91110, однако в последнем дополнительно оговорены признаки, характеризующие конструкцию присоединительного фланца крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС, который имеет, в основном, прямоугольную форму, а входные концы отдельных патрубков проточного трубопровода закреплены в присоединительном фланце крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС на одинаковом расстоянии друг от друга.
Здесь также можно отметить то, что увеличенные в размерах жесткие фланцы, как в первом случае, так и во втором, являются сами по себе эффективными генераторами акустической и тепловой энергии, что обуславливает излучение от корпуса значительного теплового потока в стесненное пространство моторного отсека автомобиля, с влиянием тепловой энергии на близ расположенные функциональные элементы силового агрегата. Это же относится и к прямоугольной форме фланца крепления каталитического коллектора к корпусу головки цилиндров ДВС.
Прототипом заявляемой полезной модели является разработанная ОАО «АВТОВАЗ» и реализуемая в составе модельных рядов автомобилей LADA КАЛИНА, САМАРА, ПРИОРА конструкция каталитического коллектора, которая защищена патентом №67647 на полезную модель «Каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания», МПК F01N 3/28, опубликованным 27.10.2007, бюллетень №30. Каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов ДВС, содержащий разветвленный проточный трубопровод, составленный из отдельных патрубков, число которых соответствует числу цилиндров ДВС, входные концы которых закреплены в присоединительном фланце крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС и сходящихся на выходе в общей газоприемной камере, снабженной установочным элементом управляющего датчика кислорода, и сопряженной с корпусом каталитического носителя, выполненного в виде, по крайней мере, одного газопроницаемого цилиндрического блока, боковые стенки которого находятся в плотном контакте со стенками корпуса, на выходе которого образована газосмесительная камера, снабженная установочным элементом диагностического датчика кислорода и присоединительным фланцем крепления к тракту системы выпуска отработавших газов ДВС, при этом корпус каталитического носителя охвачен с образованием воздушного зазора тепло-звукоизолирующим кожухом. Отличительной особенностью конструкции является то, что присоединительный фланец крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС выполнен в виде сплошного, плоского, прямоугольного, со скругленными углами основания, снабженного сквозными присоединительными отверстиями под соответствующие патрубки проточного трубопровода, проточный трубопровод выполнен из двух фасонно отштампованных и неразъемно сопрягаемых между собой половин, с образованием при их взаимном сопряжении в межпатрубковом пространстве плоских участков, находящихся в плотном взаимном контакте, причем сопрягаемые фланцы половин выполнены в виде плоских отбортовок, торцы которых на входе патрубков сопрягаются с присоединительным фланцем крепления каталитического коллектора, а на выходе проточного трубопровода неразъемно закреплены на корпусе каталитического носителя, при этом входные концы патрубков частично размещены и неразъемно закреплены в соответствующих отверстиях присоединительного фланца, продольная кривизна крайних патрубков проточного трубопровода превышает величину продольной кривизны патрубков, расположенных между ними, каталитический носитель выполнен в виде металлического газопроницаемого цилиндрического моноблока, имеющего в поперечном сечении форму овала, вытянутого в стороны крайних цилиндров ДВС и боковые стенки которого находятся в плотном контакте со стенками корпуса, при этом матрица блока сформирована из металлической ленты, имеющей S-образную форму закрутки, общая газоприемная камера частично размещена внутри корпуса каталитического носителя, таким образом, что выход проточного трубопровода с корпусом каталитического носителя образует телескопическое соединение, геометрический центр установочного элемента управляющего датчика кислорода расположен на равном расстоянии от геометрических центров сквозных присоединительных отверстий присоединительного фланца под крайние патрубки проточного трубопровода, газосмесительная камера образована наклонным коническим патрубком, выполненным из двух неразъемно сопрягаемых между собой отштампованных половин, сопрягаемые фланцы которых выполнены в виде плоских отбортовок, при этом установочный элемент диагностического датчика кислорода смонтирован на конической стенке патрубка большей высоты, тепло-звукоизолирующий кожух выполнен в виде двух оребренных отштампованных взаимно неразъемно сопрягаемых частей, причем, по крайней мере, один из торцов кожуха неразъемно закреплен на корпусе каталитического носителя, кожух снабжен симметричными относительно продольной оси корпуса каталитического носителя окнами под выход кронштейнов крепления каталитического коллектора, которые неразъемно закреплены на корпусе каталитического носителя и выполнены в виде опорных полок с боковыми раскосами, причем в опорных полках выполнены вытянутые в направлении перпендикулярном оси корпуса каталитического носителя сквозные отверстия, каждое из окон под выход кронштейнов пересекает линию сопряжения частей кожуха. Плоские отбортовки фасонно отштампованных половин проточного трубопровода, включая межпатрубковые участки, а также плоские отбортовки наклонного конического патрубка скреплены посредством сварного соединения.
Практика эксплуатации прототипа каталитического коллектора выявила его следующие нежелательные свойства.
Сопрягаемые фланцы проточного трубопровода и межпатрубковые плоскости его отштампованных фасонных половин являются источником повышенного шумообразования, поскольку под воздействием интенсивных колебаний, вызванных рабочим процессом ДВС, работают как эффективные акустические мембраны, излучающие значительное количество акустической энергии в пространство моторного отсека. Это вызвано тем, что их тонколистовая металлическая структура имеет развитую площадь поверхности. Это обстоятельство прямо обуславливает второй недостаток прототипа, а именно, названная, развитая площадь поверхности является эффективным элементом воздушного охлаждения, отводящим значительное количество тепла от объема газоприемной камеры, что отрицательно сказывается на эффективность работы каталитического коллектора, особенно в начальный момент запуска и прогрева ДВС. Это же самое обстоятельство отрицательно сказывается на процессе вентиляции моторного отсека автомобиля, а значит и приводит к термоперегруженности целого ряда функциональных элементов, таких как трубопроводы системы тормозов, топливные трубопроводы и др. Значительное количество тепла аккумулирует структура сплошного прямоугольного фланца крепления каталитического коллектора к головке цилиндров ДВС, что также отрицательно сказывается на эффективность работы каталитического коллектора в начальной фазе прогрева ДВС. Следует отметить и неоптимальное, с точки зрения акустики и теплопередачи крепление торца кожуха на корпусе каталитического носителя, о чем далее подробно будет сказано.
Решение технической задачи предусматривает создание эффективной и одновременно с этим недорогой и компактной конструкции каталитического коллектора.
Технический результат заключается в повышении ряда основных технических характеристик каталитического коллектора, в первую очередь, улучшении его акустических качеств и эффективности в части снижения содержания высокотоксичных компонентов (СО, СН, NOx), находящихся в продуктах сгорания ДВС в окружающую среду.
Совокупность признаков заявляемой полезной модели каталитического коллектора системы выпуска отработавших газов ДВС, находящаяся в причинно-следственной взаимосвязи с достигаемым техническим результатом представлена в независимом пункте формулы полезной модели. Сущность полезной модели заключается в том, что в известном из прототипа каталитическом коллекторе системы выпуска отработавших газов ДВС, содержащем разветвленный проточный трубопровод, составленный из отдельных патрубков, входные концы которых закреплены в присоединительном фланце крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС, сходящихся на выходе в общей газоприемной камере, сопряженной с корпусом каталитического носителя, на выходе которого образована газосмесительная камера, снабженная присоединительным фланцем крепления к тракту системы выпуска отработавших газов ДВС, при этом корпус каталитического носителя охвачен с образованием воздушного зазора тепло-звукоизолирующим кожухом, присоединительный фланец крепления каталитического коллектора к корпусу двигателя внутреннего сгорания выполнен в виде плоского фасонного основания, на котором образованы отдельные фланцы крепления крайних патрубков проточного трубопровода и общий фланец крепления промежуточных патрубков, расположенных между ними, проточный трубопровод выполнен из двух фасонно отштампованных и неразъемно сопрягаемых между собой половин, находящихся в неразъемном взаимном контакте, причем сопрягаемые наружные фланцы крайних патрубков половин образуют нахлестное соединение, тепло-звукоизолирующий кожух выполнен в виде двух отштампованных взаимно неразъемно сопрягаемых частей и неразъемно закреплен на выходном участке газоприемной камеры, при этом оси промежуточных патрубков по существу симметрично, относительно продольной оси корпуса каталитического носителя, разведены в сторону мест соединения крайних патрубков с газоприемной камерой.
Наиболее целесообразно и технологично нахлестное соединение фасонно отштампованных половин проточного трубопровода закрепить сваркой.
Каталитический носитель может быть выполнен в виде газопроницаемого металлического блока.
Боковые стенки каталитического носителя, выполненного в виде газопроницаемого металлического блока, могут находиться в плотном контакте с его корпусом.
При таком конструктивном исполнении в значительной степени, а практически на нет, сводится влияние имеющейся в прототипе акустической мембраны, о которой сказано в критике прототипа. Это позволяет существенно улучшить акустические характеристики каталитического коллектора, с одной стороны, а с другой - повысить эффективность вентиляции моторного отсека автомобиля. Кроме того, это приводит к тому, что часть теплового потока будет передана внутрь корпуса каталитического коллектора, что в какой-то степени повысит эффективность его работы. Этому будет способствовать и изменение, в сравнении с прототипом, формы присоединительного фланца крепления каталитического коллектора к головке цилиндров ДВС и перенесение места крепления тепло-звукоизолирующего кожуха на выходной участок газоприемной камеры, поскольку в этом случае увеличивается теплопередача из отдельных патрубков проточного трубопровода внутрь каталитического коллектора. Поскольку оси промежуточных патрубков по существу симметрично, относительно продольной оси корпуса каталитического носителя, разведены в сторону мест соединения крайних патрубков с газоприемной камерой, поток отработавших газов, транспортируемый по этим патрубкам, наиболее равномерно распределяется по всей площади каталитического носителя, что положительно сказывается на эффективности работы каталитического коллектора.
Рассмотренные выше конструктивные изменения в заявляемом техническом решении, в сравнении с прототипом полезной модели, достигнуты методом интуитивно-логического анализа проблемы, обозначенной представленным выше уровнем техники и сопоставительной аналитической работы по формированию новых конструктивных признаков с улучшенными конструктивно-технологическими приемами эмпирическим путем, а также в процессе практических исследований макетных и опытных образцов устройства.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
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.
Другие особенности и преимущества заявляемой полезной модели станут понятны из следующего детального описания, приведенного исключительно в форме не ограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие предпочтительный вариант реализации, на котором показана схема предлагаемого каталитического коллектора и его отдельных составляющих элементов.
На фиг.1 изображен каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания;
На фиг.2 показан вид сверху на фиг.1;
На фиг.3 показан вид сбоку на фиг.1;
На фиг.4 показан фрагмент каталитического коллектора с газосмесительной камерой и кронштейнами крепления, вид А по фиг.1;
На фиг.5 показано поперечное сечение отдельных патрубков проточного трубопровода, с вынесенным изображением увеличенного вида «Г» нахлестного соединения наружных кромок фасонно отштампованных половин проточного трубопровода, сечение Б-Б по фиг.3;
На фиг.6 показан фрагмент продольного осевого сечения каталитического коллектора с вынесенным изображением увеличенного вида «Д» крепления тепло-звукоизоляционного кожуха, сечение В-В по фиг.4;
На фиг.7 показан увеличенный вид «Д» по фиг.6;
Фиг.8 - показано сечение Е-Е по фиг.1.
Каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов ДВС, изображенный на представленных фигурах, содержит разветвленный проточный трубопровод 1, составленный из отдельных патрубков 2…5, число которых соответствует числу цилиндров ДВС, при этом патрубки 2 и 5 являются крайними, а расположенные между ними патрубки 3 и 4 являются промежуточными. Входные концы 6…9 соответствующих патрубков 2…5 закреплены в присоединительном фланце 10 крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС. На выходе патрубки 2…5 сходятся в общей газоприемной камере 11, снабженной установочным элементом 12 управляющего датчика (не показан) кислорода, и сопряженной с корпусом 13 каталитического носителя 14. Оси промежуточных патрубков 3 и 4 по существу симметрично, относительно продольной оси корпуса 13 каталитического носителя 14, разведены в стороны мест соединения крайних патрубков 2 и 5, соответственно, с газоприемной камерой 11, что позволяет потоку отработавших газов наиболее равномерно распределяться по всей площади каталитического носителя 14, что в целом положительно сказывается на эффективности работы каталитического коллектора.
Каталитический носитель 14 может быть выполнен в виде, по крайней мере, одного газопроницаемого керамического или металлического цилиндрического блока, имеющего в поперечном сечении форму круга или овала, на выходе которого образована газосмесительная камера 15, снабженная установочным элементом 16 диагностического датчика (не показан) кислорода и присоединительным фланцем 17 крепления к тракту выпуска отработавших газов ДВС. Боковые стенки каталитического носителя 14, в частности, выполненного в виде газопроницаемого металлического блока, могут находиться в плотном контакте с его корпусом 13.
Корпус 13 каталитического носителя охвачен с образованием воздушного зазора 18 тепло-звукоизолирующим кожухом 19. Присоединительный фланец 10 выполнен в виде плоского, фасонного основания, на котором образованы отдельные фланцы 10а крепления крайних патрубков 2 и 5 проточного трубопровода 1 и общий фланец 10b крепления промежуточных патрубков 3 и 4. Образованные на фасонном основании присоединительного фланца 10 отдельные фланцы 10а и общий фланец 10b снабжены соответствующими сквозными присоединительными отверстиями 20, 23 и 21, 22 под соответствующие наружные 2, 5 и промежуточные 3, 4 патрубки проточного трубопровода 1. Проточный трубопровод 1 выполнен из двух фасонно отштампованных и неразъемно сопрягаемых между собой половин 24 и 25, с образованием при их взаимном сопряжении в межпатрубковом пространстве плоских участков 26…28, находящихся в плотном неразъемном взаимном контакте. Сопрягаемые наружные фланцы 29 и 30 крайних патрубков 2 и 5 соответствующих половин 24 и 25 образуют нахлестное соединение и неразъемно соединены друг с другом посредством сварки 31. Входные концы 6…9 соответствующих патрубков 2…5 частично размещены и неразъемно закреплены в соответствующих отверстиях 20…23 присоединительного фланца 10 посредством сварки. Тепло-звукоизолирующий кожух 19 выполнен в виде двух отштампованных взаимно неразъемно сопрягаемых частей и неразъемно закреплен на выходном участке 32 газоприемной камеры 11.
Газосмесительная камера 15 образована наклонным коническим патрубком 33, выполненным из двух неразъемно сопрягаемых между собой отштампованных половин 34 и 35, сопрягаемые фланцы которых выполнены в виде соответствующих плоских отбортовок 36 и 37, неразъемно соединенных друг с другом посредством сварки. Установочный элемент 16 диагностического датчика кислорода смонтирован на конической стенке патрубка 33 большей высоты. В этой зоне обеспечивается наибольшая точность отбора параметров, а соответственно и контроль состояния токсичности отработавших газов ДВС.
Работает каталитический коллектор обычным образом. Отработавшие газы поступают через патрубки 2…5 в полость газоприемной камеры 11, просачиваются через ячейки каталитического носителя 13, очищаются при этом от токсичных веществ до требуемого стандартами уровня и отводятся через газосмесительную камеру 15 в трассу системы выпуска отработавших газов и шумоглушения и далее - в атмосферу. При этом, как уже было упомянуто выше, присоединительный фланец 10 крепления каталитического коллектора к корпусу ДВС выполнен в виде плоского, фасонного, основания, на котором образованы отдельные фланцы 10а крепления крайних патрубков 2 и 5 проточного трубопровода 1 и общий фланец 10b крепления промежуточных патрубков 3 и 4, расположенных между ними. Площадь поверхности и масса структуры такого фланца существенно меньше, чем в прототипе, что позволяет увеличить тепловой поток в полость каталитического коллектора при запуске и прогреве ДВС и ускорить нормальную работу каталитического носителя 14. Этот эффект усиливается еще и тем, что тепло-звукоизолирующий кожух 19 неразъемно закреплен на выходном участке 32 газоприемной камеры 11 (см. увеличенный вид Д фиг.7), а не на корпусе каталитического носителя, что имеет место в прототипе, поскольку некоторое количество тепла экранируется и не рассеивается в окружающую среду с поверхности газоприемной камеры 11. Проточный трубопровод 1 выполнен из двух фасонно отштампованных и неразъемно сопрягаемых между собой половин 24 и 25, находящихся в неразъемном взаимном контакте, причем их сопрягаемые наружные фланцы 29 и 30, соответственно, крайних патрубков 2 и 5 образуют нахлестное сварное соединение (см. увеличенный вид Г фиг.5). При таком конструктивном исполнении в значительной степени, а практически на нет, сводится влияние имеющихся в прототипе структурных элементов каталитического коллектора, работающих по принципу акустической мембраны, а значит и существенное уменьшение генерированной ими акустической энергии, излучаемой в окружающую среду. Это позволяет существенно улучшить акустические характеристики каталитического коллектора, с одной стороны, а с другой - повысить эффективность вентиляции моторного отсека автомобиля, из-за отсутствия тормозящих поток воздуха элементов. Кроме того, создаются более нормальные температурные условия, в которых работают ряд функциональных элементов, размещенных в моторном отсеке автомобиля, а именно, трубопроводах, полимерных и резиновых заглушках и держателях и др. Кроме того, это приводит к тому, что часть теплового потока будет передана внутрь корпуса каталитического коллектора, что в какой-то степени дополнительно повысит эффективность его работы.
Использование заявленного технического решения позволяет создать недорогую и компактную конструкцию эффективного каталитического коллектора, повысить конкурентоспособность отечественных автомобилей за счет соответствия их экологической безопасности мировым стандартам, до уровня Евро-3 и Евро-4, снизить загрязнение воздуха в населенных пунктах токсичными компонентами отработавших газов автотранспортных средств, силовой агрегат которых выполнен на базе ДВС.
Разумеется, полезная модель не ограничивается описанным выше конкретным конструктивным примером ее осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными несущественные изменения различных элементов или материалов, из которых эти элементы выполнены, либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема притязаний, обозначенного независимым пунктом формулы полезной модели.