УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F01N3/10 

Настоящее изобретение относится к средствам нейтрализации токсичных составляющих отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, а более точно касается устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Известно устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания на основе нихромового катализатора (RU, A, 2136908), содержащее корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей с концевыми цилиндрическими втулками, в которых размещены впускной и выпускной патрубки. На цилиндрической втулке со стороны входного патрубка установлен эжектор, и цилиндрическое рабочее тело катализатора размещено в месте соединения разъемных частей корпуса и выполнено на никель-хромовой основе.

Известное устройство из-за малой химической активности нихрома имеет низкий коэффициент η нейтрализации:
η_co= 0,5-0,6 по угарному газу (CO),
η_снх= 0,7-0,8 по метановой группе (CH_x).

В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с таким его конструктивным выполнением, которое обеспечило бы за счет многократной очистки отработавших газов повышение коэффициента нейтрализации.

Поставленная задача решается тем, что устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в виде нейтрализатора, содержащего корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей с концевыми цилиндрическими втулками, в которых размещены впускной и выпускной патрубки, эжектор, установленный на цилиндрической втулке со стороны впускного патрубка, и катализатор, размещенный в месте соединения разъемных частей корпуса и выполненный на никель-хромовой основе, согласно изобретению, дополнительно содержит по меньшей мере один нейтрализатор, при этом нейтрализаторы соединены своими патрубками и установлены последовательно друг за другом по ходу движения отработавших газов, так что их катализаторы расположены друг от друга на расстоянии, выбираемом в зависимости от мощности двигателя внутреннего сгорания, первый по ходу движения отработавших газов нейтрализатор содержит рассекатель потока отработавших газов, установленный за катализатором перед его выпускным патрубком, причем диаметр катализатора каждого нейтрализатора превышает диаметр впускного патрубка более чем в 3,5 раза.

Таким образом, предлагаемое устройство для очистки отработавших газов выполнено многоступенчатым с объединением в единую цепь по меньшей мере двух одинаковых нейтрализаторов. Установка нейтрализаторов в вышеуказанной цепи на расстоянии друг от друга так, что их катализаторы разнесены на строго определенное расстояние, позволяет исключить взаимное влияние нейтрализаторов друг на друга, причем чем больше мощность двигателя внутреннего сгорания, тем дальше друг от друга должны находиться катализаторы смежных нейтрализаторов. Для обеспечения ламинарности потока проходящих через устройство отработавших газов и наилучшего использования рабочей поверхности катализатора его диаметр превышает диаметр впускного патрубка более чем в 3,5 раза. В случае, если соотношение указанных диаметров будет меньше, то из-за нарастающего сопротивления катализаторов будет уменьшаться давление разрежения в эжекторах, а следовательно, и количество поступающего через эжекторы воздуха, что приводит в конечном итоге к снижению общего коэффициента нейтрализации. Использование рассекателя позволяет за счет разбивки сплошного потока газа на отдельные струи улучшить условия смешения поступающего через эжекторы воздуха с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания.

При наличии в предлагаемом устройстве более двух нейтрализаторов целесообразно, чтобы каждый нейтрализатор, исключая последний по ходу движения отработавших газов, имел бы рассекатель.

В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и сопровождающим чертежом, на котором представлен общий вид устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержит нейтрализаторы 1₁, 1₂, ..., 1_n, последовательно установленные друг за другом по ходу движения отработавших газов, образуя единую цепь. Корпус каждого из нейтрализаторов 1₁, 1₂, ..., 1_n состоит из двух усеченных конусообразных разъемных частей 2 и 3 с концевыми цилиндрическими втулками 4 и 5 соответственно. Во втулках 4 и 5 размещены соответственно впускной и выпускной патрубки 6 и 7, посредством которых нейтрализаторы 1₁, 1₂, ..., 1_n соединены друг с другом. На цилиндрической втулке 4 каждого нейтрализатора 1₁, 1₂, ..., 1_n со стороны его впускного патрубка 6 установлен эжектор 8, а в месте соединения разъемных частей 2 и 3 корпуса размещен катализатор 9, например, в виде цилиндрического тела, выполненного на никель-хромовой основе из тонкой нихромовой проволоки марки Х20Н80, при этом диаметр катализатора 9 превышает диаметр впускного патрубка 6 более чем в 3,5 раза. За катализатором 9 по ходу движения отработавших газов установлен рассекатель 10, который представляет собой цилиндрическую пластину с множеством отверстий, разбивающую сплошной поток газа на отдельные струи, завихряя их. Части 2 и 3 корпуса соединены, например, посредством резьбы и между ними установлена ограничительная шайба 11.

Количество n нейтрализаторов 1₁, 1₂, ..., 1_n в цепи может быть различным и зависит от заданного значения η. Нейтрализаторы 1₁, 1₂, ..., 1_n установлены друг относительно друга так, что их катализаторы 9 разнесены на строго заданное расстояние L, которое определяется мощностью двигателя внутреннего сгорания. Например, для двигателя мощностью до 100 кВт расстояние L будет составлять 210 ± 10 мм. При любом количестве n нейтрализаторов 1₁, 1₂, ..., 1_n последний в цепи нейтрализатор 1_n не будет содержать рассекатель.

Предлагаемое устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания пропускают через слой катализатора 9 первого по ходу их движения нейтрализатора 1₁ в присутствии воздуха, поступающего из эжектора 8, который автоматически, в зависимости от истечения отработавших газов, увеличивает подачу воздуха на катализатор 9, сглаживая влияние числа оборотов двигателя на состав его отработавших газов, и ускоряет процесс окисления остаточных углеводородов, что обеспечивает значительное снижение их количества и количество продуктов неполного сгорания топлива, попадающих в атмосферу. Так как нейтрализаторы 1₁, 1₂, ..., 1_n установлены друг от друга на таком расстоянии, что исключается их взаимное влияние, то каждый последующий нейтрализатор 1₂, ..., 1_n работает как бы в автономном режиме. Поскольку η одного нейтрализатора мало, то его рост определяется количеством нейтрализаторов в цепи, и, следовательно, общий коэффициент нейтрализации устройства можно получить теоретически сколь угодно близким к единице.

Таким образом, коэффициент η нейтрализации составит:
η_co= 0,8-0,86 по угарному газу (CO),
η_снх= 0,8-0,96 по метановой группе (CH_x).

Такой коэффициент η нейтрализации соответствует требованиям к применяемым ныне нейтрализаторам.

Устройство содержит нейтрализаторы, соединенные друг с другом своими патрубками с образованием цепочки для многократной очистки отработавших газов. Нейтрализаторы установлены друг от друга так, что их катализаторы расположены друг от друга на расстоянии, выбираемом в зависимости от мощности двигателя внутреннего сгорания. Каждый из нейтрализаторов содержит корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей с концевыми цилиндрическими втулками, в которых размещены впускной и выпускной патрубки. На цилиндрической втулке со стороны впускного патрубка установлен эжектор, а в месте соединения разъемных частей корпуса размещен катализатор, выполненный на никель-хромовой основе, причем диаметр катализатора превышает диаметр впускного патрубка более чем в 3,5 раза. Все нейтрализаторы, исключая последний по ходу движения отработавших газов, содержат рассекатели потока отработавших газов, установленные за катализаторами перед выпускными патрубками. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в виде нейтрализатора, содержащего корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей с концевыми цилиндрическими втулками, в которых размещены впускной и выпускной патрубки, эжектор, установленный на цилиндрической втулке со стороны впускного патрубка, и катализатор, размещенный в месте соединения разъемных частей корпуса и выполненный на никель-хромовой основе, отличающееся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один нейтрализатор, при этом нейтрализаторы соединены своими патрубками и установлены последовательно друг за другом по ходу движения отработавших газов, так что их катализаторы расположены друг от друга на расстоянии, выбираемом в зависимости от мощности двигателя внутреннего сгорания, первый по ходу движения отработавших газов нейтрализатор содержит рассекатель потока отработавших газов, установленный за катализатором перед его выпускным патрубком, причем диаметр катализатора каждого нейтрализатора превышает диаметр впускного патрубка более чем в 3,5 раза. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при наличии в нем более двух нейтрализаторов каждый нейтрализатор, исключая последний по ходу движения выхлопных газов, имеет рассекатель.