Устройство для преобразования струи выхлопных газов

Полезная модель относится к автомобильному оборудованию и может быть использована для улучшения экологического состояния окружающей среды путем изменения направления течения вытекающих продуктов сгорания (струи выхлопных газов) от работающих двигателей автомобилей с горизонтального на вертикальное и интенсивного перемешивания выхлопных газов с окружающим воздухом за счет образования вихревого вертикального течения.

Сущность полезной модели состоит в том, что устройство для преобразования струи выхлопных газов двигателя содержит установленный перед срезом выхлопной трубы двигателя или в этой трубе рассекатель, разделяющий струю выхлопных газов на два потока, и размещенный за рассекателем отражатель, причем рассекатель струи установлен или в закрепленном на выхлопной трубе двигателя стакане с отверстиями в дне, или на соответственно закрепленном кронштейне.

При этом рассекатель струи в осевом сечении выполнен в виде прямоугольника, углом направленного на срез выхлопной трубы, а рассекатель струи, установленный в закрепленном на выхлопной трубе двигателя стакане, в осевом сечении выполнен в виде наконечника конической, или овальной формы, размещенного между двумя каналами для истечения струи, выполненными в виде трубок, закрепленных в отверстиях дна стакана и соединенных с наконечником вблизи своих торцев, направленных навстречу струе выхлопных газов.

Кроме того, при установке рассекателя струи за выхлопной трубой рассекатель размещен или на срезе выхлопной трубы, или на расстоянии до 3d от среза, то есть 1=(0÷3)d, a габариты рассекателя составляют: 1_p=(0,5÷1,5)d, Hp=(1,0÷1,5)d и b_p=(0,2÷0,4)d, где 1 - расстояние от среза выхлопной трубы до рассекателя струи, где 1_р - длина рассекателя, Н_р - его высота, b_p -толщина рассекателя, a d - диаметр выхлопной трубы на срезе.

При этом отражатель установлен за рассекателем на расстоянии L=(2÷5)d от выхода струи таким образом, что его вертикальная ось или параллельна плоскости среза выхлопной трубы, или расположена под углом до 15° к ней, причем отражатель выполнен высотой Н(2÷5)d, где d - диаметр выхлопной трубы на срезе, и выполнен из двух эквидистантно установленных на расстоянии =(5÷10) мм друг от друга экранов, выполненных в виде вогнутой со стороны среза выхлопной трубы поверхностью или параболической формы, или формы в виде сегмента или сектора окружности, или П-образной формы.

Кроме того, ближайший к срезу выхлопной трубы экран выполнен с симметрично расположенными относительно его оси сквозными прорезями, каждая шириной до 0.25 максимальной длины экрана и высотой от нижнего края экрана h(0,2÷0,5)d, где d - диаметр выхлопной трубы на срезе, а другой экран выполнен в виде сплошной стенки с заборной полостью под кронштейном со стороны среза выхлопной трубы.

При этом ближайший к срезу выхлопной трубы экран выполнен или из металла, например из хромированной или нержавеющей стали, или из металлического пористого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, или из металлического сетчатого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, или из металлического пористого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, пропитанного нейтрализующим составом, например поташом, или из металлического сетчатого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, покрытого слоем катализатора, например, палладия, или платины, или родия, а другой экран выполнен из хромированной или нержавеющей стали.

Техническим результатом от использования устройства для преобразования струи выхлопных газов является снижение токсичности истекающих выхлопных газов от автомобильных двигателей за счет изменения направления движения струи выхлопных газов с горизонтального на закрученное (вихревое) вертикальное и интенсивного перемешивания этих выхлопных газов с окружающим воздухом и соответственно улучшение экологического состояния окружающей среды вблизи дорог и улиц населенных пунктов.

Полезная модель относится к автомобильному оборудованию и может быть использована для улучшения экологического состояния окружающей среды путем изменения направления течения вытекающих продуктов сгорания (струи выхлопных газов) от работающих двигателей автомобилей с горизонтального на вертикальное и интенсивного перемешивания выхлопных газов с окружающим воздухом за счет образования вихревого вертикального течения.

Известны устройства для преобразования струи выхлопных газов двигателя за счет очистки выхлопных газов путем бесплазменного каталитического дожигания токсичных компонентов выхлопных газов в выпускном тракте на активированной поверхности химического сотового катализатора, покрытой тонким слоем платины, палладия, родия и др. (см., например, патенты России 2023176 и 2023178).

Недостатками данных технических решений являются сложность и дороговизна этих устройств, относительно небольшой срок их эксплуатации из-за химического загрязнения поверхности катализатора, а также трудности с ремонтом таких устройств.

Наиболее близким аналогом-прототипом является устройство для преобразования струи выхлопных газов путем изменения направления потока воздушных струй с помощью экрана, устанавливаемого на пути этих струй (см., например, Б.Н.Юдаев и др. «Теплообмен при взаимодействии струй с преградами»; Москва, изд. «Машиностроение», 1977, с. с.59-65).

Такой экран, располагаясь неподвижно на пути истекающей струи двигателя, может изменять ее направление, способствовать усилению перемешивания с окружающим воздухом и снижению концентрации вредных веществ в течение всей работы источника загрязнения.

Однако для эффективного перемешивания струи выхлопных газов двигателя с окружающим воздухом, кроме изменения направления истечения, необходимо, как показали проведенные авторами данной полезной модели исследования, разделить поток выхлопных газов на несколько взаимодействующих струй.

Задача предлагаемой полезной модели состоит в разработке конструкции устройства для преобразования струи выхлопных газов, обеспечивающего снижение концентрации выбросов вредных веществ при работе автомобильных и других видов двигателей на стоянке и при движении за счет изменения горизонтального направления истечения продуктов сгорания от работающих автомобильных двигателей на вертикальное, увеличения интенсивности перемешивания с окружающим воздухом путем формирования вертикального вихревого истечения струи выхлопных газов, а также нейтрализации выхлопных газов.

Сущность полезной модели состоит в том, что устройство для преобразования струи выхлопных газов двигателя содержит установленный перед срезом выхлопной трубы двигателя или в этой трубе рассекатель, разделяющий струю выхлопных газов на два потока, и размещенный за рассекателем отражатель, причем рассекатель струи установлен или в закрепленном на выхлопной трубе двигателя стакане с отверстиями в дне, или на соответственно закрепленном кронштейне.

При этом рассекатель струи в осевом сечении выполнен в виде прямоугольника, углом направленного на срез выхлопной трубы, а рассекатель струи, установленный в закрепленном на выхлопной трубе двигателя стакане, в осевом сечении выполнен в виде наконечника конической, или овальной формы, размещенного между двумя каналами для истечения струи, выполненными в виде трубок, закрепленных в отверстиях дна стакана и соединенных с наконечником вблизи своих торцев, направленных навстречу струе выхлопных газов.

Кроме того, при установке рассекателя струи за выхлопной трубой рассекатель размещен или на срезе выхлопной трубы, или на расстоянии до 3d от среза, то есть 1=(0÷3)d, a габариты рассекателя составляют: 1_p=(0,5÷1,5)d, H_p=(1,0÷1,5)d и b_p=(0,2÷0,4)d, где 1 - расстояние от среза выхлопной трубы до рассекателя струи, 1_р - длина рассекателя, Н_р - его высота, b_p - толщина рассекателя, a d - диаметр выхлопной трубы на срезе.

При этом отражатель установлен за рассекателем на расстоянии L=(2÷5)d от выхода струи таким образом, что его вертикальная ось или параллельна плоскости среза выхлопной трубы, или расположена под углом до 15° к ней, причем отражатель выполнен высотой Н(2÷5)d, где d - диаметр выхлопной трубы на срезе, причем отражатель выполнен из двух эквидистантно установленных на расстоянии =(5÷10) мм друг от друга экранов, выполненных в виде вогнутой со стороны среза выхлопной трубы поверхностью или параболической формы, или формы в виде сегмента или сектора окружности, или П-образной формы.

Кроме того, ближайший к срезу выхлопной трубы экран выполнен с симметрично расположенными относительно его оси сквозными прорезями, каждая шириной до 0.25 максимальной длины экрана и высотой от нижнего края экрана h(0,2÷0,5)d, где d - диаметр выхлопной трубы на срезе, а другой экран выполнен в виде сплошной стенки с заборной полостью под кронштейном со стороны среза выхлопной трубы.

При этом ближайший к срезу выхлопной трубы экран выполнен или из металла, например из хромированной или нержавеющей стали, или из металлического пористого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, или из металлического сетчатого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, или из металлического пористого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, пропитанного нейтрализующим составом, например поташом, или из металлического сетчатого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, покрытого слоем катализатора, например, палладия, или платины, или родия, а другой экран выполнен из хромированной или нержавеющей стали.

Техническим результатом от использования устройства для преобразования струи выхлопных газов является снижение токсичности истекающих выхлопных газов от автомобильных двигателей за счет изменения направления движения струи выхлопных газов с горизонтального на закрученное (вихревое) вертикальное и интенсивного перемешивания этих выхлопных газов с окружающим воздухом и соответственно улучшение экологического состояния окружающей среды вблизи дорог и улиц населенных пунктов.

На фиг.1 представлено устройство для преобразования струи выхлопных газов двигателя с разделителем, установленным в цилиндре, закрепленном на выхлопной трубе; на фиг.2, показан вид устройства, представленного на фиг.1, сверху; на фиг.3 представлено устройство для преобразования струи выхлопных газов двигателя с разделителем, установленным за выхлопной трубой на закрепленном на ней кронштейне; на фиг.4 показан вид устройства, представленного на фиг.3, сверху; на фиг.5 представлена фотография действующего макета устройства для преобразования струи выхлопных газов двигателя с разделителем, установленным за выхлопной трубой; на фиг.6 представлена фотография струи выхлопных газов двигателя, преобразованной действующим макетом устройства.

Устройство для преобразования струи выхлопных газов двигателя содержит (фиг.1) установленный перед срезом (на фиг. обозначен буквой «Т») выхлопной трубы 1 двигателя или в этой трубе рассекатель 2, разделяющий струю выхлопных газов на два потока, и размещенный за рассекателем 2 отражатель 3, причем рассекатель 2 струи установлен или в закрепленном на выхлопной трубе 1 двигателя стакане 4 с отверстиями (на фиг. не пронумерованы) в дне 5 стакана 4 (фиг.2), или на соответственно закрепленном на этом стакане 4 кронштейне 6, выполненном изогнутым и выпуклым относительно продольной оси (на фиг. не показано) в сечении по плоскости, параллельной плоскости среза «Т» выхлопной трубы 1.

Рассекатель 2 струи в осевом сечении выполнен или в виде прямоугольника (фиг.3), углом направленного на срез выхлопной трубы (в этом варианте стакан 4 выполнен с одним отверстием в дне 5), а рассекатель 2 струи, установленный (фиг.1 и 2) в закрепленном на выхлопной трубе двигателя стакане 4, в осевом сечении выполнен в виде наконечника 7 конической, или овальной формы, размещенного между двумя каналами для истечения струи, выполненными в виде соответственно двух трубок 8 (фиг.2), закрепленных в отверстиях дна 5 стакана 4 и соединенных с наконечником 7 вблизи своих торцев (на фиг. не пронумерованы), направленных навстречу струе (на фиг. не показана) выхлопных газов, причем площадь внутреннего отверстия каждой трубки 8 составляет ~ 50% площади выхлопной трубы двигателя. При этом рассекатель 2 установлен с помощью крепежных кронштейнов 9.

Кроме того, рассекатель 2 струи при установке за выхлопной трубой размещен или на срезе выхлопной трубы, или сразу за срезом, или на расстоянии до 3d от среза, то есть 1=(0÷3)d, а габариты рассекателя составляют: 1_р=(0,5÷1,5)d, Н_р=(1,0÷1,5)d и b_p=(0,2÷0,4)d, где 1 - расстояние от среза выхлопной трубы до рассекателя струи, 1_р - длина рассекателя, Н_р - его высота, b_p - толщина рассекателя, a d - диаметр выхлопной трубы на срезе (на фиг.3 показан рассекатель 2, установленный на некотором расстоянии от среза выхлопной трубы).

При этом отражатель 3 установлен за рассекателем 2 на расстоянии L=(2÷5)d от выхода струи, где d - диаметр выхлопной трубы на срезе, и выполнен в виде экрана (далее упоминается в тексте под номером 3₁) с вогнутой со стороны среза выхлопной трубы поверхностью или параболической формы, или формы в виде сегмента или сектора окружности, или П-образной формы (на фиг.2, 4 и 5 показаны экраны формой в виде параболы и сегмента окружности соответственно).

Кроме того, отражатель 3 выполнен высотой Н(2÷5)d, где d - диаметр выхлопной трубы на срезе, и установлен таким образом, что его вертикальная ось или параллельна плоскости среза выхлопной трубы, или расположена под углом до 15° к ней (на фиг.1, 3 и 5 показаны отражатели, вертикальная ось которых параллельна плоскости среза выхлопной трубы).

При этом отражатель 3 выполнен из двух эквидистантно установленных на расстоянии =(5÷10) мм друг от друга экранов (соответственно 3 ₁ и 3₂), причем ближайший к срезу выхлопной трубы экран 3₁ выполнен с симметрично расположенными относительно его оси сквозными прорезями 10, каждая шириной до 0.25 максимальной длины экрана и высотой от нижнего края экрана h(0,2÷0,5)d, где d - диаметр выхлопной трубы на срезе, а другой экран 32 выполнен в виде сплошной стенки с заборной со стороны среза выхлопной трубы полостью 11 под кронштейном 6.

Экран 3₁ выполнен или из металла, например из хромированной или нержавеющей стали, или из металлического пористого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, или из металлического сетчатого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, или из металлического пористого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, пропитанного нейтрализующим составом, например поташом, или из металлического сетчатого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, покрытого слоем катализатора, например, палладия, или платины, или родия, а экран выполнен 3₂ выполнен из хромированной или нержавеющей стали.

Устройство для преобразования струи выхлопных газов двигателя работает следующим образом:

При работе двигателя автомобиля разделитель 2 струи выхлопных газов осуществляет разделение истекающих выхлопных газов автомобиля на четное число однорядно расположенных горизонтально выходящих струй, оси которых лежат в одной плоскости с горизонтальной осью выхлопной трубы перед отражателем 3 газов из выхлопной трубы автомобиля.

Взаимодействуя с отражателем 3, выхлопные газы, создавая вихревое течение, устремляются вверх, интенсивно перемешиваясь с воздухом, и тем самым снижают приземную загазованность окружающей воздушной среды.

Физическая картина (фиг.6) модельных испытаний наглядно подтверждает эффективность устройства для преобразования струи выхлопных газов двигателя.

1. Устройство для преобразования струи выхлопных газов двигателя, содержащее установленный перед срезом выхлопной трубы двигателя или в этой трубе рассекатель, разделяющий струю выхлопных газов на два потока, и размещенный за рассекателем отражатель.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рассекатель струи установлен или в закрепленном на выхлопной трубе двигателя стакане с двумя отверстиями в дне, или на соответственно закрепленном кронштейне.

3. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что рассекатель струи в осевом сечении выполнен в виде прямоугольника, углом направленного на срез выхлопной трубы.

4. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что рассекатель струи, установленный в закрепленном на выхлопной трубе двигателя стакане, в осевом сечении выполнен в виде наконечника конической или овальной формы, размещенного между двумя каналами для истечения струи, выполненными в виде трубок, закрепленных в отверстиях дна стакана и соединенных с наконечником вблизи своих торцов, направленных навстречу струе выхлопных газов.

5. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что при установке рассекателя струи за выхлопной трубой рассекатель размещен или на срезе выхлопной трубы, или сразу за срезом, или на расстоянии до 3d от среза, то есть l=(0÷3)d, где l - расстояние от среза выхлопной трубы до рассекателя струи, d - диаметр выхлопной трубы на срезе.

6. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что габариты рассекателя составляют: l_p=(0,5÷1,5)d, H_p=(1,0÷1,5)d и b_p=(0,2÷0,4)d, где l_p - длина рассекателя, Н_р - его высота, b_p - толщина рассекателя, a d - диаметр выхлопной трубы на срезе.

7. Устройство по любому из пп.1 или 2, отличающееся тем, что отражатель установлен за рассекателем на расстоянии L=(2÷5)d от выхода струи, где d - диаметр выхлопной трубы на срезе.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отражатель выполнен из двух эквидистантно установленных на расстоянии =(5÷10) мм друг от друга экранов и выполненных с вогнутой со стороны среза выхлопной трубы поверхностью или параболической формы, или формы в виде сегмента или сектора окружности, или П-образной формы, причем ближайший к срезу выхлопной трубы экран выполнен с симметрично расположенными относительно его оси сквозными прорезями, каждая шириной до 0,25 максимальной длины экрана и высотой от нижнего края экрана h(0,2÷0,5)d, где d - диаметр выхлопной трубы на срезе, а другой экран выполнен в виде сплошной стенки с заборной полостью под кронштейном со стороны среза выхлопной трубы.

9. Устройство по любому из пп.1 или 8, отличающееся тем, что отражатель выполнен высотой Н(2÷5)d, где d - диаметр выхлопной трубы на срезе.

10. Устройство по любому из пп.1 или 8, отличающееся тем, что отражатель установлен таким образом, что его вертикальная ось или параллельна плоскости среза выхлопной трубы, или расположена под углом до 15° к ней.

11. Устройство по любому из пп.1 или 8, отличающееся тем, что ближайший к срезу выхлопной трубы экран выполнен или из металла, например из хромированной или нержавеющей стали, или из металлического пористого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, или из металлического сетчатого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, или из металлического пористого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, пропитанного нейтрализующим составом, например поташом, или из металлического сетчатого материала, например из нержавеющей стали или из латуни, покрытого слоем катализатора, например палладия, или платины, или родия, а другой экран выполнен из металла, например из хромированной или нержавеющей стали.