Устройство очистки отработанных газов

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к каталитическим нейтрализаторам отработанных газов. Устройство состоит из каталитического элемента, внутри которого расположен элемент закручивания потока отработанных газов. Элементы выполнены в виде спиралей, концы которых зафиксированы в проточках шайб, связанных между собой стяжками. Элемент закручивания потока отработанных газов выполнен из плоской заготовки, из пластины или ленты. По всей длине элемента закручивания выполнено углубление, с двух сторон относительно которого имеются сквозные отверстия. Каталитический элемент выполнен из никельсодержащего материала. В материале каталитического элемента также могут присутствовать хром и титан. Элемент закручивания потока отработанных газов может быть выполнен из конструкционной стали или из никельсодержащего материала. Устройство выполнено в бескорпусном исполнении. Корпусом в данном случае являются стенки конструкции, куда монтируют устройство, например трубы подвода отработанных газов к глушителю. Изобретение позволяет повысить степень очистки отработанных газов. 7 з.п.ф-лы, 2 табл., 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к каталитическим нейтрализаторам отработанных газов.

Известен нейтрализатор отработанных газов, содержащий установленный в корпусе каталитический элемент, выполненный в виде спирали (заявка Японии N 52-10698, кл. F 01 N 3/00, 1977 - наиболее близкий аналог).

В результате анализа конструкции данного устройства необходимо отметить, что конструкция каталитического элемента затрудняет свободное перемещение отработанных газов, что снижает КПД двигателя, а при засорении каталитического элемента и степень очистки, причем для установки устройства в рабочее положение в систему выпуска отработанных газов, несмотря на его небольшие габариты, требуется наличие свободного пространства, определяемого размерами корпуса нейтрализатора, что в ряде случаев ограничивает область его применения.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства очистки отработанных газов, обеспечивающего высокую степень их очистки и свободное прохождение через каталитический элемент, что снижает потери мощности двигателя, а также сводящего к минимуму увеличение габаритов двигательной системы.

Поставленные задачи решаются тем, что в устройстве очистки отработанных газов, содержащем каталитический элемент, выполненный в виде спирали новым является то, что оно снабжено элементом закручивания потока отработанных газов, выполненным в виде спирали, а элемент закручивания потока отработанных газов расположен внутри каталитического элемента. Устройство имеет две шайбы с проточками для фиксации в них концов элементов. Шайбы также могут быть соединены стяжками. Элемент закручивания может быть выполнен из плоской заготовки, пластины или ленты, а по всей его длине имеется углубление, с двух сторон относительно которого выполнены сквозные отверстия. Элементы могут быть выполнены из никельсодержащего материала. Материал, из которого выполнен каталитический элемент может дополнительно содержать хром и титан.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 - устройство очистки отработанных газов, осевой разрез; на фиг. 2 - фрагмент развертки элемента закручивания потока отработанных газов; на фиг. 3 - сечение Б-Б по фиг. 2; на фиг. 4 - вид А на фиг. 1 (соединение шайб стяжками).

Устройство очистки отработанных газов состоит из каталитического элемента 1, выполненного в виде спирали. Внутри каталитического элемента размещен элемент 2 закручивания потока отработанных газов. Концы элементов 1 и 2 размещены и зафиксированы в пазах 3 шайб 4. Для обеспечения свободного прохода отработанных газов в шайбах выполнены отверстия 5. Элементы 1 и 2 выполняют из упругого материала. Заготовкой для элемента 2 закручивания потока отработанных газов является лента или пластина. На поверхности элемента 2 по всей его длине выполнено углубление 6 в продольном направлении. С двух сторон относительно углубления имеются сквозные отверстия 7, выполненные по всей длине элемента 2. Изготовление элементов спиральной формы осуществляют известным образом на стандартном оборудовании.

Шайбы 4 могут быть связаны посредством стяжек 8 (фиг. 4). Как правило, шайбы соединяют тремя стяжками, расположенными под углом 120^o друг относительно друга. Для обеспечения соединения в шайбах выполнены отверстия, через которые пропускают концы стяжек. Фиксация шайб 4 и стяжек 8 осуществляется гайками 9.

Элемент 1 выполняют из никеля или никельсодержащего материала. Возможно выполнение элемента 1 из палладия или сплава, содержащего серебро, однако это приводит к существенному удорожанию устройства. Весьма эффективным является изготовление каталитического элемента 1 из материала, содержащего хром, никель, титан.

Элемент 2 может быть выполнен из обычной конструкционной стали или из никельсодержащего материала или из никеля. В данном случае он не только обеспечивает закручивание потока отработанных газов, но, как и элемент 1, является катализатором, что позволяет повысить степень очистки отработанных газов.

Форма (цилиндрическая, коническая и др.) и размеры элементов 1 и 2, как правило, определяются габаритами и формой конструктивного элемента, куда монтируют устройство, например трубы подвода отработанных газов к глушителю.

Весьма важным достоинством устройства является выполнение его в бескорпусном виде. Корпусом в данном случае являются стенки элемента конструкции, куда монтируют устройство. Это позволяет избежать увеличения габаритов установки, в которую устанавливают устройство очистки.

Устройство очистки отработанных газов работает следующим образом.

Для осуществления рабочего цикла устройство устанавливают и фиксируют, например, в трубе подвода отработанных газов к глушителю (во внутреннем объеме резонатора).

Работа устройства раскрывается на примере очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания.

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания отработанные газы при попадании в трубу подвода их к глушителю в резонатор входят в устройство очистки. При контакте отработанных газов с элементом 2 осуществляется закручивание потока и его перемещение по спиральной траектории, соответствующей параметрам элемента 2, который придает потоку выхлопных (отработанных) газов траекторию движения, при которой он контактирует с каталитическим элементом 1, разогревая его до температуры, при которой начинает протекать химическая реакция, позволяющая снизить содержание угарного газа (CO) и углеводородной составляющей (CH).

Углубление 6 на элементе 2 позволяет улучшить условия закручивания потока отработанных газов, а отверстия 7 обеспечивают оптимальный тепломассообмен между высокотемпературным отработанным газом и каталитическим элементом 1, что улучшает процесс очистки отработанных газов от вредных примесей.

Наличие стяжек 8, соединяющих шайбы 4 позволяет осуществлять регулировку расстояния между витками элемента 1, что создает оптимальные условия очистки. Регулировка осуществляется вращением гаек 9 по резьбовым концам стяжек.

Наиболее эффективно реакция протекает при взаимодействии отработанных газов с никельсодержащим каталитическим элементом. Присутствие в материале каталитического элемента хрома и титана позволяет повысить степень очистки отработанных газов, причем довольно значительно.

При выполнении элемента 2 из никельсодержащего материала реакция нейтрализации вредных примесей начинает протекать в начальный момент закручивания потока, что также повышает степень очистки отработанных газов. Очищенные газы из устройства поступают в глушитель и далее в атмосферу.

Спиральная траектория движения отработанных газов при их очистке увеличивает время нахождения газов в устройстве во столько раз, во сколько линия траектории закрутки больше траектории прямолинейного движения молекул газов в устройстве, что обеспечивает высокую степень очистки, высокую работоспособность каталитического элемента, а также снижает потери КПД двигателя за счет уменьшения сопротивления движению потока отработанных газов.

Степень очистки может регулироваться установкой спиральных элементов определенной массы, размеров.

Проверка работоспособности устройства и оценка его эффективности проводилась на двигателях внутреннего сгорания транспортных средств: ГАЗ - 31029, ВАЗ - 2105, ВАЗ - 2107.

Испытания проводились на бензиновом топливе марок: AU-76, AU- 92, AU-93.

Результаты испытаний без использования каталитического элемента приведены в табл. 1.

Результаты испытаний с использованием каталитического элемента приведены в табл. 2.

Использование изобретения позволяет улучшить экологические показатели по (CH) в два - три раза, а по (CO) до пяти раз.

Необходимо отметить, что использование данного устройства не ограничивается применением его только на двигателях внутреннего сгорания. Оно с успехом может быть использовано при эксплуатации любого топливосжигающего оборудования с выбросом продуктов сгорания в атмосферу.

Устройство просто в изготовлении, надежно в эксплуатации, характеризуется небольшими габаритами.

Формула изобретения

1. Устройство очистки отработанных газов, содержащее каталитический элемент, выполненный в виде спирали, отличающееся тем, что оно снабжено элементом закручивания потока отработанных газов, выполненным в виде спирали и расположенным внутри каталитического элемента, и двумя шайбами, в которых выполнены проточки для размещения концов каталитического элемента и элемента закручивания потока отработанных газов при их фиксации в упомянутых проточках.

2. Устройство п.1, отличающееся тем, что шайбы соединены друг с другом стяжками.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что элемент закручивания потока отработанных газов выполнен из плоской заготовки, пластины или ленты.

4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что на элементе закручивания потока отработанных газов, по всей его длине, имеется углубление.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на элементе закручивания потока отработанных газов с двух сторон относительно углубления выполнены сквозные отверстия.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент закручивания потока отработанных газов выполнен из никелесодержащего материала.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каталитический элемент выполнен из никелесодержащего материала.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что материал каталитического элемента дополнительно содержит хром и титан.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5