Каталитический нейтрализатор отработавших газов с механизмом газораспределения

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для очистки отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с воспламенением от сжатия. Каталитический нейтрализатор содержит корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, поперечными и продольными перегородками, пористыми проницаемыми металлокерамическими каталитическими (ППМК) блоками, входным и выходными патрубками, и механизм газораспределения. Последний имеет внешнюю неподвижную трубу с окнами и внутреннюю подвижную трубу с окнами, причем окна во внутренней трубе выполнены с возможностью совмещения с окнами во внешней трубе посредством поворотного рычага, жестко связанного с внутренней трубой. Внутренняя полость корпуса разделена продольными перегородками как минимум на три сектора. ППМК блоки установлены в каждом секторе в глухих и сквозных окнах поперечных перегородок, разделяющих каждый сектор. Механизм газораспределения расположен на торцевой стенке корпуса со стороны входного патрубка и оборудован отводами газов по числу секторов. Такое выполнение обеспечивает защиту блоков от загрязнения продуктами коксования на режимах малых нагрузок и повышает степень очистки. 1 з.п. ф-лы, 1 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 коаксиально установленными с образованием полости между ними пористыми металлокерамическими окислительными и восстановительными каталитическими блоками, входным и выходным патрубками с фланцами, канал для подвода вспомогательного газа. Канал для подвода вспомогательного газа соединен с сообщающимися полостями, образованными между внутренней поверхностью корпуса и наружными поверхностями окислительных пористых металлокерамических каталитических блоков (см. патент РФ N 2120554, МПК 6 F01N 3/28).

Недостатками известного нейтрализатора являются, во-первых, снижение эффективности очистки и срока службы каталитических блоков, так как, не имея предварительной очистки от твердых частиц, отработавшие газы поступают непосредственно на каталитические блоки, вызывая их засорение и (или) дезактивацию, а, также, так как каталитические блоки, как правило, имеют средний размер пор в пределах от 100 до 200 мкм для обеспечения приемлемых габаритов и допустимых противодавлений, а при таком конструктивном исполнении часть твердых частиц, включая сажу с размерами 1…30 мкм, имеет возможность проникать через пористые стенки блоков нейтрализатора; во-вторых, снижение эффективной мощности двигателя и увеличение удельного расхода топлива, что приводит в конечном итоге значительному снижению топливной экономичности, поскольку раздельная, последовательная установка каталитических блоков очистки от различных компонентов приводит к повышению суммарного гидравлического сопротивления нейтрализатора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является кассетный каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с двойными стенками и теплоизоляцией между ними, внутренние продольные и поперечные перегородки, торцевые крышки, впускной и выпускной патрубки, фланцы, каталитические фильтры, реактор, разделенный перегородками на несколько полостей: распределения потока газов, осуществления очистки газов через фильтры, объединения потока очищенных газов. В перегородке между полостями распределения потока газов установлена труба, являющаяся продолжением впускного патрубка, в торцевой части которой установлен подпружиненный клапан с выходом в пропускной сквозной патрубок, размещенный в продольной перегородке. Кроме того, нейтрализатор снабжен бонками, на которых закреплены металлокерамические фильтры, одна часть которых выполнена с содержанием высокотемпературных катализаторов, а другая - низкотемпературных. Металлокерамические фильтры могут быть выполнены в виде полых стаканов с днищами, представляющими в сечении сегменты. В трубе, установленной в перегородке между полостями распределения потока газов, размещен по всей ее длине поворотный трубчатый сектор с окном, труба снабжена окном (см. патент Российской Федерации N2105166, МПК 6 F01N 3/28).

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

Однако при использовании известного каталитического нейтрализатора не обеспечивается эффективная очистка отработавших газов от твердых частиц на различных режимах работы двигателя, поскольку пористые проницаемые каталитические блоки имеют ограниченную удельную поверхность и проходное сечение пор, а при открытии предохранительного клапана, не обеспечивается топливная экономичность, так как эти блоки создают достаточно высокое противодавление на выпуске дизеля; каталитический нейтрализатор имеет низкий срок службы, поскольку при периодической регенерации термическому или термохимическому воздействию подвергаются все фильтры и каталитические блоки независимо от их состояния, в результате воздействия происходит дезактивация блоков, что приводит к необходимости замены блоков и простою дизеля.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности очистки отработавших газов на различных режимах работы двигателя и топливной экономичности двигателя, повышения сроков службы каталитических блоков нейтрализатора до их регенерации.

Для достижения этого технического результата в каталитическом нейтрализаторе отработавших газов с механизмом газораспределения, содержащем корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, поперечными и продольными перегородками, пористыми проницаемыми металлокерамическими блоками, входным и выходными патрубками, и механизм газораспределения, имеющий внешнюю неподвижную трубу с окнами, внутреннюю подвижную трубу с окнами, окна во внутрнней подвижной трубе установлены с возможностью совмещения с окнами во внешней неподвижной трубе посредством поворотного рычага, жестко связанного с внутренней подвижной трубой, согласно изобретению внутренняя полость корпуса разделена продольными перегородками как минимум на три сектора, пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки установлены в каждом секторе, механизм газораспределения расположен на торцевой стенке корпуса со стороны входного патрубка и оборудован отводами газов по числу секторов, а во внешней неподвижной трубе выполнен сквозной паз для перемещения в нем рычага.

Кроме того, поперечные перегородки имеют сквозные и глухие окна, а пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки установлены попарно в глухие и сквозные окна поперечных перегородок.

Предлагаемое выполнение каталитического нейтрализатора относит его к классу многоступенчатых, так как в нейтрализаторе присутствуют несколько ступеней очистки, используются: очистка газов от твердых частиц, доокисление продуктов неполного сгорания, восстановление оксидов азота.

Наличие разграничительных секторов во внутренней полости реактора позволяет осуществлять эффективную очистку отработавших газов на различных режимах работы двигателя, поскольку дает возможность разделить реактор на любое количество секторов и устанавливать соответственно в каждом секторе пористые проницаемые каталитические блоки с различной удельной поверхностью и проходным сечением пор, а также направлять поток отработавших газов в нужный сектор.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный по оси разрез каталитического нейтрализатора с механизмом газораспределения.

Стрелками на чертеже показано направление движения отработавших газов по внутренним полостям каталитического нейтрализатора отработавших газов с механизмом газораспределения.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов с механизмом газораспределения содержит корпус 1, с торцевыми стенками 2 и 3, входным патрубком 4 и выходными патрубками 5.

Полость реактора образована внутренними поверхностями торцевой стенки 2, внутренней стенки 7 и торцевой стенки 3. В полости реактора размещены поперечные перегородки 9, 10, 11 со сквозными окнами 12 и глухими окнами 13.

В глухие окна установлены с образованием кассет пористые проницаемые металлокерамические блоки 14 доокисления продуктов неполного сгорания и угарного газа.

Продольными перегородками 15 и 16 полость делится на очистные секторы.

Продольные перегородки 17 и 18 образуют окна для впуска отработавших газов в очистной сектор.

Поперечными перегородками 2, 3, 9, 10 и 11 полость реактора делится на отдельные секции: 19 - распределения отработавших газов; 20 - сбора очищенных газов; 21 - очистки отработавших газов от твердых частиц; 22 - окисления продуктов неполного сгорания и восстановления оксидов азота.

В секции 21 очистки отработавших газов от твердых частиц находятся блоки: 23 - фильтрации отработавших газов от твердых частиц, заглушенные с выходного торца, и блоки 14 до окисления продуктов неполного сгорания и угарного газа; в состав блоков 14 и 23 входит катализатор - платина.

В секции 22 окисления продуктов неполного сгорания и восстановления оксидов азота установлены блоки 24 - восстановление оксидов азота и окисления продуктов неполного сгорания и 25 - восстановление оксидов азота и окисления продуктов неполного сгорания, в состав блоков 24 и 25 входят катализаторы - родий и палладий; блоки 24 заглушены с выходного торца, блоки 25 заглушены с входного торца, а с выходного открыты.

Поворотный механизм узла 26 газораспределения имеет внешнюю неподвижную трубу 29, присоединенную к торцевой стенке 2 со стороны входного патрубка 4, и внутреннюю - подвижную 31, связанную с поворотным рычагом 33. Во внутренней подвижной трубе 31 выполнены окна 32, предназначенные для отвода излишнего потока отработавших газов к другим очистным секторам и снижения, тем самым противодавления на выпуске дизеля. Отвод излишнего потока отработавших газов осуществляется при совмещении окон 32 в трубе 31 с такими же окнами 28 в трубе 29.

Совмещение окон 28 и 32 осуществляется посредством поворотного рычага 33, расположенного с возможностью перемещения в сквозном пазу 34 трубы 29 и жестко прикрепленного к трубе 31. Окна 28 соединяются с отводами 27, выполненными в виде прорезей, отработавших газов к окнам 30, выполненным в виде прорезей, во внутренней части торцевой стенки 2 корпуса в каждом из очистных секторов. Торец трубы 29 выполнен со стенкой 35 и окном 36, а торец трубы 31 выполнен со стенкой 37 и окном 38 в стенке 37 и является окном прямого подвода газов. Поворотный рычаг предполагается приводить в действие при помощи устройства управления, обозначенного в прототипе (см. патент Российской Федерации N 2105166, МПК 6 F01N 3/28).

Предлагаемый каталитический нейтрализатор отработавших газов с механизмом газораспределения работает следующим образом. На режимах пуска, прогрева и холостого хода дизеля поворотный рычаг 33 находится в крайнем положении и при этом окно 38 прямого подвода газов открыто. Отработавшие газы дизеля направляются через входной патрубок 4, попадают через механизм узла 26 газораспределения, окна 36 и 38 в секцию 19 распределения отработавших газов, через открытые окна 12 входят в блоки 23 фильтрации отработавших газов от твердых частиц, проходят через пористые проницаемые стенки, попадают в полость секции 21 очистки отработавших газов от твердых частиц, проходят через пористые проницаемые стенки фильтрующих блоков 14 с закрытыми торцами глухими окнами 13, в этих же блоках 13 и 23 происходит доокисление углеводородов и угарного газа. Далее газы входят в блоки с открытыми входными и закрытыми выходными окнами 24, находящимися в секции 22 окисления продуктов неполного сгорания и восстановления оксидов азота, поступают в полость секции 22, проходят через пористые проницаемые стенки блоков с открытыми задними окнами 25, выходят в секцию 20 сбора очищенных газов и выбрасываются через одну из труб 5.

При переходе на режим 25% нагрузки рычаг 33 переводит внутреннюю трубу 31 в положение, когда окно 36, расположенное внутри корпуса, закрыто, а газ направляется через окно 32 во внутренней трубе по отводу 27 газов в окно 30 в другие секторы нейтрализации. При прохождении газов через отдельные секции газы очищаются от твердых частиц, продуктов неполного сгорания и оксидов азота и выбрасываются через одну из труб 5.

Таким образом, в отличие от прототипа обеспечивается сохранение каталитических блоков от загрязнения продуктами коксования на режимах малых нагрузок, повышается степень очистки газов дизелей и обеспечивается наличие качеств безостановочной работы.

1. Каталитический нейтрализатор отработавших газов с механизмом газораспределения, содержащий корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, поперечными и продольными перегородками, пористыми проницаемыми металлокерамическими блоками, входным и выходными патрубками, и механизм газораспределения, имеющий внешнюю неподвижную трубу с окнами, внутреннюю подвижную трубу с окнами, окна во внутренней подвижной трубе установлены с возможностью совмещения с окнами во внешней неподвижной трубе посредством поворотного рычага, жестко связанного с внутренней подвижной трубой, отличающийся тем, что внутренняя полость корпуса разделена продольными перегородками, как минимум, на три сектора, пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки установлены в каждом секторе, механизм газораспределения расположен на торцевой стенке корпуса со стороны входного патрубка и оборудован отводами газов по числу секторов, а во внешней неподвижной трубе выполнен сквозной паз для перемещения в нем рычага.

2. Каталитический нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что поперечные перегородки имеют сквозные и глухие окна, а пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки установлены попарно в глухие и сквозные окна поперечных перегородок.