ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 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 двигатели внутреннего сгорания, содержащие блоки, цилиндры, выпускные окна, выпускные коллекторы, встроенные в коллекторы каталитические реакторы в корпусе, температурные компенсаторы, насыпной шариковый катализатор на носителе, внутренние перегородки корпуса, устройства для изменения направления движения газов [1]
Недостатком таких двигателей внутреннего сгорания является то, что каталитические реакторы пропускают газы в одном направлении, быстро закоксовываются со стороны потока газов, теряют эффективность очистки газов, создают повышенные противодавления на выпуске, что приводит к падению топливной экономичности дизелей практически до 10% Для регенерации катализаторов необходимы разборка коллектора, длительная остановка.

Известны также двигатели внутреннего сгорания, содержащие блоки, цилиндры, выпускные окна, выпускные коллекторы, входные и выходные патрубки, коллектор, реактор, укрепленный в коллекторе на стояках и заполненный катализатором на носителе, внутренние перегородок в коллекторе выпуска газов, температурные компенсаторы. Носитель покрывается пористым слоем катализаторов. Варианты устройства предусматривают конструкции, обеспечивающие изменение направления движения газов, внутренние перегородки в виде пластин [2]
Недостатком таких двигателей внутреннего сгорания является то, что каталитический реактор пропускает газы в одном направлении, катализатор в районе патрубков входа газов под воздействием потока забивается твердыми частицами и закоксовывается, для регенерации катализатора необходима разборка двигателя, длительная остановка дизеля. Высокие противодавления на выпуске создают условия, затрудняющие очистку цилиндров, проводящие к ухудшению условий наполнения, что влияет на расход топлива.

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

Цель изобретения достигается тем, что в известном двигателе внутреннего сгорания, содержащем блок, цилиндры, выпускные окна, выпускной коллектор, входные и выходной патрубки коллектора, реактор с каталитическим фильтром, размещенный в коллекторе, имеющий внутренние перегородки, температурные компенсаторы, перегородки для изменения направления движения газов, стойки для крепления реактора в коллекторе, согласно изобретению внутренняя перегородка выполняет роль стойки для крепления реактора, делит полость коллектора на две части, расположенные со стороны входа и выхода газов, во внутреннюю перегородку вмонтирован корпус реактора с трубами входа и выхода газов, оснащенными парами окон, обращенными в разные полости коллектора, в трубах расположены полые поворотные золотники с рычагами и по меньшей мере одними окнами, имеющими ход поворота вокруг оси золотника не более 180^o.

Каталитические фильтры в коллекторе двигателя находятся в зоне высоких температур и могут содержать дополнительные сажевые фильтры в реакторе.

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.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый двигатель отличается тем, что полость коллектора разделяется продольной перегородкой на две полости входа газов и выхода газов, внутренняя перегородка выполняет роль стойки, в нее вмонтирован корпус реактора с трубами, трубы с золотниками, окнами, рычагами поворота. 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 техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже изображен продольный в горизонтальной плоскости разрез двигателя внутреннего сгорания.

Предлагаемый двигатель содержит блок цилиндров 1 с выпускными окнами 2 из цилиндров 3, выпускной коллектор 4 с входными 5 и выходными 6 патрубками. Внутренняя перегородка 7 делит коллектор на две полости полость 8 со стороны входных патрубков и полость 9 со стороны выходного патрубка. Во внутреннюю перегородку 7 вмонтирован корпус 10 каталитического реактора с трубами 11 и 12 входа и выхода газов соответственно. В трубах 11 и 12 выполнено по два окна 13 и 14, обращенных в полости 8 и 9 соответственно. Внутри труб 11 и 12 расположены полые трубчатые поворотные золотники 15 и 16, каждый с одним окном 17 и 18, обращенным в стороны полостей 8 и 9 соответственно. В прорезях 19 в трубах 11, выделенных за стенки коллектора, располагаются закрепленные на стенках полых трубчатых поворотных золотников 15 и 16 рычаги 20. В корпусе 10 каталитического реактора размещены пористые металлокерамические фильтры - окислительный 21 и восстановительный 22, например, в виде полых конусов, между которыми расположена удерживающая распорка 23, с торцов реактора фильтры поджаты температурными компенсаторами 24. Внутренняя полость реактора разделена фильтрами на три полости: входную 25, промежуточную 26 и выходную 27. Со стороны входной полости в реакторе расположено входное окно 28, а со стороны выходной полости выходное окно 29.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. После совершения рабочего процесса, например, по циклу двигателя с воспламенением от сжатия в цилиндрах 3 отработавшие газы через входные патрубки 5 попадают в полость 8 коллектора 4. При этом внутренняя перегородка 7 коллектора не позволяет газам пройти из полости 8 в полость 9 минуя окно 13 в трубе 11, как это показано на чертеже. При совмещенном положении окна в труде 11 с окном 17 в трубчатом поворотном золотнике 15 газы попадают через окно 28 во входную полость 25 каталитического реактора 10, проходят через пористые стенки окислительного каталитического фильтра 21, попадают в промежуточную полость 26, проходят через пористые стенки восстановительного каталитического фильтра 22 в выходную полость 27 реактора. Затем через окно 29 газы выходят из реактора в полость полого золотника 16, через окно 18 в нем, совмещенное с окном 14 в трубе 12, попадают в полость 9 и через патрубок 6 выбрасываются в атмосферу. В процессе работы поверхности фильтров 21 и 22 по ходу потока газов загрязняются твердыми частицами и продуктами осмоления. Для регенерации фильтров достаточно организовать обратный поток. Для этого периодически по сигналу от датчика противодавления, установленного в системе выхлопа, включается рычагами 20 система обратного потока газов. Для этого достаточно повернуть на 180^o трубчатые полые золотники 15 и 16. В этом случае золотник 15 перекроет окно 17 со стороны полости 8 и откроет такое же окно со стороны полости 9, а золотник 9 откроет такое же окно в трубе 12 со стороны полости 8. Теперь отработавшие газы из полости 8 будут проходить в полость трубчатого золотника 16, через окно 29 в полость 27, через пористые стенки фильтра 22 в промежуточную полость 26, далее через пористые стенки фильтра 21 в полость 25, через окно 28 и окна 17 выходит в полость 9 и через патрубок 6 в атмосферу. При обратном потоке газов происходит поверхностная очистка фильтров, снижается противодавление выхлопу.

Управление работой двигателя осуществляется следующим образом. От кислородного датчика или датчика противодавления в выхлопной трубе дизеля сигнал поступает на преобразователь сигналов, исполнительный механизм, и электромагнитный привод переводит рычаги 20 практически мгновенно на 180^o. После регенерации и установления заданного состава газов или противодавления рычаги возвращают поворотные золотники в исходное положение.

Такое выполнение двигателя позволяет высокоэффективно вести очистку отработавших газов, производить периодически регенерацию каталитических фильтров без их замены или остановки двигателя.

Предложенный двигатель обеспечивает повышение эффективности очистки отработавших газов на 25% за счет периодической регенерации обратным потоком газов в реакторе, улучшение топливной экономичности за счет снижения противодавления выпуску.

При сравнении с прототипом предлагаемый двигатель отработавших газов обеспечивает повышение долговечности и ресурсов каталитических пористых фильтров и повышение степени очистки газов на 25%

Использование: в машиностроении, в двигателях внутреннего сгорания для очистки отработавших газов дизелей. Сущность изобретения: ДВС содержит блок цилиндров, цилиндры, выпускные окна, впускной коллектор и выпускной коллектор, в котором установлен реактор, состоящий из корпуса, внутренних перегородок, которые являются стойками для крепления реактора и делят корпус коллектора на две части. Во внутренней перегородке размещен корпус реактора с трубками входа и выхода газов, оснащенными парами окон, обращенными в разные полости коллектора, который имеет входные патрубки. В корпусе реактора размещены пористые металлокерамические фильтры окислительный и восстановительный в виде полых конусов, а внутри труб расположены полые трубчатые поворотные золотники с рычагами, каждый из которых выполнен по крайней мере с одним окном, обращенным в стороны соответствующих полостей. Технический результат: позволяет обеспечить эффективную очистку. 1 ил.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндра, цилиндры, впускные окна, впускной и выпускной коллекторы, входной и выходной патрубки коллектора, реактор, установленный в выпускном коллекторе и содержащий носитель с катализатором, внутренние перегородки, температурные компенсаторы, корпус реактора, стойки для крепления реактора в выпускном коллекторе, перегородки для изменения направления движения газов, отличающийся тем, что корпус реактора с трубами входа и выхода газов, оснащенными парами окон, обращенными в разные стороны коллектора, установлен во внутренней перегородке, которая одновременно является стойкой для крепления реактора и делит полость коллектора на две части, расположенные со стороны входа и выхода газов, а в трубах расположены полые поворотные золотники с рычагами и по меньшей мере одними окнами, имеющими ход поворота вокруг оси золотника не более 180^o.