КАТАЛИТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕКТОР СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ 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 ДВС.
Известен каталитический коллектор отработавших газов (ОГ) 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 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 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 ЕР1083307, МПК F01N 3/28 (2001.01), 2001 г.).
Известен каталитический коллектор системы выпуска 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, 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 неравномерностью скоростей потока у чувствительного элемента датчика кислорода и не оптимальным углом обтекания потоком чувствительного элемента датчика кислорода. 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 излишней 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 ухудшение отслеживания концентрации кислорода в отработавших газах и, соответственно, ухудшение регулирования состава топливо-воздушной смеси (ТВС).
Известна плотно связанная структура катализатора выпускного коллектора, содержащая фланец (5) впускного конца, фланец (1) выпускного конца, катализатор (2), левый корпус (4) выпускного коллектора и правый корпус (3) выпускного коллектора. Левый кожух выпускного коллектора (4) и правый кожух выпускного коллектора (3) отштампованы и приварены для образования выпускного коллектора. Каждый патрубок находится в одной плоскости, правый кожух выпускного коллектора (3) соединен с катализатором (2), а нижний конец выпускного коллектора соединен с впускным фланцем (5) (см. патент CN202431347, МПК F01N 3/28 (2006.01), 2012 г.). Данное решение принято за прототип.
Недостатком прототипа является ограниченность его применения в сложных компоновочных решениях с недостатком места в моторном отсеке автомобиля, в том числе для автомобилей, оснащенных полным приводом, имеющим в составе силового агрегата раздаточную коробку или коробку отбора мощности. Кроме того, расположение патрубков в одной плоскости и под противоположными углами друг к другу, а также резкий переход к входному конусу газоприемной камеры способствуют увеличению турбулентности потока газа и росту разницы скоростей потока газа в области управляющего датчика кислорода (низкий индекс распределения скоростей потока на датчике кислорода), что затрудняет точное регулирование состава топливо-воздушной смеси и снижает эффективность очистки ОГ.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью - повышение эффективности работы каталитического коллектора для сложных компоновочных решений с недостатком места в моторном отсеке двигателя, обеспечение коэффициента однородности скоростей потока 0,92 и более и индекса распределения скоростей потока на датчике кислорода 75% и более за счет оптимизации направления потока отработавших газов.
Поставленная техническая проблема решается за счет того, что в известном каталитическом коллекторе системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем впускной фланец, выпускной фланец выпускного коллектора, образованного из двух полукорпусов, образующих патрубки выпускного коллектора и газоприемную камеру с установочным элементом управляющего датчика кислорода, один из полукорпусов выпускного коллектора, образующий нижнюю часть газоприемной камеры, соединен с впускным отверстием катализатора, а патрубки выпускного коллектора одним концом соединены с впускным фланцем, вторым выходят в газоприемную камеру и расположены в одной плоскости, в соответствии с полезной моделью, корпус катализатора расположен под патрубками и газоприемной камерой, причем продольная ось катализатора параллельна общей оси патрубков выпускного коллектора, а газоприемная камера соединена с впускным отверстием катализатора через приемную трубу.
Газоприемная камера включает трубу, проходящую вдоль выпускных отверстий первых трех патрубков.
Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в обеспечении возможности установки выпускного коллектора в сложных компоновочных решениях с недостатком места в моторном отсеке автомобиля, в том числе для автомобилей, оснащенных полным приводом, имеющим в составе силового агрегата раздаточную коробку или коробку отбора мощности при улучшении распределения потока отработавших газов на поверхности каталитического блока (обеспечении коэффициента однородности скоростей потока более 0,92) и обеспечении наилучшей очистки ОГ для достижения норм токсичности ОГ Евро-6 и выше.
Размещение корпуса катализатора под патрубками и газоприемной камерой, когда продольная ось катализатора параллельна общей оси патрубков выпускного коллектора, и соединение газоприемной камеры с впускным отверстием катализатора через приемную трубу, позволяет использовать устройство в сложных компоновочных решениях с недостатком места в моторном отсеке автомобиля, в том числе для автомобилей, оснащенных полным приводом, имеющим в составе силового агрегата раздаточную коробку или коробку отбора мощности. Горизонтальное расположение каталитизатора относительно плоскости головки блока цилиндров ДВС позволяет уменьшить габаритные размеры каталитического коллектора.
При таком положении катализатора в свою очередь увеличивается длина пути ОГ от двигателя к катализатору, что позволяет улучшить распределение потока ОГ на поверхности каталитического блока катализатора (UI>0,92) и обеспечить наилучшую очистку ОГ для достижения норм токсичности ОГ Евро-6 и выше. Выполнение газоприемной камеры, включающей удлиненную трубу, проходящую вдоль выпускных отверстий первых трех патрубков, обеспечивает наибольшую равномерность скоростей потока ОГ из каждого цилиндра непосредственно у чувствительного элемента датчика кислорода, размещенного в установочном элементе, что обеспечивает наиболее точное регулирование состава топливо-воздушной смеси для достижения окна бифункциональности каталитического блока катализатора.
Фиг. 1 - общий вид, аксонометрия;
Фиг. 2 - вид сверху заявляемого каталитического коллектора;
Фиг. 3 - сечение А-А фиг.1.
Каталитический коллектор системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержит впускной фланец 1 и выпускной фланец 2 выпускного коллектора. Выпускной коллектор образован из двух полукорпусов 3, 4, которые образуют патрубки 5, 6, 7, 8, выпускного коллектора и газоприемную камеру 9. Патрубки выпускного коллектора 5, 6, 7, 8, одним концом соединены с впускным фланцем 1, вторым выходят в газоприемную камеру 9 и расположены в одной плоскости. Газоприемная камера 9 снабжена установочным элементом 10 управляющего датчика кислорода. Газоприемная камера 9 включает трубу 11, проходящую вдоль выпускных отверстий первых трех патрубков 5, 6, 7.
Один из полукорпусов 4 выпускного коллектора, образующий нижнюю часть 9а газоприемной камеры, соединен с впускным отверстием 12 катализатора 13 через приемную трубу 14. Корпус катализатора 13 расположен под патрубками 5, 6, 7, 8 и газоприемной камерой 9, причем продольная ось Х-Х катализатора 13 параллельна общей оси Y-Y патрубков 5. 6, 7, 8 выпускного коллектора.
Работает каталитический коллектор обычным образом.
Отработавшие газы через патрубки 5, 6, 7, 8 поступают в полость газоприемной камеры 9. Причем ОГ, выходящие из патрубков 5, 6, 7 попадают сначала в трубу 11, где происходит предварительное смешивание. Из нижней части 9а газоприемной камеры 9 ОГ попадают в трубу 14 и затем через впускное отверстие проходят в корпус катализатора 13. Отработавшие газы очищаются при этом от токсичных веществ до требуемого стандартами уровня и отводятся через газосмесительную камеру в трассу системы выпуска и далее в атмосферу.
Такое конструктивное решение каталитического коллектора позволяет повысить эффективность работы каталитического коллектора для сложных компоновочных решений с недостатком места в моторном отсеке двигателя и обеспечить коэффициент однородности скоростей потока 0,92 и более и индекса распределения скоростей потока на датчике кислорода 75% и более за счет оптимизации направления потока отработавших газов.
Заявляемая полезная модель может быть использована для снижения токсичности ДВС до уровня ном Евро-6.
Предложенное техническое решение может быть изготовлено промышленным способом, на стандартном известном технологическом оборудовании с применением известных, хорошо отработанных технологий.