RU114729U1

RU114729U1 - CATALYTIC UNIT OF THE NEUTRALIZER OF THE EXHAUST SYSTEM OF EXHAUST GASES OF THE GASOLINE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: RU114729U1
Application number: RU2011147368/04U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Анатольевич Добродомов
Original assignee: Дмитрий Анатольевич Добродомов
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2012-04-10

Abstract

Каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания, выполненный в виде керамического блока с ячеистой структурой, поверхность ячеек которого снабжена каталитическим покрытием, содержащим драгоценные металлы, в качестве которых используют палладий и родий, отличающийся тем, что количественное массовое соотношение палладий/родий составляет 3,0-40,0 при удельном содержании общего количества палладия и родия в объеме керамического блока в пределах 0,25-6,5 г/дм3, при этом плотность ячеек в керамическом блоке составляет 30-140 ячеек на 1 см2 поперечного сечения керамического блока. The catalytic block of the catalytic converter of the exhaust system of a gasoline internal combustion engine, made in the form of a ceramic block with a cellular structure, the surface of the cells is provided with a catalytic coating containing precious metals, which are used as palladium and rhodium, characterized in that the quantitative mass ratio of palladium / rhodium is 3.0-40.0 with the specific content of the total amount of palladium and rhodium in the volume of the ceramic block in the range of 0.25-6.5 g / dm3, while the density of cells in the ceramic block is 30-140 cells per 1 cm2 of the cross-section ceramic block.

Description

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к конструкциям систем выхлопа двигателей внутреннего сгорания (ДВС), снабженных каталитическим нейтрализатором окислительно-восстановительного типа действия, и может быть использована для снижения токсичности отработавших газов ДВС, работающих на бензиновом топливе.The utility model relates to engine building, in particular to the designs of exhaust systems of internal combustion engines (ICE) equipped with a catalytic converter of the redox type of action, and can be used to reduce the toxicity of exhaust gases from ICE running on gasoline fuel.

Известна сотовая конструкция из керамического материала, предназначенная для нейтрализации отработавших газов ДВС (патент RU №2198302, МПК F01N 3/28, опубл. 07.01.1999). Недостатком известной сотовой конструкции является недостаточная степень снижения токсичности выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.Known honeycomb structure made of ceramic material, designed to neutralize the exhaust gases of the internal combustion engine (patent RU No. 2198302, IPC F01N 3/28, publ. 07.01.1999). A disadvantage of the known honeycomb design is the insufficient degree of reduction of toxicity of exhaust gases of an internal combustion engine.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является каталитический нейтрализатор с однослойным каталитическим покрытием, содержащим палладий и родий, включающий носитель в виде сотового элемента с проточными каналами для прохождения отработавших газов, на поверхности стенок которых нанесено каталитическое покрытие в котором концентрация палладия составляет 0,1-10 г, а родия - 0,01-1 г в пересчете на объем сотового элемента (заявка RU на изобретение №2009138367, МПК B01J 23/44, опубл. 27.04.2011). К недостаткам известного каталитического блока можно отнести недостаточную степень снижения токсичности выхлопных газов ДВС, особенно по углеводородам (СН) и окиси углерода (СО), а также высокую себестоимость из-за большого количества дорогостоящих компонентов каталитического покрытия, в качестве которых используют палладий, родий, платину, оксиды церия, циркония, стронция, бария, стабилизированных оксидами редкоземельных элементов, таких, как титан, иттрий, лантан, самарий и др.The closest in technical essence to the claimed utility model is a catalytic converter with a single-layer catalytic coating containing palladium and rhodium, including a carrier in the form of a honeycomb element with flow channels for the passage of exhaust gases, on the surface of the walls of which a catalytic coating is applied in which the concentration of palladium is 0, 1-10 g, and rhodium - 0.01-1 g in terms of the volume of the honeycomb element (RU application for invention No. 2009138367, IPC B01J 23/44, publ. 04/27/2011). The disadvantages of the known catalytic unit include an insufficient degree of reduction in the toxicity of ICE exhaust gases, especially for hydrocarbons (CH) and carbon monoxide (CO), as well as high cost due to the large number of expensive components of the catalytic coating, which use palladium, rhodium, platinum, oxides of cerium, zirconium, strontium, barium, stabilized by oxides of rare earth elements, such as titanium, yttrium, lanthanum, samarium, etc.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является устранение указанных недостатков, повышение эффективности работы каталитического нейтрализатора, а также оптимизация расхода драгметаллов, используемых в каталитическом покрытии, снижение затрат на его изготовление.The technical problem to which the utility model is directed is to eliminate these drawbacks, increase the efficiency of the catalytic converter, as well as optimize the consumption of precious metals used in the catalytic coating, reduce the cost of its manufacture.

Технический результат достигается тем, что в каталитическом блоке нейтрализатора системы выпуска отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания, выполненном в виде керамического блока с ячеистой структурой, поверхность ячеек которого снабжена каталитическим покрытием, содержащим драгоценные металлы, в качестве которых используют палладий и родий, количественное массовое соотношение палладий/родий составляет 3,0-40,0, при удельном содержании общего количества палладия и родия в объеме керамического блока в пределах 0,25-6,5 г/дм3, при этом плотность ячеек в керамическом блоке составляет 30-140 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока.The technical result is achieved by the fact that in the catalyst block of the exhaust system of the exhaust gas of a gasoline internal combustion engine, made in the form of a ceramic block with a cellular structure, the surface of the cells of which is provided with a catalytic coating containing precious metals, which use palladium and rhodium, the quantitative mass ratio palladium / rhodium is 3.0-40.0, with a specific content of the total amount of palladium and rhodium in the volume of the ceramic block in the range of 0.25-6, 5 g / dm3, while the cell density in the ceramic block is 30-140 cells per square centimeter of the cross section of the ceramic block.

При количественном массовом соотношении палладий/родий в пределах 3,0-40,0, при удельном содержании общего количества палладия и родия в объеме керамического блока в пределах 0,25-6,5 г/дм3, как показали проведенные испытания, имеет место наибольшее снижение токсичности отработавших газов при значительном ресурсе эффективной работы нейтрализатора с обеспечением интенсивного протекания окислительно-восстановительных процессов очистки при высокой активности катализатора. При количественном массовом соотношении палладий/родий менее 3,0 наблюдается резкое ухудшение степени очистки по СО, а при массовом соотношении палладий/родий более 40,0 - по NOx.With a quantitative mass ratio of palladium / rhodium in the range of 3.0-40.0, with a specific content of the total amount of palladium and rhodium in the volume of the ceramic block in the range of 0.25-6.5 g / dm3, the tests showed that the greatest reduction of exhaust gas toxicity with a significant resource of effective operation of the catalyst with the provision of intensive redox cleaning processes with high catalyst activity. With a quantitative mass ratio of palladium / rhodium less than 3.0, there is a sharp deterioration in the degree of purification by CO, and with a mass ratio of palladium / rhodium more than 40.0 by NOx.

Аналогичным образом при удельном содержании общего количества палладия и родия в объеме керамического блока менее 0.25 г/дм3 наблюдается резкое ухудшение степени очистки, а при удельном содержании более 6,5 г/дм3 динамики снижения токсичности выхлопных газов не наблюдается и повышенное содержание драгметаллов становится неоправданным.Similarly, when the specific content of the total amount of palladium and rhodium in the volume of the ceramic block is less than 0.25 g / dm3, a sharp deterioration in the degree of purification is observed, and when the specific content is more than 6.5 g / dm3, the dynamics of reduction in toxicity of exhaust gases is not observed and the increased content of precious metals becomes unjustified.

Количественное массовое соотношение палладий/родий, выбранное в пределах 3,0-40,0, является наиболее оптимальным для эффективной нейтрализации выхлопных газов и продолжительной эффективной работы нейтрализатора. Добиться одновременно снижения в равной мере содержания в выхлопных газах всех вредных веществ, таких, как углеводороды (СН), окись углерода (СО) и окислы азота (NOx) довольно трудно, так как различные токсичные компоненты нейтрализуются разными катализаторами и уменьшение содержания одного токсичного компонента не всегда ведет к снижению содержания другого. Как показали проведенные испытания, при снижении количественного массового соотношения палладий/родий ниже 3,0 не происходит эффективного снижения содержания СО в отработавших газах, так как такого количества палладия, нейтрализующего СО, становится недостаточно для эффективного проведения окислительно-восстановительных процессов во всем объеме проходящих газов, при этом улучшаются показатели по нейтрализации NOx, так как увеличивается содержание родия. При повышении этого соотношения выше 40,0 не происходит эффективного снижения содержания NOx, так как такого количества родия, нейтрализующего NOx, становится недостаточно для эффективного проведения окислительно-восстановительных процессов во всем объеме проходящих газов, при этом улучшаются показатели по нейтрализации СО, так как увеличивается содержание палладия. В зависимости от состава отработавших газов выбирают оптимальный вариант соотношения палладия и родия из предложенного предела 3,0-40,0, позволяющего учитывать различные потребности и добиться уровня снижения токсичности отработавших газов, соответствующего экостандартам Евро 3, Евро 4, Евро 5. Комбинация каталитического покрытия из двух компонентов, палладия и родия, при их количественном массовом соотношении 3,0-40,0 позволяет длительное время сохранять активность нейтрализатора и оптимизировать содержание драгметаллов.The quantitative mass ratio of palladium / rhodium, selected in the range of 3.0-40.0, is most optimal for effective neutralization of exhaust gases and long-term effective operation of the catalyst. It is quite difficult to achieve at the same time an equal reduction in the content of all harmful substances in the exhaust gases, such as hydrocarbons (CH), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx), since various toxic components are neutralized by different catalysts and a decrease in the content of one toxic component not always leads to a decrease in the content of another. As the tests showed, with a decrease in the quantitative mass ratio of palladium / rhodium below 3.0, there is no effective decrease in the CO content in the exhaust gases, since such an amount of palladium neutralizing CO becomes insufficient for efficiently carrying out redox processes in the entire volume of passing gases At the same time, NOx neutralization indicators are improved, as the content of rhodium increases. With an increase in this ratio above 40.0, there is no effective reduction in the NOx content, since such a quantity of rhodium neutralizing NOx becomes insufficient for efficiently carrying out redox processes in the entire volume of passing gases, while the CO neutralization indices are improved, as it increases palladium content. Depending on the composition of the exhaust gases, choose the best option for the ratio of palladium and rhodium from the proposed limit of 3.0-40.0, which allows you to take into account different needs and achieve a level of reduction of toxicity of exhaust gases that meets the environmental standards of Euro 3, Euro 4, Euro 5. Combination of catalytic coating of the two components, palladium and rhodium, with their quantitative mass ratio of 3.0-40.0 allows for a long time to maintain the activity of the converter and optimize the content of precious metals.

При плотности ячеек в керамическом блоке в пределах 30-140 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока, как показали проведенные испытания, имеет место наибольшее снижение токсичности выхлопных газов при значительном ресурсе эффективной работы нейтрализатора с обеспечением интенсивного протекания окислительно-восстановительных процессов очистки при высокой активности катализатора. При плотности ячеек менее 30 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока не удается достичь степени очистки, соответствующей требованиям экостандартов Евро 3, Евро 4, Евро 5, так как в этом случае поверхности ячеек и, соответственно, общей поверхности каталитического покрытия недостаточно для эффективного протекания окислительно-восстановительных процессов очистки во всем объеме проходящих через каталитический блок выхлопных газов. При плотности ячеек более 140 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока повышения степени очистки практически не наблюдается, в то время как присутствует существенное повышение как гидросопротивления блока, так и расхода драгметаллов.When the cell density in the ceramic block is within 30-140 cells per square centimeter of the cross section of the ceramic block, as shown by tests, the greatest reduction in toxicity of exhaust gases takes place with a significant resource of effective operation of the converter with ensuring intensive redox cleaning processes at high activity catalyst. With a cell density of less than 30 cells per square centimeter of the cross section of the ceramic block, it is not possible to achieve a degree of purification that meets the requirements of the environmental standards Euro 3, Euro 4, Euro 5, since in this case the cell surfaces and, accordingly, the total surface of the catalytic coating are not enough for efficient flow redox purification processes in the entire volume of exhaust gases passing through the catalytic unit. With a cell density of more than 140 cells per square centimeter of the cross section of the ceramic block, an increase in the degree of purification is practically not observed, while there is a significant increase in both the hydraulic resistance of the block and the consumption of precious metals.

На фиг.1 представлен каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов бензинового ДВС.Figure 1 shows the catalytic converter unit of the exhaust system of a gasoline engine.

Каталитический блок нейтрализатора представляет из себя выполненный из инертной керамики блок 1 с ячеистой структурой, поверхности ячеек 2 которого снабжены каталитическим покрытием 3, содержащим драгоценные металлы, в качестве которых используют палладий и родий при количественном массовом соотношении палладий/родий 3,0-40,0 при удельном содержании общего количества драгоценных металлов в объеме керамического блока 1 в пределах 0,25-6,5 г/дм3, при этом плотность ячеек 2 в керамическом блоке 1 составляет 30- 140 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока 1.The catalytic converter block is an inert ceramic block 1 with a cellular structure, the cell surfaces 2 of which are provided with a catalytic coating 3 containing precious metals, which are used as palladium and rhodium with a palladium / rhodium quantitative mass ratio of 3.0-40.0 with a specific content of the total amount of precious metals in the volume of ceramic block 1 in the range of 0.25-6.5 g / dm3, while the density of the cells 2 in the ceramic block 1 is 30-140 cells per square centimeter across The cross-section of the ceramic block 1.

Работа каталитического блока нейтрализатора осуществляется следующим образом. Отработавшие газы из цилиндров ДВС поступают на вход блока 1, проходят через его ячейки 2, в которых под воздействием каталитического покрытия 3, выполненного из палладия и родия, происходят каталитические окислительно-восстановительные реакции очистки от токсичных веществ до уровня норм Евро 3, Евро 4 или Евро 5, и далее через систему шумоглушения очищенные газы поступают в атмосферу.The operation of the catalytic converter unit is as follows. The exhaust gases from the internal combustion engine cylinders enter the inlet of unit 1, pass through its cells 2, in which under the influence of a catalytic coating 3 made of palladium and rhodium, catalytic redox reactions of purification from toxic substances to the level of Euro 3, Euro 4 or Euro 5, and then through the noise reduction system, the purified gases enter the atmosphere.

Каталитический блок нейтрализатора отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания изготавливают любым известным специалистам промышленным способом в виде керамического блока, имеющего ячеистую структуру, на который осаждают палладий и родий в высокодисперсной форме.The catalytic block of the exhaust gas neutralizer of an internal combustion engine is manufactured by any method known to those skilled in the art in the form of a ceramic block having a cellular structure onto which palladium and rhodium are deposited in a highly dispersed form.

Каталитический блок нейтрализатора отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания, выполненный в соответствии с предлагаемым техническим решением, позволяет эффективно снижать токсичность отработавших газов, длительное время сохранять его активность и уменьшить содержание драгметаллов.The catalytic unit of the exhaust gas neutralizer of the gasoline internal combustion engine, made in accordance with the proposed technical solution, can effectively reduce the toxicity of exhaust gases, maintain its activity for a long time and reduce the content of precious metals.

Claims

The catalytic unit of the neutralizer of the exhaust gas system of a gasoline internal combustion engine, made in the form of a ceramic block with a cellular structure, the surface of the cells of which is provided with a catalytic coating containing precious metals, which use palladium and rhodium, characterized in that the quantitative mass ratio of palladium / rhodium is 3.0-40.0 with a specific content of the total amount of palladium and rhodium in the volume of the ceramic block in the range of 0.25-6.5 g / dm ³ , while the density l cells in the ceramic block is 30-140 cells per 1 cm ^{2 of the} cross section of the ceramic block.