Каталитический нейтрализатор

 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к автомобилестроению, в частности к средствам снижения токсичности отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Каталитический нейтрализатор содержит корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором, при этом осевые линии сопряженных впадин и вершин гофр предыдущего и последующего слоев расположены под углом 0-60^o. Высоты предыдущего носителя к последующему соотносятся в пределах 1:1-1:2. Между каталитическими носителями образованы уравнительные смесительные камеры, суммарный объем которых равен 0,01-0,04 внутреннего объема корпуса. Оси сопряженных впадин и вершин гофра первого носителя параллельны оси нейтрализатора, а шаг волны гофра постоянный или переменный. Угол пересечения гофр предыдущего и последующего слоев носителей меняется непрерывно или ступенчато. Изобретение позволяет уменьшить количество вредных веществ в воздухе от работы ДВС. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к автомобилестроению, в частности к средствам снижения токсичности отработавших газов ОГ двигателей внутреннего сгорания ДВС.

Известен каталитический нейтрализатор, содержащий корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители, каждый из которых образован, по крайней мере, из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором (патент США 4753918, НКИ 502-439, 1988 г.).

Данное устройство обладает рядом недостатков, а именно: высокая токсичность ОГ транспортных средств; наличие большого количества СО, СН и других вредных веществ в отработавших газах ДВС автомобилей.

Известен также каталитический нейтрализатор, содержащий корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители, каждый из которых образован, по крайней мере, из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором (патент США 5002923, НКИ 502-439, 1991 г.).

Данное изобретение обладает указанными выше недостатками: высокой токсичностью ОГ, наличием у них большого количества СО, СН и других вредных веществ.

Известен также каталитический нейтрализатор, содержащий корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители, каждый из которых образован, по крайней мере, из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором, при этом осевые линии сопряженных впадин и вершин гофров предыдущего и последующего слоев расположены под углом друг к другу (патент США 4278639, МКИ В 01 D 53/36, 1979 г.).

Основными недостатками, затрудняющими получение требуемого технического результата, являются высокая токсичность ОГ транспортных средств, наличие большого количества СО, СН и других вредных веществ в отработавших газах ДВС автомобилей.

Данное техническое решение принято за прототип.

Изобретение направлено на решение задачи уменьшения количества вредных веществ в воздухе от работы двигателей внутреннего сгорания.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в снижении токсичности ОГ транспортных средств путем уменьшения количества СО, СН и других вредных веществ в отработавших газах ДВС автомобилей.

Изобретение характеризуется следующими общими и частными существенными признаками.

Каталитический нейтрализатор, содержащий корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители, каждый из которых образован, по крайней мере, из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором, при этом осевые линии сопряженных впадин и вершин гофров предыдущего и последующего слоев расположены под углом друг к другу, в котором между каталитическими носителями образованы уравнительные смесительные камеры, суммарный объем которых равен 0,01-0,4 внутреннего объема корпуса нейтрализатора, высоты предыдущего носителя к последующему соотносятся в пределах 1:1-1:2, при этом угол между осевыми линиями сопряженных впадин предыдущего и последующего слоев составляет 0-60^o с ориентированием вершин углов в сторону входного патрубка нейтрализатора.

У первого носителя осевые линии сопряженных впадин и вершин гофр гофрированных лент параллельны оси нейтрализатора.

Одна из лент каталитического носителя выполнена плоской.

Угол пересечения гофр предыдущего и последующего слоев носителей меняется выборочно непрерывно или ступенчато.

Каталитические носители выполнены в виде одного целого съемного блока.

Возможность осуществления данного изобретения с реализацией указанного заявителем назначения характеризуется использованием признака, выраженного общим понятием - между каталитическими носителями образованы уравнительные смесительные камеры, суммарный объем которых равен 0,01-0,4 внутреннего объема корпуса нейтрализатора, высоты предыдущего носителя к последующему соотносятся в пределах 1:1-1:2, при этом угол между осевыми линиями сопряженных впадин предыдущего и последующего слоев составляет величину 0-60^o с ориентированием вершин углов в сторону входного патрубка нейтрализатора.

На фиг.1 представлен общий вид нейтрализатора; на фиг.2 - вариант расположения двух носителей; на фиг.3 - вариант расположения 4-х носителей; на фиг. 4 - общий вид носителя с гофрированными лентами; на фиг.5 - фрагмент ленты на фиг.4.

Получение заданного технического результата при осуществлении изобретения достигается тем, что каталитический нейтрализатор, содержащий корпус 1, выполненный в виде пустотелой емкости с входным 2 и выходным 3 патрубками, в котором размещены каталитические носители 4, каждый из которых образован, по крайней мере, из двух спирально намотанных гофрированных лент 5, покрытых катализатором (не показан). При этом осевые линии "а" и "б" сопряженных впадин и вершин гофров предыдущего и последующего слоев расположены под углом α друг к другу (фиг.4, 5).

Между каталитическими носителями 4 образована уравнительная смесительная камера 6, суммарный объем которой равен 0,01-0,4 внутреннего объема корпуса нейтрализатора. От объема камеры 6 зависит качество очистки ОГ через второй (и последующие, фиг.3) носители 4, поскольку в уравнительной камере происходит равномерное распределение вредных веществ в ОГ за счет перемешивания. Это, в свою очередь, позволяет одновременно и равномерно охватывать отработавшими газами катализаторное покрытие носителей, что обеспечивается в указанном диапазоне соотношений объема уравнительных камер и корпуса 1.

Высоты предыдущего носителя к последующему соотносятся в пределах 1:1 и вершин гофр - 1:2, при этом угол между осевыми линиями сопряженных впадин и вершин гофр предыдущего и последующего слоев составляет 0-60^o с ориентированием вершин углов в сторону входного 2 патрубка нейтрализатора.

В другом варианте исполнения у первого носителя осевые линии сопряженных впадин и вершин гофр гофрированных лент параллельны оси нейтрализатора.

Еще один вариант исполнения предусматривает то, что одна из лент каталитического носителя выполнена плоской (не показано).

Также вариантом выполнения нейтрализатора является изменение угла α пересечения гофр предыдущего и последующего слоев носителей выборочно непрерывно или ступенчато.

Изобретение предусматривает выполнение каталитических носителей в виде одного целого съемного блока (не показан).

Изобретение иллюстрируется примерами.

Одним из наиболее важных принципов создания данного изобретения является достижение определенного минимума в перепаде давлений в нейтрализаторе, что занимает в примерах центральное место.

Пример 1. Нейтрализатор с двумя цилиндрическими ячеистыми носителями, каждый из которых составлен из двух лент, гофрированных под изменяющимся углом 0-60^o друг к другу от центра к краю носителя, установлен на автомобиле ГАЗ-3102 с двигателем ЗМЗ 4062.10. На носитель нанесена пористая подложка на основе оксида алюминия и активный компонент, содержащий платину, палладий, родий. Автомобиль испытывался на роликовом стенде ZOLLNER. Анализ газов проведен комплексным газоанализатором SAE-8536 "ЯНАКО", перепад давлений измерен U-образным водяным манометром.

Эффективность нейтрализатора при выполнении автомобилем горячего цикла составляет по СО - 98%, по СН - 94%, по NО_х - 21%.

Значение максимальной скорости автомобиля с нейтрализатором ниже, чем без него (161 и 171 км/ч соответственно). Это объясняется высоким газодинамическим сопротивлением данного нейтрализатора и определяет верхний предел угла пересечения гофр между собой.

Результаты замера перепадов давлений в нейтрализаторе представлены в табл. 1, 2.

Пример 2. Нейтрализатор с двумя ячеистыми носителями, каждый из которых составлен из двух металлических лент, гофрированных под изменяющимся углом 0-20^o друг к другу от центра к краю носителя. Общий объем сотового нейтрализатора 1,7 л. Нейтрализатор установлен на автомобиль ВАЗ 21102 на базе испытательного оборудования согласно требованиям Директивы 94/12 ЕЭС (ЕВРО-2). На носитель нанесена пористая керамическая подложка на основе оксида алюминия и активный компонент, содержащий платину, палладий, родий.

Как видно из табл.2, нейтрализатор удовлетворяет техническим требованиям по перепаду давлений. Испытания на токсичность показали, что автомобиль с данным нейтрализатором соответствует требованиям Директивы 94/12 (ЕВРО-2) с запасом по СО - 85%, по СН+NО_х - 30%.

Пример 3. Нейтрализатор с двумя ячеистыми носителями, один из которых составлен из плоской и гофрированной лент с параллельными каналами, а второй - аналогичен примеру 2. Высота первого носителя меньше, чем высота второго носителя. Нейтрализатор установлен на автомобиле УАЗ-3160.

Результаты испытаний приведены в Приложении 1 (Протокол испытаний в Государственном научном центре РФ "Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторньй институт НАМИ") Результаты испытаний нейтрализатора (маркированного для целей идентификации "нейтрализатор ООО "ЮНОНА") показали его соответствие требованиям ЕЭК ООН 83 (тип В. ЕВРО-1) на токсичность с запасом по СО - 68% и СН+NO_х - 17%.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявлено средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения, и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат. Т. е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть использовано промышленным способом в машиностроении и других областях народного хозяйства, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо. В первичных материалах заявки описаны средства и методы осуществления изобретения в виде, указанном в формуле изобретения. Осуществление изобретения по любому из пунктов формулы изобретения показывает возможность реализация указанного назначения изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Работа устройства и способ его использования осуществляются следующим образом.

Отработавшие газы поступают в патрубок 1 нейтрализатора, где, проходя через каналы в гофрированных частях, очищаются катализатором от токсичных веществ до требуемого стандартами уровня и выбрасываются через патрубок 2 в выхлопную трубу, а далее в атмосферу.

Использование данного изобретения позволит повысить конкурентоспособность отечественных автомобилей за счет соответствия их экологической безопасности мировым стандартам, а также значительно снизить загрязненность воздуха в населенных пунктах токсичными компонентами отработавших газов автомототранспортных средств, а также силовых и энергетических установок на базе двигателей внутреннего сгорания.

Формула изобретения

1. Каталитический нейтрализатор, содержащий корпус, выполненный в виде пустотелой емкости, с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители, каждый из которых образован по крайней мере из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором, при этом осевые линии сопряженных впадин и вершин гофр предыдущего и последующего слоев расположены под углом друг к другу, отличающийся тем, что между каталитическими носителями образованы уравнительные смесительные камеры, суммарный объем которых равен 0,01-0,4 внутреннего объема корпуса нейтрализатора, высоты предыдущего носителя к последующему соотносятся в пределах 1: 1-1: 2, при этом угол между осевыми линиями сопряженных впадин и вершин гофр предыдущего и последующего слоев составляет 0-60^o с ориентированием вершин углов в сторону входного патрубка нейтрализатора.

2. Каталитический нейтрализатор по п. 1, отличающийся тем, что у первого носителя осевые линии сопряженных впадин и вершин гофр гофрированных лент параллельны оси нейтрализатора.

3. Каталитический нейтрализатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что угол пересечения гофр предыдущего и последующего слоев носителей меняется непрерывно или ступенчато.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6