СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использована для повышения эффективности очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Известна система выпуска отработавших газов поршневого ДВС, содержащая впускной и выпускной коллекторы, каталитический нейтрализатор, клапан рециркуляции отработавших газов с электроприводом и электронным блоком управления (Двигатели внутреннего сгорания. 1 кн. Теория рабочих процессов: учеб. для вузов / под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высш. шк., 2005. - Рис.8.17, с.344). Система обеспечивает снижение содержания вредных веществ в выбрасываемых отработавших газах за счет наличия каталитического нейтрализатора.
Однако при малых нагрузках и при холостом ходе ДВС (при температурах ниже 250-200°С) протекание химических реакций на каталитических элементах практически прекращается (Некрасов, В.Г. Экологически чистый и экономичный автомобильный двигатель / В.Г. Некрасов. - Алматы, 2005. - 327 с). А при больших нагрузках существует опасность прогорания корпуса каталитического нейтрализатора под воздействием высоких температур отработавших газов. К тому же горячие рециркулируемые отработавшие газы повышают температуру свежего заряда, поступающего в цилиндры двигателя, что снижает наполнение цилиндров и соответственно мощность поршневого ДВС.
Известна вихревая труба (Гуцол А.Ф.. Эффект Ранка / А.Ф. Гуцол // Успехи физических наук, 1997. - Т.167. - №6. - С.665-687), в которой поток газов разделяется на два - холодный и подогретый. Применение вихревой трубы в системе выпуска отработавших газов поршневого ДВС с одной стороны обеспечивает снижение температуры рециркулируемых отработавших газов, понижая температуру свежего заряда, поступающего в цилиндры двигателя, что повышает наполнение и соответственно мощность поршневого ДВС, исключает опасность прогорания его корпуса под воздействием высоких температур отработавших газов при больших нагрузках, а с другой - способствует эффективному протеканию химических реакций на каталитических элементах при малых нагрузках и при холостом ходе ДВС.
Полезная модель решает задачу снижения содержания вредных веществ в отработавших газах с одновременным повышением мощности двигателя.
Это достигается тем, что система выпуска отработавших газов поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащая впускной и выпускной коллекторы, каталитический нейтрализатор, клапан рециркуляции отработавших газов с электроприводом и электронным блоком управления, дополнительно содержит датчик температуры отработавших газов, установленный на входе в каталитический нейтрализатор и связанный с электронным блоком управления, и вихревую трубу, расположенную на выходе отработавших газов из цилиндров двигателя и имеющую на одном торце дроссель, связанный с электронным блоком управления, и выходной патрубок подогретого потока отработавших газов, а на другом торце выходной патрубок холодного потока отработавших газов, который разделен на перепускной патрубок охлажденных рециркулируемых отработавших газов и подводящий патрубок с клапаном регулирования количества холодных отработавших газов в направлении каталитического нейтрализатора.
Из вихревой трубы одна часть холодного потока направляется во впускной коллектор поршневого ДВС, а другая - в каталитический нейтрализатор. Доля холодного потока отработавших газов, направляющихся во впускной коллектор регулируется специальным клапаном с электроприводом, Вторая часть холодного потока отработавших газов после вихревой трубы через клапан регулирования количества охлажденных отработавших газов, направляемых в каталитический нейтрализатор, действующим по сигналу датчика температуры отработавших газов, установленного на входе в нейтрализатор, поступает на вход в каталитический нейтрализатор, где смешивается с подогретым потоком, вышедшим из вихревой трубы. Соотношение долей холодного и подогретого потока отработавших газов регулируется положением дросселя вихревой трубы, управляемого электронным блоком управления, действующим по сигналу датчика температуры отработавших газов, установленного на входе в нейтрализатор.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема системы выпуска отработавших газов поршневого ДВС.
Позицией 1 обозначен поршневой ДВС. Система выпуска отработавших газов содержит впускной 2 и выпускной 3 коллекторы, вихревую трубу 4 с входным патрубком отработавших газов 5, выходным патрубком холодного потока отработавших газов 6, который разделяется на перепускной патрубок охлажденных рециркулируемых отработавших газов 7 и подводящий патрубок 8 с клапаном регулирования количества холодных отработавших газов 9, направляющихся в каталитический нейтрализатор 10, выходным патрубком подогретого потока отработавших газов 11 и дросселем 12, датчик температуры отработавших газов 13 перед каталитическим нейтрализатором 10, электронный блок управления 14, перепускной патрубок отработавших газов 15, соединяющий выпускной коллектор 3 с впускным коллектором 2, и клапан рециркуляции отработавших газов 16.
Полезная модель работает следующим образом.
Отработавшие газы из цилиндра поршневого ДВС 1 по входному патрубку отработавших газов 5 попадают в вихревую трубу 4, где их поток разделяется на холодный и подогретый.
Холодный поток, выйдя из вихревой трубы 4 через выходной патрубок холодного потока отработавших газов 6 тоже разделяется на два, один из которых через перепускной патрубок охлажденных рециркулируемых отработавших газов 7 направляется в перепускной патрубок отработавших газов 15, а другой через подводящий патрубок 8 - на вход каталитического нейтрализатора 10.
Подогретый поток отработавших газов после выхода из вихревой трубы 4 через выходной патрубок подогретого потока отработавших газов 11 также направляется в каталитический нейтрализатор 10.
На входе в каталитический нейтрализатор 10 холодный и подогретый потоки отработавших газов смешиваются. Температура смешанного потока регистрируется датчиком температуры 13, сигнал от которого поступает в электронный блок управления 14, который обеспечивает необходимую температуру отработавших газов на входе в каталитический нейтрализатор 10 при работе двигателя 1 в различных режимах путем изменения доли холодных газов с помощью клапана регулирования количества холодных отработавших газов 9.
В то же время электронный блок управления 14 обеспечивает целесообразную степень рециркуляции (долю рециркулируемых газов), воздействуя на клапан рециркуляции отработавших газов 16, и изменение долей холодного и подогретого потоков отработавших газов на выходе из вихревой трубы 4, воздействуя на дроссель 12.
Таким образом система повышает эффективность работы каталитического нейтрализатора в режимах малых нагрузок и холостого хода ДВС, а также исключает прогорание корпуса нейтрализатора под воздействием высоких температур отработавших газов при работе двигателя в режимах больших нагрузок и способствует понижению температуры свежего заряда, поступающего в цилиндры двигателя, что повышает наполнение цилиндров и соответственно мощность поршневого ДВС.