Нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F01N3/28 

Изобретение относится к области двигателестроения и предназначено для снижения токсичности отработавших газов(ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Известны нейтрализаторы ОГ ДВС, содержащие корпус с входным и выходным патрубками и размещенным в корпусе катализатором и регулятором потока ОГ (патент США 1Г , 1976), где при высоких скоростях ОГ (большие нагрузки) поток перекрывается регулятором в виде биметаллической пластины, либо заслонки. Основным недо

статном аналога является то, что газовый поток при малых скоростях проходит через центральную зону катализатора, т.к„ малые скорости ОГ соответствуют малым нагрузкам или холостому ходу двигателя, то температура ОГ мала и для быстрого прогрева катализатора и выхода его на рабочий режим недостаточна.

Известен нейтрализатор ОГ ДВС, содержащий корпус с входным и выход- ным патрубками с размещенным в нем г реактором в виде сотового каталитического блока, причем последний сое- тоит из внутренней матрицы, имеющей цилиндрическую форму и малое суммарное поперечное проходное сечение и внешней матрицы, имеющей кольцевое поперечное сечение (заявка ФРГ № 036299 5, 1987). При прогреве ДВС после холодного пуска заслонка в трубопроводе кольцевой матрицы перекрывает ее сечение и все ОГ проходят через внутреннюю цилиндрическую матрицу, что приводит к ее разогреву до рабочей температуры. Основным недостатком вышеуказанного нейтрализатора является то, что ОГ, имеющие низкую температуру, проходят через центральную зону (матрицу) каталитического нейтрализатора, которая воспринимает на себя и работу нейтрализатора при полной нагрузке двигателя, что ведет к быстрому износу цент ральной части каталитического блока.

Известен также нейтрализатор ОГ ДВС (патент США № , 1973), содержащий корпус, впускной патрубок

с входным конусом, выпускной патрубо

с выходным конусом, кольцевую реакционную полость, в которой имеется нагревательная камера и камера дожигания с каталитическим веществом, дроссельный клапан, связанный с заслонкой и эксцентрично установленный относительно оси выхлопной трубы .

Недостатком вышеуказанного дожи- гательного устройства является его малоэффективность ввиду того, что оно работает только на частичных (малых) нагрузках, т.к„ заслонка удерживается в закрытом положении до тех пор, пока динамическое давление струи ОГ при больших нагрузках не открывает ее и тогда ОГ пойдут мимо реакционной камеры в атмосферу.

10

15 ос

783294

Кроме того, камера дожигания, где происходит процесс окисления ОГ, заполнена гранулированным каталитическим веществом и не является монолитным блоком с множеством каналов для прохода ОГ.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки ОГ на режимах холостого хода и малых нагрузках, а также увеличение долговечности каталитического блока нейтрализатора путем максимального использования каналов в периферийной зоне каталитического блока.

Сущность изобретения заключается в том, что вплотную к заднему торцу каталитического блока с множеством каналов для прохода ОГ (фиг, 1 и 2), либо вплотную к переднему торцу его (фиг. 3) установлен кольцевой коллектор с образованием между ними полости для сбора ОТ и байпасный канал, сообщенный входом с полостью кольцевого коллектора, с выходом - с выпускным патрубком, заслонка установлена в выпускном патрубке перед выходом байпасного канала, каталитический блок размещен в корпусе с образованием менаду ними кольцевого зазора, а электронагревательный элемент расположен в последнем.

На фиг, 1 показана схема нейтрализатора с кольцевым коллектором, прилегающим к заднему торцу каталитического блока

На фиг. 2 показана схема нейтрализатора с конусообразным кольцевым коллектором, прилегающим к заднему

20

25

30

торцу блока

На фиг. 3 показана схема нейтрализатора с кольцевым коллектором в передней части нейтрализатора

Нейтрализатор (фиг. 1) содержит корпус 1, в котором закреплен каталитический блок 2 с множеством каналов для прохода ОГ, впускной патрубок 3, входной конус k, установленный вплотную к переднему торцу каталитического блока 2о Выходной конус 5 соединен с выпускным патрубком б, в котором установлена заслонка 7, перекрывающая отверстие выпускного патрубка б на режимах холостого хода и малых нагрузок. Электронагревательный элемент 8 установлен в зоне между корпусом 1 и периферийной поверх- ностькы аталитического блока 2. Кольцевой коллектор 9, собирающий

очищенные )Г, вплотную установлен к заднему торцу каталитического блока

2и соединен с байпасным.каналом 10 с выпускным патрубком 6.

В варианте исполнения, показанном на фиг, 2, конусообразный кольцевой коллектор 11 также установлен вплотную к заднему торцу каталитического блока 2, а электронагревательный элемент 8 расположен по поверхности этих элементов.

В варианте исполнения на фиг.З кольцевой коллектор 12 расположен в передней части нейтрализатора и образован поверхностями входного конуса Ц и торцевой поверхностью конуса 1 и кольцом 13.

Нейтрализатор (фиг. 1) работает следующим образом. ОГ от двигателя н правляются через впускной патрубок

3входной конус Ь, проходят через выпускной патрубок 6, при открытой заслонке 7 выходят в атмосферу. При температуре ОГ на входе в нейтрализатор 200°С и ниже заслонка 7 перекроет выпускной патрубок 6, одновременно включится электронагревательный элемент 8 и ОГ, пройдя через сло катализатора и обогнув кольцевой коллектор 9, попадает в зону прогрева элементом 8, который одновременно прогревает периферийную поверхность блока и ОТ Нагретые до 300°С и выше ОГ, протекая через каналы в периферийной зоне каталитического блока, попадают в плотно прилегающий к оло- ку кольцевой коллектор 9 и через бай пасный канал 10, соединяющий коллектор 9 с выпускным патрубком 6, выходят в атмосферу.

При работе нейтрализатора на режимах холостого хода и малых нагрузок в соответствии с вариантом исполнения, показанным на фиг. 2, ОГ, пройдя через каналы каталитического блока, попадают в зону кольцевого конического коллектора 11. Заслонка перекрывает выпускной патрубок 6, и ОГ, выйдя из зоны коллектора 11, вынуждены повернуть на 180° и пройти больший путь в полости, обогреваемой электронагревательным элементом 8, который так же, как в предыдущем варианте, одновременно прогревает и периферийные каналы каталитического блока 2 и движущиеся ОГ. Нагретые до и выше ОГ вновь поворачивают на 180 и, пройдя через множество пе10

15

20

риферийных каналов каталитического блока 2, где происходит их беспламенное дожигание, попадают в собирающий конический кольцевой коллектор

11,откуда через байпасный канал 10 выходят в атмосферу.

При работе нейтрализатора по схеме, показанной на фиг. 3, ОГ, пройдя через центральные каналы каталитического блока 2 и попав в зону выходного конуса S, поворачивают на 180° и через каналы в периферийной зоне поступают в кольцевой коллектор

12,расположенный в передней части - нейтрализатора. Из коллектора 12 через байпэсный канал 10 О Г попадают через выпускной патрубок 6 в атмос феру.

Данйое предложение позволяет повысить эффективность очистки ОГ от вредных выбросов на режимах холосто- го хода и малых нагрузок двигателя. Наиболее целесообразно использовать предлагаемое изобретение в автобусах для внутригородских перевозок с короткими промежутками между остановками и длительными (до 1-2 мин) стоянками для посадки и высадки пассажиров. Температура ОГ на таких режимах падает ниже 200-250°С и, следовательно, процесс каталитической очистки ОГ от токсичных веществ останавливается (отчет № 0-987, Москва, 198А, W Гос. per. 613). Кроме того, на малых оборотах холостого хода и малых нагрузках каналы каталитического блока забиваются частицами сажи, что увеличивает сопротивление нейтрализатора и сокращает период между регенерациями катализатора. Данное предложение позволяет увеличить эти периоды, а также увеличить долговечность каталитическо- 4 го блока за счет более эффективного использования периферийной зоны блока.

25

30

35

40

Формула изобретения

1. Нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, впускной патрубок с входным конусом, выпускной патрубок с выходным конусом, каталитический блок с торцевыми поверхностями, соосно установленный в корпусе с каналами для прохода отработавших газов, орган распределе 71

ния потока отработавших газов, выполненный в виде заслонки, и электронагревательный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки на режимах холостого хода и малых нагрузок и увеличения долговечности путем максимального использования каналов в периферийной зоне каталитического блока, он дополнительно содержит кольцевой коллектор, свя занный с одной из торцевых поверхностей каталитического блока с образованием между ними полости, и байпгсный канал, сообщенный входом с полостью кольцевого коллектора, а выходов с выпускным патрубком, заслонка установлена в выпускном па83298

трубке перед выходом байпасиого канала, блок размещен в корпусе с об- 1 разованием между ними кольцевого за- 5 зора, а электроннонагревательный элемент расположен в последнем.

2. Нейтрализатор по п. отличающийся тем, что каталитический блок выполнен монолитным. 0 3« Нейтрализатор по пп, 1 и 2, отличающийся тем, что кольцевой коллектор выполнен конусообразной формы соответствующей выходному конусу

J5 . Нейтрализатор по пп. 1-3, о т- личающийся тем, что электронагревательный элемент дополнительно установлен между выходным конусом и кольцевым коллектором.

20,

Использование: системы для очистки отработавших газов. (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС)„ Сущность изобретения: нейтрализатор содержит корпус, в котором закреплен каталитический блок с множеством каналов для прохода ОГ, впускной патрубок, входной конус, установленный вплотную к переднему торцу каталитического блока. Выходной конус соединен с выпускным патрубком, в котором установлена заслонка, перекрывающая отверстие выпускного патрубка на режимах холостого хода и малых нагрузок, Электронагревательный элемент установлен в зоне между корпусом и периферийной поверхностью каталитического блока. Кольцевой коллектор, собирающий очищенные ОГ, вплотную установлен к заднему торцу каталитического блока и соединен с байпасным каналом с выпускным патрубком, ОГ от двигателя направляются через впускной патрубок, входной конус, проходят через выпускной патрубок, при открытой заслонке выходят в атмосферу„ При температуре ОГ на входе в нейтрализатор 200°С и ниже заслонка перекроет выпускной патрубок, одновременно включится электронагревательный элемент и ОГ, пройдя через слой катализатора и обогнув кольцевой коллектор, попадают в зону прогрева электронагревательного элемента, который одновременно прогревает периферийную поверхность блока и ОГ. Нагретые до 300°С и выше ОГ, протекая через каналы в периферийной зоне каталитического блока, попадают в плотно прилегающий к блоку кольцевой коллектор и через байпасный канал, соединяющий коллектор с выпускным патрубком, выходят в атмосферу. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. Ё XI VJ 00 со ю NQ

Фиг.1

/ 9

or.

8 2

or

Редактор

Составитель В.Вартанян -Техред И.ИоргенталКорректор. Н.Король

Ю

Фиг. 2

Ю

Фиг. 3