Способ обезвреживания отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства Советский патент 1993 года по МПК F01N3/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания и касается снижения токсичности их отработавших газов.

Целью изобретения является снижение материальных и энергетических затрат при одновременном повышении эффективности очистки

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, реализующего способ согласно изобретению; на фиг. 2 - конструктивная схема моторного тормоза при открытой заслонке; на фиг. 3 - то же, при закрытой заслонке.

Предлагаемый способ обезвреживания отрабртавших газов двигателя внутреннего сгорания реализуется на транспортном средстве, оснащенным моторным тормозом 1 и реактором 2 отработавших газов, соединенными между собой выпускным трубопроводом 3. Реактор 2 может быть выполнен в одном блоке с глушителем 4..

Способ заключается в подаче отработавших газов и химического реагента в реактор 2 и осуществлении там их химического взаимодействия, при этом до химического взаимодействия осуществляют их перемешивание и подогрев химического реагента. До подачи в реактор 2 химический реагент подают во внутреннюю полость моторного тормоза 1. Моторный тормоз 1 имеет рабочую камеру 5 и поворотную заслонку 6,. закрепленную на штоке 7, имеющем привод поворота от пневмоцилиндра 8. Внутри штока 7 выполнен канал 9 и каналы 10. Такие же каналы 10 имеются и в заслонке 6. Используя каналы 9 и 10 к моторному тормозу 1 подают химреагент. Процесс перемешивания отработавших газов и химического реагента начинают вести в рабочей камере 5 моторного тормоза 1.

Форма рабочей камеры 5 и наличие в ней заслонки б способствуют интенсивной турбулизации потока отработавших газов, что благоприятно влияет на перемешивание их с подаваемым химреагентом. Это пере- мешив ание продолжается и в выпускном трубопроводе 3, поэтому к моменту подхода газов к реактору 2 смесь оказывается подготовленной к соответствующей реакцци очистки.

Подогрев химического реагента начинают осуществлять до его перемешивания с отработавшими газами от аккумулятора тепла, в качестве которого используют шток 7 и поворотную заслонку 6 моторного тормоза 1, через каналы 9 и 10 которых пропускают химический реагент. Таким образом, к моменту подачи в рабочую камеру моторного тормоза химреагент уже имеет значительную температуру, которая позволяет избежать переохлаждения газовой смеси в процессе последующего перемешивания. Эффективность использования элементов моторного тормоза в качестве аккумуляторов тепла объясняется тем, что эти наиболее массивные (литые) элементы обладают теплоемкостью на порядок выше всех других тонкостенных элементов выпускного

тракта. Постоянно находясь в потоке горячих отработавших газов и лишенные внешнего теплообмена, эти элементы на прогретом двигателе имеют очень высокую температуру, аккумулируя в себе большое

5 количество тепла. С учетом- неравномерности теплового потока отработавших газов, температура которых зависит от нагрузочного режима работы двигателя (например, при работе двигателя на режиме полной

0 мощности температура газов составляет 450-600°С, на режиме холостого хода 250- 300°C)i в ряде случаев температура элементов моторного тормоза может быть выше температуры отработавших газов, что по5 зволяет использовать отбор тепла От этих элементов для предварительного подогрева химреагента. Одновременно это улучшает условия работы моторного тормоза, устраняя возможность его теплового заклинива0 ния и повышая срок его службы. Подачу химреагеита в рабочую камеру 5 моторного тормоза 1 осуществляют через каналы 10 в поворотной заслонке б, которые открыты в сторону выходного отверстия рабочей каме5 ры 5. Подача химреагента осуществляется за счетэжекции. Нормальное положение заслонки 6 - открытое и при обтекании ее выхлопными газами в зоне ее аэродинамической тени образуется разряжение, кото0 рое и используется для подсоса химреагента. Таким образом исключается необходимость в установке какого-либо дополнительного нагнетателя.

В качестве -реактора 2 может использо5 ваться любой реактор - нейтрализатор известного типа, Реактор 2 может работать по принципу каталитической или термической очистки.

В качестве катализатора (для карбюра0 торных двигателей) применяют, например, палладиевый катализатор. При прохождении отработавших через реактор 2 происходит окисление СО до С02 и очистка от углеводородов. Это требует избытка

5 окислителя, т.е. подачи в качестве химреагента воздуха или кислорода. В другом варианте термический реактор - дожигатель может работать по принципу принудительного воспламенения отработавших газов запальным устройством, что также требует

избытка окислителя. Указанные -процессы используют при очистке отработавших газов карбюраторного или газодизельного двигателей, у которых состав выхлопных газов характеризуется большим количеством СО и углеводородов. У дизельных двигателей преобладают окислы азота МОХ. Для их нейтрализации в качестве химреагента подают восстановитель-аммиак NHs.- И тот и другой процессы протекают более полно при предварительном подогреве химреагента и его перемешивании с отработавшими газами.

Химическое взаимодействие в реакторе начинается после его прогрева отработавшими газами до температуры 200-350°С. С этого момента становится целесообразной подача химреагента. Чем выше температура, тем эффективнее происходит процесс очистки отработавших газов. Даиапазон рабочих температур в реакторе 500-700°С.

После реактора 2 очищенные газы через глушитель 4 выводятся в атмосферу.

При торможении моторным тормозом 1 подается воздух к пневмоцилиндру 8. который поворачивает заслонку 6, вызывая перекрытие выпускного трубопровода 3. Одновременно перекрывается подача топлива в двигатель (устройство для этой цели на схеме не показано. Это типовое устройство, имеющееся на всех автомобилях, оснащенных моторным тормозом). Давление в выпускном трубопроводе 3. находящемся до заслонки 6, возрастает и увеличивает сопротивление двигателя проворачиванию, что используется для торможения транспортного средства. Каналы 10 при этом располагаются со стороны выходного отверстия рабочей камеры 5, что исключает возможность выброса отработавших газов через них. При закрытом положении заслонки 6 подсос химреагента резко уменьшается, что приводит к более экономному его расходованию, так как на указанном режиме при перекрытой подаче топлива подача химреагента не нужна.

Наиболее целесообразно использовать предлагаемый способ на двигателях с тур- бонаддувом, поскольку при этом отработавшие газы, расширяясь в турбокомпрессоре 5 и отдавая ему значительную часть своей энергии (в том числе и тепловой) имеют меньшую температуру. В этом случае опасности перегрева катализатора (что бывает на ДВС без наддува) ни на одном из возмож0 ных режимов работы двигателя практически не существует, а наоборот очень острой становится проблема поддержания необходимого теплового режима реактора за счет более экономного использования тепла от5 работавших газов, которая и решается предлагаемым способом.

Предлагаемый способ позволяет значительно снизить материальные и энергетические затраты, связанные с обезвреживанием

0 отработавших газов, поскольку позволяет наиболее полно использовать имеющиеся элементы выхлопной системы транспортного средства для подачи, перемешивания и подогрева химического реагента, повышающего

5 эффективность очистки отработавших газов. Формул а изобретени я Способ обезвреживания отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, имеющего мотор0 ный тормоз с внутренней полостью, рабочей камерой и поворотной заслонкой на штоке, путем подачи отработавших газов и химического реагента в реактор, их перемешивания, подогрева химического реагента и химиче5 ского взаимодействия последнего с отработавшими газами, отличающийся тем, что, с целью снижения материальных и энергетических затрат и повышения эффективности очистки, перед подачей в реактор

0 химический реагент направляют во внутреннюю полость моторного тормоза, подогрев химического реагента осуществляют путем теплообмена с поверхностями штока и поворотной заслонки,.а перемешивание отра5 ботавших газов и химического реагента производят в рабочей камере моторного тормоза..

Использование: двигатели внутреннего сгорания и касается снижения токсичности ьиаАТО го ти птп их отработавших газов. Сущность изобретения: способ заключается в подаче отработавших газов и химического реагента в реактор 2 (например, каталитический нейтрализатор) и осуществлении там их химического взаимодействия. Новым является то, что до подачи в реактор 2 химреагент подают во внутреннюю полость моторного тормоза 1. Перемешивание химреагента и отработавших газов начинают вести в рабочей камере моторного тормоза, где этому способствует турбулизации потока,- Пропуская химреагент через каналы 9 и 10 штока 7 поворотной заслонки 6, осуществляют предварительный подогрев химреагента, что исключает переохлаждение отработавших газов в процессе перемешивания и повышает эффективность их очистки в нейтрализаторе. 3 ил. 71 Kffl I J