КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ОЧИСТКИ Российский патент 2005 года по МПК F01N3/23 

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

Известен каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией, торцевыми крышками, входным и выходным патрубками, последовательно расположенными относительно входного патрубка сажевым фильтром, пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, реактором, разделенным каталитическими блоками и перегородками на отдельные полости (см. патент Российской Федерации №2023179, МПК⁵ F 01 N 3/28).

К недостаткам известного каталитического нейтрализатора отработавших газов относятся недостаточное удобство эксплуатации, так как регенерация сажевого фильтра, пористых металлокерамических окислительного и восстановительного каталитических блоков не предусмотрена без их съема; отсутствие возможности автоматизированной очистки путем организации движения обратного потока отработавших газов.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки, содержащий корпус с внешними стальными и внутренними металлокерамическими стенками, теплоизоляцией между ними, торцевыми крышками, входным и выходным патрубками, последовательно и соосно расположенными относительно входного патрубка сажевым фильтром, пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, перегородкой, разделяющей реактор, образованный внутренними металлокерамическими стенками и торцевыми крышками, на отдельные полости, коллектор обратного перепуска отработавших газов с форсункой и датчик давления. Коллектор обратного перепуска отработавших газов установлен за пределами корпуса и связан с внутренними полостями каталитических блоков. Каждый из каталитических блоков и сажевый фильтр оснащен индивидуальной торцевой крышкой со съемником для осуществления их регенерации (см. патент Российской Федерации №2189464, МПК⁷ F 01 N 3/023).

При использовании описанного каталитического нейтрализатора не обеспечивается удобство эксплуатации, так как для периодической регенерации сажевого фильтра и каталитических блоков требуется их съем, отсутствует возможность автоматизации очистки сажевого фильтра и каталитических блоков путем организации их очистки движением обратного потока отработавших газов.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения удобства эксплуатации каталитического нейтрализатора и обеспечение возможности автоматизации его очистки.

Для достижения указанного технического результата каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки, содержащий корпус с внешними стальными и внутренними металлокерамическими стенками, теплоизоляцией между ними, торцевыми крышками, входным и выходным патрубками, перегородкой, сажевым фильтром, соосным с последовательно установленными пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, коллектор обратного перепуска отработавших газов с форсункой и датчик давления, снабжен закрепленными на торцевых крышках газораспределительными узлами, оснащенными поворотными секциями, имеющими окна, и рычагами, связанными с поворотными секциями с возможностью взаимодействия с форсункой. Газораспределительные узлы соединены с коллектором обратного перепуска отработавших газов и дополнительно введенным коллектором прямого перепуска отработавших газов, предназначенными для очистки и регенерации сажевого фильтра и каталитических блоков обратным потоком отработавших газов.

Пористые металлокерамические каталитические блоки быть выполнены по технологиям самораспространяющегося высокотемпертурного синтеза.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием на торцевых крышках газораспределительных узлов с рычагами и поворотными секциями для организации обратного потока газов через нейтрализатор при его регенерации. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения ″новизна″.

В известных технических решениях не обнаружено совокупности отличительных признаков, характеризующих предложенное техническое решение и используемых для решения экологической задачи, поэтому предложенное техническое решение соответствует критерию ″изобретательский уровень″.

Удобство эксплуатации каталитического нейтрализатора и автоматизация его очистки без остановки, съема и разборки техники обусловлено введением газораспределительных узлов, закрепленных на торцевых крышках и имеющих возможность взаимодействия с форсункой, при организации обратного потока отработавших газов через газораспределительный узел, соединенный с входным патрубком, коллектор обратного перепуска отработавших газов, другой газораспределительный узел, пористый металлокерамический восстановительный каталитический блок, пористый металлокерамический окислительный каталитический блок, сажевый фильтр, газораспределительный узел, соединенный с входным патрубком, в выходной патрубок и при подаче через форсунку регенерирующего раствора, например CuCl₂+NaCl, в 90% этиленгликоля и 10% воды.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный осевой разрез каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки, совмещенный со схемой управления регенерацией. На чертеже представлено положение окон газораспределительных узлов в момент регенерации, а стрелками обозначено направление движения отработавших газов при работе нейтрализатора в режиме регенерации.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки содержит корпус 1 с внешними стальными 2 и внутренними металлокерамическими 3 и 4 стенками, установленными с зазором 5, являющимся теплоизоляцией, в выступах 6 и 7 на торцевых крышках 8 и 9, закрепленных болтами на фланцах 10 и 11 корпуса 1, выступах 12 перегородки 13 с окном. В корпусе 1 внутренними поверхностями металлокерамических стенок 3 и 4 и торцевых крышек 8 и 9 образован реактор и расположен сажевый фильтр 14 с крестообразной навивкой из углеродистой нити и стальной проволоки, соосный с последовательно установленными пористыми металлокерамическими окислительным 15 и восстановительным 16 каталитическими блоками. Стенками пористых металлокерамических окислительного 15 и восстановительного 16 каталитических блоков и перегородкой 13 реактор разделен на отдельные полости: входную 17, первую промежуточную 18, вторую промежуточную 19, выходную 20.

Со стороны входного патрубка 21 с фланцем 22 на торцевой крышке 8 закреплен газораспыляемый узел 23 барабанного типа, разделенный перегородкой 24, со встроенными поворотными секциями 25 и 26 в виде полых тел вращения. В стенках поворотной секции 26 выполнены окна 27, 28, 29, причем окна 27 и 29 - в торцевых стенках поворотной секции 26, а окно 28 - в боковой стенке этой секции. В стенках поворотной секции 25 выполнены окна 30, 31, 32, причем окна 31 и 32 - в торцевых стенках поворотной секции 25, а окно 30 - в боковой стенке этой секции. Поворотные секции 25 и 26 установлены на оси 33 с поворотным рычагом 34. Поворотная секция 25 со стороны входного патрубка 21 соединена коллектором 35 обратного перепуска отработавших газов с газораспределительным узлом 36, закрепленным на торцевой крышке 9 со стороны пористого металлокерамического восстановительного 16 каталитического блока. В газораспределительный узел 36 встроена поворотная секция 37, установленная на оси 38 с поворотным рычагом 39. В стенках поворотной секции 37 выполнены окна 40 и 41, причем окно 40 - в боковой стенке поворотной секции 37, а окно 41 - в торцевой стенке поворотной секции. Газораспределительный узел 36 соединен коллектором 42 прямого перепуска отработавших газов с газораспределительным узлом 23 через окна 43 и 44. Коллектор 42 прямого перепуска отработавших газов и коллектор 35 обратного перепуска отработавших газов предназначены для очистки и регенерации сажевого фильтра 14, пористых металлокерамических окислительного 15 и восстановительного 16 каталитических блоков обратным потоком отработавших газов.

Каталитический нейтрализатор оснащен датчиком давления 45, установленным во входном патрубке 21, датчиком давления 46, установленным в выходном патрубке 47 с фланцем 48, форсункой 49 подачи регенерирующего раствора в коллектор 35 обратного перепуска отработавших газов. Система автоматизации кроме датчиков давления 45 и 46 содержит анализирующий блок 50, исполнительные механизмы 51, 52, 53, выполненные, например, в виде шаговых электродвигателей или гидроцилиндров или пневмоцилиндров, а также емкость 54 с регенерирующим раствором, например СuCl₂+NaCl, в 90% этиленгликоля и 10% воды.

Датчики давления 45 и 46 подключены к анализирующему блоку 50, соединенному с исполнительными механизмами 51, 52 и 53. Поворотный рычаг 34 связан с исполнительным механизмом 52, а поворотный рычаг 39 связан с исполнительным механизмом 53. Форсунка 49 подключена через исполнительный механизм 51 к емкости 54 с регенерирующим раствором.

Поворотный рычаг 34 газораспределительного узла 23 связан с поворотными секциями 25 и 26 с возможностью взаимодействия с форсункой 49, так как поворотный рычаг 34 подсоединен к форсунке 49 через исполнительный механизм 52, анализирующий блок 50 и исполнительный механизм 51. Поворотный рычаг 39 газораспределительного узла 36 связан с поворотной секцией 37 также с возможностью взаимодействия с форсункой 49 потому, что поворотный рычаг 39 подсоединен к форсунке 49 через исполнительный механизм 53, анализирующий блок 50 и исполнительный механизм 51.

Для обеспечения работоспособности газораспределения в перегородке 13 выполнено окно 55, а в газораспределительном узле 23 - сквозное трубчатое окно 56.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки работает следующим образом. Отработавшие газы поступают по входному патрубку 21 и через окно 32 попадают в полость поворотной секции 25. При повернутом на 90° рычаге 34 окно 30 перекрыто, и входы газов в коллектор 35 обратного перепуска отработавших газов отсутствует. Одновременно с секцией 25 поворачивается и секция 26, открывая окно 44, устанавливая сквозное трубчатое окно 56 совмещенным с выходным патрубком 47 и обеспечивая проход отработавших газов из коллектора 42 прямого перепуска отработавших газов на выпуск. При этом окно 29 совпадает со входом в полость 17 реактора нейтрализатора. Одновременно рычагом 39 ось 38 приводит в движение поворотную секцию 37. При этом окно 40 поворотной секции 37 совпадает с окном 43 газораспределительного узла 36, окно 41 поворотной секции 37 остается открытым, но поток отработавших газов направлен в коллектор 42 прямого перепуска отработавших газов.

Отработавшие газы из входной полости 17 проходят через сажевый фильтр 14, очищаются от твердых частиц, проходят пористый металлокерамический окислительный блок 15, где в присутствии катализатора дожигаются продукты неполного сгорания: оксиды углерода, углеводороды, твердые частицы, проникшие через сажевый фильтр 14. Газы поступают в первую промежуточную полость 18, проходят через окна 55 в перегородке 13 во вторую промежуточную полость 19. Затем газы проходят через пористый металлокерамический восстановительный каталитический блок 16 для восстановления оксидов азота в присутствии катализаторов, следуют в выходную полость 20 и через окна 41 и 43 поступают в коллектор 42 прямого перепуска отработавших газов. Из коллектора 42 через окно 28 и сквозное трубчатое окно 56 отработавшие газы поступают в выходной патрубок 47.

При превышение противодавления, фиксируемого по разнице давлений датчиками 45 и 46, от анализирующего блока 50 поступает команда на исполнительные механизмы 51, 52, 53, одновременно поворачиваются рычаги 34 и 39 на 90° и выключается подача регенерирующего раствора для впрыска его форсункой 49 в коллектор 35 обратного перепуска отработавших газов (см. чертеж). При этом отработавшие газы по входному патрубку 21 направляются в полость поворотной секции 25 и через окно 30 по коллектору 35 обратного перепуска отработавших газов к газораспределительному узлу 36. Отработавшие газы проходят через окно 41 в выходную полость 20, через пористый металлокерамический восстановительный каталитический блок 16 - во вторую промежуточную полость 19, через окна 55 - в первую промежуточную полость 18, через пористый металлокерамический окислительный каталитический блок 15 и сажевый фильтр 14 - во входную полость 17 реактора. Из полости 17 отработавшие газы поступают в полость поворотной секции 26 и через окно 28 - в выходной патрубок 47. При этом осуществляется не только обратная продувка с добавлением паровой фазы регенерирующего раствора, но и продолжается очистка газов в каталитических блоках.

В сравнении с известными техническими решениями такое выполнение каталитического нейтрализатора обеспечивает улучшение эксплутационных качеств последнего, приводит к экономии топлива за счет поддержания приемлемых величин противодавлении на выпуске, повышает качество очистки отработавших газов.

Сопоставление с прототипом показывает, что заявленный нейтрализатор удобен в эксплуатации, повышает показатель качества безостановочной работы и обеспечивает высокую степень очистки газов, обеспечивает автоматизацию процесса регенерации сажевого фильтра и каталитических блоков.

Каталитический нейтрализатор содержит корпус с внешними стальными и внутренними металлокерамическими стенками, теплоизоляцией между ними, торцевыми крышками, входным и выходным патрубками, сажевым фильтром, соосным с последовательно установленными пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, коллектор обратного перепуска отработавших газов с форсункой и датчик давления. На торцевых крышках закреплены газораспределительные узлы, оснащенные поворотными секциями, имеющими окна, и рычагами, связанными с поворотными секциями с возможностью взаимодействия с форсункой. Газораспределительные узлы соединены с коллектором обратного перепуска отработавших газов и дополнительно введенным коллектором прямого перепуска отработавших газов, предназначенными для очистки и регенерации сажевого фильтра и каталитических блоков обратным потоком отработавших газов. Изобретение позволяет повысить удобство эксплуатации каталитического нейтрализатора и обеспечить возможность автоматизации его очистки. 1 ил.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерации очистки, содержащий корпус с внешними стальными и внутренними металлокерамическими стенками, теплоизоляцией между ними, торцевыми крышками, входным и выходным патрубками, перегородкой, сажевым фильтром, соосным с последовательно установленными пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, коллектор обратного перепуска отработавших газов с форсункой и датчик давления, отличающийся тем, что он снабжен закрепительными на торцевых крышках газораспределительными узлами, оснащенными поворотными секциями, имеющими окна, и рычагами, связанными с поворотными секциями с возможностью взаимодействия с форсункой, причем газораспределительные узлы соединены с коллектором обратного перепуска отработавших газов и дополнительно введенным коллектором прямого перепуска отработавших газов, предназначенным для очистки и регенерации сажевого фильтра и каталитических блоков обратным потоком отработавших газов.