RU2043511C1

RU2043511C1 - Exhaust system for power plant

Info

Publication number: RU2043511C1
Authority: RU
Inventors: М.И. Фесина; А.В. Соколов
Original assignee: Научно-технический центр производственного объединения "АвтоВАЗ"
Priority date: 1992-05-26
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1995-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: system has bank of exhaust pipes 3 connected with cylinders 1 of engine 2 and provided with receiving pipe 4, heat neutralizer 5, additional silencer 6, and main silencers 7. Outer sides of members 4-7 are enclosed with hollow pressure-tight evacuated casings. The casings are provided with temperature compensators and secured to members 3-7 by way of flexible vibration insulation members. EFFECT: decreased toxicity of exhaust. 4 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно автомобилестроению, и может найти применение в конструкциях выхлопных систем двигателей, снабженных тепло- и звукоизоляцией. The invention relates to mechanical engineering, mainly automotive, and can find application in the design of exhaust systems of engines equipped with heat and sound insulation.

Вследствие того, что компоненты системы выхлопа двигателя внутреннего сгорания (выхлопной коллектор или газоприемник, термический или каталитический нейтрализаторы, глушители выхлопа и соединительные трубопроводы) являются интенсивными излучателями тепло- и звуковой энергии, названные элементы, как правило, снабжаются устройствами тепло- и звукоизоляции, которые в свою очередь являются конструктивно сложными и дорогостоящими устройствами [1,2,3]
Известна система выхлопа двигателя внутреннего сгорания [4] содержащая подключенный к цилиндрам двигателя по меньшей мере один из элементов: приемную трубу или выхлопной коллектор, термический или каталитический нейтрализатор, дополнительный и/или основной глушители, причем внешние поверхности по меньшей мере части элементов снабжены полыми вакуумированными кожухами.Due to the fact that the components of the exhaust system of an internal combustion engine (exhaust manifold or gas receiver, thermal or catalytic converters, exhaust silencers and connecting pipes) are intensive emitters of heat and sound energy, these elements are usually equipped with heat and sound insulation devices, which in turn, they are structurally complex and expensive devices [1,2,3]
A known exhaust system of an internal combustion engine [4] comprising at least one of the elements connected to the engine cylinders: a front exhaust pipe or an exhaust manifold, a thermal or catalytic converter, an additional and / or main silencer, and the outer surfaces of at least part of the elements are provided with hollow evacuated shrouds.

Недостатком прототипа является невысокая надежность в работе, поскольку в конструкции не предусмотрены элементы компенсации температурного расширения. Кроме того, жесткое крепление кожухов усиливает динамическое их возбуждение механическим путем от зон подсоединения к теплонапряженным элементам (выхлопным трубам), что усиливает корпусной звук, излучаемый кожухом в окружающую среду. The disadvantage of the prototype is its low reliability, since the design does not provide elements for compensating for thermal expansion. In addition, the rigid fastening of the casings enhances their dynamic excitation mechanically from the zones of connection to the heat-stressed elements (exhaust pipes), which enhances the body sound emitted by the casing into the environment.

Цель изобретения повышение работоспособности и шумоизоляции системы выхлопа. The purpose of the invention to improve the performance and sound insulation of the exhaust system.

Сущность изобретения заключается в том, что в известной системе выхлопа энергетической установки, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащей подключенный к цилиндрам двигателя по меньшей мере один из элементов приемную трубу или выхлопной коллектор, дополнительный и/или основной глушители, термический или каталитический нейтрализатор, причем внешние поверхности по меньшей мере части элементов снабжены полыми герметичными вакуумированными кожухами, названные кожухи снабжены термокомпенсаторами, размещенными в их стенках. При этом кожухи закреплены с помощью упругих виброизолирующих элементов, а их стенки могут быть выполнены вогнуто-выпуклыми. В полостях кожухов с зазором устанавливаются армирующие элементы, выполненные из термоизоляционного материала. The essence of the invention lies in the fact that in the known exhaust system of a power plant, mainly an internal combustion engine, comprising at least one of the elements connected to the engine cylinders, a front exhaust pipe or exhaust manifold, additional and / or main silencers, a thermal or catalytic converter, and external the surfaces of at least part of the elements are provided with hollow, sealed evacuated casings, said casings are equipped with temperature compensators placed in their enkah. At the same time, the casings are fixed using elastic vibration-isolating elements, and their walls can be concave-convex. Reinforcing elements made of heat-insulating material are installed in the cavities of the casings with a gap.

При таком конструктивном исполнении нормальное функционирование системы обеспечивается за счет введения в ее конструкцию термокомпенсаторов и за счет монтажа кожухов с помощью упругих виброизолирующих элементов, выполненных из материала с высоким коэффициентом потерь. With this design, the normal functioning of the system is ensured by the introduction of temperature compensators into its design and by installing casings using elastic vibration-isolating elements made of a material with a high loss coefficient.

На фиг. 1 показана система выхлопа (вариант исполнения); на фиг. 2 основной глушитель выхлопа; на фиг. 3 дополнительный глушитель выхлопа; на фиг. 4 термический нейтрализатор; на фиг. 5-7 на базе конструкции дополнительного глушителя показаны возможные варианты изготовления кожухов с термокомпенсаторами; на фиг. 8 вариант крепления кожуха с помощью упругих виброизолирующих элементов; на фиг. 9 и 10 варианты кожухов с вогнуто-выпуклыми стенками корпуса; на фиг. 11 сечение А-А на фиг.9. In FIG. 1 shows an exhaust system (embodiment); in FIG. 2 main exhaust muffler; in FIG. 3 additional exhaust silencer; in FIG. 4 thermal converter; in FIG. 5-7, on the basis of the design of an additional silencer, the possible manufacturing options for casings with thermal compensators are shown; in FIG. 8 option for attaching the casing using elastic vibration-isolating elements; in FIG. 9 and 10 variants of casings with concave-convex walls of the housing; in FIG. 11 section AA in Fig.9.

Система выхлопа содержит подключенную к цилиндрам 1 двигателя 2 трассу выхлопных труб 3, в которой установлены приемная труба 4, термический нейтрализатор (дожигатель отработавших газов) 5, дополнительный 6 и основной 7 глушители выхлопа. Внешние поверхности элементов 4-7 заключены в полые герметичные вакуумированные кожухи 8. The exhaust system contains an exhaust pipe 3 connected to the cylinders 1 of the engine 2, in which a front exhaust pipe 4, a thermal converter (exhaust gas afterburner) 5, additional 6 and main 7 exhaust silencers are installed. The outer surfaces of the elements 4-7 are enclosed in hollow sealed evacuated casings 8.

На фиг. 2-7 кожухи 8 снабжены термокомпенсаторами 9. In FIG. 2-7 casings 8 are equipped with temperature compensators 9.

На фиг. 8 кожух 8 крепится посредством упругих виброизолирующих элементов 10, которые выполнены из материала с высоким коэффициентом потерь и непроницаемого для газа. In FIG. 8, the casing 8 is fastened by means of elastic vibration-isolating elements 10, which are made of a material with a high loss coefficient and impermeable to gas.

На фиг. 9-11 показаны "ужесточенные" варианты конструкции кожухов с вогнуто-выпуклыми стенками корпуса и установленными внутри вакуумированной полости с гарантированным зазором армирующими элементами 11, которые выполнены из термоизоляционного материала. In FIG. Figures 9-11 show "toughened" design options for casings with concave-convex walls of the housing and reinforcing elements 11 installed inside the evacuated cavity with a guaranteed clearance, which are made of heat-insulating material.

В вакуумированной полости свободный пробег находящихся в ней молекул становится больше, чем расстояние между стенками элементов 4-7 и внутренней поверхностью кожуха 8. Молекулы при этом перемещаются между названными стенками туда и обратно. Переносимая ими энергия тем меньше, чем меньше плотность находящегося в полости газа (чем выше степень вакуумирования). Аналогичная картина происходит в широко известном термосе, сосуде с двойными стенками между которыми выкачан воздух. In the evacuated cavity, the free path of the molecules contained in it becomes greater than the distance between the walls of the elements 4-7 and the inner surface of the casing 8. The molecules move back and forth between these walls. The energy transferred by them is the smaller, the lower the density of the gas in the cavity (the higher the degree of evacuation). A similar pattern occurs in the well-known thermos, a vessel with double walls between which air is pumped out.

При создании вакуумированных полостей вокруг корпуса каталитического нейтрализатора (в рассмотренной схеме он не показан) следует учитывать следующее обстоятельство. Окислительные и восстановительные реакции, протекающие в каталитическом нейтрализаторе, наиболее эффективны (т.е. происходят с наиболее высокой скоростью) в узком диапазоне коэффициента избытка воздуха, близком к стехиометрическому (0,95-0,98). При этом происходит эффективная нейтрализация всех трех основных токсичных компонентов окиси азота, углеводородов и окиси углерода. Окись углерода и углеводороды окисляются с образованием конечных продуктов сгорания топлива углекислого газа и воды, а окись азота восстанавливается преимущественно в реакции с окисью углерода
2NO + 2CO ->> N₂ + 2CO₂
В трехкомпонентных каталитических нейтрализаторах предельная температура выхлопных газов не должна превышать 800^оС. При более 800^оС происходит потеря активности катализатора, а при более 1100^оС оплавление блока каталитического вещества.When creating evacuated cavities around the catalytic converter housing (it is not shown in the considered circuit), the following circumstance should be taken into account. The oxidizing and reducing reactions occurring in the catalytic converter are most effective (i.e., occur at the highest rate) in a narrow range of air excess coefficient close to stoichiometric (0.95-0.98). This effectively neutralizes all three major toxic components of nitric oxide, hydrocarbons and carbon monoxide. Carbon monoxide and hydrocarbons are oxidized to form the final products of the combustion of carbon dioxide and water fuels, and nitric oxide is reduced predominantly in reaction with carbon monoxide
2NO + 2CO - >> N ₂ + 2CO ₂
The three-way catalysts limiting exhaust gas temperature must not exceed 800 ° ^C. At 800 ^{° C} there is a loss of catalyst activity, and at more than 1100 ^{° C} melting catalytic substance block.

Для обеспечения необходимого температурного режима работы такого нейтрализатора его приходится размещать на достаточно близком расстоянии от выпускного клапана, что весьма затрудняет компоновку под днищем автомобиля. Вакуумированная оболочка позволяет устанавливать нейтрализатор на более удаленном расстоянии от выпускного клапана, что упрощает компоновку системы. Введение в конструкцию кожухов 9 термических компенсаторов позволяет скомпенсировать температурные деформации и колебания давления атмосферы, а также ослабить динамическое возбуждение кожуха 8 механическим путем от зон подсоединения его с элементами 4-7, или выхлопными трубами 3, это соответственно ослабляет корпусный звук, излучаемый кожухом в окружающую среду. С этой целью целесообразно крепить кожух 8 сваркой встык. To ensure the required temperature regime of operation of such a converter, it has to be placed at a fairly close distance from the exhaust valve, which makes assembly under the vehicle’s bottom very difficult. The evacuated casing allows the neutralizer to be installed at a farther distance from the exhaust valve, which simplifies the layout of the system. The introduction of thermal compensators into the design of the casings 9 allows you to compensate for temperature deformations and atmospheric pressure fluctuations, as well as to weaken the dynamic excitation of the casing 8 mechanically from the zones of its connection with elements 4-7, or exhaust pipes 3, this accordingly attenuates the case sound emitted by the casing into the surrounding Wednesday For this purpose, it is advisable to fasten the casing 8 by butt welding.

Упругие виброизолирующие элементы 10 (фиг.8), выполненные из материала с высоким коэффициентом потерь, обеспечивают малую проводимость тепла в зоне крепления кожуха 8, а значит и передачу тепла в кожух 8. Elastic vibration-isolating elements 10 (Fig. 8) made of a material with a high loss coefficient provide low heat conductivity in the area of attachment of the casing 8, and hence the transfer of heat to the casing 8.

На фиг. 9-11 показана ужесточенная конструкция кожуха 8, что обеспечивается выполнением его стенки вогнуто-выпуклой формы, а также установкой в вакуумированной полости армирующих элементов 11, выполненных из термоизоляционного материала, например фторопласта. Форма элементов 11 в зависимости от конкретной конструкции, например, глушителя выхлопа, может быть самой различной. In FIG. 9-11 show the hardened construction of the casing 8, which is ensured by the execution of its wall concave-convex shape, as well as the installation in the evacuated cavity of the reinforcing elements 11 made of heat-insulating material, such as fluoroplastic. The shape of the elements 11, depending on the particular design, for example, an exhaust silencer, can be very different.

За счет использования вакуума в полостях кожухов 8, снабженных элементами термокомпенсации, повышается работоспособность системы в целом и улучшаются ее акустические качества. Through the use of vacuum in the cavities of the casings 8, equipped with elements of thermal compensation, increases the efficiency of the system as a whole and improves its acoustic quality.

Claims

1. EXHAUST SYSTEM FOR POWER INSTALLATION, mainly an internal combustion engine, comprising at least one of the elements connected to the engine cylinders, a front exhaust pipe or exhaust manifold, a thermal or catalytic converter, an additional and / or main silencer, and the outer surfaces of at least some of the elements equipped with hollow sealed evacuated casings, characterized in that the casings are equipped with temperature compensators placed in their walls.

2. The system according to p. 1, characterized in that the casings are fixed using elastic vibration-isolating elements.

3. The system according to claims 1 and 2, characterized in that the walls of the casings are concave-convex.

4. The system according to claims 1-3, characterized in that reinforcing elements made of heat-insulating material are installed in the cavities of the casings with a gap.