ВЫПУСКНОЙ КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕКТОР ДЛЯ МНОГОЦИЛИНДРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к конструкциям систем выхлопа двигателей внутреннего сгорания (ДВС), снабженных каталитическим нейтрализатором, и может быть использована для снижения токсичности отработавших газов (ОГ) ДВС.
Известен каталитический коллектор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус моноблока с каталитическим носителем, снабженный установленным с зазором относительно него теплоизолирующим кожухом, на выходе которого имеется газосмесительная камера с присоединительным фланцем к тракту выхлопа двигателя внутреннего сгорания, а на входе - газоприемная камера с патрубками подвода отработавших газов от цилиндров двигателя внутреннего сгорания, причем корпуса моноблока с каталитическим носителем, газоприемной и газосмесительной камер выполнены в виде сваренных по продольному осевому разъему полукорпусов (см. патент РФ на полезную модель №30855, МПК 7 F01N 3/28, 2003 г.).
Известен каталитический коллектор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, 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, а выходные - на общей газоприемной камере. Газоприемная камера  снабжена установочным элементом управляющего датчика кислорода, и телескопически неразъемно сопряжена с корпусом каталитического носителя.  Проточный трубопровод и газоприемная камера выполнены совместно из двух фасонно отштампованных и неразъемно соединенных между собой вдоль продольной оси половин. 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 (см. патент РФ №91110, МПК F01N 3/28 (2006.01), 2010 г.).
Известен каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (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. Газоприемная камера  снабжена установочным элементом управляющего датчика кислорода, и сопряжена с корпусом каталитического носителя.  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 наружные кромки 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. 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. Геометрический центр установочного элемента управляющего датчика кислорода расположен на равном расстоянии от геометрических центров сквозных присоединительных отверстий присоединительного фланца под крайние патрубки проточного трубопровода (см. патент РФ №67647 МПК F01N 3/28 (2006.01), 2007 г.).
Недостатком всех приведенных выше решений является недостаточная эффективность работы коллектора, вызванная повышенным сопротивлением на входе в каталитический нейтрализатор. Данный недостаток обусловлен тем, что боковые патрубки подвода отработавших газов от цилиндров двигателя внутреннего сгорания расположены практически на одной линии друг напротив друга. Такое конструктивное решение приводит, во-первых, к возникновению турбулентности в газоприемной камере, а также проникновению газов из одной трубы в другую (поскольку выпуск в разных цилиндрах происходит в разное время), что влечет за собой и последующее снижение мощности двигателя.
Известен выпускной коллектор для многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания, который образован из первой и второй обшивок из листового металла, причем указанные первая и вторая обшивки находятся в соединенном состоянии с индивидуально направляемыми из цилиндров выпускными трубами и газоприемной камерой, в которую выпускные трубки открываются вместе и ведут к отверстию, соединенному с выхлопной системой или катализатором. Первая и вторая оболочки выполнены в виде отливок и снабжены плоской плоскостью для сварного соединения. Газоприемная камера имеет круглое или овальное поперечное сечение. На полой рельефной стороне второй оболочки камера имеет воронкообразную форму, сужающуюся к выпускному отверстию. Датчик выхлопных газов расположен в газоприемной камере в потоке всех выхлопных труб (см. патент EP1083307, МПК F01N 3/28 (2001.01), 2001 г.). Данное решение принято за прототип.
Недостатком прототипа является не оптимальное обтекание датчика кислорода потоками газа из каждой отдельной трубы, что снижает эффективность работы катализатора и не дает возможности обеспечить высокий коэффициент однородности скоростей потока ОГ.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью - повышение эффективности работы каталитического коллектора, обеспечение коэффициента однородности скоростей потока 0,92 и более за счет оптимизации направления потока отработавших газов.
Поставленная техническая проблема решается за счет того, что в известном выпускном каталитическом коллекторе для многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания, который образован из первого и второго полукорпусов из листового металла, которые объединяют индивидуально направляемые из цилиндров выпускные трубы и газоприемную камеру, в которую выпускные трубы открываются,  выпускное отверстие газоприемной камеры соединено с приемным отверстием моноблока с каталитическим носителем, соединенного с газосмесительной камерой, полукорпуса снабжены плоскостью для сварного соединения, причем часть газоприемной камеры, выполненная во  втором полукорпусе имеет воронкообразную форму, а часть газоприемной камеры, выполненная в первом полукорпусе снабжена установочным элементом управляющего датчика кислорода, расположенным в центральной части газоприемной камеры, в соответствии с полезной моделью все индивидуально направляемые из цилиндров выпускные трубы выполнены укороченными и объединены газоприемной трубой, принадлежащей газоприемной камере, а управляющий датчик кислорода расположен в месте схождения потоков ОГ из разных цилиндров непосредственно перед входом в впускной конус газоприемной камеры.
Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в повышении ряда основных технических характеристик каталитического коллектора, а именно, повышении его эффективности в части снижения содержания высокотоксичных компонентов (СО, СН, NOx) в продуктах сгорания ДВС.
За счет выполнения всех индивидуально направляемых из цилиндров выпускных труб укороченными и объединенными газоприемной трубой, принадлежащей газоприемной камере, обеспечивается оптимальное направление потоков ОГ из всех цилиндров двигателя к месту установки управляющего датчика кислорода в центральной части газоприемной камеры, что позволяет наилучшим образом отслеживать изменение концентрации кислорода в ОГ и, соответственно, обеспечить наиболее точное регулирование состава топливо-воздушной смеси (ТВС) для достижения окна бифункциональности каталитического блока нейтрализатора для достижения норм токсичности ОГ Евро-6 и выше.
Расположение установочного элемента управляющего датчика кислорода в центральной части газоприемной трубы в месте схождения потоков ОГ из разных цилиндров непосредственно перед входом в впускной конус газоприемной камеры позволяет наилучшим образом отслеживать изменение концентрации кислорода в ОГ и, соответственно, обеспечить наиболее точное регулирование состава ТВС для достижения окна бифункциональности каталитического блока нейтрализатора для достижения норм токсичности ОГ Евро-6 и выше.
Фиг.1 - общий вид заявляемого выпускного коллектора;
Фиг.2 – вид сверху выпускного коллектора;
Фиг. 3 – сечение  А-А фиг.2.
Выпускной коллектор для многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания  образован из первого 1 и второго 2 полукорпусов из листового металла. Полукорпуса 1, 2 снабжены плоскостью 3, выполненной по всему периметру полукорпусов, для сварного соединения (см. фиг. 2, 3).  Полукорпуса 1, 2 объединяют индивидуально направляемые из цилиндров выпускные трубы  4, 5, 6, 7  и газоприемную камеру 8, в которую выпускные трубы открываются (см. фиг. 1, 2, 3). Выпускные трубы 4, 5, 6, 7 выполнены укороченными и объединены газоприемной трубой 9, принадлежащей газоприемной камере 8. Выпускное отверстие 10 газоприемной камеры соединено с приемным отверстием 11 моноблока 12 с каталитическим носителем. Моноблок 12 соединен с газосмесительной камерой 13.
Ось Х-Х газосмесительной камеры 13 смещена относительно оси Y-Y газоприемной камеры 8 в сторону выпускной трубы 4 первого цилиндра с одновременным наклоном оси моноблока 12 и смещением выходного отверстия моноблока в сторону выпускной трубы первого цилиндра.
Часть газоприемной камеры 8б, выполненная во втором полукорпусе 2 имеет воронкообразную форму, сужающуюся к выпускному отверстию 10 -образующую впускной конус 8б (см. фиг.3). Часть 8а газоприемной камеры, образованная газоприемной трубой 9 в первом полукорпусе 1, снабжена установочным элементом 14 управляющего датчика кислорода, расположеным в месте схождения потоков ОГ из разных цилиндров непосредственно перед входом в впускной конус 8б газоприемной камеры. Положение установочного элемента 14 позволяет обеспечить установку управляющего датчика кислорода в потоке отработавших газов из всех выпускных труб 4, 5, 6, 7, объединенных в газоприемной трубе 9,  что повышает точность замеров датчиком кислорода, поскольку именно в этой зоне происходит наиболее полное смешение отработавших (выхлопных) газов.
Работает каталитический коллектор обычным образом.
Отработавшие газы поступают через выпускные труб  4, 5, 6, 7 в полость газоприемной трубы 9, принадлежащей газоприемной камере  8, где происходит смешивание потоков ОГ, и через выпускное  отверстие 10, соединенное с приемным отверстием 11 моноблока,  проходят в корпус моноблока 12 с каталитическим носителем. Отработавшие газы очищаются при этом от токсичных веществ до требуемого стандартами уровня и отводятся через газосмесительную камеру 13  в трассу системы выпуска и далее в атмосферу.
Такое конструктивное решение позволяет наилучшим образом отслеживать изменение концентрации кислорода в ОГ и, соответственно, обеспечить наиболее точное регулирование состава ТВС для достижения окна бифункциональности каталитического блока нейтрализатора и достижения норм токсичности ОГ Евро-6 и выше. За счет того, что моноблок расположен под углом относительно плоскости осевого разъема полукорпусов, ось Х-Х газосмесительной камеры 13  и выходное отверстие моноблока смещены относительно оси Y-Y газоприемной камеры 8 в сторону выпускной трубы 4 первого цилиндра, что  позволяет сократить путь прохождения ОГ от входного до выходного фланца и, соответственно, сократить время на разогрев каталитического блока до рабочей температуры и уменьшить газодинамическое сопротивление в тракте выпуска ОГ ДВС.
Заявляемая полезная модель может быть использована для транспортных средств любых типов и позволит снизить токсичность ДВС до уровня норм Евро-6.
Предложенное техническое решение может быть изготовлено промышленным способом, на стандартном известном технологическом оборудовании с применением известных, хорошо отработанных технологий.