КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ Российский патент 1997 года по МПК F01N3/28 

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

Известны каталитические нейтрализаторы, содержащие впускной и выпускной патрубки, крышки, корпус с теплоизоляцией, реактор, насыпной катализатор с кипящим слоем, решетку, шток, клапан с электромагнитным приводом, трубу с седлом, патрубок для досыпки катализатора, теплообменник с подогревателем. Конструкция описана, например, [1]
Недостатками таких нейтрализаторов являются необходимость подогрева на определенных режимах, нейтрализация газов в одном слое катализатора на всех режимах работы двигателя, постоянное повышенное противодавление выхлопу, что приводит к повышенным расходам топлива двигателя.

Известны также многоступенчатые каталитические нейтрализаторы, содержащие корпус с теплоизоляцией, впускной и выпускной патрубки, реактор, насыпной катализатор с кипящим слоем, пористый металлокерамический блок нейтрализации, патрубок для досыпки катализатора, решетки. Конструкция описана, например, в [2]
Недостатками таких нейтрализаторов являются следующие. Нейтрализация газов также в одном кипящем слое катализатора, независимость работы нейтрализатора от режима двигателя, повышенное противодавление выхлопу на режимах холостого хода и на малых нагрузках, что приводит к снижению топливной экономичности двигателя.

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

Сущность изобретения достигается тем, что в известном нейтрализаторе, содержащем корпус с теплоизоляцией, впускной и выпускной патрубки, реакционную камеру с "кипящим слоем" катализатора и с пористыми металлокерамическими внутренними перегородками, разделяющими камеру на несколько полостей, патрубок для досыпки катализатора, согласно изобретению, на продолжении впускного патрубка, выведенного в реакционную камеру, размещена поперечная полая распределительная труба как минимум с двумя выходами и седлами на каждый выход, внутри которой со стороны выхода газов расположен подвижный шток как минимум с двумя жестко закрепленными клапанами и приводом. Один выход распределительной трубы направлен под нижнюю пористую перегородку реакционной камеры, а другой выход в промежуточную перегородку.

При сравнении с прототипом предлагаемый нейтрализатор отработавших газов обеспечивает более продолжительную работу в связи с меньшим засорением и расходом нижней ступени катализатора, более качественную очистку отработавших газов за счет применения двухступенчатого кипящего слоя, не требует применения двухступенчатого кипящего слоя, не требует применения дополнительного газа, дополнительную очистку газов от сажи в пористых металлокерамических фильтрах, более высокую топливную экономичность, оперативное реагирование на смену режима двигателя и отключения соответствующего слоя катализатора на тех режимах, когда его применение нецелесообразно.

Нейтрализатор может содержать более двух ступеней нейтрализации. В этом случае пропорционально увеличивается на одну единицу число клапанов, седел клапанов, перегородок.

Металлокерамические пористые фильтры выполняются, например, методом СВС-технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Такое выполнение пористых фильтров позволяет при высоких температурах дожигать частицы сажи на их поверхности.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый нейтрализатор отличается тем, что на продолжении впускного патрубка выполнена труба распределения потока газов, выводящая поток в отдельные полости реактора и содержащая седла, внутри трубы расположен подвижный шток с жестко закрепленными клапанами и управляемый, например, электромагнитным устройством.

Таким образом, заявляемый нейтрализатор соответствует критерию изобретения "новизна".

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

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен продольный разрез каталитического нейтрализатора.

Предлагаемый нейтрализатор имеет корпус, состоящий из верхней части 1 и нижней части 2. В корпусе расположена реакционная камера 3, а между стенками корпуса и реакционной камерой расположена теплоизоляция 4. В нижнюю часть корпуса 2 установлен впускной патрубок 5 с фланцем 6 и поперечной трубой 7 распределения потока, а в верхнюю часть корпуса 1 установлен выпускной патрубок 8 с фланцем 9. В верхней части корпуса 1 также закреплена труба 10 с крышкой 11 для досыпки катализатора. Впускной патрубок 5 предназначен для подачи отработавших газов 12 от двигателя, а выпускной патрубок 8 для выпуска очищенных газов 13. В нижней и средней части реакционной камеры 3 установлены пористые элементы 14 и 15, служащие для удерживания от выноса насыпного катализатора 16 и 17, разделяющие нейтрализатор на отдельные полости. Количество полостей зависит от требуемого количества ступеней очистки газов. Полость 18 служит выпускным коллектором нейтрализатора. Полость 19 представляет собой с каталитическим слоем насыпного катализатора 17 ступень очистки, полость 20 со слоем насыпного катализатора 16 отдельную ступень очистки, полость 21 нижняя полость для поступающего газа перед ступенью очистки в полости 20.

В верхней части реакционной камеры между полостями 18 и 19 выполнен пористый элемент 22. В трубе распределения потока 7, содержащей седла 23 со сторон выхода газов, расположен подвижный шток 24 с клапанами 25 и 26 и имеющий электромагнитный привод 27 с возвратной пружиной 28. Количество седел 23 и клапанов 25 и 26 зависит от числа ступеней очистки газов.

Предлагаемый нейтрализатор работает следующим образом. На режиме холостого хода и малых нагрузок относительно холодные выпускные газы 12 от двигателя через впускной патрубок 5, трубу распределения потока 7 и открытый клапан 26 поступают в полость 20, проходят через пористый элемент 15, очищаются в слое катализатора 17 в полости 19, проходят через пористый элемент 22 и далее через полость 18, выпускной патрубок 8 выходят из нейтрализатора очищенные газы 13.

При повышении температуры отработавших газов 12 двигателя включается электромагнитный привод 27, закрывается клапан 26 и открывается клапан 25 посредством перемещения штока 24. Отработавшие газы проходят через пористый элемент 14 из полости 21, очищаются в слое катализатора 16 в полости 20, проходят через пористый элемент 15, очищаются в слое катализатора 17 в полости 19 и через пористый элемент 22 попадают в полость 18. Из полости 18 через выпускной патрубок 8 в атмосферу выходят очищенные газы 13.

Управление работой нейтрализатора осуществляется следующим образом. В выпускном патрубке двигателя внутреннего сгорания расположен малоинерционный температурный датчик, включающий электромагнитное устройство 27 при определенной температуре выпускных газов.

Такое выполнение нейтрализатора обеспечивает автономную работу, качественную очистку отработавших газов, низкое противодавление выхлопу на холостом ходу и малых нагрузках и низкие расходы на эксплуатацию.

Предлагаемый нейтрализатор обеспечивает повышение эффективности очистки отработавших газов, на 10% более рационального использования катализатора и снижение расхода топлива на 8%

Использование: в двигателестроении для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: нейтрализатор содержит корпус с теплоизоляцией, реакционную камеру с пористыми металлокерамическими элементами, которые делят камеру на три полости. В нижней части корпуса установлен впускной патрубок с фланцем и поперечной полой трубкой распределения потока с седлами с обеих сторон выходов, внутри которой со стороны выхода газов размещены подвижный шток как минимум с двумя жестко закрепленными клапанами с обеих сторон трубы и привод, причем один выход распределительной трубы выведен под нижнюю полость, а другой выход - под промежуточную. 1 ил.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов, содержащий корпус с теплоизоляцией, реакционную камеру с пористыми металлокерамическими внутренними перегородками, разделяющими камеру на несколько полостей, и с кипящим слоем катализатора, входной и выходной патрубки, патрубок для досыпки катализатора, отличающийся тем, что на продолжении впускного патрубка, введенного в реакционную камеру, размещена поперечная полая распределительная труба с выходами и с седлами на каждый выход, внутри которой со стороны выхода газов расположен подвижный шток с как минимум двумя жестко закрепленными клапанами и приводом, при этом один выход распределительной трубы направлен под нижнюю пористую перегородку реакционной камеры, а с другой выход в промежуточную перегородку.