каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки

Формула изобретения

Каталитический нейтрализатор, отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки, содержащий корпус с внешней и внутренней стенками, теплоизоляцией между ними, торцевыми крышками, входным и выходным патрубками, последовательно расположенным относительно входного патрубка сажевым фильтром, пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, перегородку, разделяющую корпус на отдельные полости, отличающийся тем, что сажевый фильтр и разделенные перегородкой пористые металлокерамические окислительный и восстановительный каталитические блоки, каждый из которых оснащен индивидуальной торцевой крышкой со съемником, установлены поперек корпуса, а в нейтрализатор дополнительно введен коллектор перепуска газов, размещенный между внутренними полостями пористых металлокерамических окислительного и восстановительного каталитических блоков, который снабжен форсункой для подачи дополнительного газа, преимущественно аммиака, или раствора аммиака, или раствора карбамида.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в частности дизельных.

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 2120554, МПК 6 F 01 N 3/28).

Недостатками известного нейтрализатора является, во-первых, то, что отработавшие газы поступают непосредственно на каталитические блоки, не имеют предварительной очистки твердых частиц, блоки забиваются или дезактивируются; во-вторых, раздельная последовательная установка каталитических блоков очистки от различных компонентов приводит к повышению суммарного гидравлического сопротивления нейтрализатора, что приводит в конечном итоге к снижению мощности двигателя и увеличению удельного расхода топлива; в-третьих, 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 исполнении часть твердых частиц, включая сажу, с размерами 1. . . 30 мкм имеет возможность проникать через пористые стенки блоков нейтрализатора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с внешней и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, торцевыми крышками, входным и выходным патрубками, последовательно расположенным относительно входного патрубка сажевым фильтром, пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, реактором, разделенным каталитическими блоками и перегородками на отдельные полости (см. патент Российской Федерации 2023179, МПК 5 F 01 N 3/28).

Однако при использовании известного каталитического нейтрализатора не обеспечивается достаточное удобство эксплуатации, так как при периодической регенерации термическому или термохимическому воздействию подвергаются все фильтры и каталитические блоки независимо от их состояния. При дезактивации каталитических блоков или выходе из строя сажевого фильтра необходимо снимать нейтрализатор из системы выпуска и делать полную разборку нейтрализатора. При этом неизбежным является простой дизеля.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном каталитическом нейтрализаторе отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки, содержащем корпус с внешней и внутренней стенками, теплоизоляцией между ними, торцевыми крышками, входным и выходным патрубками, последовательно расположенным относительно входного патрубка сажевым фильтром, пористыми металлокерамическими окислительным и восстановительным каталитическими блоками, перегородку, разделяющую корпус на отдельные полости, вышеупомянутые сажевый фильтр и разделенные перегородкой пористые металлокерамические окислительный и восстановительный каталитические блоки, каждый из которых оснащен индивидуальной торцевой крышкой со съемником, установлены поперек корпуса. В нейтрализатор дополнительно введен коллектор перепуска газов, размещенный между внутренними полостями пористых металлокерамических окислительного и восстановительного каталитических блоков. Коллектор перепуска газов снабжен форсункой для подачи дополнительного газа, преимущественно аммиака, или раствора аммиака, или раствора карбамида.

Пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки могут быть выполнены по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Как и сажевый фильтр, они изготовлены в виде стаканов, в днища которых через торцевые крышки вворачиваются на резьбе съемники.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается поперечной по отношению к оси корпуса установкой фильтра и каталитических блоков, наличием индивидуальных торцевых крышек со съемниками, введением коллектора перепуска газов между внутренними полостями окислительного и восстановительного каталитического блоков, оснащенного форсункой для подачи дополнительного газа, преимущественно аммиака, или раствора аммиака, или раствора карбамида. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

В известных технических решениях не обнаружено совокупности отличительных признаков, характеризующих предложенное техническое решение и используемых для решения экологической задачи, поэтому техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Техническим результатом является повышение удобства эксплуатации путем обеспечения замены вышедших из строя каталитических блоков и сажевых фильтров без съема нейтрализатора с места его установки и полной разборки его. Это приводит к сокращению простоев техники с дизельным приводом, к возможности организации регенерации каталитических блоков и фильтрующих элементов без остановки техники в стационарных условиях за счет подачи дополнительного газа, преимущественно аммиака, или раствора аммиака, или раствора карбамида, до достижения отработавшими газами двигателя восстановительного блока, происходит связывание свободного кислорода, поэтому, при недостатке последнего, процессы восстановления идут интенсивнее и происходит более качественная очистка от окислов азота.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где изображен продольный осевой разрез каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания с регенерацией очистки.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов содержит корпус 1 с внешней стальной 2 и внутренней металлокерамической 3 стенками, установленными с зазором 4 в выступах 5 и 6 на торцевых крышках 7 и 8, закрепленных на фланцах 9 и 10 корпуса. Зазор 4 одновременно является теплоизоляцией. Торцевые крышки 7 и 8 покрыты слоями 11 и 12 металлокерамики. В поперечных направляющих 13,14,15 установлены последовательно, поперечно оси корпуса 1 сажевый фильтр 16 с крестообразной навивкой 17 из углеродистых нитей и стальной проволоки, пористые металлокерамические каталитические блоки: 18 - окислительный, 19 - востановительный.

Поперечные направляющие 13,14,15 оснащены крепежными фланцами 20,21,22, на которых установлены индивидуальные торцевые крышки 23,24,25 со съемниками 26,27,28. Нейтрализатор имеет входной патрубок 29 с фланцем 30 и выходной патрубок 31 с фланцем 32. Нейтрализатор имеет глухую поперечную перегородку 33 между блоками 18 и 19. Каталитические блоки, фильтр 16 и перегородка 33 делят реактор на несколько полостей: внутреннюю полость 34 сажевого фильтра, промежуточную полость 35 между поверхностями сажевого фильтра 16 и окислительного блока 18, внутреннюю полость 36 окислительного блока 18, полость 37 коллектора 38 перепуска газов, внутреннюю полость 39 восстановительного блока 19, полость 40 очищенных газов. В коллектор 38, полость которого соединена с полостями 36 и 39 блоков 18 и 19, введена форсунка 41 для подачи дополнительного газа, преимущественно аммиака, или раствора аммиака, или раствора карбамида. Во входном патрубке 29 установлен датчик температуры 42. В торцевой крышке 7 со стороны сажевого фильтра 16 размещен датчик давления 43. В выходном патрубке 31 расположен кислородный датчик 44.

Каталитический нейтрализатор работает следующим образом. Отработавшие газы попадают по патрубку 29 во внутреннюю полость 34 сажевого фильтра 16, очищаются на поверхности последнего и выходят в полость 35. Затем газы проходят через стенки пористого металлокерамического окислительного блока 18 и освобождаются от продуктов неполного сгорания, входят во внутреннюю полость окислительного блока 18, следуют по коллектору 38 во внутреннюю полость 39 восстановительного блока 19. Проходя через пористые проницаемые каталитические структуры блока 19, газы окисляются от окислов азота и выходят в полость 40 очищенных газов, а затем по патрубку 31 выходят из нейтрализатора. Показания противодавления, создаваемого нейтрализатором, от датчика 43 и температуры от датчика 42 служат сигналом замены фильтра 16. Показания датчика 44 служат сигналом включения системы подачи через форсунку 41 дополнительного газа или растворов в коллектор 38.

Для замены фильтра 16 и каталитических блоков 18 и 19 их индивидуальные крышки 23,24,25 освобождаются от крепежа и за съемники 26,27,28 производится выемка.

В сравнении с известными техническими решениями такое выполнение каталитического нейтрализатора обеспечивает улучшение эксплуатационных качеств последнего, приводит к экономии топлива за счет своевременности замены фильтров и повышает качество очистки газов за счет подачи дополнительного газа, преимущественно аммиака, или раствора аммиака, или раствора карбамида.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный нейтрализатор отработавших газов будет иметь качества безостановочной работы и высокую степень очистки газов дизелей.