КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ДЛЯ ДИЗЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК F01N3/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов дизелей.

Известен каталитический нейтрализатор отработавших газов, содержащий корпус и последовательно расположенные матрицу каталитической нейтрализации и сажевый фильтр. Предусмотрена подача вторичного воздуха в корпус нейтрализатора. Нейтрализатор имеет двойные стенки, патрубки входа и выхода газов. Сажевый фильтр пористый, плоский, металлокерамический.

Недостатками такого нейтрализатора является то, что каталитическая матрица отравляется продуктами осмоления, коксования масел и сажей, а сажевый фильтр имеет ограниченную поверхность, не позволяющую осуществить качественное фильтрование газов без создания больших избыточных противодавлений, подача воздуха в зоны восстановления окислов азота является излишней, так как составе отработавших газов дизелей достаточно кислорода 2-18%.

Известны также нейтрализаторы с сажевыми фильтрами фирмы "СORNING GLASS WORKS" (США), содержащие корпуса с двойными стенками, теплоизоляцией, патрубками входа и выхода, пористые керамические элементы сотообразного сечения в герметичном кожухе из нержавеющей жаропрочной стали.

Недостатками такого нейтрализатора является малый срок (8-10 ч) службы сажевых фильтров без регенерации, низкая стойкость пористой керамики на базе магниево-алюминиевого силиката (корцирита) в условиях вибрации двигателей и колебательных процессов выпускных газов, необходимость демонтажа нейтрализаторов для регенерации катализаторов и сажевых фильтров.

Известен каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с двойными стенками, теплоизоляцией, патрубки входа и выхода, вставку с каталитической субстанцией на выпускной трубе, последовательно установленный сажевый фильтр из керамики. Последний омывается горячими газами и продуктами испарения каталитической субстанции, что способствует полноте сгорания твердых частиц. Однако в таких нейтрализаторах вставки с каталитической субстанцией на режимах малых нагрузок и холостого хода забиваются продуктами осмоления, твердыми частицами и испарение каталитической субстанции с поверхности носителя катализатора не будет иметь место, а повышенное противодавление приводит к падению мощности и повышению часового расхода топлива. Сажевые фильтры для регенерации периодически необходимо снимать с нейтрализатора; необходимо иметь носители со значительным слоем катализаторов, так как в случае покрытия толщиной в один атом будет происходить быстрое испарение катализатора и выход из строя всего нейтрализатора.

Последняя конструкция каталитического нейтрализатора является наиболее близкой по технической сущности и принята за прототип.

Сущность изобретения достигается тем, что в известном каталитическом нейтрализаторе отработавших газов для дизеля, содержащем корпус с двойными стенками и теплоизоляцией, патрубки входа и выхода, вставку с каталитической субстанцией на выпускной трубе, сажевый фильтр из керамики, причем патрубок входа выполнен в виде диффузора с двойными стенками, в полости между которыми выполнены подводы воздуха и газа, вокруг наружной стенки патрубка выполнены кольцевые коллекторы, оснащенные подводом через клапаны для газа и воздуха, в полость перед сажевым фильтром установлен датчик давления, соединенный с клапанами в системах подвода воздуха и газа, сажевый фильтр набран в виде кассеты из полых пористых металлокерамических стаканов с буртами, оснащенных внутренними полостями к вставке с каталитической субстанцией.

Металлокерамические пористые стаканы с буртами выполняются, например, методом СВС-самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с включением в состав никеля, алюминия, меди и ванадия. Такое выполнение пористых стаканов позволяет при высоких температурах дожигать частицы сажи на их поверхность.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый нейтрализатор отличается тем, что патрубок входа выполнен в виде диффузора, а сажевый фильтр выполнен в виде кассет из полых пористых металлокерамических стаканов. Таким образом, предлагаемый нейтрализатор соответствует критерию изобретения "новизна".

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого нейтрализатора; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Каталитический нейтрализатор для дизелей содержит корпус с двойными стенками 1 и 2, между которыми размещен теплоизолятор 3, патрубки входа 4 и выхода 5, торцевую стенку 6. К корпусу нейтрализатора, к его фланцу 7, через промежуточный фланец 8 фланцем 9 прикреплен корпус сажевого фильтра с наружной 10 и внутренней 11 стенками и теплоизолятором 12, размещенным между ними. С противоположной стороны сажевого фильтра к его фланцу 13, через промежуточный фланец 14 крепится фланцем 15 торцевая крышка 16 с конусом. Патрубок 4 входа имеет внутренние стенки 17 с диффузором 18 и внешние стенки 19 с диффузором 20, закрепленном на конусе крышки 16. На внешней стенке 19 патрубка входа 4 закреплены коллектор 21 для подвода воздуха и коллектор 22 для подвода газа, а полости последних соединены с полостью 23, образованной внешней 19 и внутренней 17 стенками, отверстиями 24 и 25. В полость 26 перед сажевым фильтром установлен датчик 27 давления, соединенный с исполнительным механизмом 28, а последний с клапанами 29, 30 в системах подачи газа и воздуха.

На торцевой стенке 6 соосно с патрубком 5 закреплена в держателе 31 вставка с сетчатыми наружной 32 и внутренней 33 стенками и расположенной между ними каталитической субстанцией 34.

Внутренними стенками 33 образована полость вставки 35, наружными стенками 32 вставки, внутренними стенками 2 корпуса, торцовой стенкой 6 и промежуточным фланцем 8 образована внутренняя полость реактора 36, обращенного в сторону каталитической вставки. В промежуточном фланце 8 выполнены отверстия 37, соосно которым установлены полые пористые металлокерамические стаканы 38 с буртами сажевого фильтра. Стаканы притянуты к промежуточному фланцу 8 пластиной 39 с отверстиями, соосными отверстиями 37, болтовым соединением. В промежуточном фланце 14 между опорными ребрами 40 сделаны высечки 41 для прохода газа. На опорных ребрах 40 (см.фиг.1) приварены пружинные элементы 42, служащие температурными компенсаторами и дополнительно удерживающие стаканы 38. В реакционную камеру введен датчик 43 давления, соединенный через редуктор 44 с анализатором 45.

Каталитический нейтрализатор работает следующим образом.

Отработавшие газы поступают от дизеля через входной патрубок 4, диффузор 18 в полость 26 перед сажевыми фильтрами в виде стаканов 38. Газы проходят сквозь пористые стенки стаканов 38 и попадают в полость 36, проходят через отверстия 37, через отверстия в стенке 32, каталитическую субстанцию 34, через отверстия в стенке 33, попадают в полость 35 и выходят через выходной патрубок 5.

При прохождении газов через пористые стенки стаканов 38 происходят окислительные процессы и отфильтровываются твердые частицы и сажа. В каталитической субстанции 34 оставки происходит восстановление окислов азота.

По мере накопления частиц сажи, жидкой фазы на поверхностях стаканов 38 давление в полости 26 повышается. При достижении давления, регламентируемого техническими условиями и запрограммированного в исполнительном механизме 28, по сигналу датчика 27 происходит открытие клапанов 29 и 30, и в полость 23 начинают поступать газ и воздух, а за счет эжекции распространяются в полости 26 и выгорают. Температура перед сажевыми фильтрами возрастает и в условиях избытка кислорода происходит регенерация металлокерамических сажевых фильтров. При достижении температуры 600-650^оС время регенерации 2-3 мин. При повышении давления в полости 6 свыше регенерируемого редуктором 44 анализатор 45 дает сигнал о выходе из строя путем разрушения сажевого фильтра. В этом случае из корпуса сажевого фильтра извлекаются на промежуточном фланце 8 все кассеты из стаканов 38 и заменяются разрушенные.

Использование: в двигателестроении для очистки отработавших газов дизелей. Сущность изобретения: нейтрализатор, содержащий корпус с двойными стенками и теплоизоляцией, патрубок входа, на наружной поверхности которого размещены кольцевые коллекторы, выполнен в виде диффузора с двойными стенками с образованием полости, в которой расположены подводы воздуха и газа. Кроме того, нейтрализатор имеет патрубок выхода, вставку с каталитической субстанцией на впускной трубе, сажевый фильтр, выполненный в виде полых пористых керамических стаканов с буртами, обращенных внутренними полостями к вставкам с каталитической субстанцией. 2 ил.

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ДЛЯ ДИЗЕЛЯ, имеющего источники воздуха и газа, содержащий корпус с теплоизоляцей, входной и выходной патрубки, присоединенный к корпусу керамический сажевый фильтр с полостью и размещенную внутри корпуса вставку с каталитической субстанцией, отличающийся тем, что нейтрализатор снабжен установленным в полости сажевого фильтра датчиком давления с выходом и клапанным исполнительным механизмом с двумя входами и двумя выходами, входной патрубок выполнен в виде диффузора с двойными стенками и перегородкой, образующими дополнительные полости для подвода воздуха и газа, а сажевый фильтр выполнен в виде полых пористых керамических стаканов с буртами, обращенных внутренними полостями в сторону вставки с каталитической субстанцией, при этом входы клапанного исполнительного механизма подключены к источнику воздуха и газа, а его выходы - к соответствующим полостям диффузора для подвода воздуха и газа, а воздух датчика давления подключен к клапанному исполнительному механизму.