Двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом Советский патент 1992 года по МПК F02M25/06 F01N3/28 

сл

С

Использование: машиностроение, а именно устройства, снижающие выброс вредных веществ с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания, в частности тепловозных дизелей с газотурбинным наддувом. Сущность: включает в себя систему нейтрализации дизеля, состоящую из блочного и гранулированного катализаторов, и систему рециркуляции отработавших газов, содержащую блок их очистки. Очистка рециркулируемых газов осуществляется на каталитическом блоке, а улавливание несгоревшей сажи осуществляется фильтром. Сброс сажи с фильтра и блока осуществляется сжатым воздухом, а сажа подается под гранулированный катализатор системы нейтрализации тепловоза. Отвод сажи из систе- мы очистки рециркулируемых газов осуществляется из двух точек: до каталитического блока и после него. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам, снижающим выброс вредных веществ с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания, в частности тепловозных дизелей с газотурбинным наддувом.

Известны системы рециркуляции газов для двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом в которых имеется рециркуляционный канал с управляющим клапаном и теплообменником для охлаждения рециркулируемых газов.

Недостатком этих систем является то, что в них не предусмотрен обводной канал для сброса отработавших рециркулируемых газов из рециркуляционной системы в атмосферу. Н«т также и устройства для улавливания и дожигания сажи в рециркулируемых газах.

Наиболее близким к предлагаемой является система рециркуляции отработавших газов ДВС с устройством для улавливания и дожигания сажи в рециркулируемых газах, содержащая также обводной канал для подачи сдутой из устройства сажи в двигатель.

Недостатком данной системы является то, что не исключена возможность отложения сажи, содержащейся в рециркулируемых газах на впускных клапанах. Отработавшие газы выбрасываются в атмосферу неочищенными, т.е. не предусмотрена система очистки отработавших газов дизеля. Для выгорания сажи на блочном катализаторе устанавливаются дополнительные форсунки для подачи топлива, что приводит к увеличению его расхода и созданию громоздкой системы. Кроме того, в системе рециркуляции за точкой смешения отработавших газов и свежего воздуха отсутствует теплообменник для охпаждения образовавшейся смеси, так как температура

ся со

00

о

меси может превышать 120°С. Такая темература воздушного заряда ведет к перереву дизеля и его разрушению.

Цель изобретения - повышение надежости в работе системы, защита двигателя т разоушения и засаживания, а также повышение эффективности очистки от сажи каталитического блока в системе улавливания и дожигания сажи рециркуляционного ракта.

Поставленная цель достигается тем, что перепускная труба сообщена с помощью обводного канала с выхлопным коллектором двигателя, в котором установлен каталитический нейтрализатор, В реакторе нейтрализатора содержится два типа катализатора - блочный, в центре нейтрализатора, и гранулированный на периферии реактора, который работает в подвижном (кипящем) слое. С помощью канала газ из устройства для дожигания сажи рециркуляционного канала подводится к реактору, непосредственно к периферийной зоне с гранулированным катализатором. Тем самым предотвращается загрязнение блочного катализатора сажей. Подача неочищенных от сажи рециркулируемых газов на гранулированный катализатор, работающий в подвижном слое, не приводит к росту противодавления в выхлопном коллекторе, так как этот слой не чувствителен к такому виду загрязнения, как сажа. При достижении в реакторе высоких температур сажа, отложившаяся на поверхности гранулированного катализатора, сгорает, чтр приводит к очистке поверхности катализатора и восстановлению его активности.

При продувке тканевого фильтра и блока обратным потоком сжатого воздуха сорванная потоком сажа с тканевого фильтра может сразу направляться в канал, а может направляться в канал после того, как пройдет через каналы блока. В последнем случае может произойти добавочное запыление каналов блока сажей. Во избежание этого воздух с сажей из устройства дожигания направляется в канал через два отводящих патрубка, один из которых размещен до блока, а второй - после него.

В предлагаемом двигателе предполагается сбрасывать сажу, сдутую с фильтра и блока, в реактор нейтрализатора отработавших газов дизеля или дожигать ее на гранулированном катализаторе. Это позволит избежать загрязнения окружающей среды. В известных конструкциях сажа, не сгоревшая в блоке очистки системы рециркуляции, направляется под выпускные клапаны двигателя, что может привести к его засаживанию. При использовании предлагаемой

конструкции двигатель защищен от подачи неочищенного рециркулируемого газа.

На чертеже представлена комбинированная антитоксичная система двигателя

внутреннего сгорания.

Двигатель 1 через выхлопной коллектор 2 соединен с турбокомпрессором 3, который связан с турбиной 4. Каталитический нейтрализатор 5 содержит блочный 6 и гранули0 рованный 7 катализаторы, разделенные между собой фиксирующей перегородкой - сеткой 8, а также имеет выхлопной патрубок 9. Рециркуляционная система содержит перепускную трубу с впускным клапаном 10,

5 каталитический блок 11 и тканевый фильтр 12, впускной трубопровод 13, выпускной клапан 14. Линия наддувочного воздуха оснащена холодильниками 15 и 16, а так же воздушным патрубком 17 запорным орга0 ном, в виде клапана 18 для сдувания сажи с фильтра и блока рециркуляционной системы. Для сброса сажи из системы рециркуляции предусмотрены отводящие патрубки 19, 20 с каналом 21 и дополнительным запор5 ным органом с клапаном 22.

При работе двигателя 1 отработавшие газы по коллектору 2 подаются в турбокомпрессор 3 на турбину 4. Отработавшие газы поступают в нейтрализатор 5, который со0 держит блочный 6 и гранулированный 7 катализаторы. Катализаторы разделены между собой фиксирующей эластичной сеткой 8. Отработавшие газы через выхлопной патрубок 9 после нейтрализации выбрасы5 ваются в атмосферу. Часть отработавших газов направляется на рециркуляцию через клапан 10 и далее на каталитический блок 11, где происходит дожигание сажи (при достижении 450°С). При низких температурах

0 дожигание в блоке не происходит. В этом случае она будет задерживаться на тканевом фильтре 12, который установлен за блоком 11 с зазором. Очищенные от сажи рециркулируемые газы далее попадают во

5 впускной трубопровод 13, минуя клапан 14, а затем в смеси со свежим воздухом подаются в цилиндры двигателя 1.

В трубопровде 13 устанавливается холодильник наддувочного воздуха 15. При

0 работе на повышенных нагрузках температура смеси наддувочного воздуха и рециркулируемых газов достигает критических значений, что может привести к нагреву двигателя. Во избежание этого в впускном

5 трубопроводе за точкой смешивания рециркулируемых газов с порцией свежего воздуха устанавливается дополнительный теплообменник 16 для охлаждения смеси, который связан с единой схемой охлаждения дизеля.

При забивэ.нии каналов блока 11 и тканевого фильтра 12 сажей, подается команда на закрытие клапанов 10 и 14. В этом случае система рециркуляции отключена. Одновременно открывается клапан 18 патрубка 17, который соединяет систему рециркуляции газов с трубопроводом 13, и сжатый воздух начинает поступать из трубопровода 13 на фильтр 12 и далее на блок 11. Начинается сдувание сажи с фильтра и каналов блока. Сорванная сажа через патрубки 19 и 20 поступает в канал 21 через открытый клапан 22 и далее в реактор нейтрализатора непосредственно в зону, где размещен гранулированный катализатор 7.

После очистки фильтра 12 и каналов блока 11 от сажи происходит закрытие и открытие клапанов в обратном порядке. Система очистки рециркуляционных газов приходит в рабочее состояние.

Предлагаемая комбинированная антитоксичная система двигателя внутреннего сгорания позволяет более полно производить очистку отработавших газов, исключается при этом возможность выброса в атмосферу неочищенных отработавших газов.

При очистке фильтра и блока катализатора рециркуляционной системы сорванная сажа транспортируется в реактор нейтрализатора двигателя внутреннего сгорания, в зону размещения гранулированного катализатора, потоком сжатого воздуха через дополнительный канал. Вынос сажи сжатым воздухом из системы улавливания и дожигания рециркуляционных газов производится по отводящим патрубкам до и после каталитического блока, что позволит избежать вторичного загрязнения блока и неполного выноса сажи из системы.

Комплекс всех мер (подача сажи из системы рециркуляции под гранулированный катализатор, установка теплообменников на воздушной линии и вынос сажи из системы очистки рециркулируемых газов по двум каналам) позволяет защитить двигатель от перегрева и засаживания впускных клапанов и обеспечить эффективную очистку каталитического блока рециркуляционной системы,

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

16