Способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к двигателестроению и касается средств нейтрализации токсичных составляющих отработанных газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство содержит корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей с концевыми цилиндрическими втулками, эжектор, установленный на цилиндрической втулке со стороны входного патрубка, и цилиндрическое тело катализатора. В качестве катализатора используют сменное поверхностно-активное рабочее тело в виде металловойлочного изделия с коэффициентом объемной пористости не ниже 0,92, при этом рабочее тело катализатора выполнено на никельхромовой основе, а угол захода рабочей поверхности корпуса со стороны впускного патрубка, образованный продольной осью корпуса и образующей конуса, составляет 61-64 ^o, а диаметр рабочего тела катализатора превышает диаметр входного патрубка в 2,5 раза. Изобретение позволяет повысить эффективность. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике, в частности, к двигателестроению и касается средств нейтрализации токсичных составляющих отработанных газов двигателя внутреннего сгорания.

Известен способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в каталитическом нейтрализаторе путем пропускания отработавших газов через слои сыпных каталитических элементов в одном реакторе с переменной величиной угла между векторами силы тяжести каталитических элементов и газодинамической силы от отработавших газов и периодического определения степени очистки последних, при котором производят перераспределение пространственного расположения каталитических элементов путем их поворота относительно горизонтальной оси и изменения потока отработавших газов через реактор (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 1758251, кл. F 01 N 3/00, 1989).

Недостаток описанного способа состоит в возможности лишь периодического определения выхлопных газов, что делает данный способ неэффективным и мало привлекательным.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания путем пропускания их через слой катализатора в присутствии воздуха для доокисления окиси углерода и углеводородов и восстановления окислов азота, содержащихся в выхлопных газах (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 1291707, кл. F 01 N 3/00, 1982).

Недостатком указанного способа является сравнительно низкий ресурс работы рабочего тела катализатора, что также делает его недостаточно эффективным.

Известен сажеочиститель для двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенные в корпусе с образованием зазора по меньшей мере три электрода, выполненные в виде пластин, рабочая поверхность которых покрыта катализатором, и подключенных к источнику высокого напряжения, связанному с источником тока транспортного средства, снабженный накопителем энергии, датчиком температуры и источником нагрева (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 1815354, кл. F 01 N 3/00, 1991).

Недостатком устройства является достаточно сложная конструкция, а также необходимость постоянного контроля за состоянием электродов, рабочая поверхность которых постоянно закоксовывается.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей с концевыми цилиндрическими втулками, в которых размещены впускной и выпускной патрубки, эжектор, установленный на цилиндрической втулке со стороны входного патрубка, и цилиндрическое рабочее тело катализатора, размещенное в месте соединения разъемных частей корпуса (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 901591, кл. F 01 N 3/00, 1980).

Недостатком данного устройства является зашлаковывание сотового катализатора продуктами неполного сгорания, обуславливающее необходимость частой замены рабочего тела катализатора.

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата, который выражается в повышении эффективности работы всей системы и ее составляющих.

Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату, который заключается в повышении эффективности очистки выхлопных газов и работы устройства.

Новизна предложенного способа усматривается в том, что в качестве катализатора используют сменное поверхностно-активное рабочее тело в виде металловойлочного изделия с коэффициентом объемной пористости не ниже 0,92.

Новизна предложенного устройства состоит в том, что рабочее тело катализатора выполнено на никель-хромовой основе, а угол захода рабочей поверхности корпуса со стороны впускного патрубка, образованный продольной осью корпуса и образующей конуса, составляет 61-64^o, при этом диаметр рабочего тела катализатора превышает диаметр входного патрубка в 2,5 раза Предложенный способ очистки выхлопных газов и устройство для его осуществления образуют единый изобретательский замысел и могут быть реализованы лишь совместно.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.

Предложенное устройство и способ являются промышленно применимыми существующими техническими средствами и соответствуют критерию "изобретательский уровень", т. к. он явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

На чертеже представлено предложенное устройство, общий вид.

Устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания содержит корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей 1 и 2 с концевыми цилиндрическими втулками, в которых размещены впускной 3 и выпускной 4 патрубки, эжектор 5, установленный на цилиндрической втулке со стороны входного патрубка, и цилиндрическое рабочее тело катализатора 6, размещенное в месте соединения разъемных частей корпуса, собранных на резьбе и имеющих эластичную ограничительную шайбу 7.

Рабочее тело катализатора 6 выполнено на никель-хромовой основе из тонкой нихромовой проволоки марки Х20Н80. В основу получения структуры рабочего тела нейтрализатора положена идея получения нетканых материалов, для чего из нихромовой проволоки нарезаются волокна длиной около 5 мм, затем следует предварительное формование для придания рабочему телу определенной формы, в данном случае, цилиндрической шайбы, и обжиг в вакуумной печи. В результате получается объемная поверхностно-активная структура, напоминающая войлок, с ярко выраженной анизотропией теплопроводности и коэффициентом объемной пористости не ниже 0,92. Это обеспечивает возможность существенного роста рабочей поверхности контакта катализатора с реагирующей агрессивной средой и позволяет снизить сопротивление рабочего тела катализатора движущимся выхлопным газам при работе двигателя внутреннего сгорания. Поскольку в направлении оси, перпендикулярной плоскости поверхности рабочего тела катализатора, величина теплопроводности на несколько порядков ниже, чем в направлении оси, параллельной плоскости его поверхности, обеспечивается также послойное и равномерное выгорание рабочего тела в процессе эксплуатации двигателя.

Угол захода рабочей поверхности корпуса со стороны впускного патрубка, образованный продольной осью корпуса и образующей конуса, составляет 61-64^o, определяемый, главным образом, мощностью двигателя и требованием обеспечения ламинарности потока проходящих выхлопных газов и наилучшего использования рабочей поверхности катализатора, при этом диаметр рабочего тела катализатора превышает диаметр входного патрубка в 2,5 раза, что позволяет увеличить время контакта выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания с активным слоем рабочей поверхности катализатора, поскольку такое увеличение диаметра рабочего тела катализатора снижает скорость истечения выхлопных газов в 2,5 раза, сближая, тем самым, эффективности никель-хромового и дорогостоящих платина-родий-палладиевых катализаторов.

Предложенный способ и работа предложенного устройства осуществляются следующим образом.

Выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания пропускают через слой рабочего тела катализатора в присутствии воздуха, поступающего из эжектора 5, который автоматически, в зависимости от истечения выхлопных газов ДВС, увеличивает подачу воздуха на рабочее тело катализатора, сглаживая влияние числа оборотов двигателя на состав его выхлопных газов и ускоряет процесс окисления остаточных углеводородов, что обеспечивает значительное снижение их количества и количество продуктов неполного сгорания топлива, попадающих в атмосферу.

К преимуществам предложенного способа и устройства следует отнести исключение блокировки работы двигателя, устранение необходимости готовить оптимальную воздушно-бензиновую смесь и отказаться от специальных мер пожарной защиты, а также возможность использования, практически без ущерба для экологии, в качестве топлива этилированный бензин, при этом показатели состава выхлопных газов полностью удовлетворяют требованиям Евростандарта.

Кроме того, увеличивается КПД двигателя.

Формула изобретения

1. Способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания путем пропускания их через слой катализатора в присутствии воздуха для доокисления окиси углерода и углеводородов и восстановления окислов азота, содержащихся в выхлопных газах, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют сменное поверхностно-активное рабочее тело в виде металловойлочного изделия с коэффициентом объемной пористости не ниже 0,92.

2. Устройство для осуществления способа очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей с концевыми цилиндрическими втулками, в которых размещены впускной и выпускной патрубки, эжектор, установленный на цилиндрической втулке со стороны входного патрубка, и цилиндрическое рабочее тело катализатора, размещенное в месте соединения разъемных частей корпуса, отличающееся тем, что рабочее тело катализатора выполнено на никель-хромовой основе, а угол захода рабочей поверхности корпуса со стороны впускного патрубка, образованный продольной осью корпуса и образующей конуса, составляет 61 - 64^o, при этом диаметр рабочего тела катализатора превышает диаметр входного патрубка в 2,5 раза.

РИСУНКИ

Рисунок 1