ГЛУШИТЕЛЬ-НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к глушителям тепловых двигателей, снабженным средствами очистки и обезвреживания выхлопных газов каталитическим превращением токсичных компонентов выхлопа. Наиболее предпочтительно его использование на грузовых автомобилях и автобусах.
Процессы каталитического преобразования выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания характеризуются присутствием веществ, ведущих себя агрессивно по отношению к нелегированным сталям, алюминию и цинку. В основном для изготовления глушителей-нейтрализаторов применяют тонколистовую коррозионно-стойкую сталь, которая имеет более высокую стоимость, чем нелегированная сталь, и более трудоемка при обработке. В некоторых случаях, в целях снижения затрат, для изготовления определенных деталей применяют тонколистовую нелегированную сталь с покрытием из алюминия и цинка или алюминия и кремния. Тонколистовая сталь может поставляться в виде отдельных листов либо в виде рулона. В настоящее время на рынках стран СНГ наиболее распространены листы из коррозионно-стойкой стали по ГОСТ 19904-90, которые при толщине от 1 до 3 мм имеют ширину 1000 мм и длину 2000 мм. Рулоны из коррозионно-стойкой стали толщиной от 1 до 3 мм в настоящее время предлагаются с шириной 1000 мм, 1250 мм и 1500 мм. Такие же размеры могут иметь листы и рулоны из нелегированной стали с покрытием.
Известен глушитель-нейтрализатор, корпус которого состоит из проходной торцовой стенки, которая имеет отверстия для прохода газов, глухой торцовой стенки и цилиндрической периферийной стенки [1, стр.35]. В корпусе установлены впускной и выпускной патрубки, проходная перегородка, поддерживающая перегородка, глухая перегородка, раструб и реактор. Реактор состоит из двух каталитических блоков, которые соединены конусом. Каждый каталитический блок имеет наружную оболочку, выполненную из коррозионно-стойкой стали. Реактор соединен с раструбом и с поддерживающей перегородкой. Раструб также соединен с выпускным патрубком, который, в свою очередь, соединен с проходной перегородкой и проходной торцовой стенкой. Входной патрубок соединен с проходной перегородкой и проходной торцовой перегородкой. Поддерживающая перегородка расположена между проходной перегородкой и глухой перегородкой. Проходная торцовая стенка, проходная перегородка, поддерживающая перегородка, глухая перегородка и глухая торцовая стенка соединены с цилиндрической периферийной стенкой. При этом соединение проходной торцовой стенки и глухой торцовой стенки с цилиндрической периферийной стенкой выполнено при помощи закатки. На поверхности поддерживающей перегородки имеются отверстия для прохода газов. Цилиндрическая периферийная стенка выполнена из одного куска листового металла, концы которого соединены при помощи шва. Длина глушителя-нейтрализатора составляет 600 мм, наружный диаметр цилиндрической периферийной стенки составляет 300 мм, при этом длина окружности составляет 943 мм, наружный диаметр перегородок составляет чуть менее 300 мм, а наружный диаметр торцовых стенок чуть более 300 мм.
Для изготовления цилиндрической периферийной стенки глушителя-нейтрализатора длиной 600 мм и диаметром 300 мм необходимо использовать заготовку из листового металла длиной немногим более 943 мм и шириной немногим более 600 мм. Стандартный лист металла с размерами 1000 на 2000 мм может быть разделен на три равные части длиной 1000 мм и шириной 666 мм. Таким образом, заготовка для цилиндрической периферийной стенки длиной немногим более 943 мм и шириной немногим более 600 мм может быть получена из части стандартного листа металла длиной 1000 мм и шириной 666 мм с минимальными отходами. Аналогичная заготовка может быть получена из рулона шириной 1000 мм. Также стандартный лист металла с размерами 1000 на 2000 мм может быть разделен на восемнадцать равных частей квадратной формы с длиной стороны квадрата 333 мм, из которых могут быть получены с минимальными отходами заготовки для торцовых стенок и перегородок с наружным диаметром около 300 мм. В случае использования рулона шириной 1000 мм заготовки торцовых стенок и перегородок могут быть получены отрезанием куска длиной 333 мм с последующим делением его на три равные части.
Форма и размеры корпуса глушителя-нейтрализатора позволяют получать заготовки стенок и перегородок с достаточно низкими отходами. Однако круглая форма поперечного сечения не позволяет максимально полно использовать листовой металл.
Другим недостатком конструкции являются низкие функциональные возможности, так как размеры корпуса позволяют установить только каталитические блоки с суммарным объемом 9,8 литра, что недостаточно для применения глушителя-нейтрализатора на грузовом автомобиле грузоподъемностью более 12 тонн.
Известен глушитель-нейтрализатор, размеры корпуса которого позволяют устанавливать каталитические блоки суммарным объемом 19,5 литра, что позволяет использовать его на грузовом автомобиле грузоподъемностью более 12 тонн [1, стр.36]. Данная конструкция состоит из проходной торцовой стенки, которая имеет отверстие для прохода газов, глухой торцовой стенки, внутренней периферийной стенки, внешней периферийной стенки, впускного патрубка, проходной перегородки, двух поддерживающих перегородок, глухой перегородки, пяти реакторов и выхлопной трубы. Каждый реактор состоит из двух каталитических блоков с наружной оболочкой из коррозионно-стойкой стали, которые соединены между собой при помощи сварки. Проходная перегородка, две поддерживающие перегородки и глухая перегородка установлены во внутренней периферийной стенке. Пространство между проходной торцовой стенкой и проходной перегородкой, пространство между глухой торцовой стенкой и глухой перегородкой и пространство между внутренней периферийной стенкой и внешней периферийной стенки заполнено волокнистым материалом, который выполняет функции термической и звуковой изоляции. Внутренняя периферийная стенка и внешняя периферийная стенка имеют четырехгранную форму в поперечном сечении, при этом грани стенок выполнены по радиусу. Внешняя периферийная стенка состоит из двух частей, соединенных между собою двумя продольными швами. Длина глушителя-нейтрализатора составляет 620 мм, высота 650 мм, ширина 350 мм. Периметр внешней периферийной стенки в поперечном сечении составляет чуть менее 2000 мм, что обусловлено наличием скруглений между гранями, при этом периметр каждой из двух частей составляет немногим менее 1000 мм.
Очевидно, что для изготовления одной части внешней периферийной стенки глушителя-нейтрализатора необходимо использовать заготовку из листового металла длиной немногим менее 1000 мм и шириной немногим более 620 мм. Она может быть получена делением стандартного листа металла с размерами 1000 на 2000 мм на три равные части с размерами 1000 на 666 мм либо простым отрезанием куска длиной 620 мм от рулона шириной 1000 мм.
Размеры такого глушителя-нейтрализатора достаточны для размещения большого объема каталитических блоков, более того, имеется возможность размещения внутри корпуса выхлопной трубы. Такое решение выглядит привлекательно с эстетической точки зрения, но требует больших затрат на изготовление.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является глушитель-нейтрализатор, корпус которого состоит из проходной торцовой стенки, которая имеет отверстие для прохода газов, глухой торцовой стенки и периферийной стенки [2, фиг.13]. В корпусе установлены впускной и выпускной патрубки, две внутренние перегородки и реактор. При этом реактор изготовлен из коррозионно-стойкой стали, а проходная торцовая стенка, глухая торцовая стенка, периферийная стенка, внутренняя перегородка и впускной парубок изготовлены из нелегированного стального листа с алюминиевым покрытием. Поперечное сечение глушителя-нейтрализатора имеет прямоугольную или квадратную форму.
Удлиненный впускной патрубок, который проходит в зоне расположения реактора, и удлиненная выпускной патрубок предопределяют пропорции корпуса, при которых длина глушителя-нейтрализатора примерно равна его высоте. Практика применения подобных конструкций на автомобилях MAN показывает, что производство таких глушителей трудоемко и требует значительных затрат материалов.
В известном устройстве снижение затрат достигается за счет применения более дешевого материала. Применение стального листа с алюминиевым покрытием для изготовления элементов корпуса позволяет снизить затраты на материалы. Однако ресурс такого корпуса меньше, чем ресурс корпуса из коррозионно-стойкой стали, особенно если транспортное средство, на котором установлен глушитель-нейтрализатор, эксплуатируется на дорогах, которые в зимнее время покрывают солью.
Задача настоящей полезной модели - снижение затрат на изготовление глушителя-нейтрализатора за счет оптимизации размеров и формы корпуса.
Техническим результатом является разработка конструкции глушителя-нейтрализатора, форма и размеры которого позволяют изготавливать детали из стандартного листа металла с размерами 1000 на 2000 мм либо из рулонов шириной 1000 мм. При габаритах, сопоставимых с первым аналогом, заявляемая форма обеспечивает возможность установки большего объема каталитических блоков.
Поставленная задача достигается за счет того, что в глушителе-нейтрализаторе отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус, состоящий из проходной торцовой стенки с, по крайней мере, одним отверстием для прохода газов, глухой торцовой стенки, периферийной стенки, впускной и выпускной патрубок, по крайней мере, один реактор с, по крайней мере, одним каталитическим блоком и, по крайней мере, одну внутреннюю перегородку, периферийная стенка выполнена четырехгранной с закругленными углами и ее поперечное сечение вписано в размеры прямоугольника от 300 до 333 мм, а ее длина составляет от 500 до 666 мм.
Для облегчения операций штамповки стенок и перегородок глушителя-нейтрализатора предпочтительным является выполнение закругленных углов по радиусу в пределах от 10 до 100 мм.
Для обеспечения жесткости периферийной стенки предпочтительным является выполнение ее граней в поперечном сечении по радиусу, величина которого превышает 333 мм.
Для снижения трудоемкости изготовления предпочтительным является расположение впускного и выпускного патрубков на проходной торцовой стенке.
Для повышения технологичности изготовления глушителя-нейтрализатора предпочтительным в условиях мелкосерийного производства является выполнение периферийной стенки, состоящей из двух частей (фиг.3).
Выполнение глушителя-нейтрализатора с периферийной стенкой четырехгранной, когда ее поперечное сечение вписано в прямоугольник со сторонами от 300 до 333 мм, позволяет получить с минимальными отходами проходную торцовую стенку, глухую торцовую стенку и внутреннюю перегородку из стандартного листа металла с размерами 1000 на 2000 мм либо из рулона шириной 1000 мм. Эффект достигается за счет того, что размер поперечного сечения, который составляет от 300 мм до 333 мм практически кратен ширине стандартного листа металла либо ширине рулона, которая составляет 1000 мм. Также размер поперечного сечения кратен длине стандартного листа металла, которая составляет 2000 мм.
Верхний предел размера стороны прямоугольника, в который вписано поперечное сечение глушителя-нейтрализатора, составляющий 333 мм, определен из условия полного использования всей ширины стандартного листа либо рулона шириной 1000 мм для изготовления проходной торцовой стенки, глухой торцовой стенки и внутренней перегородки. Соединение этих элементов с периферийной стенкой выполняют в этом случае при помощи электродуговой сварки. Нижний предел размера стороны прямоугольника, в который вписано поперечное сечение глушителя-нейтрализатора, составляющий 300 мм, определен для случая, когда соединение проходной торцовой стенки и глухой торцовой стенки с периферийной стенкой выполняют при помощи закатки.
В сравнении с круглой формой четырехгранная форма имеет большую площадь при равных габаритах. Применение четырехгранной формы периферийной стенки позволяет с одной стороны более полно использовать материал, и с другой стороны, увеличить объем глушителя-нейтрализатора, что при габаритах, сопоставимых с первым аналогом, позволяет размещать больший объем каталитических блоков.
Полное использование материала достигается, когда периферийная стенка выполнена с длиной от 500 до 666 мм. Эффект достигается за счет того, что сумма длины периферийной стенки, максимальное значение которой составляет 666 мм, и размера поперечного сечения, максимальное значение которого составляет 333 мм, практически равна ширине стандартного листа металла либо рулона, которая составляет 1000 мм.
Верхний предел длины периферийной стенки, составляющий 666 мм, определен для случая, когда материал используется полностью. Нижний предел длины периферийной стенки, составляющий 500 мм, является граничным значением, при котором используется 75% ширины листа. Согласно сложившейся практике, коэффициент использования материала более 75% считается очень хорошим показателем.
Заявляемый глушитель-нейтрализатор представлен на следующих графических материалах:
Фиг.1 - Глушитель-нейтрализатор, продольный разрез;
Фиг.2 - Глушитель-нейтрализатор, вид справа;
Фиг.3 - Глушитель-нейтрализатор, вид справа, случай для мелкосерийного производства;
Фиг.4 - Схема раскроя стандартного листа металла с размерами 1000 мм на 2000 мм для получения деталей глушителя-нейтрализатора.
Заявляемый глушитель-нейтрализатор содержит корпус 1, который состоит из: периферийной стенки 2, проходной торцовой стенки 3, глухой торцовой стенки 4 (Фиг.1). В глушителе-нейтрализаторе установлены: внутренняя перегородка 5, реактор 6, впускной патрубок 7 и выпускной патрубок 8. В реакторе 6 установлено два каталитических блока 9. Впускной патрубок 7 и выпускной патрубок 8 расположены на проходной торцовой стенке 3. Реактор 6 соединен с внутренней перегородкой 5. В глушителе-нейтрализаторе установлена проходная перегородка 10 и глухая перегородка 11. На поверхности проходной перегородки 10 и глухой перегородки имеется перфорация 12. Проходная перегородка 10 совместно с периферийной стенкой 2 и проходной торцовой стенкой 3 ограничивает полость 13, которая заполнена звукопоглощающим материалом. Глухая перегородка 11 совместно с периферийной стенкой 2 и глухой торцовой стенкой 4 ограничивает полость 14, которая заполнена звукопоглощающим материалом. Связанная с реактором 6 внутренняя перегородка 5 выполнена с отверстиями 15 для прохода газов. Впускной патрубок 7 связан с реактором 6 при помощи раструба 16. На проходной торцовой стенке установлены резьбовые шпильки 17 для присоединения трубопроводов. Периферийная стенка выполнена с длиной от 500 мм до 666 мм. Стрелками обозначено направление течения газов. Первая камера 18 ограничена периферийной стенкой 2, внутренней перегородкой 5 и глухой перегородкой 11. Вторая камера 19 ограничена периферийной стенкой 2, внутренней перегородкой 5 и проходной перегородкой 10.
Периферийная стенка 2 выполнена четырехгранной с закругленными углами и ее поперечное сечение вписано в размеры прямоугольника от 300 до 333 мм (Фиг.2). Закругления углов периферийной стенки выполнены по радиусу в пределах от 10 мм до 100 мм. Грани периферийной стенки в поперечном сечении выполнены по радиусу, величина которого превышает 333 мм. Периферийная стенка 2 выполнена из цельного куска листового металла, края которого соединены внахлест швом 20.
В условиях мелкосерийного производства периферийная стенка 2 может быть выполнена из двух частей 21, которые соединены внахлест двумя швами 20 (Фиг.3).
При выполнении периферийной стенки 2 из двух частей 21, развертка 22 этих частей имеет ширину и длину не более 666 мм (Фиг.4). Благодаря этому, из стандартного листа металла 23 с размерами 1000 на 2000 мм могут быть получены с минимальными отходами три части 21 (развертки 22) периферийной стенки 2 и шесть таких деталей как: проходная торцовая стенка 3, глухая торцовая стенка 4, внутренняя перегородка 5, проходная перегородка 10, глухая перегородка 11 и раструб 16. Из двух стандартных листов металла 23 с размерами 1000 на 2000 мм могут быть получены с минимальными отходами три комплекта частей 21 периферийных стенок 2 и два комплекта стенок и перегородок в произвольном сочетании. При этом для получения оставшихся деталей может быть использован другой материал, который отличается от материала периферийной стенки 2, как по толщине, так и по химическому составу. Однако, благодаря четырехгранной форме и размеру поперечного сечения от 300 до 333 мм, этот материал, в случае его поставки в виде стандартного листа металла 23 с размерами 1000 на 2000 мм либо рулона шириной 1000 мм, может быть использован с минимальными отходами.
Заявляемый глушитель-нейтрализатор работает следующим образом. Подлежащие очистке газы поступают во впускной патрубок 7 и затем в раструб 16, который соединен с реактором 6. Газы проходят очистку в каталитических блоках 9 и поступают в первую камеру 18, где энергия звуковых колебаний передается через перфорацию 12 на поверхности глухой перегородки 11 и адсорбируется звукопоглощающим материалом 14. Из первой камеры 18 очищенные газы поступают через отверстия 15 на внутренней перегородке 5 во вторую камеру 19, где энергия звуковых колебаний передается через перфорацию 12 на поверхности проходной перегородки 10 и адсорбируется звукопоглощающим материалом 13. Из второй камеры 19 газы выводятся наружу через выпускной патрубок 8.
Таким образом, размеры и форма заявляемого глушителя-нейтрализатора позволяют изготавливать его с минимальными отходами из наиболее распространенных, и следовательно недорогих, материалов, что обеспечивает снижение затрат на его изготовление. При затратах материалов и габаритных размерах, сопоставимых с первым аналогом, форма заявляемого глушителя-нейтрализатора обеспечивает возможность установки большего объема каталитических блоков, что дает возможность использовать его на транспортных средствах с более мощными двигателями и большей грузоподъемности.
Источники информации
1. Euro 4/5 - Emissionsgesetzgebung. Welchen Weg geht MAN ?, MAN Nutzfahrzeuge Group, Geschäftsbereich Motoren, Abteilung MVFT, 22.07.2004, Рекламный проспект ф. MAN, стр.35, 36.
2. Заявка США на изобретение №US 2004/0202591 A1, МПК В01D 53/34, публикация 14.10.2004.