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 между ними, торцевыми крышками, входным и выходным патрубками, последовательно расположенными относительно входного патрубка сажевым фильтром, пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками. Внутренними поверхностями стенок и крышек образована внутренняя полость, разделенная на отдельные полости (см. патент РФ № 20203179, МПК⁵ F 01 N 3/28).

К недостаткам известного каталитического нейтрализатора относятся отсутствие удобства эксплуатации, так как не предусмотрена бессъемная регенерация сажевого фильтра, пористых металлокерамических каталитических блоков, а регенерация обеспечивается только с остановом двигателя; отсутствие регенерации обратной продувкой сажевого фильтра и блоков отработавшими газами без останова двигателя.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки, содержащий корпус с внешними и внутренними металлокерамическими стенками, установленными с зазором, теплоизоляцией между ними, торцевыми стенками, входным и выходным патрубками, сажевым фильтром, соосным с последовательно расположенными относительно входного патрубка пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, перегородку, разделяющую с этими блоками внутреннюю полость, образованную внутренними поверхностями металлокерамических стенок и внутренними поверхностями торцевых стенок, на отдельные полости, коллектор обратного движения отработавших газов, установленный вне корпуса между пористыми окислительным и восстановительным блоками, форсунку, размещенную в этом коллекторе, датчики. Сажевый фильтр и пористые металлокерамические окислительные и восстановительные блоки установлены поперек корпуса (см. патент РФ № 2189464, МПК⁷ F 01 N 3/023).

Однако при использовании известного каталитического нейтрализатора не обеспечивается удобство эксплуатации, так как периодическая регенерация пористых металлокерамических каталитических блоков и сажевого фильтра связана с их съемом, извлечением из корпуса, остановом двигателя; отсутствует возможность организации регенерации сажевого фильтра и блоков во встречном потоке отработавших газов дизеля.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения удобства эксплуатации каталитического нейтрализатора и организации автоматизированной регенерации без останова двигателя.

Для достижения указанного технического результата в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки, содержащем корпус с внешними и внутренними металлокерамическими стенками, установленными с зазором, являющимся теплоизоляцией, торцевыми стенками, входным и выходным патрубками, сажевым фильтром, соосным с последовательно расположенными относительно входного патрубка пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, перегородку, разделяющую с этими блоками внутреннюю полость, образованную внутренними поверхностями металлокерамических стенок и внутренними поверхностями торцевых стенок, на отдельные полости, коллектор обратного движения отработавших газов, форсунку, установленную в коллекторе обратного движения отработавших газов, датчики, согласно изобретению входной и выходной патрубки выполнены в виде в виде полых стаканов с отверстиями в днищах и двумя парами окон в боковых стенках. В полых стаканах размещены поворотные стаканы с двумя парами окон и глухими поперечными перегородками, соединенные через отверстия в днищах полых стаканов общим штоком с поворотным рычагом исполнительного механизма. Нейтрализатор дополнительно снабжен связанными с внутренней полостью впускной и выпускной трубами с глухими поперечными торцевыми стенками и парами окон для присоединения через соединительные трубы к окнам входного и выходного патрубков и через окна в повторных стаканах к коллектору обратного движения отработавших газов и введенному в нейтрализатор коллектору прямого движения отработавших газов.

Пористые металлокерамические каталитические блоки могут быть выполнены по технологиям самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием отдельно окон во входном и выходном патрубках, поворотных стаканов с перегородками и окнами, общего штока с рычагом, впускной и выпускной труб с глухими поперечными торцевыми поперечными стенками, обеспечивающими регенерацию в процессе эксплуатации дизеля с обратной продувкой и синхронизацией работы исполнительных органов. 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 техническое решение соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Удобство эксплуатации и автоматизация регенерации каталитического нейтрализатора без останова двигателя в зависимости от пороговых значений противодавлений, создаваемых двигателем на выпуске, равных 600 мм вод. столба, при степени очистки отработавших газов от оксидов азота на 60-65%, углеводородов на 70-75%, твердых частиц на 90-95%, оксида углерода на 70-80% обеспечивается за счет того, что поверхности сажевого фильтра и пористых металлокерамических каталитических блоков периодически очищаются от вредных веществ - кокса, сажи и продуктов окисления серы путем подачи в коллектор обратного движения отработавших газов регенерирующий жидкости, 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 автоматизации управления регенерацией. Здесь изображено положение, которое соответствует процессу очистки отработавших газов от вредных выбросов. Стрелками обозначено направление течения газов в каталитическом нейтрализаторе.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки содержит корпус 1 с внешними стальными 2 и внутренними металлокерамическими стенками 3 и 4, установленными с зазором 5 и 6 на выступах 7 и 8 торцевой стенки 9 и торцевой стенки 10, выступах 11 поперечной перегородки 12. Зазор 5 и зазор 6 являются теплоизоляцией. Входной патрубок 13 с фланцем 14 и выходной патрубок 15 с фланцем 16 выполнены в виде полых стаканов с отверстиями в днищах и с двумя парами окон 17 и 18, 19 и 20 в боковых стенках входного патрубка 13, окон 21 и 22, 23 и 24 в боковых стенках выходного патрубка 15. В патрубках 13 и 15 размещены поворотные стаканы 25 и 26 с окнами 27 и 28, 29 и 30 в боковых стенках. Поворотные стаканы 25, 26 имеют внутренние глухие поперечные перегородки 31 и 32, делящие поворотные стаканы на две полости. Поворотные стаканы 25, 26 жестко соединены через отверстия в днищах полых стаканов общим штоком 33, на штоке жестко закреплен поворотный рычаг 34 исполнительного механизма 35.

Каталитический нейтрализатор оборудован связанными с его внутренней полостью впускной 36 и выпускной 37 трубами с глухими торцевыми поперечными стенками 38 и 39 соответственно. Окна 40 и 41 в боковых стенках впускной трубы 36 и окна 42 и 43 в боковых стенках выпускной трубы 37 не являются строго сориентированными относительно осей этих труб.

Окнами 40 и 18 и соединительной трубой 44, окнами 41 и 20 и соединительной трубой 45 образованы соединительные каналы между входным патрубком 13 и впускной трубой 36; окнами 22 и 42 и соединительной трубой 46, окнами 24 и 43 и соединительной трубой 47 образованы соединительные каналы между выходным патрубком 15 и выпускной трубой 37. Боковыми внутренними стенками впускной трубы 36 и торцевой стенкой 38 образована впускная полость 48, а боковыми внутренними стенками выпускной трубы 37 и торцевой стенкой 39 образована выпускная полость 49.

Коллектор 50 обратного движения отработавших газов расположен между окнами 17 и 21. Коллектор 51 прямого движения отработавших газов расположен между окнами 19 и 23. В коллектор 50 введена форсунка 52 для впрыска регенерирующих жидкостей или растворов.

Впускная труба 36 связана через соединительные трубы 44 и 45 с окнами 17 и 18, 19 и 20 входного патрубка 13 и подключена через окно 27 в поворотном стакане 25 к коллектору 50 обратного движения отработавших газов, а через окно 28 в поворотном стакане 25 - к коллектору 51 прямого движения отработавших газов. Выпускная труба 37 связана через соединительные трубы 46 и 47 с окнами 21 и 22, 23 и 24 выходного патрубка 15 и подключена через окно 29 в поворотном стакане 26 к коллектору 50 обратного движения отработавших газов, а через окно 30 в поворотном стакане 26 - к коллектору 51 прямого движения отработавших газов.

Внутренняя полость каталитического нейтрализатора образована внутренними поверхностями металлокерамических стенок 3 и 4 и внутренними поверхностями торцевых стенок 9 и 10.

Пористый металлокерамический окислительный каталитический блок 53, перегородка 12, пористый металлокерамический восстановительный каталитический блок 54 разделяют внутреннюю полость каталитического нейтрализатора на отдельные полости: предочистительную 55 перед сажевым фильтром 56, первую промежуточную 57 после окислительного блока 53, вторую промежуточную 58 перед восстановительным блоком 54, полость очищенных газов 59.

При этом сажевый фильтр 56 установлен соосно с последовательно расположенными относительно входного патрубка 13 концентричными пористым металлокерамическим окислительным каталитическим блоком 53 и пористым металлокерамическим восстановительным каталитическим блоком 54.

В полость 48 впускной трубы 36 и в полость 49 выпускной трубы 37 введены датчики давления 60 и 61. Для регистрации разницы давления в полостях 48 и 49 нейтрализатор оборудован микропроцессором 62, соединенным с датчиками давления 60 и 61 и преобразователями импульсов 63 и 64.

Преобразователь импульсов 63 дополнительно подключен к исполнительному механизму 35, а преобразователь импульсов 64 - к форсунке 52.

Система питания регенерирующей жидкостью или раствором кроме форсунки 52 включает последовательно соединенные бак 65 с жидкостью, насос 66 и электромагнитный клапан 67, подключенный к преобразователю импульсов 64.

Предлагаемый каталитический нейтрализатор работает следующим образом. В режиме очистки отработавших газов от вредных выбросов рычагом 34 и штоком 33 поворотные стаканы 25 и 26 повернуты в положение, соответствующее указанному на чертеже. При этом перекрыто окно 17, но открыто окно 18, перекрыты окна 19 и 20. Отработавшие газы дизеля по трубе 44 проходят в полость 48 впускной трубы 36 и направляются в предочистительную полость 55, проходят сквозь сажевый фильтр 56, сквозь пористый металлокерамический окислительный каталитический блок 53, выходят в первую промежуточную полость 57, следуют во вторую промежуточную полость 58, проходят через стенку пористого металлокерамического восстановительного каталитического блока 54 и выходят в полость 59 очищенных газов, а далее следуют в полость 49. Окно 24 открыто и газы по трубе 47 выходят в окружающую среду.

В случае превышения противодавления выпуску, создаваемого каталитическим нейтрализатором, например 600 мм водяного столба, микропроцессор 62 выдает сигналы, которые преобразуются в преобразователях импульсов 63 и 64, а далее открывается электромагнитный клапан 67, исполнительный механизм 35 поворачивает рычаг 34, включается насос 66 и регенерирующая жидкость поступает к форсунке 52 и подается в коллектор 50. Стаканы 25 и 26 к этому моменту развернуты, окно 18 перекрыто, окно 17 открыто, открыты окна 19 и 20, 21 и 24. Нейтрализатор переходит в режим работы с регенерацией с обратной продувкой обработавшими газами.

В режиме работы с регенерацией отработавшие газы дизеля входят через впускной патрубок 13, через окно 17 поступают по коллектору 50 к окну 21, проходят через окна 29, 22, по трубе 46 в полость 49 выпускной трубы 37, поступают в полость 59, проходят через стенку пористого блока 54, движутся через полости 58, 57, проходят через пористую стенку блока 53, через сажевый фильтр 56 и оказываются в полости 55 очищенными от вредных веществ и содержащими продукты регенерации. Далее газы направляются в полость 48 и через окно 41, трубу 45, окна 20, 28, 19 по коллектору 51 направляются к окну 23, совмещенному с окном 30, а окно 24 при этом перекрыто стенкой стакана 26. Далее газы направляются в окружающую среду.

По сравнению с известными техническими решениями такое выполнение каталитического нейтрализатора обеспечивает улучшение эксплутационных качеств, автоматизацию процесса регенерации без останова двигателя, очистку отработавших газов в процессе регенерации каталитических блоков, обеспечивает экономию топлива двигателем за счет снижения противодавлении, создаваемых на выпуске при своевременной регенерации блоков, повышает качество очистки за счет того, что с поверхностей сажевого фильтра и каталитических блоков периодически парогазовой смесью смываются вещества “отравляющие” их: кокс, сажа и продукты окисления серы.

Нейтрализатор содержит корпус с внешними и внутренними металлокерамическими стенками, установленными с зазором, являющимся теплоизоляцией, торцевыми стенками, входным и выходным патрубками, сажевым фильтром, соосным с последовательно расположенными относительно входного патрубка пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, перегородку, разделяющую с этими блоками внутреннюю полость, образованную внутренними поверхностями металлокерамических стенок и внутренними поверхностями торцевых стенок, на отдельные полости, коллектор обратного движения отработавших газов, форсунку, установленную в коллекторе обратного движения отработавших газов, датчики. Входной и выходной патрубки выполнены в виде в виде полых стаканов с отверстиями в днищах и двумя парами окон в боковых стенках. В полых стаканах размещены поворотные стаканы с двумя парами окон и глухими поперечными перегородками, соединенные через отверстия в днищах полых стаканов общим штоком с полым с поворотным рычагом исполнительного механизма. Нейтрализатор дополнительно снабжен связанными с внутренней полостью впускной и выпускной трубами с глухими поперечными торцевыми стенками и парами окон для присоединения через соединительные трубы к окнам входного и выходного патрубков и через окна в поворотных стаканах к коллектору обратного движения отработавших газов и введенному в нейтрализатор коллектору прямого движения отработавших газов. Изобретение позволяет обеспечить удобство эксплуатации каталитического нейтрализатора и организацию автоматизированной регенерации без останова двигателя. 1 ил.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки, содержащий корпус с внешними и внутренними металлокерамическими стенками, установленными с зазором, являющимся теплоизоляцией, торцевыми стенками, входным и выходным патрубками, сажевым фильтром, соосным с последовательно расположенными относительно входного патрубка пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, перегородку, разделяющую с этими блоками внутреннюю полость, образованную внутренними поверхностями металлокерамических стенок и внутренними поверхностями торцевых стенок, на отдельные полости, коллектор обратного движения отработавших газов, форсунку, установленную в коллекторе обратного движения отработавших газов, отличающийся тем, что входной и выходной патрубки выполнены в виде полых стаканов с отверстиями в днищах и двумя парами окон в боковых стенках, а в полых стаканах размещены поворотные стаканы с двумя парами окон и глухими поперечными перегородками, соединенные через отверстия в днищах полых стаканах общим штоком с поворотным рычагом исполнительного механизма, при этом нейтрализатор дополнительно снабжен связанными с внутренней полостью впускной и выпускной трубами с глухими поперечными торцевыми стенками и парами окон для присоединения через соединительные трубы к окнам входного и выходного патрубков и через окна в поворотных стаканах к коллектору обратного движения отработавших газов и введенному в нейтрализатор коллектору прямого движения отработавших газов.