Устройство очистки отработавших газов двигателя транспортного средства

Изобретение относится к обработке отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Устройство очистки отработавших газов содержит форсунку 3 впрыска реагента перед катализатором 1 селективного восстановления оксидов азота. Форсунка 3 расположена на коленчатой трубке 5 внутри гильзы 6, размещенной в трубопроводе 2 выпуска отработавших газов. Снаружи гильзы 6 установлен электрический нагреватель 9, а внутри нее размещен сотовый вкладыш 11, охватывающий коленчатую трубку 5. При использовании изобретения повышается эффективность очистки отработавших газов двигателя транспортного средства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Оно касается очистки отработавших газов двигателя транспортного средства от оксидов азота с использованием метода их селективного восстановления.

Широко применяемым на практике методом снижения содержания оксидов азота в отработавших газах является метод селективного восстановления оксидов азота. Для реализации этого метода в качестве восстановителя оксидов азота применяется аммиак. Однако использование и хранение аммиака в чистом виде на автомобилях или иных транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания крайне небезопасно. Удобнее всего для реализации процесса восстановления оксидов азота использовать в качестве реагента мочевину. Для этого осуществляют подачу мочевины к трубопроводу выпуска отработавших газов и ее дозированный впрыск с помощью форсунки в поток отработавших газов, где происходят реакции термолиза и гидролиза, итогом которых является образование аммиака. Для того чтобы в результате таких реакций произошло полное превращение мочевины в аммиак, а образование побочных продуктов, например биурета, свелось к минимуму, необходима определенная температура для их протекания, так как в случае понижения температуры отработавших газов, например, при работе двигателя на холостом ходу, превращение мочевины в аммиак будет неполным. Из-за этого может образовываться биурет, который закупоривает каналы катализатора и выводит его из строя. Для предотвращения образования биурета желательно принудительно нагревать отработавшие газы или саму мочевину.

Известно устройство очистки отработавших газов двигателя, содержащее форсунку впрыска реагента перед катализатором селективного восстановления оксидов азота, расположенную на коленчатой трубке внутри гильзы, размещенной в трубопроводе выпуска отработавших газов (см. патент №7877983, опубликованный 01.02.2011 г. в США). В этом устройстве горячие отработавшие газы разогревают размещенную в трубопроводе гильзу, которая затем подогревает проходящие через нее отработавшие газы, имеющие невысокую температуру. Однако при таком выполнении устройства отсутствует возможность управлять нагревом отработавших газов.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) принято устройство очистки отработавших газов двигателя, представленное в европейском патенте №1785606, опубликованном 11.06.2014 г. Это устройство очистки содержит форсунку впрыска реагента перед катализатором селективного восстановления оксидов азота, расположенную на коленчатой трубке внутри гильзы, размещенной в трубопроводе выпуска отработавших газов. Вблизи коленчатой трубки установлен электрический нагреватель, который подогревает находящийся в ней реагент. Однако даже подогретый реагент после резкого расширения при впрыске форсункой охлаждается и попадает в среду отработавших газов, которая может иметь недостаточную температуру для полного превращения мочевины в аммиак.

При создании устройства очистки отработавших газов двигателя транспортного средства решалась задача обеспечения целевой температуры отработавших газов, необходимой для полного превращения мочевины в аммиак и предотвращения образования биурета.

Решение задачи обеспечения требуемой температуры отработавших газов достигается тем, что устройство очистки отработавших газов двигателя транспортного средства содержит форсунку впрыска реагента перед катализатором селективного восстановления оксидов азота, расположенную на коленчатой трубке внутри гильзы, размещенной в трубопроводе выпуска отработавших газов, при этом снаружи гильзы установлен электрический нагреватель, а внутри нее размещен сотовый вкладыш, охватывающий коленчатую трубку.

При установке снаружи гильзы электрического нагревателя, а внутри нее сотового вкладыша, охватывающего коленчатую трубку, обеспечивается быстрый управляемый нагрев отработавших газов до целевой температуры. В результате впрыска реагента в подогретые до требуемой температуры отработавшие газы происходит полное превращение мочевины в аммиак и предотвращение образования биурета. Техническим результатом является повышение эффективности очистки отработавших газов двигателя транспортного средства.

Технический результат достигается также тем, что сотовый вкладыш сделан из гофрированной металлической ленты, свернутой в спираль.

Достижение технического результата обеспечивается также тем, что концевой участок гильзы, расположенный после электрического нагревателя, выполнен в виде воронки, расширяющейся в сторону катализатора селективного восстановления оксидов азота.

Устройство очистки отработавших газов двигателя транспортного средства содержит катализатор 1 селективного восстановления оксидов азота, расположенный в трубопроводе 2 выпуска отработавших газов. Перед катализатором 1 установлена форсунка 3 впрыска реагента, в качестве которого используется раствор карбамида (мочевина), находящийся в баке 4. Форсунка 3 расположена на коленчатой трубке 5 внутри гильзы 6, размещенной в трубопроводе 2 соосно с ним. Концевой участок 7 гильзы 6 выполнен в виде воронки, расширяющейся в сторону катализатора 1. Фиксация гильзы 6 внутри трубопровода 2 осуществляется посредством надетых на нее перфорированных колец 8, прикрепленных к внутренней поверхности трубопровода 2.

Снаружи гильзы 6 на ее внешней поверхности установлен электрический нагреватель 9, соединенный с блоком 10 питания. Нагреватель 9 представляет собой токопроводящую спиральную намотку с высокотемпературной электроизоляцией.

Внутри гильзы 6 размещен сотовый вкладыш 11, охватывающий коленчатую трубку 5, обеспечивая ее надежную фиксацию в гильзе 6 вдоль ее оси и одновременно передачу тепловой энергии от нагревателя 9 к находящемуся в трубке 5 реагенту. Вкладыш 11 сделан из гофрированной металлической ленты высокой теплопроводности, свернутой в спираль.

Работа устройства очистки отработавших газов двигателя транспортного средства осуществляется следующим образом.

При работе двигателя отработавшие газы из выпускного коллектора (на фигуре не показан) направляются в трубопровод 2 выпуска отработавших газов. Подходя к участку трубопровода 2, снабженному гильзой 6, поток отработавших газов разделяется на два потока. Основной поток 12 отработавших газов проходит в пространство между стенками трубопровода 2 и гильзы 6, проникая туда через отверстия в кольце 8, установленном на входе в гильзу 6, и покидая это пространство через отверстия другого кольца 8, установленного на выходе из гильзы 6. Другой поток 13 отработавших газов входит во внутреннее пространство гильзы 6, где происходит впрыск в этот поток форсункой 3 реагента, а именно мочевины, поступающей по коленчатой трубке 5 из бака 4. После впрыскивания форсункой 3 в поток 13 отработавших газов реагента протекают химические реакции, в результате которых образуется аммиак.

На выходе из гильзы 6 при прохождении ее концевого участка 7 поток 13 отработавших газов расширяется в сторону внешнего потока 12, что способствует лучшему перемешиванию потоков 12, 13 отработавших газов. Объединившись в один поток, отработавшие газы направляются на вход катализатора 1 селективного восстановления оксидов азота, где происходит их обезвреживание.

Нагрев отработавших газов, поступающих внутрь сотового вкладыша 11, установленного в гильзе 6, осуществляется тогда, когда температура отработавших газов, измеряемая датчиком температуры (на фигуре не показан), установленным на входе в гильзу, оказывается ниже целевой температуры, необходимой для эффективного протекания реакций термолиза и гидролиза. В этом случае блок 10 питания включит электрический нагреватель 9, который осуществит нагрев гильзы 6 и размещенного в ней сотового вкладыша 11. Происходит быстрый нагрев до необходимой температуры потока 13 отработавших газов, проходящего внутри гильзы 6 через соты вкладыша 11 к форсунке 3. При этом ненагреваемые слои основного потока 12 отработавших газов служат теплоизоляцией для нагреваемого потока 13.

В случае резкого снижения температуры отработавших газов, например при изменении режима работы двигателя, нагретый до целевой температуры вкладыш 11 продолжает нагревать проходящий через его соты поток 13 отработавших газов. Поэтому нагреватель 9 можно включать только тогда, когда температура отработавших газов на выходе из сотового вкладыша 11, измеренная установленным вблизи него датчиком температуры, опустится существенно ниже заданного значения. При этом нагретый вкладыш 11 подогревает трубку 5 с реагентом, обеспечивая тем самым лучшее испарение реагента в момент его впрыска форсункой 3 в поток 13 отработавших газов.

Таким образом, снабдив устройство очистки отработавших газов двигателя транспортного средства электрическим нагревателем, установленным снаружи гильзы, и сотовым вкладышем, размещенным внутри гильзы и охватывающим коленчатую трубку, обеспечивается целевая температура отработавших газов, необходимая для эффективного протекания реакций термолиза и гидролиза и предотвращения образования нежелательных побочных продуктов. В результате повышается эффективность очистки отработавших газов двигателя транспортного средства.

1. Устройство очистки отработавших газов двигателя транспортного средства, содержащее форсунку впрыска реагента перед катализатором селективного восстановления оксидов азота, расположенную на коленчатой трубке внутри гильзы, размещенной в трубопроводе выпуска отработавших газов, отличающееся тем, что снаружи гильзы установлен электрический нагреватель, а внутри нее размещен сотовый вкладыш, охватывающий коленчатую трубку.

2. Устройство очистки по п. 1, отличающееся тем, что сотовый вкладыш сделан из гофрированной металлической ленты, свернутой в спираль.

3. Устройство очистки по п. 1, отличающееся тем, что концевой участок гильзы, расположенный после электрического нагревателя, выполнен в виде воронки, расширяющейся в сторону катализатора селективного восстановления оксидов азота.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для очистки отработавших газов. Изобретение относится к устройству (1) для подачи жидкой добавки в выпускной трубопровод (2).

Изобретение относится к обработке отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство для введения жидкой среды, например мочевины, в выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания содержит: смесительную камеру (2), предназначенную для протекания по ней выхлопных газов, при этом смесительная камера (2) ограничена в радиальном направлении снаружи трубчатой металлической стенкой (6), и впрыскивающий элемент (10) для впрыска жидкой среды в форме аэрозоля (11) в смесительную камеру (2).

Изобретение относится к выхлопной системе для автомобильного двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях, при этом система включает: (1) катализируемую монолитную подложку, содержащую катализатор, расположенный по потоку до монолитной подложки, при этом указанный катализатор содержит, по меньшей мере, один металл платиновой группы (PGM) и который содержит платину (Pt) и палладий (Pd) в весовом отношении Pt:Pd≥1,25:1, и (2) монолитную подложку, имеющую длину L и включающую первую зону, по существу, постоянной длины, ограничиваемую на одном конце первым концом монолитной подложки, при этом первая зона содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), предназначенный для восстановления оксидов азота азотистым восстановителем в выхлопном газе, выбрасываемом двигателем внутреннего сгорания, и вторую зону, по существу, постоянной длины, меньше L, ограничиваемую на одном конце вторым концом монолитной подложки, при этом второй конец монолитной подложки ориентирован в направлении верхней по потоку стороны и при этом: (а) вторая зона состоит из, по меньшей мере, одного оксида металла в форме частиц или смеси любых двух или более оксидов металлов, предназначенных для улавливания газофазного металла платиновой группы (PGM), при этом указанный, по меньшей мере, один оксид металла в форме частиц выбирают из группы, состоящей из необязательно стабилизированного оксида алюминия, аморфного алюмосиликата, необязательно стабилизированного оксида циркония, оксида титана и смесей из любых двух или нескольких из них, при этом указанный, по меньшей мере, один оксид металла в форме частиц не выполняет функцию подложки для какого-либо другого каталитического компонента; или (b) вторая зона содержит компонент, способный улавливать и/или сплавляться с газофазным металлом платиновой группы (PGM) и который содержит: (i) металл, выбранный из группы, состоящей из золота и серебра, или (ii) смесь или сплав палладия и золота.

Изобретение относится к системам обработки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Разработан способ эксплуатации устройства (1) для предоставления жидкой присадки, имеющего по меньшей мере одно место (17) всасывания для отбора жидкой присадки из бака (2), бесклапанный транспортирующий трубопровод (6), проходящий от места (17) всасывания до устройства (3) подачи, и бесклапанный объемный насос (4), причем объемный насос (4) выполнен с возможностью подавать жидкую присадку из бака (2) через место (17) всасывания вдоль транспортирующего трубопровода (6) к устройству (3) подачи, и причем объемный насос (4) имеет по меньшей мере одно уплотнение (19) транспортирующего трубопровода (6), которое может сдвигаться вдоль транспортирующего трубопровода (6) для подачи жидкой присадки.

Изобретение относится к устройствам для очистки отработавшего газа. Устройство (1) для подачи жидкого восстановителя (15) имеет бак (2) с внутренним пространством (3) и, по меньшей мере, частично расположенный во внутреннем пространстве (3) бака (2) резервуар (4).

Изобретение относится к способу и системе обработки отработавших газов, в котором восстанавливающий агент подают в поток выхлопного газа из двигателя. Система SCR содержит катализатор SCR (265).

Изобретение относится к системе обработки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство диагностики неисправностей согласно устройства управления выхлопными газами, имеющего как функцию избирательного восстановления, так и функцию фильтрации, вычисляет скорость очистки NOX, относящуюся к случаю, в котором устройство управления выхлопными газами находится в нормальном состоянии, на основе оцененного значения количества твердых частиц (PM), собранных или накопленных в устройстве управления выхлопными газами, и оцененного значения доли NO2 в выхлопном газе, перетекающем в устройство управления выхлопными газами, и определяет то, что устройство управления выхлопными газами является неисправным, когда разность между результатом вычисления и фактической скоростью очистки NOX превышает пороговое значение.

Изобретение относится к обработке отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Способ определения утечки восстановителя из устройства для обработки отработавшего газа (ОГ) включает следующие шаги: а) определение разности (5) сигналов (3, 4) второго датчика (29) оксидов азота и устройства (41), б) определение отклонения (7) между разностью (5) и целевой величиной (6) блока (2) регулирования, г) определение градиента (21) интегрирующего компонента (20) блока регулирования, д) установление утечки восстановителя, если отклонение (7) превышает первую пороговую величину (9), а градиент (21) - вторую пороговую величину (10).

Изобретение относится к способу и устройству для регенерации датчика твердых частиц системы снижения токсичности выбросов транспортного средства. Способ управления нагревателем датчика твердых частиц, в котором обеспечивают работу нагревателя для выжигания сажи, накопленной на указанном датчике; и регулируют температуру нагревателя в зависимости от выходного сигнала датчика во время работы нагревателя.

Изобретение относится к системе последующей обработки отработавших газов. Способ контроля компонентов системы последующей обработки отработавших газов (EATS) для дизельного двигателя содержит по направлению потока отработавших газов форсунку системы усовершенствованного впрыска углеводородов (AHI), блок дизельного катализатора окисления (DOC), дизельный сажевый фильтр (DPF) и систему селективного каталитического восстановления (SCR), включает: измерение количества тепла (QDOC), выделившегося на блоке DOC в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI; измерение количества тепла (QEATS) от впрыснутого системой AHI топлива, выделившегося на блоке DOC и фильтре DPF в течение цикла впрыска углеводородов системой AHI; измерение коэффициента преобразования (ηSCR) оксидов NOx в N2 системой SCR, когда впрыск углеводородов системой AHI не осуществляется; вычисление количества поданного тепла (QAHI) от топлива, впрыснутого системой AHI, в течение цикла впрыска углеводородов в случае полноценной работы форсунки; вычисление величины коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, равного: 1 - (QDOC/QEATS); вычисление величины коэффициента выноса углеводородов в системе AHI, равного: 1 - (QEATS/QAHI); и идентификацию неисправности форсунки системы AHI, блока DOC, фильтра DPF или системы SCR путем сравнения каждого из вычисленного коэффициента прохождения углеводородов через блок DOC, вычисленного коэффициента выноса углеводородов в системе AHI и измеренного коэффициента преобразования оксидов NOx с заданными величинами.
Изобретение относится к катализатору для холодного пуска и его применению в выхлопной системе для двигателя внутреннего сгорания. Катализатор для холодного пуска содержит цеолитовый катализатор и катализатор с нанесенным металлом платиновой группы.

Изобретение относится к композиции на основе оксидов церия, циркония и по меньшей мере одного редкоземельного металла, отличного от церия, к способу ее получения и ее применению в области катализа.
Заявлена система выпуска выхлопных газов для двигателей внутреннего сгорания и покрытая катализатором подложка для использования в системе выпуска выхлопных газов.

Изобретение относится к изделиям и способам, которые применимы для обработки выхлопных газов, образующихся в процессе углеводородного сжигания. Каталитическое изделие включает стеновой проточный монолит, имеющий впускную сторону, выпускную сторону и ось газового потока от впускной до выпускной стороны, первую композицию SCR катализатора, содержащую материал молекулярного сита с первой концентрацией молекулярного сита и обмененный металл с первой концентрацией металла, причем первый SCR катализатор расположен в первой зоне, и вторую композицию SCR катализатора, содержащую материал молекулярного сита с концентрацией, которая, по меньшей мере, на 20% меньше, чем первая концентрация молекулярного сита, и обмененный металл с первой концентрацией металла, причем второй SCR катализатор расположен во второй зоне, при этом первая и вторая зоны расположены в пределах части стенового проточного монолита и последовательно вдоль оси газового потока и первая зона расположена ближе к впускной стороне, а вторая зона расположена ближе к выпускной стороне.
Изобретение относится к катализированному фильтру с проточной стенкой и к способу его приготовления. При этом катализированный фильтр состоит из множества продольных впускных проточных каналов и выпускных проточных каналов, разделенных газопроницаемыми пористыми перегородками, в котором каждый впускной проточный канал имеет открытый впускной конец и закрытый выпускной конец и каждый выпускной проточный канал имеет закрытый впускной конец и открытый выпускной конец, в котором каждый впускной проточный канал содержит первый катализатор, который является активным при реакции оксидов азота с оксидом углерода и водородом с получением аммиака; каждый выпускной канал содержит второй катализатор, который является активным при селективном восстановлении оксидов азота посредством реакции с аммиаком с получением азота; и в котором модальный размер частиц либо первого, либо второго катализатора меньше, чем средний размер пор газопроницаемых пористых перегородок, и модальный размер частиц катализатора, не имеющего меньшего размера частиц, является большим, чем средний размер пор газопроницаемых перегородок, причем катализатор, являющийся активным при конверсии оксидов азота в аммиак, включает палладий, платину, смесь палладия и родия и смесь палладия, платины и родия, а катализатор, являющийся активным при селективном восстановлении оксидов азота, включает в себя, по меньшей мере, один из цеолита, двуокиси кремния и фосфата алюминия, ионообменного цеолита, двуокиси кремния и фосфата алюминия, промотированного железом и/или медью, одного или более оксидов основного металла.
Изобретение относится к катализированному фильтру с проточной фильтрующей стенкой и способу его получения. При этом способ включает в себя следующие этапы: а) обеспечение корпуса фильтра с проточной фильтрующей стенкой со множеством продольных впускных проточных каналов и выпускных проточных каналов, разделенных газопроницаемыми пористыми перегородками; б) нанесение пористого оксидного покрытия катализатора, содержащего композицию первого катализатора, который является активным при реакции оксидов азота с оксидом углерода и водородом с получением аммиака, и композицию второго катализатора, который является активным при селективном восстановлении оксидов азота посредством реакции с аммиаком с получением азота, при этом композиция первого катализатора имеет модальный размер частиц больше, чем средний диаметр пор пористых перегородок, и композиция второго катализатора имеет модальный размер частиц меньше, чем средний диаметр пор пористых перегородок; в) нанесение на корпус фильтра пористого оксидного покрытия катализатора посредством введения пористого оксидного покрытия через впускной конец впускных каналов; и г) сушка и термическая обработка корпуса фильтра с нанесенным покрытием с целью получения катализированного фильтра твердых частиц.

Изобретение относится к выхлопной системе для автомобильного двигателя внутреннего сгорания, работающего на бедных смесях, при этом система включает: (1) катализируемую монолитную подложку, содержащую катализатор, расположенный по потоку до монолитной подложки, при этом указанный катализатор содержит, по меньшей мере, один металл платиновой группы (PGM) и который содержит платину (Pt) и палладий (Pd) в весовом отношении Pt:Pd≥1,25:1, и (2) монолитную подложку, имеющую длину L и включающую первую зону, по существу, постоянной длины, ограничиваемую на одном конце первым концом монолитной подложки, при этом первая зона содержит катализатор селективного каталитического восстановления (SCR), предназначенный для восстановления оксидов азота азотистым восстановителем в выхлопном газе, выбрасываемом двигателем внутреннего сгорания, и вторую зону, по существу, постоянной длины, меньше L, ограничиваемую на одном конце вторым концом монолитной подложки, при этом второй конец монолитной подложки ориентирован в направлении верхней по потоку стороны и при этом: (а) вторая зона состоит из, по меньшей мере, одного оксида металла в форме частиц или смеси любых двух или более оксидов металлов, предназначенных для улавливания газофазного металла платиновой группы (PGM), при этом указанный, по меньшей мере, один оксид металла в форме частиц выбирают из группы, состоящей из необязательно стабилизированного оксида алюминия, аморфного алюмосиликата, необязательно стабилизированного оксида циркония, оксида титана и смесей из любых двух или нескольких из них, при этом указанный, по меньшей мере, один оксид металла в форме частиц не выполняет функцию подложки для какого-либо другого каталитического компонента; или (b) вторая зона содержит компонент, способный улавливать и/или сплавляться с газофазным металлом платиновой группы (PGM) и который содержит: (i) металл, выбранный из группы, состоящей из золота и серебра, или (ii) смесь или сплав палладия и золота.

Настоящее изобретение относится к каталитической композиции для применения в селективном восстановлении оксидов азота в отходящих газах по реакции с аммиаком, к монолитному структурированному телу, покрытому каталитической композицией, и к способу селективного окисления оксидов азота и окисления сажи в присутствии аммиака.
Изобретение относится к многофункциональному катализированному фильтру, который является полезным для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. А именно изобретение относится к катализированному фильтру с проточной фильтрующей стенкой, а также к способу его приготовления, который включает в себя следующие этапы: а) обеспечение корпуса фильтра с проточной фильтрующей стенкой со множеством продольных впускных проточных каналов и выпускных проточных каналов, разделенных газопроницаемыми пористыми перегородками; б) нанесение пористого оксидного покрытия катализатора, содержащего композицию первого катализатора, которая является активной при реакции оксидов азота с оксидом углерода и водородом с получением аммиака, и композицию второго катализатора, которая является активной при селективном восстановлении оксидов азота посредством реакции с аммиаком с получением азота, при этом композиция первого катализатора имеет модальный размер частиц меньше, чем средний диаметр пор пористых перегородок, и композиция второго катализатора имеет модальный размер частиц больше, чем средний диаметр пор пористых перегородок; в) нанесение на корпус фильтра пористого оксидного покрытия катализатора посредством введения пористого оксидного покрытия через выпускной конец выпускных каналов; и г) сушка и термическая обработка корпуса фильтра с нанесенным покрытием с целью получения катализированного фильтра твердых частиц.

Настоящее изобретение относится к способу получения катализатора. Способ включает в себя: (a) добавление прекурсора иридия и прекурсора палладия в воду, содержащую, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из поливинилпирролидона, N-метилпирролидона, N-винил-2-пирролидона, и этиленгликоля; (b) добавление восстанавливающего агента к полученному каталитическому металлическому коллоиду; (c) получение концентрированного раствора, содержащего металлические частицы катализатора, путем воздействия нагретым обратным потоком на полученный раствор; и (d) закрепление металлических частиц катализатора на носителе.
Наверх