КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно автомобилестроению, в частности к средствам снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.
В настоящее время нашли широкое распространение две концепции 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.
Более прогрессивной конструкцией нейтрализатора, с точки зрения упрощения конструкции, снижения стоимости изготовления, надежности и долговечности является устройство нейтрализатора с металлическим блоком-носителем.
Рабочая температура таких нейтрализаторов очень высокая, поверхность корпуса прогревается до 700°С, а поскольку в составе автомобиля они располагаются между днищем кузова и дорожным покрытием (их даже называют "подпольными"), возникает необходимость термоизолирования нейтрализаторов, как со стороны днища (поскольку возможно оплавление мастики, которой покрыто днище кузова и воспламенение ее капель на корпусе нейтрализатора), так и со стороны дороги, особенно если автомобиль движется по грунтовой дороге покрытой сухой травой, возгорание которой в этом случае вполне возможно.
Термоизоляция необходима и в том случае, когда автомобиль движется по мокрой дороге, когда вода попадает на поверхность корпуса разогретого нейтрализатора, что приводит к так называемому "тепловому удару" - резкому охлаждению элементов нейтрализатора, что приводит к короблению корпуса,
патрубков нейтрализатора, а это в свою очередь нарушению герметичности и, в конечном счете, нарушению работоспособности.
Из научно-технических и патентных источников информации известны различные технические приемы решения обозначенной проблемы. Так экранирование каталитических нейтрализаторов подробно описано в:
- заявке США № US 2005/0271562 А1, декабрь 2005, МПК В 01 D 53/34;
- заявке США № US 2006/0085980 А1, апрель 2006, МПК B 01 D 39/00;
- заявке Японии №2005-248778, 15.09.2005, МПК F 01 N 7/14;
- полезной модели RU 30855 U1, 10.07.2003, МПК F 01 N 7/10.
Представляет интерес техническое решение "Защитный экран нейтрализатора автомобиля", используемое на автомобилях Ульяновского автомобильного завода и защищенное полезной моделью RU №45680 U1, публикация 27.05.2005, БИ №15, МПК В 60 К 13/04, F 01 N 7/14. Здесь защитный экран состоит из верхнего и нижнего экрана, установленных относительно нейтрализатора и днища кузова с зазором, при этом верхний экран установлен на днище кузова и выполнен в виде пространственного элемента, повторяющего форму днища кузова, с возможностью крепления на днище кузова сменными элементами крепления. Нижний экран выполнен в виде короба, имеющего в поперечном сечении полуовальную форму, охватывающего большую часть нейтрализатора. Кроме того, нижний экран установлен на раме автомобиля, при этом верхний и нижний экраны установлены между собой с зазором. Сменные элементы крепления верхнего экрана могут быть выполнены в виде различных по форме и габаритам кронштейнов крепления.
В целом это достаточно сложная и материалоемкая конструкция.
В качестве прототипа принята конструкция каталитического нейтрализатора, которая была разработана и освоена Заявителем, и которая использована в составе автомобилей производства ОАО "АВТОВАЗ", укомплектованных под нормы ЕВРО-2, см. RU 33780 U1, МПК F 01 N 3/28, публикация 10.11.2003, или более подробно в "Система управления двигателем ВА3-2111 с распределенным впрыском топлива под нормы токсичности ЕВРО-2", руководство по техническому обслуживанию и ремонту, ПетерГранд, Санкт-Петербург, 2000, с.23.
Рассматриваемый каталитический нейтрализатор содержит корпус, выполненный в виде пустотелой емкости, с входным и выходным патрубками, в котором размещен каталитический носитель. Каталитический носитель выполнен
в виде единого металлического газопроницаемого цилиндрического моноблока, боковые стенки которого находятся в плотном контакте со стенками корпуса, входной и выходной патрубки выполнены конусообразными, причем на торцах патрубков меньшего диаметра смонтированы присоединительные фланцы, а противоположные торцы патрубков снабжены цилиндрическими, соосными корпусу участками, которые размещены внутри корпуса, с образованием неразъемного телескопического соединения, при этом между наружными торцами цилиндрических участков и торцевыми стенками моноблока образован зазор, величина которого составляет не менее половины толщины стенки соответствующего цилиндрического участка патрубка. Патрубки на корпусе закреплены посредством сварного соединения. Кроме того, нейтрализатор содержит термоизоляционный экран, в виде тонколистового чашеобразного пространственного элемента, имеющего форму части нижней половины поверхности нейтрализатора и установленный с образованием воздушного зазора относительно корпуса и конусообразных патрубков. Торцы экрана закреплены на конусообразных патрубках посредством сварного соединения.
Как показала практика эксплуатации, конструкция прототипа оказалась недолговечной, наблюдалась поломка экрана. Причина - в отсутствии компенсации температурного расширения структуры экрана в осевом направлении в условиях значительных циклических температурных напряжений в эксплуатации. Сам по себе экран представляет собой тонколистовую, удлиненную в осевом направлении, с развитой поверхностью металлическую деталь. Жесткое (сварное) соединение торцов экрана на конических патрубках, в непосредственной близи от фланцев крепления нейтрализатора, не позволяло в достаточной степени осуществлять компенсацию температурного расширения металлической структуры экрана, что приводило к нарушению его целостности.
Задача, решаемая полезной моделью - повышение надежности и долговечности конструкции каталитического нейтрализатора.
Сущность полезной модели как технического решения выражается в том, что в известном каталитическом нейтрализаторе системы выпуска отработавших газов автомобиля, содержащем, в частности, корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным конусообразными патрубками, на торцах которых смонтированы присоединительные фланцы, а также термоизоляционный экран, в виде тонколистового чашеобразного пространственного элемента, имеющего форму части нижней половины
поверхности нейтрализатора и установленный с образованием воздушного зазора относительно корпуса и конусообразных патрубков, торцы экрана снабжены цилиндрическими, соосными корпусу участками, которые контактируют с ответными аналогичными участками, выполненными на конических патрубках, при этом один из торцов экрана закреплен на соответствующем патрубке посредством сварного соединения, а второй торец экрана незакреплен, и в стенке экрана, охватывающей корпус со стороны незакрепленного патрубка выполнено направляющее радиальное углубление, в котором установлен стягивающий крепежный элемент, в котором в свою очередь выполнены цековочные выступы, высота которых соответствует величине воздушного зазора между внутренней поверхностью радиального углубления и наружной поверхностью корпуса нейтрализатора.
В предпочтительном варианте один торец экрана закреплен на выходном патрубке посредством сварного соединения, второй торец экрана незакреплен, и в стенке экрана, охватывающей корпус со стороны входного патрубка выполнено направляющее радиальное углубление. В качестве стягивающего крепежного элемента может быть использован ленточный хомут с червячным приводом. В направляющем радиальном углублении предпочтительно выполнять не менее трех цековочных выступов.
Технический результат, который объективно проявляется при таком конструктивном исполнении устройства, заключается в обеспечении осевой компенсации температурного расширения структуры экрана в сторону незакрепленного торца экрана.
Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость". При этом промышленный выпуск полезной модели возможен на типичном для технологии изготовления нейтрализаторов 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 глушителя шума выхлопа и его отдельных составляющих элементов.
На фиг.1 показан заявляемый каталитический нейтрализатор,
На фиг.2 показан вид снизу по фиг.1 (уменьшено),
На фиг.3 показан вид сверху по фиг.1 (уменьшено),
На фиг.4 показан вид на входной патрубок каталитического нейтрализатора,
На фиг.5 показано сечение А-А.
Каталитический нейтрализатор системы выпуска отработавших газов автомобиля, фиг.1, содержит корпус 1, выполненный в виде пустотелой емкости с входным 2 и выходным 3 конусообразными патрубками, на торцах которых смонтированы присоединительные фланцы 4, а также термоизоляционный экран 5, в виде тонколистового чашеобразного пространственного элемента, имеющего форму части нижней половины поверхности нейтрализатора и установленный с образованием воздушного зазора 6 относительно корпуса и конусообразных патрубков, торцы 7 и 8 экрана снабжены цилиндрическими, соосными корпусу участками 9 и 10, которые контактируют с ответными аналогичными участками 11, выполненными на конических патрубках, при этом один из торцов экрана закреплен на соответствующем патрубке посредством сварного соединения, а второй торец экрана незакреплен, и в стенке экрана, охватывающей корпус со стороны незакрепленного патрубка выполнено направляющее радиальное углубление 12, в котором установлен стягивающий крепежный элемент 13, в котором, в свою очередь, выполнены цековочные выступы 14, высота которых соответствует величине воздушного зазора между внутренней поверхностью радиального углубления и наружной поверхностью корпуса нейтрализатора.
В предпочтительном варианте, который представлен на фиг.1-3, один торец 8 экрана закреплен на выходном патрубке 3 посредством сварного соединения, второй торец 7 экрана незакреплен, и в стенке экрана, охватывающей корпус со стороны входного патрубка 2 выполнено направляющее радиальное углубление. В качестве стягивающего крепежного элемента использован ленточный хомут с червячным приводом. В направляющем радиальном углублении выполнено три цековочных выступа.
Сварное соединение экрана может быть осуществлено как на входном, так и на выходном патрубке (что и отражено в независимом п.1 формулы). Технически и с точки зрения достигаемого результате это эквивалентные решения, однако с технологической точки зрения наиболее приемлемым является вариант, представленный в п.2 формулы полезной модели.
Наличие стягивающего крепежного элемента 13 (винтового хомута) обеспечивает гарантированное крепление экрана на корпусе каталитического нейтрализатора, а расположение его в близи незакрепленного торца сводит к минимуму вибрации (уменьшает виброактивность) тонкостенной структуры экрана, генерируемые рабочим процессом двигателя внутреннего сгорания.
Наличие в радиальном углублении 12 трех цековочных выступов 14 обеспечивает равномерное распределение стягивающего усилия от хомута 13 на корпус каталитического нейтрализатора (если количестве выступов, например, будет четыре, то вершина одного из них "повиснет" в воздухе).
Практические испытания образцов заявляемого каталитического нейтрализатора (усовершенствованная конструкция прототипа) показали полное отсутствие наблюдавшегося ранее дефекта. В настоящее время полезная модель готовится к освоению серийным производством.
Разумеется, полезная модель не ограничивается описанным выше конкретным конструктивным примером ее осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными несущественные изменения различных элементов, либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящей полезной модели.