Диплом Кирилл. 1 Обзор конструктивных особенностей автомобиля камаз 5320 12 1 Конструкция автомобиля Камаз 5320 15
 Скачать 2.9 Mb.
|
|
6 Патентное исследование 6.1 Способ снижения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания (патент № 2386040) Реферат: изобретение относится к области технической акустики и может быть использовано в автотракторной промышленности для снижения шума системы выпуска ДВС. Способ заключается в том, что каждую исходную массовую волну расхода выхлопных газов преобразуют в несколько массовых волн меньшей величины, причем проводят это таким образом, чтобы фронты спада и нарастания соседних массовых волн расхода меньшей величины пересекались, а временной интервал между их максимумами выбирают так, чтобы интегральное значение расхода было близким к стационарному. Такое выполнение позволяет гарантированно преобразовывать колебания расхода выхлопных газов в стационарный поток. Заявляемое изобретение относится к области технической акустики, более конкретно, к способам снижения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и может быть использовано в автомобиле- и тракторостроении для снижения шума выхлопа ДВС. Прежде чем переходить к описанию аналогов и прототипа, необходимо отметить следующее. Характерная выпускная система отработавших газов ДВС содержит входную трубу, по которой отработавшие газы подводятся от ДВС к глушителю, снижающему шум, и хвостовую трубу, отводящую отработавшие газы из глушителя в атмосферу. Схема такой системы приведена, например, в книге «Шум автотракторных двигателей внутреннего сгорания», автор В.Н.Луканин, изд-во «Машиностроение», М., 1971 г., стр.167, рис.89. Снижение шума выхлопа в данной системе выпуска ДВС происходит благодаря тому, что выпуск отработавших газов осуществляют через глушитель и энергия пульсаций давления частично рассеивается в глушителе за счет резонансных явлений в его полостях, поглощения звукопоглощающими набивками, трения и т.д. Недостатком данного способа снижения шума выхлопа ДВС является то, что глушители, устанавливаемые на выпускной системе, имеют достаточно большое гидравлическое сопротивление, которое жестко регламентируется техническими условиями на ЛВС, в связи с чем применение глушителей не всегда является эффективным с точки зрения достижения нормативных значений уровня внешнего шума, например, автомобиля. Кроме этого из-за цикличности работы ДВС, отработавшие газы выбрасываются из хвостовой трубы порциями, в связи с чем переменный расход отработавших газов является одним из основных факторов, определяющих шум выпуска ДВС. Следует также отметить, что частота следования вспышек в цилиндрах ДВС в рабочем диапазоне частоты вращения коленчатого вала (следовательно, и частота выбрасывания порций отработавших газов из хвостовой трубы) располагается, например, для автомобильных дизельных двигателей в диапазоне 40-150 Гц. Это означает, что в спектре внешнего шума автомобиля будут присутствовать низкочастотные составляющие, с которыми трудно бороться, поскольку они имеют малое затухание при распространении в пространстве. В этом случае эффективным методом снижения шума выхлопа ЛВС явился бы метод выравнивания колебаний расхода отработавших газов на срезе хвостовой трубы глушителя. Известны способ глушения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания и выпускная система для его осуществления, описанные в а.с. СССР 1453059, МПК F01N 1/08, опубл. 1989 г., выбранный в качестве прототипа, заключающийся в преобразовании пульсирующего потока выхлопных газов в нестационарную свободную струю, причем поток газов отсекают дискретными частями, направляют в общий объем, выравнивают давление и равномерно выпускают в окружающую среду. Устройство для осуществления способа представляет собой кожух с торцовыми стенками, соосные впускной и выпускной патрубки и установленный соосно кожуху перфорированный корпус с торцовым впускным отверстием и сплошной торцовой стенкой, разделенный кольцевыми перегородками на две камеры. При этом кожух выполнен в виде эллипса, корпус выполнен с наружным диаметром, равным малой оси эллипса кожуха, и делит его на две продольные камеры, впускной патрубок кожуха частично помещен в последний и соединен с торцовым впускным отверстием корпуса, торцовая стенка корпуса выполнена за одно с торцовой стенкой кожуха, выпускной патрубок которого расположен на большой оси эллипса его торцовой стенки в зоне второй камеры, а отверстия перфорации корпуса выполнены в зоне первой камеры кожуха. Недостатком данного способа является то, что, преобразовав исходную массовую волну расхода выхлопных газов в несколько массовых волн меньшей величины с непересекающимися фронтами спада и нарастания расхода соседних волн меньшей величины, на срезе выпускного патрубка кожуха будет присутствовать пульсирующий (по расходу) поток газов, а величина снижения шума может составить не более 6-10 дБ, что явно недостаточно, поскольку на входе в глушитель уровень шума потока отработавших газов составляет 130-140 дБ. Задачей настоящего изобретения является создание способа, позволяющего гарантированно преобразовывать колебания расхода выхлопных газов в стационарный однородный поток с помощью простого устройства. Это достигается тем, что в известном способе снижения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, заключающемся в преобразовании каждой исходной массовой волны расхода выхлопных газов в несколько массовых волн расхода меньшей величины, согласно изобретению преобразование проводят таким образом, чтобы фронт спада каждой предыдущей массовой волны расхода меньшей величины пересекался с фронтом нарастания последующей массовой волны расхода меньшей величины, а интервал времени между соседними максимумами массовых волн расхода меньшей величины выбирают таким, чтобы интегральное значение расхода выхлопных газов было близким к стационарному. Суть изобретения поясняется графическими материалами на рисунке 15 и рисунке 16, на которых изображены соответственно принципиальная конструкция устройства, осуществляющая заявляемый способ, и картина преобразования исходных массовых волн расхода выхлопных газов в волны меньшей величины.  Рисунок 15. Принципиальная конструкция устройства  Рисунок 16. Картина преобразования исходных массовых волн расхода выхлопных газов в волны меньшей величины Устройство для реализации заявляемого способа, представляющее собой камерный глушитель, содержит две камеры: внутреннюю 1 и наружную 2, расположенные одна в другой. Одна из торцевых стенок 3 камер является общей. Наружная камера 2 имеет входной 4 и выходной 5 патрубки, по которым отработавшие газы входят в глушитель и выходят из него. Внутренняя камера 1 представляет собой полый резервуар, разделенный перегородками 6 на ряд секций. В каждой перегородке 6, кроме последней перегородки 7, выполнено по одному центральному отверстию 8, центры которых расположены на продолжении оси впускного патрубка 4. Кроме этого на боковой поверхности внутренней камеры 1 в каждой секции выполнены отверстия 9. Движение выхлопных газов на рисунке 15 обозначено стрелками. Форма внутренней и наружной камер может быть цилиндрической либо в виде параллелепипеда, что на реализацию способа влияния не оказывает. Реализация способа с помощью устройства, изображенного на фиг.1, осуществляется следующим образом. После освобождения одной из камер сгорания ДВС от отработавших газов исходная массовая волна 10 (см. рисунок 16) расхода выхлопных газов входит через патрубок 4 во внутреннюю камеру 1 (первый цикл на рисунке 16). При этом струя газа, проходя через отверстия 8 в перегородках 6, частично отсекается в каждой секции и через отверстия 9, выполненные на боковой поверхности внутренней камеры 1, газ вытекает из секций в зазор между внутренней и наружной камерами, а из него через выходной патрубок 5 в атмосферу. Очевидно, что начало поступления газа из последних (относительно входного патрубка 4) секций внутренней камеры 1 в зазор смещено относительно начала поступления его из первых секций, поскольку струя газа проходит расстояние между перегородками 6 за конечный промежуток времени. Это вызывает смещение максимумов расхода газа из секций внутренней камеры 1 в зазор между внутренней 1 и наружной 2 камерами. Таким образом, исходную массовую волну 10 расхода выхлопных газов преобразуют в несколько массовых волн 11 расхода меньшей величины (G1i, G2i, где i=1, 2, 3 - количество секций), количество которых зависит от количества секций внутренней камеры 1. При этом преобразование проводят таким образом, чтобы фронт спада каждой предыдущей массовой волны расхода меньшей величины пересекался с фронтом нарастания последующей массовой волны расхода меньшей величины (см. фиг.2, на которой показано пересечение фронтов волн 11), а интервал времени t между соседними максимумами массовых волн расхода меньшей величины (см. фиг.2) выбирают таким образом, чтобы интегральное значение расхода выхлопных газов (кривая 12, G на рисунке 16) было близким к стационарному. Это может быть осуществлено путем подбора количества секций внутренней камеры, их геометрических размеров (длины) и диаметров отверстий 8 в перегородках 6. Таким образом, исходную массовую волну расхода выхлопных газов 10 преобразуют в стационарный расход газов 12, что приводит к равномерному истечению выхлопных газов через выходной патрубок 5 и в конечном итоге к снижению шума выпуска ДВС. Расчетные оценки показывают, что величина гидравлического сопротивления устройства, приведенного на рисунке 16, будет на 20-30% меньше, чем у серийно применяемых глушителей, а дополнительный эффект снижения шума выпуска составит 4-7 дБА. По мнению заявителя, предлагаемый способ, обладающий новизной, наличием существенных отличительных признаков и промышленной применимостью, может быть защищен патентом на изобретение. Формула изобретения: Способ снижения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что каждую исходную массовую волну расхода выхлопных газов преобразуют в несколько массовых волн расхода меньшей величины, отличающийся тем, что преобразование проводят таким образом, чтобы фронт спада каждой предыдущей массовой волны расхода меньшей величины пересекался с фронтом нарастания последующей массовой волны расхода меньшей величины, а интервал времени между соседними максимумами массовых волн расхода меньшей величины выбирают таким, чтобы интегральное значение расхода выхлопных газов было близким к стационарному. 6.2 Устройство и способ для очистки выхлопного газа (патент № 2385760) Реферат: Изобретение может быть использовано в химической и автомобильной промышленности. Устройство содержит двигатель 30 для обедненной топливной смеси, работающий на воздухе с избытком кислорода. Катализатор 1 помещен в каталитический конвертер 3, в который поступает выхлопной газ из двигателя 30. Катализатор 1 содержит Pd в количестве более 3 вес.% и Pt, нанесенные на пористый оксид, и не содержит адсорбирующего NOx материала, выбранного из щелочных и щелочно-земельных металлов. Распылительное сопло 32, через которое периодически вводится маловязкое масло, помещено в трубопроводе 31 выхлопного газа для временного образования обогащенной углеводородами атмосферы вокруг катализатора 1. Катализатор 1 работает в диапазоне низких температур от 200°С до 300°С в поочередно повторяющихся обедненной и обогащенной атмосферах. Технический результат - повышение эффективности очистки выхлопных газов от оксидов азота в диапазоне низких температур. На рисунке 17 показано данное устройство.  Рисунок 17. Устройство для очистки выхлопного газа 6.2.1 Область техники Настоящее изобретение относится к устройству для очистки выхлопного газа, используемому для двигателя для обедненной топливной смеси, работающего на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента, и способу очистки выхлопного газа для очистки NOx посредством использования такого устройства для очистки выхлопного газа. 6.2.2 Уровень техники Катализатор, используемый для хранения и восстановления NOx (далее - NSR), известен как катализатор для очистки выхлопного газа для двигателя для обедненной топливной смеси, работающего на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента. Такой NSR образуется посредством нанесения благородного металла, например, Pt и материала для хранения NOx, выбранного из щелочных металлов и щелочноземельных металлов, на пористый оксид, например оксид алюминия. NO в выхлопном газе в обедненной атмосфере окисляется в NOx посредством благородного металла, и NOx реагируют с материалом для хранения NOx и хранятся в катализаторе как нитраты. После временного образования из выхлопного газа обогащенной атмосферы нитраты разлагаются, чтобы высвобождать NOx, и материал для хранения NOx восстанавливает свою способность хранения NOx, в то же самое время NOx реагируя с восстанавливающими компонентами, например, HC и СО, которые являются распространенными в атмосфере и восстанавливаются и очищаются в N2. Например, не прошедшая экспертизу патентная публикация Японии H09-085093 описывает NSR, на который нанесен материал для хранения NOx, содержащий три компонента K, Na и Li. Материал для хранения NOx, содержащий три компонента K, Na и Li, реагирует с двуокисью углерода в воздухе и существует как композиционный карбонат. Этот композиционный карбонат имеет такую значительно низкую точку плавления (400°C или менее), что он становится нестабильным в типичном диапазоне рабочих температур (от 300°C до 400°С) катализатора, и таким образом он улучшает характеристики хранения и высвобождения NOx. Однако, поскольку NSR, описанный в вышеуказанной публикации, резко ухудшает характеристики хранения и высвобождения NOx при температурах выхлопного газа 300°C или менее, является затруднительным для NSR очищать NOx эффективно при постоянной температуре атмосферы примерно 250°C, например, этого выхлопного газа из дизельного двигателя. Кроме того, материал для хранения NOx, выбранный из щелочных металлов и щелочно-земельных металлов, имеет проблему понижения окислительной активности Pt или т.п.Чтобы решить эту проблему, количество наносимого благородного металла увеличивается, но активность, соответствующая нанесенному количеству, не может быть получена в связи с усилением роста гранул благородного металла или т.п. Кроме того, материал для хранения NOx, выбранный из щелочных металлов и щелочно-земельных металлов, имеет не только то неудобство, что он понижает активность в результате реакции с подложкой, например кордиеритом, но также и проблемы восприимчивости к отравлению серой посредством реакции с SOx, чтобы утрачивать его способность сохранения NOx. Поэтому, как описано в вышеупомянутой публикации, была осуществлена выработка легко разлагающегося композиционного сульфата посредством использования материала для хранения NOx, содержащего три компонента, или затрудняющего доступ SOx посредством использования кислотного пористого оксида. Однако, поскольку используется щелочной материал для хранения NOx, является неизбежным понижение способности хранения NOx в связи с реакциями с SOx. Настоящее изобретение было задумано с точки зрения этих обстоятельств, и основной целью настоящего изобретения является обеспечение возможности восстановления и очищения NOx в диапазоне низких температур от 200°C до 300°C без использования материала для хранения NOx, содержащего щелочной компонент. 6.2.3 Краткое описание изобретения Устройство для очистки выхлопного газа, раскрытое в п.1 формулы изобретения, которое решает вышеупомянутые проблемы, характеризуется тем, что оно содержит двигатель для обедненной топливной смеси, работающий на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента, катализатор Pd, помещенный в выхлопной газ из двигателя для обедненной топливной смеси, образованный посредством нанесения высокой концентрации Pd в диапазоне 3 вес.% или более на пористый оксид, в котором нет материала, адсорбирующего NOx, выбранного из щелочных металлов и щелочно-земельных металлов, и средство для обогащения для временного образования из атмосферы выхлопного газа вокруг катализатора Pd обогащенной атмосферы посредством подачи высококипящего HC в выхлопной газ, и катализатор Pd используется в атмосфере, в которой обедненная атмосфера и обогащенная атмосфера поочередно повторяются, и восстанавливает и очищает NOx в выхлопном газе в диапазоне низких температур от 200°С до 300°C. Кроме того, способ очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению отличается очисткой NOx в выхлопном газе посредством помещения устройства для очистки выхлопного газа согласно настоящему изобретению в систему выпуска выхлопного газа из двигателя для обедненной топливной смеси, работающего на воздухе с избытком кислорода до топливного коэффициента, временного образования из атмосферы выхлопного газа вокруг катализатора Pd обогащенной атмосферы посредством средства для обогащения, и вновь создания обедненной атмосферы и обогащенной атмосферы после этого. 6.3 Многокамерный глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания (патент № 2383749) Реферат: Изобретение относится к машиностроению, в частности к многокамерным глушителям шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания. Многокамерный глушитель двигателя внутреннего сгорания содержит корпус (2) и каналы движения газового потока. В торцевых стенках корпуса (2) образованы впускные (1) и выпускные (11) отверстия. Каналы движения газового потока выполнены совокупностью подвижных замкнутых камер. Замкнутые камеры образуются при вхождении камер (4) в корпус (3) пары шестерен. Камеры (4) образованы во впадинах зубьев шестерен (9). Газ в замкнутых камерах неподвижен относительно днища (5) и боковых стенок камер (4). Технический результат заключается в улучшении шумопоглощения и уменьшении аэрогидродинамического сопротивления глушителя. Изобретение относится к машиностроению, в частности к многокамерным глушителям шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Известны глушители шума выхлопа для ДВС с эффективным глушением шума (АС СССР 641140, опубл. 05.01.79 г., 1245726, опубл. 23.07.86 г., 1043329, опубл. 23.09.83 г., 1019082, опубл. 23.05.83 г., 1010306, опубл. 07.04.83 г.), где звуковая энергия рассеивается вследствие фрикционных потерь и изменения направления газового потока. Известны также патент US 5723041, опубл. 03.03.98 г., патент ЕР 0894523, опубл. 03.02.99 г., где газовый поток разбивается лопастями крыльчатки на элементы потока и перемешивается подвижными и неподвижными лопастями крыльчаток. Известен также патент RU 2322593, опубл. 20.04.08 г. «Способ распределения газа в системе глушитель - катализатор двигателя внутреннего сгорания и газораспределительное устройство, предназначенное для использования в нем». Устройство содержит ряд изогнутых лопаток, ориентированных определенным образом и неподвижных по отношению к корпусу. Газовый поток в канале изолирован по боковым периметрам и непрерывен по длине потока. Площадь поперечного сечения отверстий несет функции проводимости газов и звука с одновременным шумопоглощением за счет изменения движения и фрикционной потери звуковой энергии. Недостатком этой конструкции являются непрерывность газового потока и потери энергии проводимости газа и звука из камеры в камеру при изменении направления движения и трения газа о стенки камер движения и отверстия. При этом в непрерывном потоке возмущение колебания передается вдоль потока. Это затрудняет уменьшение звука при движении по камерам глушителя. Техническим результатом, достигаемым в процессе реализации данного изобретения, являются интенсификация воздействия на газовые потоки и шумовые факторы, выполнение современных требований более жестких стандартов на внешний и внутренний шум транспортного средства, уменьшение аэрогидродинамического сопротивления глушителя и, как следствие, увеличение наполнения цилиндров и повышение мощности и крутящего момента на коленчатом валу. Указанный технический результат достигается тем, что каналы газового потока выполнены совокупностью подвижных замкнутых камер, при этом газ в камерах неподвижен относительно днища и боковых стенок камер. Причем газовый поток разбивается на отдельные неподвижные относительно стенок камер замкнутые малые объемы, изолированные от общего потока и движущиеся вместе со стенками камер к выпускному отверстию по двум совокупностям каналов навстречу один другому в полости перемешивания. Размеры камер и профили поверхностей обеспечивают работу глушителя без резонанса. При этом в полости перемешивания газовых потоков исключается выходное сопротивление и происходит дополнительное гашение шума за счет встречного движения. Изолированный объем газа в движущейся камере защищен относительно неподвижной стенкой от возбуждения колебаний газовым потоком. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный глушитель шума отличается разделением газового потока на единичные движущиеся камеры, изолированные от колебаний основного потока, интенсифицирующие перемешивание и успокоение потоков на выходе. Изобретение поясняется чертежом продольного сечения глушителя шума.  Рисунок 18. Многокамерный глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания . Многокамерный глушитель шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания содержит впускное отверстие 1, корпус глушителя 2, корпус 3 пары шестерен камеры 4 малого замкнутого объема газа, днище камеры 5, боковую стенку переднюю 6, боковую стенку заднюю 7, ось вращения 8 совокупности камер, шестерни 9 совокупности камер, полость 10 перемешивания, выпускное отверстие 11. Как вариант, совокупность камер может представлять впадину колес зубчатой передачи. Работает устройство следующим образом. При поступлении газового потока во входное отверстие 1 корпуса глушителя 2 он распределяется по наружным камерам 4 во впадине зуба шестерен 9. Избыточная площадь передней боковой стенки 6 (т.к. внутренние стенки зуба шестерни перекрывают поверхности одного зуба) обеспечивает вращение шестерен 9 на осях 8. При вхождении камеры 4 в корпус 3 пары шестерен образуют замкнутые камеры в сечении поверхностью днища 5, передней 6 и задней 7 боковых стенок. В торце шестерни плотно прилегают к крышкам (на чертеже не показаны) корпуса 3. В образованной камере газовый поток неподвижен относительно днища 5 и стенок 6 и 7 и перемещается с ними. Во время дальнейшего движения замкнутые объемы открываются при выходе шестерни 9 из корпуса 3 и в полости 10 перемешиваются встречные потоки и дополнительно гасят шумовую энергию. Единичный объем в камере защищен зубом от возбуждения колебаний основного газового потока, и в процессе движения камеры происходит затухание колебаний единичного газового объема. Замена неподвижных камер существующих конструкций глушителей шума подвижными позволяет применить новый технологический принцип гашения колебаний. При этом сопротивление на входе глушителя сокращается за счет замены трения скольжения газового потока на трение качения на осях 8 и динамических потерь при смене направления движения газового потока. Для увеличения эффективности заглушения шума и уменьшения резонанса возможно установить последовательно аналогичные пары шестерни с другими параметрами камер 4 (профилем зуба). Суммарный объем единичных камер выполняется достаточным для заданного объема газового потока. Коррозийная стойкость глушителя повышается за счет последовательности смены поверхности контакта с газовым потоком при вращении шестерен. Уменьшение аэродинамического сопротивления глушителя позволяет сократить потери энергии на гашение шума, улучшить эксплуатационные показатели ДВС. Формула изобретения Многокамерный глушитель двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с торцевыми стенками, в котором образованы впускные и выпускные отверстия, каналы движения газового потока, отличающийся тем, что каналы газового потока выполнены совокупностью подвижных замкнутых камер, при этом газ в камерах неподвижен относительно днища и боковых стенок камер. |