Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение направлено на повышение эффективности очистки отработавших газов, улучшение топливной экономичности двигателя и продление срока его службы за счет автоматизации процесса регенерации катализаторов и изменения порядка их работы. Каталитический нейтрализатор содержит корпус с впускным и выпускным патрубками, реакторы с катализаторами, расположенные параллельно потоку газов, и распределитель отработавших газов, выполненный в виде заключенного в корпус диска, который имеет равномерно расположенные по окружности отверстия и установленные в них впускные клапаны, каждый из которых отрегулирован на соответствующий режим работы двигателя, в передней части корпуса и на внешней поверхности распределителя выполнены винтовые проточки, в образующейся полости которых установлены шарики, что конструктивно представляет собой винтовую пару с возможностью вращательно-поступательного движения распределителя относительно корпуса под действием давления отработавших газов, с фиксированными положениями на одно меньше количества реакторов, обеспечиваемые шариковым фиксатором, расположенным между корпусом и распределителем, при этом в распределителе выполнены радиальные прорези, в которых свободно установлены направляющие лопатки потока газов, образующие сектора, равные по количеству реакторов, и направляющий выступ пружины в центре задней торцевой стенки, а один из впускных клапанов распределителя выполнен в виде запорного клапана, отрегулированного на давление, превышающее давления, на которые отрегулированы другие клапаны, кроме этого, в корпусе установлена возвратная пружина между распределителем и реакторами, симметрично оси нейтрализатора, закрепленная на опорном диске. 3 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в выпускных системах двигателей внутреннего сгорания для снижения содержания токсичных веществ в отработавших газах.

Известен нейтрализатор отработавших газов для карбюраторного двигателя (патент РФ 2138653, МПК F 01 N 3/28, 1999 г.), содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, реакторы с катализаторами, расположенные параллельно потоку газов, и распределитель отработавших газов, выполненный в виде заключенного в корпус диска, который имеет равномерно расположенные по окружности отверстия и установленные в них впускные клапаны, каждый из которых отрегулирован на соответствующий режим работы двигателя, при этом один из впускных клапанов зафиксирован в закрытом положении винтом при регенерации каталитического слоя расположенного за ним реактора, а также в диске выполнено сквозное отверстие для прохождения потока отработавших газов на режиме холостого хода, при этом корпус нейтрализатора выполнен подвижно относительно распределителя отработавших газов.

Однако использование известного нейтрализатора не обеспечивает эффективной очистки отработавших газов в течение всего срока его службы; постепенно снижается топливная экономичность двигателя. Это связано с тем, что необходимость проведения технического обслуживания нейтрализатора определяется водителем, что является субъективным, не обеспечивая своевременного проведения технического обслуживания, в результате чего ухудшается состояние каталитических реакторов.

Изобретение направлено на повышение эффективности очистки отработавших газов, улучшение топливной экономичности двигателя и продление срока его службы за счет автоматизации процесса регенерации катализаторов и изменения порядка их работы.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащем корпус с впускным и выпускным патрубками, реакторы с катализаторами, расположенные параллельно потоку газов, и распределитель отработавших газов, выполненный в виде заключенного в корпус диска, который имеет равномерно расположенные по окружности отверстия и установленные в них впускные клапаны, каждый из которых отрегулирован на соответствующий режим работы двигателя, дополнительно в передней части корпуса и на внешней поверхности распределителя выполнены винтовые проточки, в образующейся полости которых установлены шарики, что конструктивно представляет собой винтовую пару с возможностью вращательно-поступательного движения распределителя относительно корпуса под действием давления отработавших газов, с фиксированными положениями на одно меньше количества реакторов, обеспечиваемые шариковым фиксатором, расположенным между корпусом и распределителем, при этом в распределителе выполнены радиальные прорези, в которых свободно установлены направляющие лопатки потока газов, образующие сектора, равные по количеству реакторов, и направляющий выступ пружины в центре задней торцевой стенки, а один из впускных клапанов распределителя выполнен в виде запорного клапана, отрегулированного на давление, превышающее давления, на которые отрегулированы другие клапаны, кроме этого, в корпусе установлена возвратная пружина между распределителем и реакторами, симметрично оси нейтрализатора, и закрепленная на опорном диске.

Отличительными признаками от прототипа является то, что в передней части корпуса и на внешней поверхности распределителя выполнены винтовые проточки, в образующейся полости которых установлены шарики, что конструктивно представляет собой винтовую пару с возможностью вращательно-поступательного движения распределителя относительно корпуса под действием давления отработавших газов, с фиксированными положениями на одно меньше количества реакторов, обеспечиваемые шариковым фиксатором, расположенным между корпусом и распределителем, при этом в распределителе выполнены радиальные прорези, в которых свободно установлены направляющие лопатки потока газов, образующие сектора, равные по количеству реакторов, и направляющий выступ пружины в центре задней торцевой стенки, а один из впускных клапанов распределителя выполнен в виде запорного клапана, отрегулированного на давление, превышающее давления, на которые отрегулированы другие клапаны, кроме этого, в корпусе установлена возвратная пружина между распределителем и реакторами, симметрично оси нейтрализатора, и закрепленная на опорном диске.

На фиг. 1 показан продольный разрез нейтрализатора, на фиг.2 - разрез нейтрализатора по А-А, на фиг.3 - разрез нейтрализатора по Б-Б.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержит корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 патрубками, несколько реакторов 12, 13, 14 и 15 с катализаторами, расположенные параллельно потоку газов, и распределитель отработавших газов 5, выполненный в виде заключенного в корпус диска, который имеет равномерно расположенные по окружности отверстия и установленные в них впускные клапаны 6, каждый из которых отрегулирован на соответствующий режим работы двигателя. В передней части корпуса 1 и на внешней поверхности распределителя 5 выполнены винтовые проточки, в образующейся полости которых установлены шарики 8, что конструктивно представляет собой винтовую пару с возможностью вращательно-поступательного движения распределителя 5 относительно корпуса 1 под действием давления отработавших газов, с фиксированными положениями на одно меньше количества реакторов, обеспечиваемые шариковым фиксатором 16, расположенным между корпусом 1 и распределителем 5, при этом в распределителе 5 выполнены радиальные прорези, в которых свободно установлены направляющие лопатки 9 потока газов, образующие сектора, равные количеству реакторов, и направляющий выступ пружины в центре задней торцевой стенки. Впускной клапан 7 выполнен в виде запорного клапана, отрегулированного на давление, превышающее давления, на которые отрегулированы другие клапаны. Между распределителем 5 и реакторами 12, 13, 14 и 15 установлена возвратная пружина 10 симметрично оси нейтрализатора, и закрепленная на опорном диске 11.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

При работе двигателя на режиме холостого хода отработавшие газы через впускной патрубок 2 поступают в корпус нейтрализатора 1 и через запорный клапан 7, минуя полость 19, по образованному направляющими лопатками 9 сектору проходят расположенный за ним реактор 14, очищаются и через выпускной патрубок 3 выходят из нейтрализатора. При работе двигателя на режиме частичных нагрузок, т. е. при увеличении расхода отработавших газов, газы дополнительно открывают клапан 17 и часть отработавших газов по другому сектору проходит через расположенный за ним реактор 13. При работе двигателя на режимах средних и полных нагрузок, т.е. при дальнейшем увеличении расхода отработавших газов дополнительно открываются соответственно клапаны 6 и 18. При уменьшении расхода отработавших газов клапаны 18, 6 и 17 последовательно закрываются.

При ухудшении состояния катализаторов 12, 13, 14 и 15 увеличивается давление отработавших газов в полости 4 перед распределителем 5, запорный клапан 7 закрывается и начинается регенерация катализатора расположенного за ним реактора 14, работающего на режиме холостого хода, отличающегося наибольшей токсичностью.

При дальнейшем ухудшении состояния катализаторов 13, 12 и 15 растет давление отработавших газов в полости 4 и, когда оно превысит суммарное сопротивление проворота винтовой пары и пружины 10, распределитель 5, воздействуя на шарики 8, находящиеся в полости винтовых канавок, провернется на угол сектора и сместится на некоторую величину вперед относительно корпуса 1 нейтрализатора и направляющих лопаток 9, при этом лопатки 9, упираясь в опорный диск 11, провернутся вместе с распределителем 5. Проворот на угол сектора обеспечит фиксатор 16, в результате чего изменится порядок работы реакторов 12, 13, 14 и 15, что обеспечивает равномерное использование всех катализаторов. Движение распределителя 5 начинается при таком давлении отработавших газов, которое обеспечивает перемещение каждого клапана до следующего реактора, т.е. до фиксированного положения распределителя 5.

Дальнейшее увеличение давления отработавших газов в полости 4 будет способствовать провороту распределителя 5 до следующего фиксированного положения, т.е. дальнейшему изменению порядка работы реакторов, до тех пор пока количество проворотов не станет на одно меньше количества реакторов.

При уменьшении давления отработавших газов в полости 4 возвратная пружина 10 провернет распределитель 5 в обратную сторону, изменив порядок работы реакторов в обратной последовательности, а при выключении двигателя вернет его в исходное положение.

Таким образом, вращение распределителя отработавших газов 5 и поочередная регенерация всех катализаторов при ухудшении их состояния обеспечивают поддержание в работоспособном состоянии катализаторов, равномерное их использование, что улучшает качество очистки отработавших газов, снижает расход топлива и продлевает срок службы нейтрализатора.

Формула изобретения

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, реакторы с катализаторами, расположенные параллельно потоку газов, и распределитель отработавших газов, выполненный в виде заключенного в корпус диска, который имеет равномерно расположенные по окружности отверстия и установленные в них впускные клапаны, каждый из которых отрегулирован на соответствующий режим работы двигателя, отличающийся тем, что в передней части корпуса и на внешней поверхности распределителя выполнены винтовые проточки, в образующейся полости которых установлены шарики, что конструктивно представляет собой винтовую пару с возможностью вращательно-поступательного движения распределителя относительно корпуса под действием давления отработавших газов, с фиксированными положениями на одно меньше количества реакторов, обеспечиваемые шариковым фиксатором, расположенным между корпусом и распределителем, при этом в распределителе выполнены радиальные прорези, в которых свободно установлены направляющие лопатки потока газов, образующие сектора, равные по количеству реакторов, и направляющий выступ пружины в центре задней торцевой стенки, а один из впускных клапанов распределителя выполнен в виде запорного клапана, отрегулированного на давление, превышающее давления, на которые отрегулированы другие клапаны, кроме этого в корпусе установлена возвратная пружина между распределителем и реакторами, симметрично оси нейтрализатора, и закрепленная на опорном диске.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3