КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ДЛЯ ДИЗЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F01N3/28 

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

Известен нейтрализатор отработавших газов, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, теплоизоляцию между стенками корпуса, реакционную камеру, во внутренней полости которого установлены пористый металлокерамический блок и кипящий слой катализатора на носителе (см. авторское свидетельство СССР 1776837, кл. F 01 N 3/28, 05.04.94).

Недостатками указанного нейтрализатора является то, что вихревой поток газов, проходя через слой катализатора, разрушает трением носители и выносит их потоком, забивая при этом поры металлокерамического блока вместе с сажей, что приводит к повышению противодавления на выпуске, ухудшению очистки цилиндров, снижению топливной экономичности двигателя.

Известен каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, теплоизоляцию, реакционную камеру, во внутренней полости которой размещен пористый металлокерамический блок, выполняющий функцию сажевого фильтра, внутри реакционной камеры дополнительно последовательно по ходу движения газов размещены друг за другом пористый металлокерамический блок, состоящий из отдельных последовательно установленных друг за другом пористых металлокерамических цилиндрических элементов с концентрическими наклонными кольцами, образующими сегментные щели между центрально-лучевыми перегородками, выполненными в виде лопаток с переменным шагом поворота. Элементы блока сориентированы через один разными плоскостями относительно потока газов (см. патент Российской Федерации 2075606, кл. F 01 N 3/28, 31.05.94). Как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату, этот каталитический нейтрализатор принят за прототип.

Описанный нейтрализатор имеет следующие недостатки:
- невысокий срок службы вследствие осаждения твердых частиц и сажи на поверхностях носителей при отсутствии регенерации этих носителей, приводящего к быстрому засмолению и "отравлению" нейтрализатора;
- недостаточно высокая эффективность очистки отработавших газов вследствие того, что температура газов, достигающая 550. .. 600^oС, при окислении продуктов неполного сгорания не используется для выжигания частиц сажи, так как пористый металлокерамический блок, выполняющий роль сажевого фильтра, установлен на входе в реакционную камеру.

Сущность изобретения заключается в том, что в каталитическом нейтрализаторе для дизеля, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, теплоизоляцию, реакционную камеру, во внутренней полости которой размещены сажевый фильтр и пористый металлокерамический блок, состоящий из отдельных, последовательно установленных друг за другом пористых металлокерамических цилиндрических элементов с концентрическими наклонными кольцами, образующими сегментные щели между центрально-лучевыми перегородками, выполненными в виде лопаток с переменным шагом поворота, при этом элементы блока сориентированы через один разными плоскостями относительно потока газов, сажевый фильтр, выполненный в виде многослойной встречной намотки на сетчатый или перфорированный каркас углеродной нити или стальной проволоки, установлен на участке входного патрубка, размещенном в реакционной камере, пористые металлокерамические цилиндрические элементы расположены коаксиально с сажевым фильтром в развернутом потоке газов, а выходной патрубок установлен в боковой стенке реакционной камеры. При этом нейтрализатор дополнительно снабжен конусным отбойником, размещенным встречно потоку газов.

Пористые металлокерамические элементы блока могут быть получены методом СВС-технологии или спеканием с последующим нанесением одним из существующих методов катализаторов. Пористые металлокерамические элементы одинаковы по конфигурации, но содержат различные катализаторы, что позволяет организовать многоступенчатую очистку отработавших газов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием сажевого фильтра с многослойной намоткой, установленного коаксиально с пористым металлокерамическим блоком, конусного отбойника на торцевой крышке, расположением коаксиально сажевому фильтру цилиндрических элементов блока. Цилиндрические элементы надеты на патрон, в то время как в прототипе они стянуты соединительно-центрирующим элементом. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

В известных решениях не обнаружено совокупности отличительных признаков, характеризующих предлагаемое техническое решение и решающих ту же задачу, поэтому техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Техническим результатом является увеличение срока службы нейтрализатора без регенерации каталитических элементов за счет повышения степени очистки от сажи газов перед подачей их на окисление продуктов неполного сгорания и восстановление окислов азота, а также повышение эффективности очистки отработавших газов путем увеличения полноты выгорания сажи на фильтре, чему способствует теплоотвод от коаксиально расположенных пористых металлокерамических цилиндрических элементов к сажевому фильтру.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез каталитического нейтрализатора; на фиг.2 - продольный разрез пористого металлокерамического цилиндрического элемента блока; на фиг.3 - вид спереди на пористый металлокерамический цилиндрический элемент блока.

Каталитический нейтрализатор для дизеля содержит корпус 1 с двойными внешними 2 и внутренними 3 стенками. Между внешними 2 и внутренними 3 стенками корпуса 1 расположен теплоизолятор 4. Корпус 1 имеет фланцы 5 и 6 для крепления торцевых крышек 7 и 8 фланцами 9 и 10. На крышке 7 закреплен входной патрубок 11 с фланцем 12. На крышке 8 закреплен конусный отбойник 13, направленный встречно потоку газов в полость реакционной камеры, образуемую внутренними поверхностями стенок 3, торцевой крышки 7 и торцевой крышки 8. В реакционной камере на участке входного патрубка 11 внутри нее установлен сажевый фильтр 14 с прорезями 15, выполненный в виде многослойной встречной намотки на сетчатый или перфорированный каркас углеродной нити 16 или стальной проволоки. Коаксиально сажевому фильтру 14 установлен цилиндрический патрон 17, на котором смонтированы коаксиально с сажевым фильтром 14 в развернутом потоке газов отдельные последовательно установленные друг за другом пористые металлокерамические цилиндрические элементы 18 пористого металлокерамического блока с концентрическими наклонными кольцами, образующими сегментные щели 19 между центрально-лучевыми перегородками 20 лопаток 21 с переменным шагом поворота. Элементы 18 сориентированы через один разными плоскостями относительно потока газов. Каркас сажевого фильтра 14, цилиндрический патрон 17, пористые металлокерамические цилиндрические элементы 18 разделяют полость реакционной камеры следующим образом: полость входа 22, промежуточная полость 23, полость поворота потока газов 24 и выходная полость 25. В корпус 1, а именно в боковой стенке реакционной камеры, установлен выходной патрубок 26 с фланцем 27. Такое выполнение нейтрализатора позволяет более качественно очистить поток газов от сажи и дожигать ее в полости реакционной камеры. Сочетание коаксиальной установки сажевого фильтра 14 и пористых металлокерамических элементов 18 позволяет сохранять тепло от реакций окисления продуктов неполного сгорания и направлять его на дожигание сажи.

Работа каталитического нейтрализатора для дизеля осуществляется следующим образом. Отработавшие газы поступают в нейтрализатор по входному патрубку 11 и попадают в полость входа 22 реакционной камеры, фильтруются через намотку нити или проволоки и попадают в промежуточную полость 23, направляются в полость поворота потока 24 и с помощью конусного отбойника 13 разворачиваются на 180^o, проходят через металлокерамические цилиндрические элементы 18, где происходят реакции восстановления и окисления, выходят в выходную полость 25 и по патрубку 26 направляются из нейтрализатора. Часть элементов блока 18 - окислительного типа, а часть восстановительного, что дает возможность более полно производить очистку газов.

Предложенный каталитический нейтрализатор для дизеля обеспечивает повышение эффективности очистки отработавших газов на 15... 20% за счет сохранения тепла и имеет увеличенный срок службы до 1300 часов без регенерации. По сравнению с прототипом предлагаемый нейтрализатор отработавших газов обеспечивает снижение выбросов сажи на 10...12%, углеводородов на 15...17%, окиси углерода на 14%.

Корпус каталитического нейтрализатора снабжен входным и выходным патрубками, теплоизоляцией, реакционной камерой. Во внутренней полости реакционной камеры размещены сажевый фильтр и пористый металлокерамический блок. Сажевый фильтр выполнен в виде многослойной встречной намотки на сетчатый или перфорированный каркас углеродной нити или стальной проволоки и установлен на участке входного патрубка, размещенном в реакционной камере. Пористый металлокерамический блок состоит из отдельных последовательно установленных друг за другом пористых металлокерамических цилиндрических элементов с концентрическими наклонными кольцами, образующими сегментные щели между центрально-лучевыми перегородками, выполненными в виде лопаток с переменным шагом поворота. Элементы блока сориентированы через один разными плоскостями относительно потока газов. Пористые металлокерамические цилиндрические элементы расположены коаксиально с сажевым фильтром в развернутом потоке газов, а выходной патрубок установлен в боковой стенке реакционной камеры. Нейтрализатор дополнительно снабжен конусным отбойником, размещенным встречно потоку газов. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки. 3 ил.

Каталитический нейтрализатор для дизеля, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, теплоизоляцию, реакционную камеру, во внутренней полости которой размещены сажевый фильтр и пористый металлокерамический блок, состоящий из отдельных последовательно установленных друг за другом пористых металлокерамических цилиндрических элементов с концентрическими наклонными кольцами, образующими сегментные щели между центрально-лучевыми перегородками, выполненными в виде лопаток с переменным шагом поворота, при этом элементы блока сориентированы через один разными плоскостями относительно потока газов, отличающийся тем, что сажевый фильтр, выполненный в виде многослойной встречной намотки на сетчатый или перфорированный каркас углеродной нити или стальной проволоки, установлен на участке входного патрубка, размещенном в реакционной камере, пористые металлокерамические цилиндрические элементы расположены коаксиально с сажевым фильтром в развернутом потоке газов, а выходной патрубок установлен в боковой стенке реакционной камеры, при этом нейтрализатор дополнительно снабжен конусным отбойником, размещенным встречно потоку газов.