Секционный каталитический нейтрализатор

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для очистки отработавших газов ДВС с воспламенением от сжатия. Секционный каталитический нейтрализатор содержит корпус с каталитическими фильтрующими элементами, поперечными перегородками с пазами, входным и выходным патрубками. Каталитические и фильтрующие элементы, установленные в пазах поперечных перегородок, выполнены в виде наборных секций радиальных пластин из пористого проницаемого металлокерамического материала фильтрующих окислительных или фильтрующих восстановительных свойств. Поперечные перегородки выполнены в виде секторообразных пластин, чередующихся с прорезями таким образом, что напротив секторообразной пластины одного торца наборной секции расположена прорезь другого торца этой секции. Каждая радиальная пластина размещена в пазах секторообразных пластин. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки отработавших газов путем развития площадей фильтрующих и каталитических элементов, топливную экономичность путем снижения противодавления на выпуске двигателя и обеспечить высокое качество очистки отработавших газов. 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Известен каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с каталитическими элементами из пористого проницаемого металлокерамического материала окислительных и восстановительных свойств, фильтрующим элементом, поперечной перегородкой с установочными ребрами, каналом для подвода вспомогательного газа, входным и выходным патрубками. Каталитические и фильтрующий элементы выполнены в виде полых цилиндров, осесимметрично размещенных на установочных ребрах поперечной перегородки и установочных на буртах торцевых поверхностях корпуса. Канал для подвода вспомогательного газа разделен на полости, одна из которых предназначена для подачи окислителя между внутренней поверхностью каталитического элемента окислительных свойств и внешней поверхностью фильтрующего элемента, а другая - для подачи вспомогательного газа между внутренней поверхностью каталитического элемента окислительных свойств и внешней поверхностью каталитического элемента восстановительных свойств (см. патент РФ №2115002, МПК⁶ F 01 N 3/28).

Основными недостатками известного каталитического нейтрализатора отработавших газов являются недостаточная эффективность очистки отработавших газов ввиду ограниченной площади фильтрующего и каталитических элементов, выполненных в виде полых цилиндров; недостаточная топливная экономичность ввиду значительного противодавления, создаваемого на выпуске двигателя.

Известен многоступенчатый каталитический нейтрализатор дизеля, содержащий корпус с каталитическими элементами из пористого проницаемого металлокерамического материала окислительных и восстановительных свойств, фильтрующими элементами, соприкасающимися поперечными перегородками с пазами, каналом для подвода вспомогательного газа, входным и выходным патрубками. Каталитические и фильтрующие элементы выполнены в виде полых цилиндров, коаксиально размещенных в пазах поперечных перегородок и на установочных буртах внутренних поверхностей корпуса. Фильтрующие элементы, очищающие отработавшие газы от твердых частиц, образованы многослойной перекрестной намоткой на сетчатых каркасах нитей композиционного углеродистого материала и осесимметрично установлены внутри каталитических элементов. Канал для подвода вспомогательного газа соединен через коллектор с полостью, образованной внешней поверхностью фильтрующих элементов и внутренней поверхностью каталитического элемента из пористого проницаемого металлокерамического материала окислительных свойств (см. патент РФ №2163300, МПК⁷ F 01 N 3/28).

Основными недостатками описанного каталитического нейтрализатора являются недостаточная эффективность очистки газов от твердых частиц ввиду ограниченных размерами каталитических элементов в виде полых цилиндров площадей фильтрации; недостаточная топливная экономичность вследствие значительного противодавления выпуску двигателя.

Последняя конструкция каталитического нейтрализатора является наиболее близкой по технической сущности и принята за прототип.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности очистки отработавших газов и топливная экономичность двигателя.

Технический результат достигается тем, что в секционном каталитическом нейтрализаторе, содержащем корпус с каталитическими элементами из пористого проницаемого металлокерамического материала окислительных и восстановительных свойств, фильтрующими элементами, поперечными перегородками с пазами, входным и выходным патрубками, причем каталитические и фильтрующие элементы установлены в пазах поперечных перегородок, каталитический и фильтрующий элементы выполнены в виде наборной секции радиальных пластин из пористого проницаемого металлокерамического материала фильтрующих окислительных или фильтрующих восстановительных свойств. Поперечные перегородки выполнены в виде секторообразных пластин, чередующихся с прорезями таким образом, что напротив секторообразной пластины одного торца наборной секции расположена прорезь другого торца этой секции. Каждая радиальная пластина размещена в пазах секторообразных пластин.

Повышение эффективности очистки отработавших газов обеспечивается путем развития площадей фильтрующих и каталитических элементов, выполненных в виде наборных секций радиальных пластин из пористого проницаемого металлокерамического материала фильтрующих окислительных или фильтрующих восстановительных свойств при установке каждой радиальной пластины в пазах секторообразных пластин, а также комбинированным размещением этих элементов в реакционной камере нейтрализатора.

Повышение топливной экономичности обеспечивается снижением противодавления, создаваемого каталитическим нейтрализатором с каталитическими и фильтрующими элементами и поперечными перегородками заявляемой конструкции на выпуске двигателя.

Кроме этого, предлагаемый секционный каталитический нейтрализатор позволяет обеспечить высокое качество очистки отработавших газов, так как обеспечивает ступенчатую очистку, предполагающую последовательную очистку твердых частиц, использование избытка кислорода в окислительных реакциях и восстановления оксида азота при недостатке кислорода.

Предлагаемое выполнение секционного каталитического нейтрализатора относит его к классу многоступенчатых, так как в нейтрализаторе присутствует несколько ступеней очистки, используются фильтрация, катализ при прохождении газов через радиальные пластины из пористого проницаемого металлокерамического материала. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается выполнением ступеней очистки в виде секций радиальных пластин из пористого проницаемого металлокерамического материала фильтрующих окислительных или фильтрующих восстановительных свойств с поперечными перегородками, в пазах которых размещена каждая радиальная пластина. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

В известных технических решениях не обнаружено совокупности отличительных признаков, характеризующих изложенное техническое решение и используемых для решения аналогичных задач. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен продольный разрез по оси разрез секционного каталитического нейтрализатора, а на фиг.2 - секция очистки в изометрии.

Стрелками на чертеже показано направление движения отработавших газов по внутренним полостям нейтрализатора.

Предлагаемый секционный каталитический нейтрализатор (фиг.1) содержит корпус 1 с внешними 2 и внутренними 3 стенками, между которыми размещен теплоизолятор 4, торцевую стенку 5 и торцевую крышку 6, закрепленную на фланце 7 корпуса, входной 8 и выходной 9 патрубки с фланцами 10 и 11. Реакционная камера нейтрализатора образована внутренними стенками 3 корпуса, торцевой стенкой 5 и торцевой крышкой 6. В реакционной камере расположены однотипные поперечные перегородки 12, выполненные в виде секторообразных пластин 13 из сплошного или пористого материала, чередующихся с прорезями 14 таким образом, что напротив секторообразной пластины одного торца наборной секции расположена прорезь другого торца этой секции. В секторообразных пластинах 13 выполнены пазы 15.

Каталитический и фильтрующий элементы, установленные в пазах 15, выполнены в виде наборной секции радиальных пластин 16 из пористого проницаемого материала фильтрующих окислительных или фильтрующих восстановительных свойств. Каждая радиальная пластина 16 наборной секции размещена в пазах секторообразных пластин 13.

Поперечными перегородками 12, повернутыми относительно оси друг друга таким образом, что против секторообразной пластины одной перегородки расположена прорезь другой перегородки, с наборной секцией радиальных пластин 16 в сборе, скрепленной шпилькой 17 с гайками 18, образована секция очистки 19. При этом в секции очистки устанавливается наборная секция однотипных радиальных пластин из пористого проницаемого металлокерамического материала фильтрующих окислительных свойств или из пористого проницаемого металлокерамического материала фильтрующих восстановительных свойств. Шпилька 17 пропущена через распорную втулку 20. Между секциями очистки 19, торцевой стенкой 5 и секцией очистки 19, торцевой крышкой 6 и секцией очистки 19 установлены распорные температурные компенсаторы 21.

Предлагаемый секционный каталитический нейтрализатор отработавших газов работает следующим образом. Отработавшие газы дизеля через входной патрубок 8 направляются в прорези 14 секции очистки 19, проходят через стенки радиальных пластин 16, где поверхностным слоем производится фильтрация от твердых частиц, а при прохождении через поры и пластины 16 - окисление продуктов неполного сгорания, далее газы выходят с противоположной стороны секции через прорези 14 в перегородке 12 и направляются в следующую секцию очистки 19, где происходит восстановление оксидов азота. После, как минимум второй секции очистки газы отводятся из нейтрализатора по выходному патрубку 9.

Таким образом, в отличие от прототипа обеспечивается более полная очистка отработавших газов на всех режимах работы двигателя, а более низкие противодавления на выпуске позволяет иметь более высокую топливную экономичность дизеля.

Выполнение секций очистки нейтрализатора с наборными секциями радиальных пластин позволяет в том же объеме по сравнению с другими формами увеличить фильтрующую поверхность, унифицировать производство, повысить производительность и обеспечить высокое качество очистки отработавших газов.

Секционный каталитический нейтрализатор, содержащий корпус с каталитическими элементами из пористого проницаемого металлокерамического материала окислительных и восстановительных свойств, фильтрующими элементами, поперечными перегородками с пазами, входным и выходным патрубками, причем каталитические и фильтрующие элементы установлены в пазах поперечных перегородок, отличающийся тем, что каталитический и фильтрующий элементы выполнены в виде наборной секции радиальных пластин из пористого проницаемого металлокерамического материала фильтрующих окислительных или фильтрующих восстановительных свойств, а поперечные перегородки выполнены в виде секторообразных пластин, чередующихся с прорезями таким образом, что напротив секторообразной пластины одного торца наборной секции расположена прорезь другого торца этой секции, при этом каждая радиальная пластина размещена в пазах секторообразных пластин.