Термокаталитический нейтрализатор с рециркуляцией отработанных газов Российский патент 2023 года по МПК F01N3/28 

Термокаталитический нейтрализатор с рециркуляцией отработанных газов предназначен для обезвреживания вредных веществ в выбросах и может быть использован в двигателях транспортных устройств.

Известны устройства для нейтрализации вредных веществ в выбросах отработанных газов двигателей различного типа. Используют различные схемы и устройства. Для нейтрализации загрязняющих веществ, которые легко окисляются, например, недогоревших углеводородов используют термическое обезвреживание с предварительным нагревом потока газа до температуры термического окисления (патент №1 14128 на полезную модель, бюл. №7 от 10.03.2012 г.). Широкое распространение получили каталитические нейтрализаторы с использованием каталитических веществ (палладий; платина; сплавы, содержащие никель; хром; цинк; ванадий). Например, в кн. «Техника и технология защиты воздушной среды», учебное пособие В.В. Юшин, В.М. Попов, П.П. Кукин и др. М. Высш. Школа. - 2005-391 с. приводятся схемы с контактным слоем катализаторов (рис. 6.11, стр. 300). Для нейтрализации отработанных газов автомобильных двигателей представлено устройство (патент №118689 на полезную модель, от 27.07.2012 г.), в котором использовано последовательно термическая нейтрализация и каталитическое окисление с возможностью регулирования на различных режимах работы двигателя. Данное устройство принято нами за прототип. Недостатки прототипа следующие. Выделяющиеся при работе двигателя выхлопные газы, в основном, содержат оксид углерода СО, недогоревшие углеводороды и другие органические вещества, окислы азота NO_x.

Оксид углерода и недогоревшие углеводороды интенсивно окислятся при избытке кислорода, и это происходит в камере термической нейтрализации. Однако сохраняется высокое содержание оксидов азота в отработанных газах, особенно для дизельных двигателей.

В связи с этим, была поставлена цель снижения токсичности выбросов в отработанных газах автомобильных двигателях. Для достижения поставленной цели предложен термокаталитический нейтрализатор с рециркуляцией отработанных газов. Предложенное устройство приставляет собой магистраль отвода отработанных газов, содержащих эжектор с регулятором расхода, камеру термического дожигания со шнеком, регулирующее устройство с каталитическим нейтрализатором и внутренней пружиной в стакане, в котором, после камеры термического дожигания, установлен патрубок отвода части выхлопных газов и возврат их через клапан на рециркуляцию в камеру сгорания, а клапан магистрали рециркуляции выполнен в виде центробежного регулятора, связанного кинетически с режимом работы двигателя, и имеет вращающуюся трубу с отверстием, связанную кинематически с вращением вала двигателя, на котором на шарнире установлено коромысло с грузом, а на трубе расположена подвижная втулка с заслонкой, штифтом и наклонным козырьком, и связь между втулкой и трубой осуществляется возвратной пружиной, на трубе установлено, как минимум, два коромысла с грузом и две пружины на диаметрально противоположных позициях.

Разработанное устройство представлено на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, где

фиг. 1 - общая схема организации выбросов с рециркуляцией отработанных газов

фиг. 2 - схема центробежного регулятора

фиг. 3 - схема отвода газов из регулятора

фиг. 4 - схема установки штифта

фиг. 5 - кинематическая схема работы регулятора.

Здесь: 1 - двигатель, 2 - магистраль рециркуляции, 3 - регулятор, 4 - камера термической нейтрализации, 5 - камера каталитической нейтрализации, 6 - патрубок отвода отработанных газов, 7 - узел крепления, 8 - пружина возвратная, 9 - штифт, 10 - патрубок отвода отработанных газов из регулятора, 11 - эластичная манжета, 12 - втулка, 13 - корпус регулятора, 14 - заслонка, 15 - козырек, 16 - груз, 17 - ограничитель, 18 - коромысло, 19 - подвижный узел с уплотнением, 20 - шестерня ведомая патрубка отвода отработанных газов, 21 - опора корпуса, 22 - подвижный узел с уплотнением, 23 - магистраль отвода отработанных газов после камеры термической нейтрализации, 24 - шестерня ведущая патрубка отвода отработанных газов, 25 - коническая шестерня ведомая, 26 - коническая шестерня ведущая, 27 - вал двигателя.

Термокаталитический нейтрализатор с рециркуляций отработанных газов представляет собой создание магистрали 2 циркуляции части отработанных выхлопных газов в замкнутом цикле и смешиванием с подаваемым в двигатель воздухом и топливом. От двигателя 1 отработанный воздух поступает в камеру термической нейтрализации 4, откуда подается в камеру каталитической нейтрализации 5. В магистрали отвода газов из камеры 4 имеется отводной патрубок 6, являющийся частью магистрали 2 и имеющий подвижное соединение с магистралью выброса отработанных газов (ОГ) после камеры термической нейтрализации 4. Регулятор 3 имеет цилиндрический корпус 13, закрепленный на магистрали отвода ОГ после камеры термического дожигания 23 несколькими опорами 21. Внутри корпуса 13 расположен патрубок отвода ОГ 6, подвижность и герметичность которого обеспечивается узлами 19 и 22. В верхней части патрубка 6 имеется втулка 12 имеющаяся возможность осевого перемещения по вертикальному пазу патрубка 6 и обеспечивается штифтом 9. На боковой стенке патрубка 6 имеется отверстие «в» и, соответственно ему, имеется отверстие на втулке 12. На втулке 12 имеется заслонка 14, которая при перемещении втулки 12 в вертикальном направлении может перекрывать отверстие «в» частично или полностью. Ниже отверстия «в» и заслонки 14 на втулке 12 имеется наклонный козырек 15 с ограничителем 17 на конце. Под козырьком находится шаровой груз 16 закрепленный на коромысле 18. Коромысло 18 с грузом 16 шарнирно закреплено на патрубке отвода ОГ 6. На патрубке 6 имеется узел 7, на котором имеется возвратная пружина 8, другим концом связанная с втулкой 12. Для уравновешивания и исключения перекоса при движении втулки 12 по патрубку 6, устанавливают несколько козырьков 15 и коромысел 18 с грузами 16 по окружности втулки 12, и, соответственно несколько возвратных пружин 8. В верхней части втулки 12 имеется небольшое отверстие «а» для выравнивания давлений внутри патрубка 6 и втулки 12. В нижней части патрубка 6, над узлом вращения 22 установлена ведомая шестерня 20. образующая кинематическую пару с ведущей шестерней 24. На одной оси с шестерней 24 находится коническая шестерня 25, связанная кинематически с шестерней 27, расположенной на валу двигателя 1. Верхняя часть корпуса 13 имеет патрубок отвода 10 и эластичную манжету 11.

Предложенное устройство работает следующим образом. При включении двигателя 1 в камеру сгорания подается топливо и воздух, начинается процесс сгорания топлива. По выхлопной магистрали начинают отводиться от камеры сгорания ОГ, содержащие недогоревшие углеводороды, оксид углерода СО, оксиды азота NON, твердые частицы. Недогоревшие углеводороды окисляются в камере термической нейтрализации 4, куда подается воздух за счет эжекции, в зависимости от режима работы двигателя. Образование оксидов азота NON, связано с температурой в камере сгорания. Понижение температуры пламени горения ведет к уменьшению образования окислов азота, а процесс возможен при недостатке кислорода в воздухе. Достижения недостатка кислорода в воздухе можно получить из выхлопного газа после камеры термической нейтрализации 4, где основная часть кислорода уже сгорела, и, отбирая ее через патрубок 6, направить для разбавления воздуха через магистраль рециркуляции 2 в двигатель. Образование оксидов азота зависит от режимов работы двигателя I, следовательно, необходимо регулировать количество газа, подаваемого на рециркуляцию по магистрали 2. Регулирование осуществляется регулятором 3. Газ на рециркуляцию отбирается из основной магистрали ОГ после камеры термического дожигания 4 по отводному патрубку 6, который имеет возможность вращения в узлах 22. На режиме запуска и холостого хода вращение патрубка 6 наименьшее, образующиеся ОГ минимальны и втулка 12, за счет пружины 8 занимает самое нижнее положение на патрубке 6, обеспечивая наименьший проход газов через отверстие «в», которые через манжету 11 и патрубок 10 поступают в камеру сгорания двигателя 1. При возрастании мощности работы двигателя растет число оборотов вала двигателя 27 и через систему шестерней 26, 25, 24 и 20 увеличивается число оборотов патрубка 6, в который поступает больше ОГ. С увеличением числа оборотов патрубка 6 начинает раскручиваться коромысло 18 с грузом 16. Центробежная сила, раскручивая груз 16, передвигает ее по козырьку 15, поднимая вверх втулку 12, обеспечивая ее передвижение по вертикальному каналу штифтом 9. Поднимаясь вверх, втулка 12 поднимает заслонку 14, больше открывается отверстие «в» и в камеру сгорания двигателя начинает поступать больше ОГ. Отверстие «а» обеспечивает выравнивание давлений в полостях патрубка 6 и втулки 12. Осуществление рециркуляции ОГ существенно снижает (до 60%) содержание окислов азота. Далее ОГ, после термической нейтрализации, поступают в камеру каталитической нейтрализации, где остатки углеводородов окисляются до СО₂ и H₂O. Твердые частицы в ОГ могут задерживаться на сменных тканевых фильтрах.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет существенно снизить токсичные выбросы в отработанных газах автомобильных двигателей с автоматическим регулированием

Термокаталитический нейтрализатор с рециркуляцией отработанных газов предназначен для обезвреживания вредных веществ в выбросах автомобилей и может быть использован в двигателях транспортных устройств. Устройство представляет собой систему выброса отработанных газов, состоящую из двух последовательных блоков - блока термического дожигания с инфракрасным излучателем, эжекторным подводом воздуха и регулятором температуры и блока каталитической нейтрализации с регулированием зоны каталитического воздействия от режима работы двигателя. Система нейтрализации содержит блок рециркуляции отработанных газов путем отбора газов после блока термического дожигания и введения газов, обедненных содержанием кислорода, в камеру сгорания. Использование рециркуляции производится через регулятор, осуществляющий подачу газа в зависимости от режима работы двигателя, вследствие чего существенно снижается содержание токсичных выбросов в отработанных газах автомобильных двигателей. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Термокаталитический нейтрализатор с рециркуляцией отработанных газов, содержащий эжектор с регулятором расхода, камеру термического дожигания, регулирующее устройство с каталитическим нейтрализатором и внутренней пружиной в стакане, отличающийся тем, что после камеры термического дожигания установлен патрубок отвода отработанных газов и возврата их через клапан на рециркуляцию в камеру сгорания, при этом клапан магистрали рециркуляции выполнен в виде центробежного регулятора, скорость вращения которого определяется режимом работы двигателя, при этом центробежный регулятор имеет патрубок с отверстием, на котором на шарнире установлены как минимум два коромысла с грузом на диаметрально противоположных позициях, а на трубе расположена подвижная втулка с заслонкой, штифтом и наклонным козырьком с отражателем, связь между втулкой и патрубком отвода отработанных газов осуществляется как минимум двумя возвратными пружинами.

2. Термокаталитический нейтрализатор с рециркуляцией отработанных газов по п. 1, отличающийся тем, что вращение патрубка отвода отработанных газов осуществляется за счет наличия кинематической связи с валом двигателя через систему конических и цилиндрических шестерен.