ВЫПУСКНАЯ СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в системах выпуска двигателей внутреннего сгорания для снижения содержания токсичных веществ в отработавших газах.
Известна выпускная система двигателя внутреннего сгорания (патент РФ на полезную модель №66425, МПК F01N 7/08, 2007), содержащая трубу отвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, снабженную водяной рубашкой, каналы подачи воды в ее внутреннюю полость, размещенные в стенке трубы и выполненные в виде капилляров, и перепускной клапан, расположенный в отверстии, выполненном в стенке трубы отвода отработавших газов двигателя, и дефлектором, выполненном в виде продолговатого элемента цилиндрической формы из теплостойкого материала, монтированного внутри трубы отвода отработавших газов вдоль продольной оси ее симметрии..
Указанная конструкция выпускной системы двигателя внутреннего сгорания является наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемой полезной модели (прототипом) и обеспечивает снижение токсичности отработавших газов путем дополнительной подачи жидкости в трубу отвода из водяной рубашки через перепускной клапан и каналы подачи воды, а также, как вариант - полый дефлектор, при различных оборотах коленчатого вала.
Однако данная конструкция прототипа имеет определенные недостатки. В частности, она обладает высокой трудоемкостью при изготовлении устройства, так как требует применения и достаточно точной осевой установки дефлектора в трубе отвода отработавших газов, а также технологически сложного крепления его с помощью консолей.
Технический результат предлагаемой полезной модели направлен на снижение трудоемкости изготовления выпускной системы двигателя внутреннего сгорания без снижения эффективности ее работы.
Технический результат достигается тем, что выпускная система двигателя внутреннего сгорания, содержащая трубу отвода отработавших газов двигателя с перфорированными отверстиями, снабженная водяной рубашкой, материалом с каналами подачи воды в ее внутреннюю полость, размещенными в стенке трубы и выполненными в виде капилляров, и перепускной клапан, размещенный в отверстии, выполненном в стенке трубы, отличатся конструкцией трубы отличается тем, что внешняя и внутренняя поверхности трубы отвода отработавших газов совместно с каналами подачи воды в ее внутреннюю полость имеют каждый внешнюю и внутреннюю поверхности, выполненные в виде однополостного гиперболоида.
При этом отпадает необходимость в дефлекторе и консолях, крепящих его к стенкам трубы, снижается трудоемкость изготовления устройства.
На чертеже показан общий вид предлагаемой выпускной системы двигателя внутреннего сгорания.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - труба отвода отработавших газов двигателя;
2 - фланец крепления к выхлопному коллектору и патрубку двигателя;
3 - фланец крепления к магистрали подачи отработавших газов в атмосферу;
4 - кольцевая защитная оболочка;
5 - водяная рубашка (внутренняя полость);
6 - стенка трубы отвода с перфорированными отверстиями;
7 - слой материала с микрокапиллярной структурой (каналы подачи воды);
8 - впускной штуцер;
9 - выпускной штуцер;
10 - перепускной клапан;
11 - отверстие;
12 - капилляры (каналы подачи воды);
13 - вода;
14 - тепловой поток отработавших газов;
Выпускная система двигателя внутреннего сгорания (см. чертеж) содержит трубу 1 отвода отработавших газов, водяную рубашку 5, каналы подачи воды 12 во внутреннюю полость трубы 1 отвода, выполненные в виде капилляров, перепускной клапан 10..
Труба 1 одним концом с помощью фланца 2 крепится к выхлопному патрубку двигателя, а другим концом с помощью фланца 3 - к магистрали подачи отработавших газов в атмосферу. При этом стенки трубы 1 вместе с кольцевой защитной оболочкой 4 образуют водяную рубашку 5 (внутреннюю полость, заполненную водой 13).
Каналы 12 подачи воды 13 во внутреннюю полость трубы 1 выполнены в виде капилляров, для чего стенка 6 трубы 1 отвода имеет перфорированные отверстия, заполненные слоем 7 материала с микрокапиллярной структурой, например, асбеста.
Внешняя и внутренняя поверхности трубы 1 отвода отработавших газов, как и материала с микрокапиллярной структурой (каналами 12 подачи воды 13), выполнены в виде (в форме) однополосного гиперболоида. То есть, имеют форму близкую к форме комбинированного сопла с первоначально сужающимся, а затем - расширяющимися сечениями по типу жиклера карбюратора или сопла Лаваля.
Для наполнения водяной рубашки 5 водой и слива ее имеются впускной и выпускной штуцера (соответственно - 8 и 9).
В стенке трубы 1 выполнено отверстие 11, в котором размещен перепускной клапан 10, обеспечивающий возможность поступления через него отработавших газов во внутреннюю полость 5.
Работа предлагаемой выпускной системы двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.
При небольших оборотах коленчатого вала двигателя через впускной штуцер 8 вода 13 поступает из дополнительной емкости (на чертеже не показа) во внутреннюю полость (водяную рубашку) 5. Далее, за счет сил поверхностного натяжения в капиллярах 12 вода 13 поступает из водяной рубашки (полости) 5 в трубу 1 отвода отработавших газов.
Внутри трубы 1 происходит смешивание частиц воды 13 и отработавших газов. Причем, такое смешивание, за счет формы трубы 1 в виде однополостного гиперболоида, ускорения скорости истечения потока 21 в наименьшем сечении и значит снижения давления в нем, ведет к увеличению расхода нейтрализующей жидкости (воды) 13 за счете ее подсоса и, следовательно, ведет к увеличению концентрации смеси воды и отработавших газов.
x
Тем самым усиливается процесс восстановления оксидов азота NO. в процессе нейтрализации токсических веществ отработавших газов.
В случае существенного возрастания оборотов коленчатого вала двигателя возрастает давление отработавших газов в трубе 1 отвода. При этом срабатывает (открывается) перепускной клапан 10 и часть отработавших газов поступает через него в водяную рубашку (полость) 5, уравновешивая давление между ней и полостью трубы 1. При этом возрастает количество воды 13, поступающей из водяной рубашки 5 через капилляры 12 в трубу 1 отвода отработавших газов.
Таким образом, соответственно возрастает концентрация смеси воды 13 и отработавших газов, обеспечивая требуемую эффективность нейтрализации токсических веществ при возрастании оборотов коленчатого вала двигателя.
Применение трубы 1 отвода отработавших газов и, совместно с ней, соответствующего материала с микрокапиллярной структурой, выполненных каждый в виде однополостного гиперболоида, позволяет значительно упростить конструкцию устройства, увеличить объем воды 13, размещаемой в водяной рубашке и использовать возможность использовать законы гидродинамики для обеспечения соответствующей (не меньше чем у прототипа) эффективности нейтрализации отработавших газов.
При этом трудозатраты на изготовление и монтаж предлагаемого устройства будут ниже, чем у прототипа.