RU2042838C1

RU2042838C1 - Device for cleaning exhaust gases of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2042838C1
Authority: RU
Inventors: И.А. Грибанов; Б.Н. Борисов; С.А. Семенов
Original assignee: Грибанов Игорь Алексеевич
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1995-08-27

Abstract

FIELD: internal combustion engines. SUBSTANCE: device for cleaning exhaust gases of internal combustion engine is used for two-stage cleaning; device has housing with intake branch pipe arranged in it, first and second catalytic units made in form of pipes and interconnected through chamber; device is also provided with air supply source and exhaust branch pipe brought in communication with second unit; device has additional housing with end walls and tangential bypass port made on its lateral surface. Second catalytic unit is arranged in additional housing partially located in chamber and is connected with this chamber through bypass port. Intake branch pipe is mounted on housing tangentially; lateral surfaces of housing of catalytic units are provided with tangential slotted holes. Units are mounted in housing in spaced relation. Inner walls of housings, inner and outer surfaces of pipes of units are provided with catalytic coating. Air supply source is made in form of central nozzle with screened cap secured on one end wall of additional housing; its other end wall holds outlet branch pipe. Slotted holes of first catalytic unit are made in direction opposite to direction of intake branch pipe. Ratio of total area of tangential slotted holes of first and second catalytic units to cross section of pipes is equal to 0.2-0.05. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к очистке выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering, namely to the purification of exhaust gases of internal combustion engines.

Известно устройство для нейтрализации выхлопных газов, выполненное в виде корпуса, снабженного входным и выходным патрубками, причем внутри корпуса смонтирован цилиндрический сотовый реактор. A device for neutralizing exhaust gases is made in the form of a housing equipped with inlet and outlet nozzles, and a cylindrical cellular reactor is mounted inside the housing.

Недостатками этого устройства являются большая сложность изготовления сотового керамического реактора и достаточно низкая эффективность очистки из-за прямолинейности газового потока и малого времени контакта газов с сотами реактора. The disadvantages of this device are the great complexity of manufacturing a honeycomb ceramic reactor and a rather low cleaning efficiency due to the straightness of the gas flow and the short contact time of the gases with the cells of the reactor.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус, имеющий впускной патрубок, размещенный в корпусе первый каталитический блок и второй каталитический блок, выполненные в виде труб и связанные между собой через камеру, источник подачи воздуха и выпускной патрубок, сообщенный с вторым блоком. The closest technical solution to the proposed one is a device for cleaning the exhaust gases of an internal combustion engine, comprising a housing having an inlet pipe, a first catalytic unit and a second catalytic unit located in the housing, made in the form of pipes and interconnected through a chamber, an air supply source and an exhaust a pipe in communication with the second block.

Однако такое устройство отличается недостаточной эффективностью очистки из-за малого времени контакта газов с поверхностью катализатора при большой скорости движения газов. However, such a device is characterized by insufficient cleaning efficiency due to the short contact time of gases with the catalyst surface at a high gas velocity.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. The aim of the invention is to increase the efficiency of exhaust gas purification of internal combustion engines.

Для этого в устройстве для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания обеспечивается двухстадийная, многократная циркуляция выхлопных газов вдоль каталитических поверхностей, а следовательно, увеличивается время контакта газов с каталитическими поверхностями и создается в каждом каталитическом блоке необходимая атмосфера. For this, a two-stage, multiple circulation of exhaust gases along the catalytic surfaces is provided in the device for cleaning exhaust gases of internal combustion engines, and therefore, the contact time of the gases with the catalytic surfaces is increased and the necessary atmosphere is created in each catalytic unit.

Очистка выхлопных газов производится в двух каталитических блоках, выполненных в виде труб, установленных в основном и дополнительном корпусах, связанных между собой промежуточной камерой, с торцовыми стенками и тангенциальным перепускным окном, выполненным на его боковой поверхности, второй дополнительный корпус частично размещен в камере и связан с последней через перепускное окно, впускной патрубок установлен на корпусе тангенциально, на боковых поверхностях корпусов каталитических блоков выполнены тангенциальные щелевые отверстия, блоки установлены в корпусах с зазором, причем внутренние стенки корпусов, внутренние и наружные поверхности труб блоков снабжены каталитическим покрытием, источник подачи воздуха выполнен в виде центрального сопла с сетчатым колпаком, закрепленным на одной из торцовых стенок дополнительного корпуса, а выпускной патрубок размещен на его другой торцовой стенке. Тангенциальные отверстия первого каталитического блока выполнены в направлении, противоположном направлению впускного патрубка, причем отношение суммарной площади тангенциальных щелевых отверстий первого и второго каталитического блока и площади поперечного сечения труб составляет 0,2-0,05. The exhaust gas is cleaned in two catalytic blocks made in the form of pipes installed in the main and additional cases, interconnected by an intermediate chamber, with end walls and a tangential bypass window made on its side surface, the second additional case is partially placed in the chamber and connected with the latter through the bypass window, the inlet pipe is installed tangentially on the housing; tangential slotted openings are made on the side surfaces of the housing of the catalytic blocks The blocks are installed in the housings with a gap, and the inner walls of the housings, the inner and outer surfaces of the tubes of the blocks are provided with a catalytic coating, the air supply source is made in the form of a central nozzle with a mesh cap mounted on one of the end walls of the additional housing, and the outlet pipe is placed on its other end wall. The tangential holes of the first catalytic block are made in the opposite direction to the inlet pipe, and the ratio of the total area of the tangential slotted holes of the first and second catalytic blocks and the cross-sectional area of the pipes is 0.2-0.05.

На фиг. 1 изображен горизонтальный разрез предлагаемого устройства; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 вид В на фиг. 1; на фиг. 5 вид Г на фиг. 1. In FIG. 1 shows a horizontal section of the proposed device; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 section BB in FIG. 1; in FIG. 4, view B in FIG. 1; in FIG. 5 is a view of D in FIG. 1.

Устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус 1, внутренняя поверхность которого имеет каталитическое покрытие 2. Внутри корпуса 1 с образованием кольцевого зазора установлен каталитический блок 3, выполненный в виде труб с щелевыми тангенциальными отверстиями 4, размещенными на расчетном расстоянии друг от друга на корпусе блока. Внутренняя и наружная поверхность каталитического блока 3 имеют каталитическое покрытие 5. Проведенной экспериментальной работой установлено, что суммарная площадь Σ f щелевых отверстий 4 должна относиться к площади живого сечения F трубы каталитического блока 3 Σ f/F в пределах 0,2-0,05, причем при Σ f/F=0,2 снижается эффективность очистки, при Σ f/F=0,05 неоправданно возрастают потери мощности двигателя. Корпус 1 имеет впускной патрубок 6, который установлен тангенциально по отношению к корпусу 1. Направление щелевых тангенциальных отверстий 4, выполненных по окружности каталитического блока 3, противоположно направлению впускного патрубка 6. Со стороны, противоположной впускному патрубку, установлена промежуточная камера 7, посредством которой соединяется дополнительный корпус 8, часть которого расположена в промежуточной камере 7, выполненной с тангенциальным перепускным окном 9 для прохода выхлопных газов. Внутри дополнительного корпуса 8 с образованием кольцевого зазора установлен дополнительный каталитический блок 10, на наружной и внутренней поверхностях которого имеет каталитическое покрытие 11. На боковой поверхности каталитического блока 10 выполнены щелевые тангенциальные отверстия 12. На торцовой стенке каталитического блока 10 установлен выпускной патрубок 13. На торцовой стенке корпуса 8 установлены служащие источником подачи воздуха сопло 14 и сетчатый колпак 15, защищающий входное отверстие сопла 14 от загрязнения. A device for cleaning the exhaust gases of an internal combustion engine contains a cylindrical body 1, the inner surface of which has a catalytic coating 2. Inside the body 1 with the formation of an annular gap, a catalytic unit 3 is installed, made in the form of pipes with slotted tangential openings 4 located at a calculated distance from each other on the block body. The inner and outer surfaces of the catalytic unit 3 have a catalytic coating 5. It was established by experimental work that the total area Σ f of the slotted holes 4 should relate to the living section area F of the pipe of the catalytic unit 3 Σ f / F in the range 0.2-0.05, moreover, when Σ f / F = 0.2, the cleaning efficiency decreases, when Σ f / F = 0.05, the engine power losses unreasonably increase. The housing 1 has an inlet pipe 6, which is installed tangentially with respect to the housing 1. The direction of the slotted tangential holes 4, made around the circumference of the catalytic unit 3, is opposite to the direction of the inlet pipe 6. An intermediate chamber 7 is installed on the side opposite to the inlet pipe, through which additional housing 8, part of which is located in the intermediate chamber 7, made with a tangential bypass window 9 for the passage of exhaust gases. Inside the additional housing 8 with the formation of an annular gap, an additional catalytic block 10 is installed, on the outer and inner surfaces of which it has a catalytic coating 11. On the side surface of the catalytic block 10 there are slotted tangential openings 12. An outlet pipe 13 is installed on the end wall of the catalytic block 10. the nozzle 14 and the mesh hood 15 protecting the inlet of the nozzle 14 from contamination are installed to the wall of the housing 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Выхлопные газы с температурой 400-450^оС поступают в патрубок 6 и далее попадают в кольцевой зазор между корпусом 1 и каталитическим блоком 3, при этом газ многократно циркулирует по кольцевому зазору со скоростью, равной скорости входа, и далее поступает через щелевидные отверстия 4 во внутреннюю полость каталитического блока 3, где продолжается вихревое движение газов с изменением направления движения потока. Выхлопные газы, поступающие в корпус 1, имеют коэффициент избытка воздуха α 1. При 400-450^оС на катализаторе происходит восстановление окислов азота за счет присутствия СО. Из каталитического блока 3 газы поступают в промежуточную камеру 7, из которой через перепускное окно 9 поступают в кольцевой зазор, образованный дополнительным корпусом 8 и каталитическим блоком 10, далее через тангенциальные щелевые отверстия 12 подаются во внутреннюю полость каталитического блока 10. Благодаря вихревому движению газов на оси внутренней полости каталитического блока 10 образуется разрежение, которое обеспечивает подачу атмосферного воздуха в каталитический блок 10 через сопло 14, увеличивает коэффициент избытка воздуха до α 1,02-1,05 и обеспечивает окисление СО и C_nH_m до СО₂ и Н₂О. Очищенные газы выводятся через выпускной патрубок 13.The exhaust gases with a temperature of 400-450 ^C. enter the tube 6 and then fall into the annular gap between the housing 1 and the catalytic unit 3, the gas is circulated repeatedly through the annular gap at a rate equal to the input speed, and then flows through the slit-shaped openings 4 in the internal cavity of the catalytic unit 3, where the vortex movement of gases continues with a change in the direction of flow. Exhaust gases entering the body 1, have the air excess coefficient α 1. At 400-450 ^{° C} on the catalyst of nitrogen oxides is restored by the presence of CO. From the catalytic unit 3, the gases enter the intermediate chamber 7, from which through the bypass window 9 enter the annular gap formed by the additional housing 8 and the catalytic unit 10, then through the tangential slot holes 12 are fed into the internal cavity of the catalytic unit 10. Due to the vortex movement of gases to the axis of the internal cavity of the catalytic unit 10, a vacuum is formed, which provides air to the catalytic unit 10 through the nozzle 14, increases the coefficient of excess air to α 1,02-1,05 and provides the oxidation of CO and C _n H _m to CO ₂ and H ₂ O. The purified gases are discharged through the exhaust pipe 13.

Учитывая многократное преломление потока выхлопных газов, предлагаемое устройство может одновременно служить глушителем звука. Кроме того, оно может быть также использовано для очистки отходящих газов промышленных выбросов. Given the multiple refraction of the exhaust stream, the proposed device can simultaneously serve as a silencer. In addition, it can also be used for purification of industrial exhaust gas.

Конструкция предлагаемого устройства прошла ряд испытаний. Аэродинамика и геометрические размеры устройства отработаны на холодной модели. Разработаны рабочие чертежи пилотной установки устройства для проведения натурных испытаний. Пилотная установка проходит комплекс натурных испытаний на стенде. The design of the proposed device has passed a number of tests. Aerodynamics and geometric dimensions of the device worked out on the cold model. The working drawings of the pilot installation of the device for field tests are developed. The pilot installation undergoes a set of field tests at the bench.

Claims

1. A DEVICE FOR CLEANING EXHAUST GASES OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a main body having an inlet pipe located therein, a first and second catalytic blocks made in the form of pipes and interconnected through a chamber, an air supply source and an exhaust pipe in communication with the second catalytic a unit, characterized in that, in order to increase efficiency, it is equipped with an additional housing with end walls and a tangential bypass window made on its side surface, the second catalytic The unit is installed in an additional housing, partially placed in the chamber, and connected to the latter through the bypass window, the inlet pipe is installed on the main housing tenentially, tangential slit holes are made on the lateral surfaces of the main housing and catalytic blocks, the blocks are installed in the housings with a gap, and the internal the walls of the housings and the outer and inner surfaces of the pipe tubes are provided with a catalytic coating, the air supply source is made in the form of a central nozzle with a mesh cap, fastening on one of the end walls of the supplemental body, and the outlet disposed at its other end wall.

2. The device according to claim 1, characterized in that the tangential slotted holes of the first catalytic block are made in the direction opposite to the direction of the inlet pipe.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the ratio of the total area of the tangential slotted holes of the first and second catalytic blocks to the cross-sectional area of its pipe is 0.2 0.05.