CZ288745B6

CZ288745B6 - Zařízení pro odvádění proudicích plynů z potrubí

Info

Publication number: CZ288745B6
Application number: CZ19983794A
Authority: CZ
Inventors: Jan Machota; Pavel Veselý
Original assignee: Remin Cz, S. R. O.
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1998-11-23
Publication date: 2001-08-15
Also published as: CZ9803794A3; EP1135590A1; WO2000031403A1; AU1258100A

Abstract

Obtokov t leso (1) m svoji n b hovou st (2) upravenu v hrdle (6) sb ra e (5), p°i em v²fukov potrub (23) m e b²t opat°eno jednak kan lem (12), se vtokovou st (13), jej vnit°n profil p°ech z ve sm ru proud n v²fukov²ch plyn z kruhov ho nebo ov ln ho tvaru na vstupu (20) vtokov sti (13) kan lu (12) do tvaru Üt rbiny (14), uspo° dan p° n k pod ln ose kan lu (12), a jednak na kan l (12) navazuj c v²tokovou st (15), ve kter je ulo en sb ra (5) s obtokov²m t lesem (1) s k° dlov²m profilem, uspo° dan²m n b hovou hranou (3) proti Üt rbin (14), nebo m e b²t v²fukov potrub (23) opat°eno jednak kan lem (12), se vtokovou st (13), jej vnit°n profil p°ech z ve sm ru proud n v²fukov²ch plyn z kruhov ho nebo ov ln ho tvaru na vstupu (20) vtokov sti (13) kan lu (12) do tvaru kruhov d²zy (14'), a jednak na kan l (12) navazuj c v²tokovou st (15), ve kter je ulo en sb ra (5) s obtokov²m t lesem (1) rota n ho tvaru, uspo° dan²m n b hov²m hrotem (3') pro\

Description

Zařízení pro odvádění proudících plynů z potrubí

Stav techniky

Vynález se týká zařízení pro odvádění proudících plynů z potrubí, zejména výfukových plynů z výfukového potrubí vratným potrubím do spalovacího motoru, tvořené obtokovým tělesem, uspořádaným alespoň svojí částí ve sběrači, uloženém ve výfukovém potrubí a otevřeném hrdlem proti směru proudění výfukových plynů a napojeném na vratném potrubí, přičemž povrch obtokového tělesa uspořádaného náběhovou hranou nebo náběhovým hrotem proti směru proudění výfukových plynů, vykazuje náběhovou část pro zhušťování proudnic media obtékajícího obtokové těleso a odtokovou část pro rozpínání proudnic média obtékajícího obtokové těleso.

Dosavadní stav techniky

Dosud známá zařízení pro odvádění výfukových plynů z výfukového potrubí spalovacího motoru používají pro odvádění výfukových plynů jednoduché nátrubky umístěné ve výfukovém potrubí uprostřed nebo při stěnách výfukového potrubí. Obecně je soustředěna pozornost na řešení problému regulace množství odváděného plynu v závislosti na aktuálně zjištěném složení výfukových plynů a efektivnost samotného jímání výfukových plynů není řešena. Do§ud známá zařízení pro recirkulaci výfukových plynů dosahovala recirkulace nejvýše 5 % z objemu plynů, vystupujících ze spalovacího motoru. Z patentového spisu CZ 278864 je známo zařízení pro odvádění výfukových plynů z výfukového potrubí, tvořené obtokovým tělesem s náběhovou a odtokovou částí, uspořádaným uvnitř výfukového potrubí a zasahujícím svou odtokovou částí do hrdla sběrače směřujícího proti toku výfukových plynů a napojeného na odváděči potrubí pro odvod výfukových plynů do sacího potrubí spalovacího motoru. Cílem tohoto zařízení je jímat na část výfukových plynů proudících při povrchu odtokové části a využívat tuto část výfukových plynů pro další zpracování spalováním nebo přiváděním do sacího potrubí spalovacího motoru. Vzhledem kdifuznímu efektu, ke kterému dochází na odtokové části, mají výfukové plyny při povrchu odtokové části jiné složení, zejména vyšší obsah kysličníku uhelnatého, vody a nespálených uhlovodíků, než výfukové plyny v proudících vzdálených od povrchu odtokové části obtokového tělesa. Následným spalováním takto odvedené části výfukových plynů ve spalovacím motoru nebo ve zvláštním spalovacím zařízení je dosahováno celkového snížení nežádoucích složek ve výfukových plynech vystupujících z výfukového potrubí. Uvedené zařízení provádí kvalitativní výběr té části výfukových plynů, která v důsledku difuzního efektu vzniká a proudí při povrchu odtokové části obtokového tělesa. Od rozhraní náběhové a odtokové části tělesa rychlost proudění při povrchu obtokového tělesa silně klesá, až na odtokové hraně obtokového tělesa se vyrovná rychlosti proudění za odtokovým tělesem. Množství výfukového plynu jímaného hrdlem při odtokové části obtékaného tělesa není výrazně větší, než odpovídá kterémukoliv jinému stejně velkému průtokovému průřezu vzdálenému od povrchu obtékaného tělesa. Účel uvedeného zařízení je proto omezen na nárokované oddělování složek výfukových plynů, zejména kysličníku uhelnatého, vody a nespálených uhlovodíků a nepřispívá nijak k řešení problému jímaného množství výfukových plynů. Cílem vynálezu je odstranit nevýhody dosavadního stavu techniky a zajistit zařízení pro odvádění části výfukových plynů z výfukového potrubí spalovacího motoru vratným potrubím pro směšování odvedené části výfukových plynů s napájecí směsí, které by technicky jednoduchými a cenově výhodnými prostředky zvýšilo efektivnost plnění vratného potrubí výfukovými plyny a ovlivnilo složení výfukových plynů na výstupu z výfukového potrubí tak, aby se obsah nežádoucích složek snížil. Dalším cílem vynálezu je zajistit snadnou vyrobitelnost uvedeného zařízení a jednoduchou montáž do vozidel bez katalyzátoru výfukových plynů.

-1 CZ 288745 B6

Podstata vynálezu

Nevýhody dosavadního stavu techniky podstatnou měrou odstraňuje a cíl vynálezu splňuje zařízení pro odvádění proudících plynů z potrubí, zejména výfukových plynů z výfukového 5 potrubí vratným potrubím do spalovacího motoru, tvořené obtokovým tělesem, uspořádaným alespoň svojí částí ve sběrači, uloženém ve výfukovém potrubí a otevřeném hrdlem proti směru proudění výfukových plynů a napojeném na vratné potrubí, přičemž povrch obtokového tělesa uspořádaného náběhovou hranou nebo náběhovým hrotem proti směru proudění výfukových plynů, vykazuje náběhovou část pro zhušťování proudnic výfukových plynů obtékajícího 10 obtokové těleso a odtokovou část pro rozpínání proudnic výfukových plynů obtékajícího obtokové těleso podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že obtokové těleso má svoji náběhovou část upravenu v hrdle sběrače. Podle výhodného provedení tvoří sběrač obálku alespoň části náběhové části obtokového tělesa. Podle dalšího výhodného provedení je výfukové potrubí opatřeno jednak kanálem, se vtokovou částí, jejíž vnitřní profil přechází ve směru 15 proudění výfukových plynů z kruhového nebo oválného tvaru na vstupu vtokové části do tvaru štěrbiny, uspořádané příčně k podélné ose kanálu, a jednak na kanál navazující výtokovou částí, ve které je uložen sběrač s obtokovým tělesem s křídlovým profilem, uspořádaným náběhovou hranou proti štěrbině. S výhodou může být náběhová hrana obtokového tělesa rovnoběžná s podélnou osou ústí štěrbiny, náběhová hrana obtokového tělesa může rovněž ležet v ústí 20 štěrbiny. Podle dalšího výhodného provedení může být výfukové potrubí opatřeno jednak kanálem, se vtokovou částí, jejíž vnitřní profil přechází ve směru proudění výfukových plynů z kruhového nebo oválného tvaru na vstup vtokové části do tvaru kruhové dýzy, a jednak navazující výtokovou částí, ve které je uložen sběrač s obtokovým tělesem rotačního tvaru, uspořádaným náběhovým hrotem proti kruhové dýze. S výhodou může výtoková část kanálu 25 tvořit obálku alespoň části náběhové části obtokového tělesa, vystupující z hrdla sběrače.

S výhodou je velikost průtokového průřezu kanálu je v oblasti mezi vstupem vtokové části a hrdlem sběrače neměnná. S výhodou může být sběrač napojen vratným potrubím na sací potrubí spalovacího motoru ve směru sání za směšovacím zařízením pro přípravu spalovací směsi. Sběrač může mít s výhodou dva výstupní otvory napojené vratnými větvemi na vratné 30 potrubí. Jedna vratná větev může být s výhodou vedena k vratnému potrubí podél jedné boční strany výtokové části kanálu a druhá vratná větev je k vratnému potrubí vedena podél druhé boční strany výtokové části kanálu a křižuje shora nebo zdola vtokovou část kanálu. Výhoda zařízení pro odvádění proudících plynů z potrubí podle vynálezu spočívá vtom, že dosahuje podstatně vyšší účinnosti plnění vratného potrubí výfukovými plyny, podle konkrétního 35 provedení až o 20 % více. Ve spojení s přiváděním odváděných výfukových plynů do sacího potrubí spalovacího motoru dosahuje zařízení podle vynálezu snížení obsahu nežádoucích složek výfukových plynů na výstupu z výfukového potrubí. Zařízení pro odvádění proudících plynů z potrubí podle vynálezu lze snadno a cenově výhodně vyrobit ve formě uceleného kusu, jeho montáž do motorových vozidel je snadná a rychlá a nevyžaduje žádné mimořádné úpravy 40 výfukového ani sacího potrubí. Zařízení pro odvádění proudících plynů z potrubí podle vynálezu lze instalovat na vozidlech bez katalyzátoru výfukových plynů, stejně jako na vozidlech s katalyzátorem, kde se účinky katalyzátoru a použitého zařízení podle vynálezu sčítají. Katalyzátor je v takovém případě výrazně šetřen a jeho životnost se podstatně prodlužuje.

Přehled obrázků na výkresech

Zařízení pro odvádění proudících plynů z potrubí podle vynálezu je blíže osvětleno pomocí výkresů, na nichž značí obr. 1 zařízení uspořádané ve výfukovém potrubí v částečném 50 vertikálním řezu vedeném podélnou osou obtokového tělesa, obr. 2 zařízení uspořádané v kanálu a v pouzdru ve vertikálním řezu vedeném podélnou osou obtokového tělesa v pohledu ze strany, obr. 3 jiné provedení zařízení uspořádaného v kanálu a v pouzdru ve vertikálním řezu vedeném podélnou osou obtokového tělesa v pohledu shora, obr. 4 zařízení podle obr. 3 s pouzdrem ve vertikálním řezu vedeném podélnou osou obtokového tělesa v pohledu ze strany a obr. 5 zařízení 55 podle obr. 3 v pohledu ve směru šipky z obr. 3.

-2CZ 288745 B6

Příklady provedení

Podle obr. 1 je ve výfukovém potrubí 23 umístěn sběrač 5 s hrdlem 6 otevřeným proti směru proudění výfukových plynů, znázorněných šipkou. Do sběrače 5 zasahuje hrdlem 6 obtokové těleso 1, které má náběhovou hranu 3 nebo náběhový hrot 3‘ uspořádány proti směru proudění výfukových plynů a náběhovou část 2, která přechází na přechodové linii 30 do odtokové části 4. Z obecného hlediska vykazuje povrch obtokového tělesa 1 oblast pro zhušťování a oblast pro rozpínání proudnic obtékajícího plynného média. Ke zhušťování proudnic obtékajícího média dochází při povrchu obtokového tělesa 1 v oblasti, ve které se příčný řez obtokového tělesa 1, kolmý k ose proudění média, zvětšuje. V oblasti zhušťování proudnic dochází při povrchu obtokového tělesa 1 k nárůstu rychlosti proudění média. V oblasti, ve které se příčný řez obtokového tělesa 1 kolmý k ose proudění zmenšuje, dochází při povrchu obtokového tělesa 1 k rozpínání proudnic obtékajícího média a rychlost proudění při povrchu obtokového tělesa 1 se snižuje. Obtokové těleso 1 zasahuje do hrdla 6 sběrače 5 tak, že hrdlo 6 je zhuštěnými proudnicemi obtékajícího plynného média zcela vyplněno. V příkladném provedení prochází hrdlem 6 v podstatě střední část náběhové části 2, přičemž sběrač 5 tvoří obálku části náběhové části 2, která z hrdla 6 vystupuje, náběhová část 2 svírá s podélnou osou obtokového tělesa 1 náběhový úhel a o velikosti nejlépe 20°. Se zvyšováním náběhového úhlu a se zvětšuje urychlení proudu výfukových plynů, obtékajícího obtokové těleso 1. Při uvedeném náběhovém úhlu a je v oblasti náběhové části 2 vystupující z hrdla 6 sběrače 5 udržováno laminámí proudění a dochází ke zhuštění proudnic výfukových plynů. Je žádoucí, aby v náběhové části 2 nedocházelo ke vzniku turbulentního proudění. Boční otvory koncové části sběrače 5 jsou napojeny na vratné potrubí 8. Vratné potrubí 8 je napojeno v příkladném provedení na sací potrubí 10 v oblasti za směšovacím zařízením 11 pro přípravu směsi do spalovacího motoru 9. U spalovacích motorů se vstřikováním paliva do sacího potrubí 10 lze vratné potrubí 8 napojit za vstřikovací trysku. V případě vstřikování paliva přímo do spalovacího válce je nutné napojit vratné potrubí 8 před sací ventil spalovacího motoru 9. Zkouškami bylo též zjištěno, že rychlost části výfukových plynů odváděných do spalovacího motoru 9 je vyšší, než rychlost části výfukových plynů odcházejících z výfukového potrubí 23. Podle obr. 2 je sběrač 5 umístěn v kanálu 12, který je svým vstupem 20 a výstupem 22 vřazen do výfukového potrubí 21, 24 a je tvořen jednak vtokovou částí 13, jejíž vnitřní profil přechází od vstupu 20 kanálu 12 do štěrbiny 14 podélného tvaru, uspořádané příčně k podélné ose a rovnoběžné s náběhovou hranou 3 obtokového tělesa 1, a jednak výtokovou částí 15, jejíž vnitřní profil přechází ze štěrbiny 14 do výstupu 22 kanálu 12. Obtokové těleso 1, zasahující do sběrače 5, směřuje svojí náběhovou hranou 3 nebo náběhovým hrotem 3‘ proti vtokové části 13. Sběrač 5 tvoří obálku části náběhové části 2 obtokového tělesa 1, která z hrdla 6 vystupuje. V příkladném provedení leží náběhová hrana 3 resp. náběhový hrot 3‘ obtokového tělesá 1 ve štěrbině 14 resp. v kruhové dýze 14‘. Štěrbina 14 má s výhodou podlouhlý tvar, podle příkladu tvar obdélníku. Náběhová hrana 3 obtokového tělesa 1 leží s výhodou ve štěrbině 14, a sice v ose souměrnosti vedené vodorovně. V případě, že obtokové těleso 1 má rotační tvar, leží náběhový hrot 3‘ s výhodou v kruhové dýze 14‘. Výtoková část 15 kanálu 12 je tvarově přizpůsobena tvaru obtokového tělesa 1 a sběrače 5 a tvoří jejich obálku. Kanál 12 je uložen v pouzdru 16, které má přední čelo 18 s otvorem pro napojení výfukového potrubí 21 na vstup 20 kanálu 12 a zadní čelo 19 s otvorem pro napojení výfukového potrubí 24 na výstup 22 kanálu 12. Na boční otvory koncové části sběrače 5 je napojeno schematicky znázorněné vratné potrubí 8, 27, které prochází otvory bočních stěn i pouzdra 16. Velikost průtokového průřezu vtokové části 13 štěrbiny 14, průtočných průřezů mezi náběhovou částí 2 obtokového tělesa 1 a výtokovou částí 15 je neměnná, pouze se mění tvar průtokového průřezu. Stejně velký je i součet průtokového průřezu mezi sběračem 5 a výtokovou částí 15 a průtokového průřezu mezi sběračem 5 a náběhovou částí 2 obtokového tělesa 1.

Stejnou velikost má rovněž součet průtokového průřezu vratného potrubí 8 a jeho větví 25 a 26 výfukového potrubí 21, 24. Tyto průřezové poměry jsou zvoleny s cílem dosáhnout rovnoměrného toku výfukových plynů a zabránit nežádoucím rázům v potrubí. Přizpůsobení zařízení podle vynálezu uvedeným podmínkám je pro průměrného odborníka v daném oboru nasnadě. Vnitřní profil vtokové částí 13 se mění z kruhového profilu vstupu 20 kanálu 12

-3CZ 288745 B6 v podstatě na obdélníkový profil štěrbiny 14, který přechází v podstatě do obdélníkového profilu výtokové části 15, jejíž vnitřní profil opět přechází do kruhového profilu výstupu 22 kanálu 12. Konkrétní poloha obtokového tělesa 1 ve sběrači 5 je volena s ohledem na potřebu zachovat při povrchu obtokového tělesa 1 laminámí proudění. Uložení obtokového tělesa 1 v kanálu 12 a jeho 5 uložení v pouzdru 16 je provedeno neznázoměnými známými prostředky. Účelem kanálu 12 je ovlivnit rychlost proudění v průtokovém průřezu štěrbiny 14 tak, aby docházelo k efektivnímu a vysokému plnění hrdla 6 sběrače 5 výfukovými plyny pro jejich odvádění vratným potrubím 8 zpět do spalovacího motoru 9. Při zkouškách se prokázalo, že rychlost části výfukových plynů odváděných zpět do sání spalovacího motoru 9 je vyšší než rychlost části výfukových plynů ío odcházejících výstupem 22 kanálu 12 do výfukového potrubí 21, 23. Bez újmy zařízení podle obr. 2 může být obtokové těleso 1, stejně jako vtoková část 13, výtoková část 15 a sběrač 5 rotačního tvaru. Obtokové těleso 1 má v takovém případě namísto náběhové hrany 3 tvar náběhového hrotu 3‘. Na obr. 3 a obr. 4 je znázorněno výhodné uspořádání zařízení uloženého v pouzdru 16 s variantou napojení sběrače 5 na vratné potrubí 27. Do vratného potrubí 27 ústí 15 jeho dvě vratné větve 25, 26, které procházejí bočními otvory 28, 29 v zadní části výtokové části kanálu 12 a jsou napojeny na dva zadní výstupy sběrače 5. Přední čelo 18 pouzdra 16 má jednak vstup 20 kanálu 12 pro napojení výfukového potrubí 21, 24 na vstup kanálu 12 a další otvor pro průchod vratného potrubí 27. Jedna vratná větev 25 směřuje k vratného potrubí 27 podél jedné boční strany výtokové části 15. zatímco druhá vratná větev 26 směřuje k němu podél 20 druhé boční strany výtokové části 15 kanálu 12 a šikmo příčně shora nebo zdola přes jeho vtokovou část 13. Na obr. 5 je znázorněno přední čelo 18 pouzdra 16 se vstupem 20 kanálu 12, v němž jsou viditelné části zařízení uvnitř kanálu 12, sice náběhová hrana 3 obtokového tělesa 1 a vnitřní stěna vtokové části 13, zakončená štěrbinou 14. V otvoru předního čela 18 jsou viditelné vratné větve 25. 26 vratného potrubí 27. Pouzdro 16 oválného tvaru s výhodným prostorovým 25 uspořádáním zařízení tvoří montážní jednotku, kterou lze snadno vřadit do výfukového potrubí

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro odvádění proudících plynů z potrubí, zejména výfukových plynů z výfukového 35 potrubí (23) vratným potrubím (8) do spalovacího motoru (9), tvořené obtokovým tělesem (1), uspořádaným alespoň svojí částí ve sběrači (5), uloženém ve výfukovém potrubí (23) a otevřeném hrdlem (6) proti směru proudění výfukových plynů a napojeném na vratné potrubí (8), přičemž povrch obtokového tělesa (1) uspořádaného náběhovou hranou (3) nebo náběhovým hrotem (3 ‘) proti směru proudění výfukových plynů, vykazuje náběhovou část (2) pro zhušťování 40 proudnic výfukových plynů obtékajícího obtokové těleso (1) a odtokovou část (4) pro rozpínání proudnic výfukových plynů obtékajícího obtokové těleso (1), vyznačující se tím, že obtokové těleso (1) má svoji náběhovou část (2) upravenu v hrdle (6) sběrače (5).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že sběrač (5) tvoří obálku alespoň 45 části náběhové části (2) obtokového tělesa (1).

3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že výfukové potrubí (23) je opatřeno jednak kanálem (12), se vtokovou částí (13), jejíž vnitřní profil přechází ve směru proudění výfukových plynů z kruhového nebo oválného tvaru na vstupu (20) vtokové části (13)

50 kanálu (12) do tvaru štěrbiny (14), uspořádané příčně k podélné ose kanálu (12), a jednak na kanál (12) navazující výtokovou částí (15), ve které je uložen sběrač (5) s obtokovým tělesem (1) s křídlovým profilem, uspořádaným náběhovou hranou (3) proti štěrbině (14).

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že náběhová hrana (3) obtokového 55 tělesa (1) je rovnoběžná s podélnou osou ústí štěrbiny (14).

-4CZ 288745 B6

5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že náběhová hrana (3) obtokového tělesa (1) leží v ústí štěrbiny (14).

6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že výfukové potrubí (23) je opatřeno jednak kanálem (12), se vtokovou částí (13), jejíž vnitřní profil přechází ve směru proudění výfukových plynů z kruhového nebo oválného tvaru na vstupu (20) vtokové části (13) kanálu (12) do tvaru kruhové dýzy (14“), a jednak na kanál (12) navazující výtokovou částí (15), ve které je uložen sběrač (5) s obtokovým tělesem (1) rotačního tvaru, uspořádaným náběhovým hrotem (3‘) proti kruhové dýze (14‘).

7. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že výtoková část (15) kanálu (12) tvoří obálku alespoň části náběhové části (2) obtokového tělesa (1), vystupující z hrdla (6) sběrače (5).

8. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že velikost průtokového průřezu kanálu (12) je v oblasti mezi vstupem (20) vtokové části (13) kanálu (12) a hrdlem (6) sběrače (5) stejná.

9. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že sběrač (5)je napojen vratným potrubím (27) na sací potrubí (10) spalovacího motoru (9) ve směru sání za směšovacím zařízením (11) pro přípravu spalovací směsi.

10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že sběrač (5) má dva výstupní otvory (28, 29) napojené vratnými větvemi (25, 26) na vratné potrubí (27).

11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že jedna vratná větev (25) je vedena k vratnému potrubí (27) podél jedné boční strany výtokové části (15) kanálu (12) a druhá vratná větev (26) je k vratnému potrubí (27) vedena podél druhé boční strany výtokové části (15) kanálu (12) a křižuje shora nebo zdola vtokovou část (13) kanálu (12).