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.

Технический результат предлагаемой полезной модели направлен на повышение эффективности нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов за счет повышения концентрации смеси воды и газов и более равномерного ее распределения по объему проходного сечения трубы отвода (гомогенизации смеси).

Технический результат достигается тем, что выпускная система двигателя внутреннего сгорания, содержащая трубу отвода отработавших газов двигателя, снабженную водяной рубашкой, каналы подачи воды в ее внутреннюю полость, размещенные в стенке трубы и выполненные в виде капилляров, и перепускной клапан, размещенный в отверстии, выполненном в стенке трубы, дополнительно снабжена дефлектором, выполненным в виде продолговатого элемента цилиндрической формы из теплостойкого материала, монтированного внутри трубы отвода отработавших газов вдоль оси ее симметрии.

Достигаемый технический результат может быть усилен за счет того, что торцы дефлектора выполнены конусообразной формы, а боковая поверхность его по всей длине содержит выточки, расположенные по спирали. Это позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление дефлектора потоку газов и обеспечить вихревой характер их движения.

Кроме того, для увеличения площади контакта и объема испарения воды во внутреннюю полость трубы отвода отработавших газов выпускной системы двигателя внутреннего сгорания, дефлектор может быть выполнен полым, причем внутренняя полость его соединена с внутренней полостью водяной рубашки, размещенной над трубой отвода, а в его стенках выполнены сквозные каналы в виде капилляров.

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 №2205968, МПК 7 F01N 7/08, 2001), 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, также выполненном в стенке трубы отвода отработавших газов двигателя.

Указанная конструкция прототипа обеспечивает снижение токсичности отработавших газов путем дополнительной подачи воды в трубу отвода из водяной рубашки через перепускной клапан при изменении (увеличении) оборотов коленчатого вала двигателя.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели, т.е. прототипом.

Однако к недостаткам данной выпускной системы двигателя внутреннего сгорания следует отнести следующее. Подача воды производится в зависимости от режима работы двигателя и при небольших оборотах коленчатого вала, и, следовательно, небольшом давлении отработавших газов, проходящих через поперечное сечение трубы отвода, вода в нее попадает из водяной рубашки через капилляры в меньшем количестве, чем при больших оборотах коленчатого вала. При этом, смешивание частиц воды и газов происходит преимущественно в приграничном к стенке трубы отвода слое. Концентрация и состав смеси воды и отработавших газов в приграничном и центральных относительно оси потока газов слоях будут различными, тем самым

не обеспечивается достаточная эффективность нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Технический результат предлагаемой полезной модели направлен на повышение эффективности нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов за счет повышения концентрации смеси воды и газов и более равномерного ее распределения по объему проходного сечения трубы отвода (гомогенизации смеси).

Технический результат достигается тем, что выпускная система двигателя внутреннего сгорания содержащая трубу отвода отработавших газов двигателя, снабженную водяной рубашкой, каналы подачи воды в ее внутреннюю полость, размещенные в стенке трубы и выполненные в виде капилляров, и перепускной клапан, размещенный в отверстии, выполненном в стенке трубы, дополнительно снабжена дефлектором, выполненным в виде продолговатого элемента цилиндрической формы из теплостойкого материала, монтированного внутри трубы отвода отработавших газов вдоль оси ее симметрии.

Достигаемый технический результат может быть усилен за счет того, что торцы дефлектора выполнены конусообразной формы, а боковая поверхность его по всей длине содержит выточки, расположенные по спирали. Это позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление дефлектора потоку газов и обеспечить вихревой характер их движения.

Кроме того, для увеличения площади контакта и объема испарения воды во внутреннюю полость трубы отвода отработавших газов выпускной системы двигателя внутреннего сгорания, дефлектор может быть выполнен полым, причем внутренняя полость его соединена с внутренней полостью водяной рубашки, размещенной над трубой отвода, а в его стенках выполнены сквозные каналы в виде капилляров.

На фиг.1 показан общий вид предлагаемой выпускной системы двигателя внутреннего сгорания, дополнительно снабженной дефлектором на фиг.2 - вариант с дефлектором полой конструкции.

На чертежах цифрами обозначены:

1 - труба отвода отработавших газов двигателя;

2 - фланец крепления к выхлопному 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;

8 - впускной штуцер;

9 - выпускной штуцер;

10 - перепускной клапан;

11 - отверстие;

12 - дефлектор;

13 - торцы дефлектора;

14 - боковая поверхность дефлектора;

15 - выточки;

16 - внутренняя полость дефлектора;

17 - стенки дефлектора;

18 - сквозные каналы;

19 - капилляры;

20 - вода;

21 - тепловой поток отработавших газов;

22 - консоли.

Выпускная система двигателя внутреннего сгорания (фиг.1) содержит трубу 1 отвода отработавших газов, водяную рубашку 5, каналы подачи воды 20 во внутреннюю полость трубы 1 отвода, выполненные в виде капилляров, перепускной клапан 10 и дефлектор 12.

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 20).

Каналы подачи воды 20 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.

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.

Дефлектор 12 выполнен в виде продолговатого (удлиненного) элемента цилиндрической формы из теплостойкого материала, например, легированной стали, монтирован внутри трубы 1 отвода отработавших газов вдоль продольной оси ее симметрии и крепится к стенке 6 с помощью консолей 22.

Для уменьшения аэродинамического сопротивления тепловому потоку 21 отработавших газов торцы 13 дефлектора 1 могут быть выполнены конусообразными. Для обеспечения формирования вихревой структуры потока с целью улучшения смесеобразования между водой и отработавшими газами на боковой поверхности 14 дефлектора 1 могут быть по всей его длине выполнены выточки 15, расположенные по спирали.

Для увеличения площади контакта и объема испарения воды 20 во внутреннюю полость трубы 1 отвода и тем самым повышения эффективности смесеобразования воды и отработавших газов, а, следовательно, и нейтрализации токсичных компонентов отработавших газов, дефлектор 12 выполнен полым (фиг.2). При этом, внутренняя полость 16 дефлектора 1 соединена с внутренней полостью 5 водяной рубашки (например, путем выполнения сквозных отверстий в консолях 22). В стенках 17 дефлектора 12

выполнены сквозные каналы 18 с капиллярами 19, конструктивно аналогичными капиллярам в стенке 6 трубы 1 отвода.

Работа предлагаемой выпускной системы двигателя внутреннего сгорания осуществляется следующим образом.

При небольших оборотах коленчатого вала двигателя через впускной штуцер 8 вода 20 поступает из дополнительной емкости (на рисунках не показано) во внутреннюю полость (водяную рубашку) 25, а при выполнении дефлектора 12 полым - и во внутреннюю полость 16. Далее, за счет сил поверхностного натяжения в капиллярах вода 20 поступает из водяной рубашки (полости) 25 и внутренней полости 16 дефлектора 1 в трубу 1 отвода.

Внутри трубы 1 происходит смешивание частиц воды и отработавших газов. Причем, такое смешивание за счет уменьшения дефлектором 12 пропускного сечения трубы 1 и ускорения скорости истечения потока 21 ведет к увеличению концентрации смеси и обеспечивает большую ее однородность, т.е. усиливает восстановление оксидов азота NO _x. в процессе нейтрализации токсических веществ отработавших газов.

В случае существенного возрастания оборотов коленчатого вала двигателя возрастает давление 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, поступающей из водяной рубашки 5 через капилляры в трубу 1 отвода отработавших газов. Тем самым возрастает концентрация смеси воды и газов, обеспечивая требуемую эффективность нейтрализации токсических веществ при возрастании оборотов коленчатого вала двигателя.

1. Выпускная система двигателя внутреннего сгорания, содержащая трубу отвода отработавших газов двигателя, снабженную водяной рубашкой, каналы подачи воды в ее внутреннюю полость, размещенные в стенке трубы и выполненные в виде капилляров, и перепускной клапан, размещенный в отверстии, выполненном в стенке трубы, отличающаяся тем, что выпускная система дополнительно снабжена дефлектором, выполненным в виде продолговатого элемента цилиндрической формы из теплостойкого материала, монтированного внутри трубы отвода отработавших газов вдоль продольной оси ее симметрии.

2. Выпускная система двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что торцы дефлектора выполнены конусообразной формы, боковая поверхность его по всей длине содержит выточки, расположенные по спирали.

3. Выпускная система двигателя внутреннего сгорания по п.1, отличающаяся тем, что дефлектор выполнен полым, причем внутренняя полость его соединена с внутренней полостью водяной рубашки, а в его стенках выполнены сквозные каналы с капиллярами.