Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к системам очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

Технический результат от использования полезной модели заключается в улучшении экологических показателей двигателя внутреннего сгорания за счет применения конструкции, позволяющей производить очистку отработавших газов от сажи и вредных веществ и уменьшить шум на выходе отработавших газов.

Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащее трубу слива жидкости, завихритель, камеру очистки с впускным и соосно выпускным патрубками установленную вертикально, в центральной части которой установлен выпускной патрубок с защитным кожухом, перед которым в центральной части по осевой линии камеры очистки установлен распылитель-дозатор.

Использование полезной модели позволяет улучшить экологические показатели двигателя внутреннего сгорания, снизить выбросы сажи и вредных веществ в атмосферу, повысить эффективность шумоглушения, а также упростить и сделать компактнее конструкцию устройства для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, устанавливаемых на мобильных энергетических средствах.

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к системам очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

Известен глушитель шума, содержащий вертикально установленный цилиндрический корпус с впускным и соосным выпускным патрубками, коаксиально установленную кольцевую диафрагму и центральную трубу слива жидкости, впускной патрубок разделен, по меньшей мере, на два канала, расположенных тангенциально на цилиндрической поверхности корпуса диаметрально противоположно со смещением по высоте, а кольцевая диафрагма размещена между каналами впускного патрубка. Известный глушитель шума снабжен наружным, установленным коаксиально с образованием кольцевого и верхнего осевого зазоров кожухом с торцевыми стенками, выпускной патрубок при помощи поперечной перегородки разделен на два участка, расположенных в верхнем кольцевом зазоре и снабжен, по меньшей мере, двумя секциями с закручивающими козырьками, образующими между собой проходные окна, а входной участок выпускного патрубка выполнен в виде диффузора и размещен в корпусе.

Секции с закручивающими козырьками выпускного патрубка примыкают к поперечной перегородке, причем закручивающие козырьки секции, расположенной со стороны входного участка выпускного патрубка, выполнены отогнутыми вовнутрь, а козырьки секции, расположенной со стороны выходного среза выпускного патрубка, выполнены отогнутыми наружу.

Направление закручивающих козырьков смежных секций выполнено противоположным, причем направление закрутки козырьков секции, расположенной со стороны входного участка выпускного патрубка, и направление закрутки потока тангенциального канала впускного патрубка, расположенного со стороны выпускного патрубка, выполнено одинаковым.

Глушитель шума снабжен вставкой в форме усеченного конуса, расположенной со стороны центральной трубы слива жидкости, ориентированной малым основанием в сторону последней и сопряженной большим основанием с внутренней поверхностью корпуса, причем последний в зоне вставки выполнен перфорированным, а поперечная перегородка выполнена с наружным кольцевым выступом. (А.с. СССР 1810404 кл. F01N 3/02, 1993, Бюл. 15).

Наличие кожуха с торцевыми стенками и разделение выпускного патрубка при помощи поперечной перегородки в сочетании с двумя секциями, снабженными закручивающими козырьками, обеспечивает повышение эффективности очистки пара от посторонних примесей за счет действия центробежного эффекта и сепарации жидких и твердых частиц на внутренней стенке кожуха. Кроме того, за счет растворения в капельках жидкости вместе с последними удаляется растворенный в них сероводород.

Эффективность шумопоглощения обеспечивается установкой поперечной перегородки, двух рядов закручивающих козырьков, и выполнения входного участка выпускного патрубка, в виде размещенного в корпусе диффузора, что обеспечивает плавность потока.

Обеспечение направления закручивающих козырьков смежных секций противоположным, а также направлений закрутки потока козырьками секции, расположенной со стороны входного участка выпускного патрубка: таким же, как направление закрутки потока из тангенциального канала впускного патрубка, ближнего к входу выпускного патрубка, обеспечивает улучшение очистки потока за счет усиления действия центробежных сил. Установка вставки в форме усеченного конуса со стороны центральной трубы слива жидкости и выполнение корпуса в зоне этой вставки перфорированным обеспечивает надежность слива жидкой фазы из нижней части кожуха. Выполнений поперечной перегородки с наружным кольцевым выступом предотвращает подсасывание снизу пара и загрязняющих веществ через окна, образованные закручивающими козырьками.

Недостатком известного глушителя шума является сложность конструкции, а так же низкая степень очистки от содержащихся в отработавших газах вредных веществ, кроме того, конструкция позволяет очищать выхлопные газы только в увлажненной среде, т.е. пара или пароводяной смеси.

Также известно устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащее две камеры, одна из камер представляет собой центробежный каплеуловитель, содержащий впускной и соосный выпускной патрубки, завихритель, трубу слива жидкости, перед каплеуловителем установлена аэрозольная камера, расположенная по ходу движения газов, содержащая впускной и соосный выпускной патрубки конической формы, причем во впускном патрубке коаксиально установлен завихритель лопаточного типа, а в корпусе камеры установлены форсунки для подачи аэрозоля, при этом между камерами установлен эжектор. Лопатки завихрителей выполнены под углом, обеспечивающим завихрение потока отработавших газов, а форсунки установлены радиально на расстоянии 120° относительно друг друга и расположены под углом к вертикали и горизонтали, обеспечивающим насыщение и закручивание потока. (Патент на полезную модель 77353, кл. F01N 3/02, 2008, бюл. 29)

Известное устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания состоит из двух сообщающихся камер: аэрозольной камеры и центробежного каплеуловителя.

Аэрозольная камера представляет собой полый цилиндр, с торцов которого установлены впускной и выпускной патрубки, имеющие форму конуса с усечением. Патрубки с обоих сторон имеют фланцы для крепления их к выпускному коллектору дизельного двигателя, эжектору и корпусу аэрозольной камеры. Внутри впускного патрубка коаксиально установлен конический завихритель лопаточного типа.

В корпус аэрозольной камеры вмонтированы три форсунки, расположенные радиально, относительно оси корпуса, на расстоянии 120°. Форсунки имеют угол наклона по вертикали и по горизонтали, такой, чтобы направление форсунок совпадало с направлением вращения потока отработавших газов на выходе из завихрителя.

Каплеуловитель представляет собой полый цилиндр, с торцов которого установлены впускной и выпускной патрубки. Выпускной патрубок представляет собой отрезок трубы круглого сечения, один из концов которой выполнен с коническим сужением. С переднего конца, по ходу движения газов цилиндрический корпус закрыт впускным патрубком. С заднего конца цилиндрический корпус закрыт задней торцевой крышкой. Конструкция впускного патрубка каплеуловителя аналогична конструкции впускного патрубка аэрозольной камеры. В задней части корпуса каплеуловителя, в плоскости между выпускным патрубком и корпусом, установлена труба для отвода жидкости, представляющая собой штуцер, вваренный в корпус под углом 45°.

Устройство работает следующим образом. Отработавшие газы от дизельного двигателя поступают из выпускного коллектора во впускной патрубок аэрозольной камеры. Проходя через конический завихритель поток газа, приобретает направленное вращательное движение. Затем вихревой поток проходит обработку водяной аэрозолью форсунками, установленными радиально в корпусе аэрозольной камер. При этом происходит превращение образовавшихся капель в пар в закрученном потоке, а так же очищение продуктов сгорания при их контактном взаимодействии с каплями жидкости. Впрыск аэрозоли осуществляется с частотой работы двигателя и регулируется электронным блоком управления. Одновременный впрыск эмульсии, по меньшей мере, тремя форсунками придает дополнительный вращательный импульс движущемуся потоку. Пройдя аэрозольную обработку, отработавшие газы выводятся из корпуса аэрозольной камеры через выпускной патрубок и, пройдя через эжектор, смешиваясь с атмосферным воздухом, поступают во впускной патрубок центробежного каплеуловителя, где, проходя через конический завихритель поток, приобретает направленное вращательное движение. Приток атмосферного воздуха, поступающего через эжектор, снижает температуру закрученной парогазовой смеси и способствует конденсации из нее капель воды. При этом жидкая фаза и посторонние не газообразные примеси под действием центробежных сил сепарируются на внутренней стенке корпуса центробежного каплеуловителя, а пар и очищенный газ поступают в выпускной патрубок. Жидкая фаза попадает в полость между выпускным патрубком, корпусом и задней торцевой стенкой, после чего удаляется через трубу для отвода жидкости. Очищенный газ выводится через выпускной патрубок в атмосферу.

Недостатком известной конструкции является низкая степень очистки от содержащихся в отработавших газах вредных веществ, так как отработавшие газы, имея высокую температуру, испаряют значительную часть водяной аэрозоли, в результате этого не весь поток отработавших газов взаимодействует с нейтрализующим раствором. Кроме того, значительные габаритные размеры устройства для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания затрудняют установку на мобильные транспортные средства.

Задача - создание технического решения, позволяющего повысить качество очистки отработавших газов и снизить выбросы сажи и вредных веществ в атмосферу, повысить эффективность шумоглушения, а также упростить конструкцию устройства для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, устанавливаемых на мобильных энергетических средствах.

Технический результат от использования полезной модели заключается в улучшении экологических показателей двигателя внутреннего сгорания за счет применения конструкции, позволяющей производить очистку отработавших газов от сажи и вредных веществ и уменьшить шум на выходе отработавших газов.

Технический результат достигается тем, что устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащее камеру очистки с впускным и соосно выпускным патрубками, трубу слива жидкости, завихритель, а камера очистки установлена вертикально, в центральной части которой установлен выпускной патрубок с защитным кожухом, перед которым в центральной части по осевой линии камеры очистки установлен распылитель-дозатор.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания соответствует критерию «новизна», так как имеет отличия от прототипа.

1. Камера очистки отработавших газов установлена вертикально.

2. В центральной части камеры очистки отработавших газов установлен выпускной патрубок с защитным кожухом.

3. В камере очистки отработавших газов установлен распылитель-дозатор.

4. Распылитель-дозатор установлен в центральной части камеры очистки.

5. Распылитель-дозатор установлен перед защитным кожухом.

6. Распылитель-дозатор установлен перед защитным кожухом по осевой линии камеры очистки.

С целью упрощения конструкции, а также уменьшения габаритных размеров устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания камера очистки установлена вертикально.

Предлагаемая конструкция позволяет уменьшить габаритные размеры очистки отработавших газов за счет того, что каплеуловитель установлен в нижней части камеры очистки.

За счет того, что устройство для очистки отработавших газов, а именно камера очистки, установлено вертикально, возможно более эффективное удаление отработавшего нейтрализующего раствора, а также конденсата, сажи и других вредных веществ.

С целью улучшения шумопоглащения в центральной части камеры очистки отработавших газов установлен выпускной патрубок с защитным кожухом. Предлагаемая конструкция позволяет уменьшить габаритные размеры по сравнению с известной конструкцией, выбранной за прототип.

С целью улучшения шумопоглощения перед выпускным патрубком установлен защитный кожух. Отработавшие газы или смесь отработавших газов, поступающие из выпускной трубы поступают во впускной патрубок, а затем в камеру очистки. В камере очистки отработавшие газы очищаются от сажи и других вредных веществ и поступают в нижнюю часть камеры очистки. Из нижней части камеры очистки очищенные отработавшие газы поступают между выпускным патрубком и защитным кожухом, а затем через выпускной патрубок в атмосферу. Отработавшийся нейтрализующий раствор, сажа, конденсат и другие вредные вещества оседают в нижней конусной части камеры очистки, так как устройство для очистки отработавшихся газов установлено вертикально, а затем в трубу слива жидкости.

С целью нейтрализации газов, поступающих из впускного патрубка, в камере очистки отработавших газов установлен распылитель-дозатор. В распылитель дозатор подается нейтрализующий раствор, который распыляется и смачивает отработавшие газы. В результате происходит образование эмульсии, состоящей из пара, жидкости нейтрализующего раствора и отработавших газов, а также сажи, других вредных веществ и конденсата. В результате отработавшие газы очищаются от сажи, вредных веществ, а также происходит шумопоглощение. Шумопоглощение происходит за счет того, что отработавшие газы проходят через распыленный нейтрализующий раствор.

С целью смачивания отработавших газов, поступающих из впускного патрубка, распылитель-дозатор установлен в центральной части камеры очистки. При установке распылителя-дозатора в центральной части камеры очистки происходит равномерное смачивание отработавших газов нейтрализующим раствором.

С целью лучшего смачивания отработавших газов нейтрализующим раствором, распылитель-дозатор установлен перед защитным кожухом. При этом нейтрализующий раствор поступает от распылителя-дозатора по направлению движения отработавших газов. Отработавшие газы смачиваются нейтрализующим раствором, и при этом отделяется сажа, конденсат и другие вредные вещества, которые опускаются в конусную нижнюю часть камеры очистки.

С целью лучшего смачивания отработавших газов нейтрализующим раствором распылитель-дозатор установлен на осевой линии камеры очистки перед защитным кожухом. При этом происходит равномерная по всей площади камеры очистки обработка отработавших газов нейтрализующим раствором.

Выявленные признаки технического решения заявляемого устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания позволяют сделать вывод о соответствии технического решения критерию «Существенные отличия».

На фиг.1 - представлена схема устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержит камеру очистки 1, выполненную в виде полого цилиндра 2, с торцов которого установлены впускной патрубок 3, с коаксиально установленным коническим завихрителем 12, и нижняя часть 4 камеры очистки 1, имеющие форму конуса с усечением. Впускной патрубок 3 с обеих сторон имеет фланцы 5 и 6 для крепления к выпускному коллектору 7. В нижней части 4 камеры очистки 1 установлен выпускной патрубок 8 и труба 9 для слива жидкости и конденсата. Верхняя часть выпускного патрубка 8 находится в центральной части камеры очистки 1. В центральной части камеры очистки 1 над верхней частью выпускного патрубка 8 установлен защитный кожух 10. Защитный кожух 10 установлен с зазором между внутренней поверхностью камеры очистки 1 и торцовой частью выпускного патрубка 8.

В центральной части камеры очистки 1 по осевой линии перед защитным кожухом 10 установлен распылитель-дозатор 11.

Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания работает следующим образом. Отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания поступают из выпускного коллектора 7 во впускной патрубок 3 камеры очистки 1. Проходя через конический завихритель 12 поток газа, приобретает направленное вращательное движение. Затем вихревой поток проходя через центральную часть камеры очистки 1, смачивается нейтрализующим раствором, поступающим через распылитель-дозатор 11. Нейтрализующий раствор подается к распылителю-дозатору 11 насосом. (Насос не показан). При смачивании отработавших газов нейтрализующим раствором сажа, капли нейтрализующего раствора, конденсат и вредные вещества под действием центробежных сил оседают на стенках нижней конусной части 4 камеры очистки 1 и стекают на дно нижней конусной части 4 камеры очистки 1. Из нижней конусной части 4 камеры очистки 1 конденсат, сажа, вредные вещества, отработавший нейтрализующий раствор удаляются через трубу 9 слива жидкости.

Пройдя обработку распыленным нейтрализующим раствором, отработавшие газы поступают между выпускным патрубком 8 и внутренней поверхностью конусной нижней части 4 камеры очистки 1, а затем между выпускным патрубком 8 и внутренней частью защитного кожуха 10 через выпускной патрубок 8 в атмосферу.

Отработавшие газы, поступающие из выпускной трубы 7 поступают во впускной патрубок 3, а затем в камеру очистки 2. В камере очистки 2 отработавшие газы не только очищаются от сажи и других вредных веществ, но при этом происходит шумопоглощение, так как отработавшие газы обрабатываются нейтрализующим раствором. Из камеры очистки 1 отработавшие газы поступают в конусную нижнюю часть 4, а затем между выпускным патрубком 8 и защитным кожухом 10, во выпускной патрубок 8 и затем в атмосферу. При этом происходит дополнительное шумопоглощение за счет того, что очищенные отработавшие газы проходят между кожухом 10 и выпускным патрубком 8.

Использование предлагаемой полезной модели позволяет улучшить экологические показатели двигателя внутреннего сгорания, снизить выбросы сажи и вредных веществ в атмосферу, повысить эффективность шумоглушения, а также упростить конструкцию устройства для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, устанавливаемых на мобильных энергетических средствах.

Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащее камеру очистки с впускным и соосным выпускным патрубками, трубу слива жидкости, завихритель, отличающееся тем, что камера очистки установлена вертикально, в центральной части которой установлен выпускной патрубок с защитным кожухом, перед которым в центральной части по осевой линии камеры очистки установлен распылитель-дозатор.