УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F01N3/30 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания как с воспламенением от сжатия, так и с принудительным воспламенением.

Известно устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащее корпус, имеющий впускной патрубок, размещенные в корпусе первый каталитический блок и второй каталитический блок, выполненные в виде труб и связанные между собой через камеру, источник подачи воздуха и выпускной патрубок, сообщенный со вторым блоком (см. заявку Великобритании 1380376, кл. F 01 N 3/14, опубл. 1975).

Недостатками такого устройства являются низкие эффективность очистки отработавших газов, вызванная малым временем контакта газов с поверхностью катализатора при большой скорости движения газов, и срок службы, так как каталитические блоки быстро дезактивируются осаждающимися на них твердыми частицами, что уменьшает продолжительность их работы.

Известно также устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее основной корпус, размещенный на нем тангенциально впускной патрубок, установленный в основном корпусе первый восстановительный и второй окислительный каталитические блоки, выполненные в виде труб и связанные между собой через перепускную камеру, выпускной патрубок, дополнительный корпус и источник подачи воздуха или смеси газов, выполненный в виде центрального сопла с сетчатым колпаком, закрепленных на одной из торцевых стенок дополнительного корпуса. Выпускной патрубок размещен на другой торцевой стенке дополнительного корпуса. Выпускной патрубок соединен со вторым окислительным каталитическим блоком, установленным в дополнительном корпусе, частично размещенном в перепускной камере, и связанным с последней через тангенциальное окно, выполненное на его боковой поверхности, а каталитические блоки установлены в корпусах с зазорами. Внутренние стенки основного и дополнительного корпусов, наружные и внутренние поверхности труб блоков снабжены каталитическим покрытием (см. патент РФ 2042838, МПК⁶ F 01 N 3/28, опубл. 27.08.95).

Последнее техническое решение выбрано за прототип как наиболее близкое по технической сущности.

Недостатками устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания являются недостаточная эффективность очистки отработавших газов вследствие малой степени очистки отработавших газов от продуктов неполного сгорания и окислов азота, пониженная долговечность, обусловленная малым сроком службы каталитических блоков в процессе эксплуатации. Приведенные недостатки объясняются тем, что сетчатый колпак практически не задерживает твердых частиц из атмосферы и они, в свою очередь, забивают каталитические блоки и дезактивируют их, твердые частицы из состава отработавших газов не отделяются из потока газов, оседая на поверхностях блоков, покрытых катализатором, забивают и дезактивируют эти блоки, недостаточен газообмен у поверхностей катализаторов, при наличии щелей в каталитических блоках твердые частицы проскакивают устройство и выбрасываются в атмосферу. Кроме того, устройство не обеспечивает достаточно эффективную нейтрализацию вредных веществ на режимах холостых ходов и в период пуска двигателя вследствие отсутствия прогрева каталитических блоков.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, долговечности устройства, обеспечения возможности нейтрализации вредных веществ на режимах холостых ходов и в период пуска двигателя.

Для этого в устройстве для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания обеспечивается двухстадийная, многократная циркуляция выхлопных газов вдоль поверхностей каталитических блоков, а следовательно, увеличивается время контакта газов с поверхностями каталитических блоков и создается в каждом каталитическом блоке необходимая атмосфера.

Технический результат достигается тем, что устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее основной корпус, размещенный на нем тангенциально впускной патрубок, первый восстановительный каталитический блок, установленный в основном корпусе, и второй окислительный каталитический блок, выполненные в виде труб и связанные между собой через перепускную камеру, выпускной патрубок, дополнительный корпус, источник подачи воздуха или смеси газов, выполненный в виде центрального сопла с колпаком, закрепленным на одной из торцевых стенок дополнительного корпуса, причем на другой торцевой стенке дополнительного корпуса размещен выпускной патрубок, соединенный со вторым окислительным каталитическим блоком, установленным в дополнительном корпусе, частично размещенном в перепускной камере, и связанным с последней через тангенциальное окно, выполненное на его боковой поверхности, а каталитические блоки установлены в корпусах с зазорами, снабжено пористым проницаемым металлокерамическим фильтром для очистки от твердых частиц и нагревателем периодического действия, установленными во впускном патрубке, пористым проницаемым металлокерамическим окислительно-восстановительным каталитическим блоком, размещенным в перепускной камере соосно первому восстановительному каталитическому блоку, нагревателями периодического действия, связанными с первым восстановительным и вторым окислительным каталитическими блоками, выполненными из пористой проницаемой металлокерамики, электромагнитным клапаном, связанным с источником подачи воздуха или смеси газов. При этом привод электромагнитного клапана закреплен в колпаке, выполненном из пористой проницаемой металлокерамики.

Повышение эффективности очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания обусловлено увеличением степени очистки отработавших газов от продуктов неполного сгорания и окислов азота, происходящим за счет введения в устройство окислительно-восстановительного каталитического блока, размещенного в перепускной камере.

Повышение долговечности устройства обеспечивается за счет повышения срока службы каталитических блоков, выполненных из пористой проницаемой металлокерамики, введения в устройство пористого проницаемого металлокерамического фильтра для очистки от твердых частиц, размещенного во впускном патрубке, и выполнения колпака из металлокерамики.

Нейтрализация вредных веществ на режимах холостых ходов и в период пуска двигателя обеспечивается введением в устройство нагревателей периодического действия и электромагнитного клапана, связанного с источником подачи воздуха или смеси газов.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где изображен продольный горизонтальный разрез устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, на чертеже сплошными стрелками показано движение отработавших газов, а прозрачными стрелками - движение воздуха или смеси газов в устройстве.

Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержит основной корпус 1 с фланцем 2 и торцевой крышкой 3, соединенный через перепускное окно 4 с дополнительным корпусом 5 с фланцем 6 и торцевой крышкой 7 тангенциально. В корпусе 1 со стороны торцевой крышки 3 установлен нагреватель периодического действия 8 с контактами 9, а в дополнительном корпусе 5 - нагреватель периодического действия 10 с контактами 11. Впускной патрубок 12 оснащен торцевой крышкой 13, под которой установлен нагреватель 14 с контактами 15. Впускной патрубок 12 тангенциально соединен через промежуточный патрубок 16 с внешней полостью 17, образованной внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью пористого проницаемого металлокерамического восстановительного каталитического блока 18, выполненного, например, в виде трубы и установленного в основном корпусе 1 на нагревателе 8 и поперечной перегородке 19 и образующего с ними внутреннюю полость 20, соединенную с внутренней полостью 21 через окно 22 в перегородке 19. Внутренняя полость 21 образована внутренними поверхностями пористого проницаемого металлокерамического окислительно-восстановительного каталитического блока 23, перегородкой 19 и торцевой стенкой корпуса 1, противоположной торцевой крышке 3. Внешние поверхности блока 23, внутренние поверхности корпуса 1 и поверхность перегородки 19 образуют полость 24, сообщающуюся через окно 4 с полостью 25 корпуса 5. Полость 25 образована внутренними поверхностями корпуса 5, торцевой поверхностью нагревателя 10 и внешней поверхностью пористого проницаемого металлокерамического окислительного каталитического блока 26, выполненного, например, в виде трубы, установленного в дополнительном корпусе 5 на нагревателе 10. Внутренняя полость 27 образована внутренними поверхностями пористого проницаемого металлокерамического окислительного каталитического блока 26, торцевой стенкой дополнительного корпуса 5 и соединена с выпускным патрубком 28, расположенным в торцевой крышке 7 на стенке дополнительного корпуса 5. С противоположной стороны от торцевой крышки 7 в корпус 5 введен источник подачи воздуха или смеси газов в виде центрального сопла 29. Последний оборудован электромагнитным клапаном 30 с приводом 31, закрепленным в колпаке 32, выполненном из пористой проницаемой металлокерамики. Колпак 32 в свою очередь закреплен на торцевой стенке дополнительного корпуса 5, противоположной торцевой стенке дополнительного корпуса 5, оборудованной выпускным патрубком 28. Выпускной патрубок 28 соединен с пористым проницаемым металлокерамическим окислительным каталитическим блоком 26. Впускной патрубок 12 оснащен пористым проницаемым металлокерамическим фильтром 33 для очистки от твердых частиц. Кроме того, устройство имеет кислородный датчик, который на чертеже не показан.

Пористый проницаемый металлокерамический окислительно-восстановительный каталитический блок 23 размещен в перепускной камере 34 соосно пористому металлокерамическому восстановительному каталитическому блоку 18. Дополнительный корпус 5 частично размещен в перепускной камере 34 и связан с ней через перепускное окно 4, выполненное на его боковой поверхности.

Каталитические блоки 18, 23, 26 установлены в корпусах 1, 5 и перепускной камере 34 с зазорами. Нагреватели периодического действия 8, 10 связаны с блоками 18 и 26 соответственно.

Каталитическое покрытие на поверхностях металлокерамических блоков может быть выполнено следующими методами: диффузионным напылением, гальваническим, или пропиткой с последующей просушкой. Противодавление на выпуске не более 600 мм вод.ст., что соответствует противодавлению, создаваемому глушителем.

Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. Отработавшие газы по впускному патрубку 12 поступают через промежуточный патрубок 16 в завихренном состоянии в полость 17 основного корпуса 1, предварительно очищаясь в фильтре 33 для очистки от твердых частиц, распределяются вокруг каталитического блока 8, проходят через его стенки и попадают в полость 20. При этом происходит восстановление оксидов азота. Затем газы через окно 22 попадают во внутреннюю полость 21 окислительно-восстановительного блока 23, проходят через его проницаемые стенки, где продолжаются окислительные и восстановительные процессы, и попадают в полость 24. Из полости 24 через перепускное окно 4 газы тангенциально направляются в полость 25 дополнительного корпуса 5 в завихренном состоянии, проходят через стенки окислительного блока 26 и попадают в полость 27, куда через сопло 29 направляется воздух или смесь газов и где происходит окончательное окисление продуктов неполного сгорания, а затем выходят из устройства по выпускному патрубку 28.

На режимах разогрева двигателя включаются нагреватели 8, 10, 14 блоков 18, 26, 33 и обеспечивается необходимый температурный режим, а избыток кислорода регулируется клапаном 30 автоматически по сигналу кислородного датчика.

Таким образом, в отличие от прототипа обеспечивается более полная очистка отработавших газов на всех режимах работы двигателя. Существенными отличительными признаками являются использование нагреваемых металлокерамических блоков для фильтрации газов и их очистки, расположение в перепускной камере окислительно-восстановительного блока, установка электромагнитного клапана для запирания сопла подачи воздуха, установка колпака из пористой проницаемой металлокерамики.

Это приводит к повышению эффективности очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и долговечности устройства, обеспечению возможности нейтрализации вредных веществ на режимах холостых ходов и в период пуска двигателя.

Устройство содержит основной корпус с тангенциально размещенным впускным патрубком. В основном корпусе установлен первый пористый проницаемый металлокерамический восстановительный каталитической (ППМВК) блок, связанный с нагревателем периодического действия и выполненный в виде трубы. Второй пористый проницаемый металлокерамический окислительный каталитический (ППМОК) блок также выполнен в виде трубы, связан с первым ППМВК блоком через перепускную камеру и нагревателем периодического действия. Второй ППМОК блок установлен в дополнительном корпусе, частично размещенном в перепускной камере и связанном с последней через тангенциальное окно, выполненное на его боковой поверхности. На одной из торцевых стенок дополнительного корпуса закреплен источник подачи воздуха или смеси газов, выполненный в виде центрального сопла с колпаком, изготовленным из пористой проницаемой металлокерамики, и связанный с электромагнитным клапаном, привод которого закреплен в колпаке. На другой торцевой стенке дополнительного корпуса расположен выпускной патрубок, соединенный со вторым ППМОК блоком. Во впускном патрубке установлены пористый проницаемый металлокерамический фильтр для очистки от твердых частиц и нагреватель периодического действия. В перепускной камере размещен пористый проницаемый металлокерамический окислительно-восстановительный каталитический блок соосно первому ППМВК блоку. Каталитические блоки установлены в корпусах с зазорами. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки отработавших газов двигателя и долговечность. 1 ил.

Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее основной корпус, размещенный на нем тангенциально впускной патрубок, первый восстановительный каталитический блок, установленный в основном корпусе, и второй окислительный каталитический блок, выполненные в виде труб и связанные между собой через перепускную камеру, выпускной патрубок, дополнительный корпус, источник подачи воздуха или смеси газов, выполненный в виде центрального сопла с колпаком, закрепленным на одной из торцевых стенок дополнительного корпуса, причем на другой торцевой стенке дополнительного корпуса расположен выпускной патрубок, соединенный со вторым окислительным каталитическим блоком, установленным в дополнительном корпусе, частично размещенном в перепускной камере, и связанным с последней через тангенциальное окно, выполненное на его боковой поверхности, а каталитические блоки установлены в корпусах с зазорами, отличающееся тем, что оно снабжено пористым проницаемым металлокерамическим фильтром для очистки от твердых частиц и нагревателем периодического действия, установленными во впускном патрубке, пористым проницаемым металлокерамическим окислительно-восстановительным каталитическим блоком, размещенным в перепускной камере соосно первому восстановительному каталитическому блоку, нагревателями периодического действия, связанными с первым восстановительным и вторым окислительным каталитическими блоками, выполненными из пористой проницаемой металлокерамики, электромагнитным клапаном, связанным с источником подачи воздуха или смеси газов, при этом привод электромагнитного клапана закреплен в колпаке, выполненном из пористой проницаемой металлокерамики.