ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F01N3/10 

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

Известны двигатели внутреннего сгорания, например, описанные в [1] имеющие как минимум одно выпускное окно, патрубки подсоединения коллектора, коллектор выпускных газов, каталитический реактор в корпусе, встроенный в коллектор, содержащий внутренние перегородки для изменения направления выпускных газов, выпускной патрубок.

Недостатками таких двигателей является то, что каталитические реакторы пропускают через слой катализатора отработавшие газы в одном направлении, быстро закоксовываются со стороны направления потока газов, что приводит к снижению топливной экономичности двигателя на 10% и более. Для регенерации катализаторов необходима остановка двигателя и разборка коллектора.

Известны также двигатели внутреннего сгорания со встроенными в коллекторы каталитическими нейтрализаторами отработавших газов, например [2] имеющие, по меньшей мере, одно выхлопное окно, блок, цилиндры, коллектор, реактор, содержащий корпус с входным отверстием и, по меньшей мере, с одним выхлопным отверстием и размещен в коллекторе, размещенный в реакторе катализатор нанесен на тугоплавкий окисел металла, расположенный на подложке, выполненной из металлической проволоки в нитевидной или плетеной форме.

Недостатками таких устройств является то, что при такой конструкции не имеется возможности организовать многоступенчатую очистку газов, катализаторы, нанесенные на фронтальные поверхности очистных элементов постоянно находятся под воздействием с одной стороны газов, подвержены осаждению твердых частиц, продуктов осмоления, не имеется возможности регенерации фильтров без разборки двигателя. Осмоление нейтрализаторов приводит к созданию больших противодавлений выхлопу, снижению топливной экономичности.

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

Сущность изобретения достигается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания с встроенным в коллектор каталитическим нейтрализатором отработавших газов, содержащем коллекторы, цилиндры, головки цилиндров, нейтрализатор, содержащем корпус, являющийся корпусом коллектора, реактор с катализатором на носителе, входное отверстие и, по крайней мере, одно выходное отверстие, согласно изобретению носитель катализатора выполнен в виде одной секции или нескольких пористых секций с покрытием, причем секции установлены в последовательности, например окислительные с покрытием оксида, например меди, и восстановительные с покрытием из металла, например меди. В выпускном коллекторе выполнены торцевые крышки, которые образуют полости, объединяющие полость коллектора с полостью реактора, при этом в полость торцевых крышек размещены поворотные заслонки для изменения направления движения газов.

Двигатель внутреннего сгорания при такой конструкции в своем составе может содержать как общий, так и индивидуальные на каждый цилиндр нейтрализаторы с реакторами.

Металлокерамические пористые каталитические фильтры выполняются, например, методом СВС-технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с включением в состав шихты металлов-катализаторов. Такое выполнение пористых фильтров позволяет при высоких температурах дожигать частицы сажи на их поверхностях. Дополнительно на поверхности наносятся одним из известных методов металлы или их оксиды.

Сопоставленный анализ с прототипом показывает, что заявляемый двигатель внутреннего сгорания отличается тем, что во встроенном в коллектор каталитическом реакторе вместо подложки и грунтовочного слоя сразу используется секционированный пористый носитель с повышенной удельной поверхностью, секции установлены в последовательности окислительные, затем восстановительные, в торцевых крышках образованы полости, объединяющие полости реакторы и коллектора, расположены заслонки. Таким образом, заявляемый двигатель соответствует критерию изобретения "новизна".

В известных решениях не обнаружено совокупности отличительных признаков, характеризующих предлагаемое техническое решение и используемых с аналогичной целью, поэтому техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен продольный горизонтальный разрез двигателя внутреннего сгорания с каталитическим реактором, встроенным в коллектор впуска.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания содержит блок 1 с цилиндрами 2, выпускными окнами 3, коллектор выпуска 4 с патрубками 5. К корпусу коллектора 4 закреплены промежуточные фланцы 6 и 7 и торцевые крышки 8 и 9, на стенках которых в шарнирах 10 и 11 закреплены поворотные заслонки 12 и 13. На промежуточных фланцах 6 и 7 в банках 14 и 15 закреплен корпус реактора 16. В корпусе реактора размещены окислительный каталитический фильтр 17 и восстановительный фильтр 18. Фиксируемые распорки 19. В банках 14 и 15 между каталитическими фильтрами 17 и 18 и промежуточными фланцами 6 и 7 расположены температурные компенсаторы 20 и 21 в виде пружинных шайб. Торцевые крышки 8 и 9 образуют полости 22 и 23 соответственно, сообщающиеся с полостями 24 и 25 в реакторе. Между стенками корпуса реактора 16 и внешними поверхностями каталитических фильтров 17 и 18 образована промежуточная полость 26. Коллектор оснащен выпускным патрубком 27. Заслонки сблокированы по осям шарниров 10 и 11 общей тягой 28 их переключения. Вокруг реактора внутренними стенками корпуса коллектора 4 и внешними стенками реактора 16 образована полость 29.

Металлокерамические пористые фильтры, являющиеся носителями катализаторов, покрыты один оксидами, например, меди, другой металлом, например медью.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. При положении заслонки 12 и 13 на фиг. 1 отработавшие газы из цилиндров 2 направляются через окна выпуска 3, патрубки 52 в полость 29, разделенную заслонками 12 и 13, попадают в полость 22, затем в полость 24, проходят через каталитический фильтр 27 в полость 26, проходят через каталитический фильтр 18 в полость 25 и из нее через полость 23 в выпускной патрубок 27 в атмосферу. Твердые частицы оседают на поверхности фильтра 27 с внутренней стороны и на поверхность фильтра 18 с наружной стороны. Периодически для регенерации и очистки фильтров тягой 28 заслонки 12 и 13 переводится в положение, указанное на фиг. 1 пунктирными линиями. Сигналом для перевода заслонок в это положение может служить, например, противодавление, создаваемое перед фильтрами. После перевода заслонок в положение, указанное пунктирными линиями, отработавшие газы направляются через полость 23 в полость 25, проходят через фильтр 18 в полость 26, проходят через фильтр 17 в полость 24, из нее поступают в полость под крышкой 8 и по полости 29 и патрубком 27 направляются в атмосферу. При таком направлении отработавших газов твердые частицы выносятся с поверхностей фильтров и догорают, происходит очистка фильтров, снижается противодавление выпуску, повышается топливная экономичность дизеля.

Такое выполнение двигателя со встроенным в коллектор нейтрализатором позволяет периодически производить регенерацию каталитических секций, не производя замены их. Организация газов в обратном направлении позволяет периодически очищать их от сажи и продуктов осмоления на поверхностях пористых секций.

Предложенный двигатель внутреннего сгорания обеспечивает повышение эффективности очистки газов на 30% за счет периодической регенерации фильтров, снижение простоев двигателя, улучшение топливной экономичности на 3-4% за счет снижения противодавлений выпуску.

При сравнении с прототипом предлагаемый двигатель внутреннего сгорания имеет ряд преимуществ:
появляется возможность использования дешевых катализаторов на основе металлов и их оксидов, например, меди и других;
периодическая регенерация без остановки двигателя исключает простои на обслуживание нейтрализатора, встроенного в коллектор;
поскольку слой катализатора работает периодически с двух сторон, появляется возможность эффективно прожигать сажу с поверхности катализатора.

использование носителя на основе материалов, полученных СВС-технологией дает возможность расширить возможности применения сплавов и металлов, размещая их в шихту в процессе изготовления секций.

Использование: в двигателестроении для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения : двигатель содержит блок цилиндров с цилиндрами 2, коллекторы, причем в выпускном коллекторе 4 установлен каталитический нейтрализатор, состоящий из корпуса, являющегося корпусом впускного коллектора, одного входного отверстия и, по меньшей мере, одного выходного отверстия реактора, в корпусе которого размещены окислительный каталитический фильтр 17, выполненный в виде пористых секций с покрытием из оксида, например меди и восстановительный каталитический фильтр 18, выполненный в виде пористых секций с покрытием из металлов, например меди. На выпускном коллекторе выполнены торцевые крышки 8 и 9, которые образуют полости 22 и 23, объединяющие полость коллектора с полостью реактора. В торцевых полостях на стенках крышек размещены поворотные заслонки 12, 13 для изменения направления движения газов. 1 ил.

Двигатель внутреннего сгорания с встроенным в коллектор каталитическим нейтрализатором отработавших газов, содержащий коллекторы, цилиндры, головки цилиндров, нейтрализатор, содержащий корпус, являющийся корпусом выпускного коллектора, реактор с катализатором на носителе, входное отверстие и по крайней мере одно выходное отверстие, отличающийся тем, что носитель катализатора выполнен в виде одной секции или нескольких пористых секций с покрытием, причем секции установлены в последовательности: например, оксилительные с покрытием оксида, например меди, и восстановительные с покрытием металла, например меди, а в выпускном коллекторе выполнены торцевые крышки, которые образуют полости, объединяющие полость коллектора с полостью реактора, при этом в полостях, образованных торцевыми крышками, на их стенках размещены поворотные заслонки для изменения направления движения газов.