УСТРОЙСТВО ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 1996 года по МПК F01N3/02 

Изобретение относится к устройствам для очистки отходящих газов, в частности от твердых частиц (сажи), и может найти применение в дизельных двигателях.

Известны устройства фирмы Mercedes-Benz для задержки твердых частиц, выполненные в виде специальных фильтров [1] Обмотка из керамических нитей или пористые стенки задерживают частицы. Объемы таких фильтров позволяют осуществлять значительный пробег до 100 км без сжигания частиц, засоривших фильтр. Засоренный фильтр в последствии подвергается регенерации или выбрасывается [1]
Известны устройства, в которых осуществляется самопроизвольное дожигание частиц (регенерация фильтров) за счет подвода внешней энергии. В системе JAE 885174 фильтрующий элемент регенерируется за счет энергии, высвобождающейся при сгорании специально впрыскиваемого топлива. Воспламенение осуществляется в дожигателе с помощью свечи накаливания [2]
Наиболее близким является устройство для дожигания твердых частиц из выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит ротационную камеру сгорания, в которой установлено каталитическое дожигающее устройство (фильтр), разделяющее камеру сгорания на предфильтровое и послефильтровое пространство. Перед камерой сгорания установлен воспламенитель, который соединен с ней через тангенциально расположенное отверстие. Каталитическое дожигающее устройство выполнено из керамического монолита с аксиальными сквозными отверстиями. Пламя дожигания воспламенителя подается в предфильтровое пространство и догоревшие газы выводятся через выпускной клапан, установленный в послефильтровом пространстве [3]
Все вышеперечисленные устройства, включая прототип, позволяют качественно производить очистку отходящих газов от твердых частиц. Однако их особенности не позволяют существенно снизить эмиссию окислов азота.

В основу изобретения положена задача создать установку, которая одновременно с качественной очисткой отходящих газов от твердых частиц обеспечивала бы восстановление окислов азота до атмосферного азота за счет генерирования газа, их нейтрализующего.

Поставленная задача решается тем, что устройство очистки отходящих газов дизельного двигателя от твердых частиц, содержащее камеру сгорания и расположенное в ней каталитическое дожигающее устройство со сквозными продольными каналами, согласно изобретению дополнительно содержит разделенные цилиндрической сепарирующей полостью завихритель и сажесборник, внутри которого коаксиально расположено каталитическое дожигающее устройство, на внутренней поверхности сквозных продольных каналов нанесен каталитический керамический слой на основе оксида алюминия гамма-модификации с добавлением оксидов Cu, Cr, Ni, Co и оксидов редкоземельных металлов в сумме до 8 мас. а завихритель выполнен в виде крыльчатки.

Наилучший результат достигается при угле атаки крыльчатки 25 55^o.

Изобретение более подробно объяснено в нижеследующем описании представленного чертежа, на котором приведено схематично изображение предлагаемого устройства.

Устройство содержит ротационную камеру сгорания 1, внутри которой в ее цилиндрической части расположен завихритель 2, выполненный в виде крыльчатки. В выходной части камеры сгорания 1 расположен сажесборник 3, внутри которого коаксиально размещено каталитическое дожигающее устройство 4. Каталитическое дожигающее устройство 4 представляет собой металлический цилиндр 5, внутри которого выполнены сквозные продольные каналы 6. На поверхности каналов 6 нанесен каталитический керамический слой на основе оксида алюминия гамма-модификации с добавлением оксидов Сu, Cr, Ni, Co и оксидов редкоземельных металлов в сумме до 8 мас. Между завихрителем 2 и сажесборником 3 имеется цилиндрическая сепарирующая полость 7. камера сгорания 1 снабжена входным патрубком 8 и выходным патрубком 9.

Устройство работает следующим образом.

Отходящий газ, включающий твердые частицы, поступает в камеру сгорания 1 через входной патрубок 8 и, проходя через крыльчатку 2, закручивается. В цилиндрической сепарирующей полости 7 твердые частицы сепарируются по массе. Более тяжелые (крупные) поступают в периферическую область полости 7, а затем улавливаются сажесборником 3 и ссыпаются в его нижнюю часть, откуда периодически удаляются механическим путем. Более мелкие частицы поступают в каталитическое дожигающее устройство 4, расположенное в приосевой части камеры сгорания 1. Там они проходят через сквозные продольные каналы 6 и контактируют с каталитическим керамическим слоем. При этом происходит окисление частиц сажи до моноокиси углевода, что обеспечивается с одной стороны химическим и фазовым составом каталитического слоя, а с другой стороны протяженностью каналов 6. Очищенные от твердых частиц газы выходят через выходной патрубок 9.

Установлено, что выполнение угла атаки крыльчатки 2 в интервале 25 - 55^o обеспечивает оптимальное фракционное разделение частиц сажи и в каталитическое дожигающее устройство 4 поступают частицы лишь той величины, при которой происходит их полное окисление до моноокиси углерода на каталитическом слое заявляемого состава.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет наряду с качественной очисткой отходящих газов от твердых частиц генерировать моноокись углерода, которая является восстановителем оксидов азота.

Пример 1. В ротационной камере сгорания 1 установлена крыльчатка 2 с углом атаки 45^o. Сажесборник 3 выполнен из легированной стали и "путанки" из тонкой металлической проволоки, дожигающее устройство 4 выполнено из жаростойкой стали. Каналы 6 каталитического дожигающего устройства 4 имеют диаметр 1,5 2 мм, длина их 90 мм, толщина керамического каталитического слоя покрытия составляет 20 30 мкм, величина свободной поверхности каталитического слоя составляет 50 60 м²/г. Состав покрытия, мас. оксид меди 3; оксид хрома 2; оксид никеля 1; оксид кобальта 0,5; суммарное содержание оксидов редкоземельных металлов 1,5; остальное оксид алюминия гамма-модификации. В качестве источника выхлопных газов используется дизельный двигатель Подольского моторостроительного завода. Испытания проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 17.2.2.05-86. Нормы и методы измерения выбросов вредных веществ с отработавшими газами тракторных и комбайновых дизелей.

В результате испытаний установлено, что частицы сажи и моноокись углерода в выхлопных газах после прохождения через заявляемое устройство (в выходном патрубке 9) отсутствуют, а концентрация оксидов азота снижена от 40 до 8 г/кВт и соответствует вышеуказанному ГОСТу.

Пример 2. В ротационной камере сгорания 1 установлена крыльчатка 2 с углом атаки 35^o. Сажесборник 3 и дожигающее устройство 4 выполнены аналогично. Каналы 6 имеют диаметр 2 2,5 мм, длину 100 мм, толщина керамического покрытия составляет 20 30 мкм, величина свободной поверхности составляет 60 70 м²/г. Состав покрытия, мас. оксид никеля 2; оксид кобальта 2; оксид хрома 1,5; оксид меди 0,5; оксиды редкоземельных металлов 0,5; остальное оксид алюминия гамма-модификации. В качестве источника выхлопных газов используется дизельный двигатель Минского моторного завода. В результате испытаний в выходном патрубке 9 не обнаружены частицы сажи и моноокись углерода, а концентрация оксидов азота снижена от 35 до 10 г/кВт•ч и соответствует вышеуказанному ГОСТу.

Использование: в дизельных двигателях. Сущность изобретения: устройство содержит камеру сгорания и расположенное в ней каталитическое дожигающее устройство со сквозными продольными каналами. Введение в камеру сгорания завихрителя газового потока и установка сажесборника с размещенным коаксиально каталитическим дожигающим устройством, на поверхность каналов которого нанесен слой на основе оксида алюминия гаммамодификации с добавлением оксидов Cu, Cr, Ni, Co и оксидов редкоземельных металлов в сумме до 8 мас.%, позволяет не только качественно производить очистку отходящих газов от частиц сажи, но и восстанавливать оксиды азота до атмосферного азота. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство очистки отходящих газов дизельного двигателя от твердых частиц, содержащее ротационную камеру сгорания с расположенным в ней каталитическим дожигающим устройством, со сквозными продольными каналами, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит разделенные цилиндрической сепарирующей полостью завихритель и сажесборник, внутри которого коаксиально расположено каталитическое дожигающее устройство, а на поверхности сквозных продольных каналов нанесен каталитический керамический слой на основе оксида алюминия гамма-модификации с добавлением оксидов Cu, Cr, Ni, Co и оксидов редкоземельных металлов в сумме до 8 мас. а завихритель выполнен в виде крыльчатки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что угол атаки крыльчатки составляет 25 55^o.