КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ АВТОМОБИЛЯ В АТМОСФЕРУ Российский патент 2014 года по МПК F01N3/28 B01D53/94 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в автомобилестроении для управления обработкой выхлопных газов.

Известно устройство «Каталитический нейтрализатор с утилизацией тепла отработавших газов двигателя внутреннего сгорания», (Патент RU №2156362, МПК F01N 3/10, опубл. 20.09.2000), содержащее последовательно соединенные блок управления нагревателем катализатора в виде конвективного теплообменника, выполненного как змеевик с входным и выходным штуцерами; нагреватель катализатора в виде полости реактора, разделенной на отдельные полости входа, две промежуточные полости, полость выхода; катализатор в виде соосных пористых металлокерамических окислительно-восстановительных каталитических блоков.

Недостатками вышеописанного каталитического нейтрализатора с утилизацией тепла отработавших газов двигателя внутреннего сгорания являются высокая чувствительность к качеству топлива, низкая надежность (спекание керамики из-за неисправности системы зажигания, что приводит к закупорке системы выхлопа отработанных газов и, следовательно, потере мощности вплоть до полной остановки двигателя), низкая эффективность очистки отработавших газов, так как конвективный теплообменник отбирает тепло из зоны каталитических блоков и не способствует стабилизации и управлению температурой.

Известно «Устройство очистки отработавших газов от сажи» (Патент RU №2296868, МПК F01N 3/035, опубл. 20.03.2005), содержащее последовательно соединенные блок управления нагревателем катализатора в виде электромеханической системы управления нагревом электрической нагревательной спирали, выполненного как источник света, фоторезистор, установленные во впускном патрубке, причем фоторезистор соединен электрической цепью через блок управления с электромагнитом включения электрической нагревательной спирали в сажесборнике и электромагнитом управления удалением продуктов сгорания; нагреватель катализатора в виде электрической нагревательной спирали; катализатор в виде окислительного и восстановительного блоков с каталитическим дожигающим элементом.

Недостатком вышеописанного устройства очистки отработавших газов является то, что управление нагревателем осуществляется на основе внутренних процессов анализа концентраций загрязнений и не учитывает их концентрацию в окружающей среде, что приводит к снижению эффективности очистки отработавших газов.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство «Каталитический нейтрализатор со стабилизацией температуры отработавших газов двигателя внутреннего сгорания» (Патент RU №2306440, МПК F01N 3/00; B01D 53/94, опубл. 20.09.2006), содержащее последовательно соединенные блок управления нагревателем катализатора в виде конвективного теплообменника, выполненного как змеевик с входным и выходным штуцерами, нагреватель катализатора в виде внутренней полости змеевика с теплоаккумулирующим веществом, катализатор в виде соосных пористых металлокерамических каталитических блоков.

Недостатками вышеописанного каталитического нейтрализатора со стабилизацией температуры отработавших газов двигателя внутреннего сгорания являются высокая чувствительность к качеству топлива, низкая надежность (спекание керамики из-за неисправности системы зажигания, что приводит к закупорке системы выхлопа отработанных газов и, следовательно, потере мощности вплоть до полной остановки двигателя), низкая эффективность очистки отработавших газов, так как конвективный теплообменник и нагреватель с теплоаккумулирующим веществом обеспечивают стабилизацию, но не обеспечивают управление температурой катализатора.

Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый объект, является снижение концентрации вредных выбросов.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является повышение эффективности очистки отработавших газов.

Технический результат достигается тем, что в каталитический нейтрализатор вредных выбросов автомобиля в атмосферу, содержащий последовательно соединенные блок управления нагревателем катализатора, нагреватель катализатора, катализатор, дополнительно введены датчик концентрации окисла углерода, датчик концентрации окислов азота, датчик концентрации углеводородов, блок индикации вредных выбросов автомобиля для водителя, блок индикации вредных выбросов для диспетчера технадзора, блок беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС, блок беспроводной связи передатчика ГЛОНАСС с блоком управления нагревателем катализатора, выход которого соединен с блоком управления нагревателем катализатора, а вход - с передатчиком ГЛОНАСС, первый выход блока беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС соединен с приемником ГЛОНАСС, а второй выход - с блоком индикации вредных выбросов автомобиля для водителя и с блоком индикации вредных выбросов для диспетчера технадзора, выходы датчика концентрации окисла углерода, датчика концентрации окислов азота, датчика концентрации углеводородов соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС, а их входы соединены с системой выхлопа автомобиля.

Технический результат достигается за счет того, что введены датчики концентрации на выходе выхлопной трубы. Сигналы датчиков преобразуются беспроводной автоматической обратной связью в управляющие сигналы блоков нейтрализации вредных выбросов, что позволяет снижать концентрации вредных выбросов в атмосферу.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественной всем признакам заявляемого каталитического нейтрализатора, отсутствуют. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию «новизна».

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемый каталитический нейтрализатор соответствует «изобретательскому уровню».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена структурная схема «Каталитического нейтрализатора вредных выбросов автомобиля в атмосферу» и введены следующие обозначения:

1 - блок управления нагревателем катализатора;

2 - нагреватель катализатора;

3 - катализатор;

4 - система выхлопа автомобиля;

5 - датчик концентрации окисла углерода;

6 - датчик концентрации окислов азота;

7 - датчик концентрации углеводородов;

8 - блок беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС;

9 - блок индикации вредных выбросов автомобиля - для водителя

10 - блок индикации вредных выбросов - для диспетчера технадзора;

11 - ГЛОНАСС;

12 - блок беспроводной связи с передатчиком ГЛОНАСС.

Каталитический нейтрализатор вредных выбросов автомобиля в атмосферу состоит из последовательно соединенных блока управления нагревателем катализатора 1, нагревателя катализатора 2, катализатора 3, выход которого соединен с системой выхлопа автомобиля 4, которая соединена соответственно со входами датчика концентрации окисла углерода 5, датчика концентрации окислов азота 6 и датчика концентрации углеводородов 7, выходы которых соединены соответственно со входами блока беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС 8, первый выход которого соединен со входами блока индикации вредных выбросов автомобиля для водителя 9 и блока индикации вредных выбросов автомобиля для диспетчера 10, второй его выход соединен со входом ГЛОНАСС 11, выход которого соединен со входом блока беспроводной связи с передатчиком ГЛОНАСС 12, выход которого соединен со входом блока управления нагревателем катализатора 1.

Блок управления нагревателем катализатора 1 выполнен как электронный преобразователь данных о рассогласовании между значениями концентраций вредных выбросов и уставками в электрический сигнал управления нагревателем [Волга ГАЗ 3105. Устройство, обслуживание, диагностика, ремонт. За рулем.2009].

Нагреватель катализатора 2 выполнен как преобразователь электрического сигнала в тепло [Патент RU №2296868, МПК F01N 3/035, опубл. 20.03.2005].

Катализатор 3 выполнен в виде трех каталитических преобразователей, по одному для каждого из веществ, выброс которых необходимо уменьшить [ Автомобильный катализатор и его роль в выхлопной системе].

Система выхлопа автомобиля 4 представляет выхлопную трубу, камеру и глушитель [Патент RU №2296868, МПК F01N 3/035, опубл. 20.03.2005].

Датчики концентрации окисла углерода 5, окислов азота 6, углеводородов 7 представляют собой полупроводниковые или аналогичные по характеристикам первичные преобразователи - газоанализаторы [4].

Блок беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС представляет собой средство передачи информации по радиоканалу на приемник ГЛОНАСС 11.

Блок индикации вредных выбросов автомобиля - для водителя 9 представляет собой табло отображения цифробуквенной информации.

Блок индикации вредных выбросов автомобиля - для диспетчера технадзора 10 представляет собой табло отображения цифробуквенной информации.

ГЛОНАСС 11 (глобальная навигационная спутниковая система) - система, обеспечивающая получение и обработку информации о значениях уставок и текущих концентраций вредных выбросов в пространственной точке нахождения автомобиля, получение значений рассогласования между измеренными значениями концентраций и уставками.

Блок беспроводной связи с передатчиком ГЛОНАСС 12 представляет собой средство приема информации по радиоканалу с передатчика ГЛОНАСС 11.

Каталитический нейтрализатор вредных выбросов автомобиля в атмосферу работает следующим образом.

При пуске двигателя система выхлопа автомобиля 4 вырабатывает вредные выбросы, концентрация которых определяется датчиком концентрации окисла углерода 5, датчиком концентрации

окислов азота 6 и датчиком концентрации углеводородов 7, значения концентраций передаются для обработки в блок беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС 8, в блок индикации вредных выбросов автомобиля для водителя 9, в блок индикации вредных выбросов автомобиля для диспетчера технадзора 10. Принятые приемником ГЛОНАСС 11 значения концентраций сравниваются со значениями уставок концентраций в пространственной точке нахождения автомобиля. Значение рассогласования между измеренными значениями концентраций и уставками поступают с передатчика ГЛОНАСС 11 на блок беспроводной связи с передатчиком ГЛОНАСС 12, с которого поступают на блок управления нагревателем катализатора 1, нагреватель катализатора 2 и далее на катализатор 3, функционирование которого приводит к снижению концентрации вредных выбросов и уменьшению рассогласования между значениями концентраций и уставками до допустимого значения.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата при осуществлении изобретения в силу того, что введены датчики концентрации на выходе выхлопной трубы, сигналы датчиков преобразуются беспроводной автоматической обратной связью в управляющие сигналы блоков нейтрализации вредных выбросов.

Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:

- средство, воплощающее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использования в автомобилестроении, а именно для снижения концентрации вредных выбросов;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в автомобилестроении для управления обработкой выхлопных газов. Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого изобретения, является повышение эффективности очистки отработавших газов. Технический результат достигается тем, что в каталитический нейтрализатор вредных выбросов автомобиля в атмосферу, содержащий последовательно соединенные блок управления нагревателем катализатора, нагреватель катализатора, катализатор, дополнительно введены датчик концентрации окисла углерода, датчик концентрации окислов азота, датчик концентрации углеводородов, блок индикации вредных выбросов автомобиля для водителя, блок индикации вредных выбросов для диспетчера технадзора, блок беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС, блок беспроводной связи передатчика ГЛОНАСС с блоком управления нагревателем катализатора. Технический результат достигается за счет того, что введены датчики концентрации на выходе системы выхлопа. Сигналы датчиков преобразуются беспроводной автоматической обратной связью в управляющие сигналы блоков нейтрализации вредных выбросов, что позволяет снижать концентрации вредных выбросов в атмосферу. 1 ил.

Каталитический нейтрализатор вредных выбросов автомобиля в атмосферу с управляемым через ГЛОНАСС нагревателем, содержащий последовательно соединенные блок управления нагревателем катализатора, нагреватель катализатора, катализатор, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены датчик концентрации окисла углерода, датчик концентрации окислов азота, датчик концентрации углеводородов, блок индикации вредных выбросов автомобиля - для водителя, блок индикации вредных выбросов - для диспетчера технадзора, блок беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС, блок беспроводной связи с передатчиком ГЛОНАСС, выход которого соединен с блоком управления нагревателем катализатора, а вход - с передатчиком ГЛОНАСС, первый выход блока беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС соединен с блоком индикации вредных выбросов автомобиля - для водителя и с блоком индикации вредных выбросов - для диспетчера технадзора, а второй выход - с приемником ГЛОНАСС, выходы датчика концентрации окисла углерода, датчика концентрации окислов азота, датчика концентрации углеводородов соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока беспроводной связи с приемником ГЛОНАСС, а их входы соединены с системой выхлопа автомобиля.