SK181198A3 - Exhaust collector for combustion engines and method for the production thereof - Google Patents

Description

Zberač výfukových plynov -p?© spaľovací kmotor/ a spôsob jeho výroby

Oblasť techniky

Vynález sa týka zberača výfukových plynov pre spaľovacie motory pozostávajúceho z najmenej jednej zakrivenej trubice, ktorá má na svojich koncoch spojovacie príruby a v priamej rozšírenej časti zakrivenej trubice umiestnený katalyzátor. Okrem toho sa vynález týka lejacieho jadra a opisuje spôsob výroby zberača výfukových plynov.

Doterajší stav techniky

Výfukové plyny Ottových a dieslových motorov obsahujú látky ako HC, CO, ΝΟχ a iné, ktoré svojim zložením škodia ovzdušiu. Emisie týchto Škodlivých látok by sa mali znížiť na minimum. Zvlášť vysoký obsah emisných častí sa dostáva do atmosféry počas štartovania a zahrievania, pretože v týchto fázach prebieha nedostatočné spaľovanie vo valcoch motora. Látky ako HC, CO, ΝΟχ a iné sú pri studenom zahrievaní obsiahnuté vo výfukových plynoch vo vyššej koncentrácii. Na redukciu týchto škodlivín sú takmer bez výnimky vo výfukovej časti motora v pripojenej výfukovej trubici umiestnené katalyzátory, ktoré majú meniť škodliviny na neutrálne zložky.

Úplný účinok katalyzátora sa prejavuje až pri zahriatí na teplotu cca 250 °C na jeho aktívnom povrchu. Počas kritického studeného zahrievania, ako sme uviedli, katalyzátor nedosiahne pri “naskočení” okamžite dostatočnú teplotu, a tak sa dostáva prevažná časť škodlivých látok bez neutralizácie do ovzdušia. Aby sa odstránili tieto nedostatky, umiestňujú sa katalyzátory smerom ku hlave valca motora. Týmto sa predchádza vysokým stratám teploty. Účinnosť je tým síce vysoká, ale je spojená s vysokými nákladmi. Nedostatok pri umiestnení katalyzátora v priestore motora spočíva v tom, že je možné prevažne ho umiestniť za zberačom na výfukové plyny, čo je ale ešte vždy ďaleko od hlavy valca motora.

Boli už síce návrhy, umiestniť katalyzátory v zbernej rúrke zberača výfukových plynov. V obidvoch týchto prípadoch sa totiž vyžaduje pozdĺžne rozdelenie rúrky, pozdĺžna príruba a utesnenie časti trubice obsahujúcej katalyzátor, aby bolo vôbec možné tesne upevniť katalyzátor na príslušnú trubicu. Odhliadnuc od toho, že takéto pozdĺžne rozdelenie a pozdĺžne príruby sú spojené s nákladmi na výrobu, vyžadujú si aj určitý priestor, ktorý pri dnešnom zúženom priestore a kompaktnom prevedení motorov prakticky nie je k dispozícii. Rovnako to platí aj pre alternatívu umiestniť katalyzátor v osobitnom puzdre, a tento znova pripojiť na.zberač výfukových plynov, a prostredníctvom príruby na neho napojiť vlastný odvod výfukových plynov.

Vynález rieši základnú úlohu, zachovať umiestnenie katalyzátora čo najbližšie k hlave valcov a vytvoriť taký zberač výfukových plynov a na to vhodný výrobný postup, ktorý by mohol nahradiť náklady a bol zvonku voľný, okrem spojovacích prírub pre hlavu valcov a pokračoval trubicou na výfukové plyny bez spojovacích vyčnievajúcich súčiastok náročných na priestor.

Podstata vynálezu

Túto úlohu rieši zberač výfukových plynov podľa vynálezu tak, že katalyzátor ako “stratené jadro” je umiestnený v priamej, vo vzťahu k zakrivenej trubici rozšírenej časti jednoliatej zakrivenej trubice zberača výfukových plynov a katalyzátor a zberač výfukových plynov tvoria integrálnu súčasť.

Pod zberačom výfukových plynov resp. “zakrivenou trubicou” sa tu rozumie tá časť celého prírubového výfukového systému motora, ktorá tvorí spojenie medzi motorom resp. hlavou valcov a tlmičom výfuku plynov, pričom zakrivená trubica podľa počtu valcov vytvára rozvetvené vedenie. Príruba a skrutkový spoj, ktorý býva spravidla v osobitnom puzdre umiestneného katalyzátora na zberači výfukových plynov, odpadá, pretože katalyzátor je podľa vynálezu odliaty v zberači výfukových plynov a tvorí s ním integrálnu súčiastku. To znamená, že tu aj posledné doplňujúce montážne práce a na priestor náročné prírubové spoje odpadávajú, a vzniká možnosť kompaktného umiestnenia katalyzátora v zberači výfukových plynov aj v moderných priestorovo úzkych automobiloch v priestore motora, ktoré vyžaduje len pripojenie na hlavu valca príslušného motora.

Na výrobu liatych dutých častí existuje niekoľko rôznych spôsobov, počnúc používaním pevných jadier do negatívnych odlievacích foriem, pričom priestory vyplnené tekutou odlievacou hmotou ostávajú voľné. Používa sa aj tzv. “Lost-Foam” spôsob, pri ktorom voľné vylievané priestory sú vyplnené ľahko spáliteľným a splynovateľným penovým materiálom, ktorý do určitej miery priľne ako dutý obal na nosnom jadre ako stena o požadovanej hrúbke vyrábanej dutej súčiastky. Namiesto penového materiálu je známe použitie obalu z vosku, ktorý sa pri liatí jednoducho rozpustí.

Pre doterajšiu a podľa vynálezu predpokladanú priamu integráciu katalyzátora do zberača výfukových plynov vytvoreného ako duté teleso, nie je možné tieto známe metódy odlievania len tak uplatňovať, pretože tomu prekáža jednak štruktúra katalyzátora a jeho katalytický účinný povrch nesmie utrpieť v dôsledku procesu zlievania.

Podľa vynálezu sa bude primerane postupovať tak, že čo sa týka spôsobu výroby v zmysle vynálezu, ako integrálnej jednotky z katalyzátora a obklopujúcich ho dutých častí tvoriacich zberač výfukových plynov, budú čelné plochy katalyzátora uzavreté fóliami prchavými pri pôsobení tepla, potom sa na uzavreté čelné plochy katalyzátora nasadia a zakotvia obidve prípojné spojovacie jadrá a celkové jadro sa nasadí do negatívnej lejacej formy a priestor medzi celkovým jadrom a negatívnou lejacou formou sa vyleje. Je otázne, ktorý z uvedených spôsobov výroby zberačov výfukových plynov zaznamená lepší výrobný výsledok. Pri výrobe podľa vyná₇ lezu sa už ukázalo, že pri tomto spôsobe napriek priamemu spojeniu katalyzátora už pri liatí dutého zberača výfukových plynov sa ochranná vrstva katalyzátora v kanáloch prúdenia nezhorší. Aby sme si mohli týmto byť celkom istí, existuje možnosť vylepšenia spôsobu, ktorý spočíva v tom, že najprv sa uzavrie jedna čelná plocha katalyzátora fóliou, potom sa naplnia kanály prúdenia zmáčaným, jemnozrnným až práškovitým voči teplu odolným keramickým a/alebo kovovým práškom a potom sa uzavrie fóliou druhá časť čelnej plochy.

Ďalšie takéto opatrenie pri prípravnom vytváraní jadra a z toho vyplývajúceho vytvárania zberača výfukových plynov spočíva v tom, že liatinová stena zakrivenej trubice je vytvorená v oblasti čelných plôch katalyzátora v tvare obiehajúceho dutého výkružku nasadeného pod rovinou čelnej plochy.

Uplatnením techniky “odliatie tenkej steny ” (hrúbka je cca 2 mm) a odpadnutím použitia upevňujúcich prírub, skrutiek, tesnení a podložiek je možné znížiť hmotnosť zberača výfukových plynov, v ktorom je integrovaný katalyzátor.

Ako sa ukázalo a uvádza, nepodlieha katalyzátor poškodeniu z tepla vzniknutého z tavenín, vzhľadom na svoju katalytický účinnú ochrannú vrstvu a nebol zaznamenaný ani žiaden stupeň straty účinku katalyzátora. Rýchlym ochladením taveniny, daným tenkou stenou, nie je ne4 gatívne ovplyvnený ani základný reaktívny náter ani katalytický nános vzácnych kovov na katalyzátore. Po opracovaní zakrivenej časti príruby je zberač výfukových plynov s odliatym integrovaným katalyzátorom pripravený na montáž. Bežne môžu byť navinuté kovové katalyzátory alebo katalyzátory v tvare keramických monolitov pretavené.

v

Ďalšou prednosťou vynálezu je “samoprispôsobenie sa” tekutých tavenín na katalyzátor, spravidla vykazujúci tolerancie. Po obvode odliateho katalyzátora sa vytvára z dôvodu lejacej integrácie všade rovnaké radiálne napätie, bez ohľadu na odchýlky geometrie ako neokrúhlosť, kužeľovitosť alebo iné tvarové chyby.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Zberač výfukových plynov, podľa vynálezu, a spôsob jeho výroby, ktorý sa ukázal byť najvhodnejším, je bližšie vysvetlený na obrázkoch, ktoré zobrazujú:

. ' t obr. 1 zberač výfukových plynov podľa vynálezu so zaliatym katalyzátorom, v perspektíve obr. 2 zberač výfukových plynov podľa obr. 1, v priereze obr. 3 zväčšený a čiastočný prierez usporiadania katalyzátora v zberači výfukových plynov, obr. 4 usporiadanie “celkového jadra” v zodpovedajúcej negatívnej lejacej forme, obr. 5 čiastočný rez navinutým katalyzátorom z kovu a obr. 6 schematicky postup A až D výroby zberača výfukových plynov podľa vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu .

Zberač výfukových plynov pre spaľovacie motory, ako východiskový príklad, pozostáva z najmenej jednej zakrivenej trubice 1 na koncoch s pripojenými spojovacími prírubami 2 a z jedného, v priamej rozšírenej časti 3 zakrivenej trubice 1 umiestneného katalyzátora 4.

S odkazom na obr. 1 a 2, je pre takýto zberač výfukových plynov podstatné, že katalyzátor 4 ako “stratené jadro” je umiestnený v priamej časti 3 jednoliatej zakrivenej trubice 1, t.j. celý zberač výfukových plynov, podľa obr. 1 len ako príklad s vytvoreným vonkajším prevedením, predstavuje vrátane katalyzátora integrálnu súčiastku, ktorú je možné namontovať s jej štyrmi hornými prípojmi ľ na hlavu valcov (ZK), nezobrazeného štvorvalcového prírubového motora v bežnom prevedení a ktorá je pripojená na spodné vedenie/odvod plynov (AL), k tlmiču plynov /tiež nezobrazený/.

Vychádzajúc z bežných zásad odlievania, pri ktorých sa alebo v negatívnych lejacich formách (NF) používa jadro s jadrovými podperným ramenom a dutý priestor medzi jadrom a negatívnou formou vyliaty s lejacim kovom alebo pri ktorých je jadro alebo obal z vosku obalené s tzv. “LOST-FOAM”, sa uprednostňujú, podľa vynálezu, také zberače výfukových plynov ako zobrazuje obr. 6, že sa jedna čelná plocha 5 katalyzátora 4 najprv (obr. 6A) uzatvorí fóliou 7 prchajúcou za pôsobenia tepla, a kanály prúdenia 4' katalyzátora sa vyplnia zmáčaným, jemnozrnným až práškovitým voči teplu odolným, keramickým a/alebo kovovým práškom /obr. 6A/ a druhá čelná plocha 5 (obr. 6B) sa uzavrie takisto zodpovedajúcou fóliou 7. Katalyzátor 4 sa nasadí čelnou stranou a zakotvenými spojovacími resp. zakrivenými jadrami 8, 8' (obr. 6C) ako celkové jadro do negatívnej lejacej formy (obr. 6 D). Zvlášť nie je pritom zobrazený základný spôsob postupu v zmysle vynálezu, pri ktorom sú kanály prúdenia 4' uzavreté iba fóliami 2 a nie vyplnené práškom, t.j. z obr. 6A len naznačené plnenie práškom jednoducho odpadá. Obr. 6C' je podľa vynálezu vlastne “celkové jadro” zobrazené v celkovom prevedení, t.j. obidve spojovacie resp. zakrivené jadrá 8. 8' sú vo vzťahu ku katalyzátoru 4 s obiehajúcimi zosilneniami/pätkami 9 zabezpečené tak, aby vyplnili medzery medzi zakrivenými jadrami a čelnými plochami 5 a tým zakryli fólie 7.

Usporiadanie fólií 7, ktoré pozostávajú napr. z vhodného papiera, na čelných plochách 5, 5' katalyzátora 4 slúži na to, aby sa piesok v žiadnom prípade nedostal nevhodným spôsobom na ochrannú vrstvu katalyzátora cez kanály prúdenia 4' katalyzátora 4, (obr. 3 len schematicky na’ í znaČuje) z čelných zakrivených jadier 8, 8', pričom prášková výplň v kanáloch 41'slúži na jednej strane ako podpora obidvoch tenkých fólií 7, a na strane druhej slúži nato, aby sa nedostali zvyšky fólií pri “spaľovaní” počas liatia do kanálov prúdenia 4', čo by ovplyvnilo účinnosť katalyzátora. Vyplnenie kanálov prúdenia 41, s veľmi jemným, zmáčaným pieskom a/alebo práškom, je potrebné preto, aby sa po ukončení liatia práškovitá výplň kanálov ako aj obidve zakrivené jadrá

8. 8' dali znovu odstrániť a účinný povrch katalyzátora očistiť.

Ak by sme zakrivené jadrá 8, 8' vyformovali smerom k čelným plochám 5 ,51 katalyzátora 4 s presným prierezom vzniklo by určité nebezpečenstvo, že by pri liati mohol liaty kov vniknúť do medzier medzi spojmi jadier. Aby sme si mohli byť istí, že k tomuto nedôjde, predpokla dá sa, že liata stena ľ zakrivenej trubice 1 v oblasti čelných plôch 5 katalyzátora 4 je vytvorená v tvare obiehajúcej, pod rovinou čelnej plochy E umiestnenej dutej časti 6. K tomu je obr. 3, na ktorom je zdôraznené spojenie zakrivených jadier 8. 8' umiestnených na katalyzátore 4, ktoré sú chránené smerom k dutým častiam 6 obiehajúcimi zosilneniami/pätkami 9, ktoré pri “spaľovaní” fólií 7, ako sme uviedli, chránia pred vniknutím liateho kovu do vznikajúcich radiálnych medzier.

Ako je viditeľné z obr. 3, spojovacie a zakrivené jadrá 8^ 8' umiestnené na obidvoch koncoch katalyzátora, sú pomocou katalyzátora 4 spojené s kotvou 10, aby sa dosiahla súdržnosť “celkového jadra” pri liatí zberača výfukových plynov.

Ak sa jedná podľa vynálezu o “stratené jadro” zabudovaného katalyzátora 4 o zvitkový katalyzátor z kovu, bude podľa obr. 5 opuzdrený tenkostenným tepelne odolným puzdrom U z ohňovzdornej, okoviny nevytvárajúcej ocele, ktoré môže byť napríklad zabezpečené drobnými rozpojeniami ako pripevňujúcimi časťami 11'. ktoré môžu byť tiež jednoducho vytvorené pomocou drsného povrchu puzdra U.

Ak by sa jednalo o katalyzátor 4 z keramiky, je tento obalený tzv. expandovanou podložkou 12 (napr. rúno z ohňovzdorných vlákien s jednovrstvovými vermikulitovými časticami), ktorá pri ohreve napučí a pevne fixuje katalyzátor z keramického monolitu v zaliatom zberači výfukových plynov. Dá sa uvažovať aj o potretí keramického monolitu s tzv. lejacou brečkou. Ak použijeme expandovanú podložku 12, je potrebné, ako ukazuje obr. 3, ju na hornej a dolnej časti zakryť tzv. skujňovaným ochranným prstencom 13. Aby sa zamedzilo prípadnému posunu takejto expandovanej podložky 12 pri liatí, je možné ju spojiť/zlepiť s vonkajšou plochou katalyzátora 4 a/alebo zafixovať ovinutím s tenkým drôtom 14 (pozri obr. 4).

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY;

   1. Zberač výfukových plynov-pre spaľovacích motorVf pozostávajúci z najmenej jednej zakrivenej trubice (1), na ktorej koncoch sú umiestnené prípojné príruby (2), a katalyzátora (4), ktorý je umiestnený v priamej časti (3) zakrivenej trubice (1), vyznačujúci sa tým, že katalyzátor (4) je umiestnený ako “stratené jadro”, v priamej, vo vzťahu k zakrivenej trubici (1), rozšírenej časti (3) jednoliatej zakrivenej trubice (1) a katalyzátor (4) a zberač výfukových plynov tvoria integrálnu, montážnu súčiastku.
2. 2. Zberač výfukových plynov podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že liata stena (ľ) zakrivenej trubice (1) v oblasti čelných plôch (5) katalyzátora (4) je vytvorená v tvare obiehajúceho výkružku (6) umiestneného pod rovinou čelnej plochy (E).
3. 3. Zberač výfukových plynov podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že katalyzátor (4) vytvorený navíjaním z kovu je obklopený tenkostenným puzdrom (11) so zakotvovacími súčiastkami (lľ) zo žiaruzdornej, okoviny nevytvárajúcej ocele.
4. 4. Zberač výfukových plynov podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že katalyzátor (4) z keramického monolitu je obalený expandovanou podložkou (12) alebo vrstvou lejacej brečky.
5. 5. Liate jadro na výrobu zberača výfukových plynov podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že jadro tvorí katalyzátor (4) a na ňom umiestnené spolu zakotvené spojovacie a zakrivené jadrá (8, 8'), medzi ktorými ako aj medzi čelnými plochami (5) katalyzátora (4) sú umiestnené uzatváracie fólie (7) pre kanály prúdenia (4') katalyzátora (4).
6. 6. Liate jadro podľa nároku 5, vyznačujúce sa tým, že v kanáloch prúdenia (4') katalyzátora (4) je výplň zo zmáčaného, jemnozmného až práškovitého, keramického a/alebo kovového prášku.

   i .
7. 7. Liate jadro podľa nároku 5 alebo 6, vyznačujúce sa tým, že obidve zakrivené jadrá (8 ,8') nasadené na čelných plochách (5) katalyzátora (4) sú zabezpečené obiehajúcimi pätkami (9) prekrývajúcimi medzery medzi katalyzátorom a zakrivenými jadrami (8, 8')
8. 8. Spôsob výroby zberača výfukových plynov podľa nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že čelné plochy katalyzátora sú uzavreté fóliami prchavými pod vplyvom ohrevu pri liatí, potom sú na uzavreté čelné plochy umiestnené obidve spojovacie jadrá a tieto sú spolu zakotvené a celkové jadro je umiestnené do negatívnej lejacej formy a priestor medzi celkovým jadrom a negatívnou lejacou formou je vyliaty.
9. 9. Spôsob podľa nároku 8, vyznačujúci sa tým, že najprv sa uzatvorí jedna čelná plocha katalyzátora jednou z fólií, potom sa kanály prúdenia katalyzátora vyplnia zmáčaným, jemnozrnným až práškovitým, žiaruvzdorným, keramickým a/alebo kovovým práškom a druhá čelná plocha katalyzátora sa uzatvorí rovnako so zodpovedajúcou fóliou.