RU2059841C1 - Filter for cleaning exhaust gases in internal combustion engine - Google Patents
Filter for cleaning exhaust gases in internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2059841C1 RU2059841C1 RU93042477A RU93042477A RU2059841C1 RU 2059841 C1 RU2059841 C1 RU 2059841C1 RU 93042477 A RU93042477 A RU 93042477A RU 93042477 A RU93042477 A RU 93042477A RU 2059841 C1 RU2059841 C1 RU 2059841C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filter
- mesh
- layers
- corrugated
- inlet
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей путем очистки их от твердых сажевых частиц и от газообразных токсичных компонентов. The invention relates to mechanical engineering, and in particular to devices for reducing the toxicity of exhaust gases of diesel engines by cleaning them from solid soot particles and from gaseous toxic components.
Наиболее близким к предлагаемому фильтру для очистки отработавших газов дизельных двигателей является фильтр, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, в котором размещен фильтрующий элемент, выполненный в виде пакета из чередующихся пористых плоских и пористых гофрированных пластин, полученных из минеральных волокон на основе алюминия, алюмосиликатов или силикатов, скрепленных огнеупорной глиной. Входной торец каждой гофрированной пластины перекрыт только по торцам самих гофр так, что каналы между гофрами оставлены свободными, а выходной торец пластины, наоборот, перекрыт только между гофрами, а сами гофры с торцов открыты. Таким образом, собранный пакет имеет сотовую структуру с множеством параллельных каналов треугольной формы. Отработавшие газы поступают на входную торцовую поверхность пакета, протекают по треугольным каналам вдоль гофр вглубь пакета, фильтруются через порыстые стенки плоских пластин и самих гофр внутрь соседних гофр и выходят через их открытые торцы с противоположного торца пакета. В известном фильтре обеспечивается большая площадь фильтрации в сравнении с кордиеритовыми сотовыми фильтрами и вследствие этого небольшой рост гидравлического сопротивления, что позволяет изготавливать фильтры цилиндрической формы путем наматывания исходной сырой заготовки в рулон с ее последующим спеканием. Closest to the proposed filter for cleaning exhaust gases of diesel engines is a filter containing a housing with inlet and outlet nozzles, which houses a filter element made in the form of a package of alternating porous flat and porous corrugated plates obtained from mineral fibers based on aluminum, aluminosilicates or silicates bonded with refractory clay. The input end of each corrugated plate is blocked only at the ends of the corrugations so that the channels between the corrugations are left free, and the output end of the plate, on the contrary, is blocked only between the corrugations, and the corrugations themselves are open from the ends. Thus, the assembled package has a honeycomb structure with many parallel channels of a triangular shape. Exhaust gases enter the inlet end surface of the bag, flow through triangular channels along the corrugations into the depth of the bag, are filtered through the porous walls of the flat plates and the corrugations themselves into adjacent corrugations, and exit through their open ends from the opposite end of the bag. The known filter provides a large filtration area in comparison with cordierite honeycomb filters and, as a result, a small increase in hydraulic resistance, which makes it possible to produce filters of a cylindrical shape by winding the initial crude preform into a roll with its subsequent sintering.
Недостатки известного фильтра заключаются в следующем. The disadvantages of the known filter are as follows.
Как показано в примерах, толщина пористых стенок плоских и гофр составляет ≈1 мм, что в 2-3 раза больше, чем у кордиеритовых блоков, выдавливаемых зацело методом экструзии. Поэтому для обеспечения небольшого перепада давления при фильтрации газа через такие стенки в известном фильтре приходится увеличивать общую пористость стенок, уменьшая их прочность, а также увеличивать размеры гофр и габариты пакета. Однако термопрочность толстостенных пластин снижается и при регенерации сажи с нагревом выше 600оС, возникает опасность растрескивания пакета. Операции формирования торцовых частей гофрированных пластин также являются сложными, поскольку если при дальнейшем спекании пластин в пакете образуется трещина в какой-либо торцовой части гофра, то в этом месте возможно образование сквозного канала. Кроме того, склеивание пластин в пакете с помощью огнеупорной глины с добавками выгорающих компонентов, не гарантирует сплошности в местах контакта вершин гофр с плоскими пластинами, а также возможны существенные изменения пористости стенок, снижающие их проницаемость по газу.As shown in the examples, the thickness of the porous walls of flat and corrugations is ≈1 mm, which is 2-3 times greater than that of cordierite blocks extruded entirely by extrusion. Therefore, to ensure a small pressure drop when filtering gas through such walls in a known filter, it is necessary to increase the total porosity of the walls, reducing their strength, as well as increase the size of the corrugations and the dimensions of the package. However termoprochnost thick plate is reduced and the soot regeneration by heating above 600 ° C, there is a risk of cracking of the package. The operations of forming the end parts of the corrugated plates are also complicated, since if a further sintering of the plates in the packet forms a crack in any end part of the corrugation, then a through channel can be formed in this place. In addition, gluing the plates in the bag using refractory clay with the addition of burnable components does not guarantee continuity at the contact points of the corrugations with flat plates, and significant changes in the porosity of the walls are possible, which reduce their gas permeability.
Анализ уровня техники в области сажевых фильтров для двигателей внутреннего сгорания показывает, что большинство из них сложны в изготовлении и нетехнологичны, что затрудняет их массовое производство. Фильтры, набираемые из отдельных пластин, требуют последующих операций склеивания, спекания и сушки, изменяющих их гидравлические характеристики. Для всех известных конструкций сложной является проблема введения различных по составу каталитически активных компонентов в пористую структуру фильтра с учетом необходимости каталитического сжигания сажи (твердофазной составляющей потока) и каталитической бифункциональной очистки от токсичных газовых компонентов. В известных фильтрах возможности для избирательного введения таких катализаторов в те или иные части фильтра не предусмотрены. Также сложной является проблема размещения в известных фильтрах электронагревателей для периодического выжигания сажи. Основным недостатком известных сажевых фильтров является то, что они достаточно быстро (в течение нескольких минут) быстро забиваются сажей на холодных режимах запуска и разогрева двигателя, после чего, вплоть до начала выжигания накопленной в фильтре сажи, двигатель работает на повышенной мощности или глохнет, что экономически невыгодно. The analysis of the prior art in the field of diesel particulate filters for internal combustion engines shows that most of them are difficult to manufacture and low-tech, which complicates their mass production. Filters drawn from individual plates require subsequent bonding, sintering and drying operations that change their hydraulic characteristics. For all known structures, the challenge is the introduction of different composition of catalytically active components into the porous structure of the filter, taking into account the need for catalytic combustion of soot (solid-phase component of the flow) and catalytic bifunctional purification of toxic gas components. In known filters, the possibilities for the selective introduction of such catalysts in certain parts of the filter are not provided. Also difficult is the problem of placing electric heaters in the known filters for periodic soot burning. The main disadvantage of the known particulate filters is that they are quickly enough (within several minutes) clogged with soot in the cold engine start-up and warm-up modes, after which, until the soot accumulated in the filter burns out, the engine runs at increased power or stalls, which economically disadvantageous.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы фильтра и упрощение технологии его изготовления. The objective of the invention is to increase the efficiency of the filter and simplify the technology of its manufacture.
Для решения поставленной задачи предлагается фильтр для очистки отходящих газов дизельных двигателей, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, в котором размещен фильтрующий элемент, выполненный в виде пакета из чередующихся плоских и гофрированных слоев, с нанесенным на них каталитическим покрытием, образующих между собой входные и выходные промежутки для прохода газа, в котором плоские слои образованы из сетки, зигзагообразно сплошной с поочередным формированием при этом входных и выходных промежутков, обращенных соответственно к впускному и выпускному патрубкам, поверхностях волокон сетки и гофрированных слоев образовано каталитическое покрытие, которое на входных и выходных гофрированных слоях выполнено преимущественно с компонентами окислительной обработки сажевых частиц, а на сетчатых слоях преимущественно с компонентами окислительно-восстановительной обработки газового потока, а каталитическое покрытие гофрированных слоев преимущественно с компонентами окислительной обработки сажевых частиц. Кроме того, в предлагаемом фильтре гофрированные слои могут быть выполнены из металлических плотных, сетчатых или волоконных материалов. To solve this problem, a filter for cleaning exhaust gases of diesel engines is proposed, comprising a housing with inlet and outlet nozzles, in which a filter element is placed, made in the form of a packet of alternating flat and corrugated layers, coated with a catalytic coating that form the input and output gaps for the passage of gas, in which the flat layers are formed from a mesh zigzag continuous with the formation of input and output gaps alternating with A catalytic coating is formed directly to the inlet and outlet pipes, the surfaces of the mesh fibers and the corrugated layers, which is mainly made on the input and output corrugated layers with the components of the oxidative treatment of soot particles, and on the mesh layers, mainly with the components of the redox treatment of the gas stream, and the catalytic coating corrugated layers mainly with components for the oxidative treatment of soot particles. In addition, in the proposed filter, the corrugated layers can be made of dense metal, mesh or fiber materials.
При этом входные и выходные гофрированные слои могут быть размещены взаимно поперечно. Расстояние между складками ячеистой сетки и толщина размещенных в них гофрированных слоев выполнены увеличивающимися от центра пакета к его периферии. In this case, the input and output corrugated layers can be placed mutually transversely. The distance between the folds of the mesh and the thickness of the corrugated layers placed in them are made increasing from the center of the packet to its periphery.
В изгибах сетчатых складок могут быть дополнительно размещены электронагревательные элементы, зигзагообразно пропущенные через изгибы, один с входного, а другой с выходного торцов пакета. In the bends of the mesh folds, electric heating elements can be additionally placed, zigzag passing through the bends, one from the input and the other from the output ends of the package.
Известно, что частицы сажи, несгоревшего топлива, масла, капли влаги, взвешенные в холодном потоке отходящих газов дизельных двигателей, обладают высокими адгезивными свойствами и легко налипают даже на гладкие, полированные поверхности выхлопной системы глушителя и др. детали газового тракта, образуя тонкий "жирный" слой, на который активно высаживаются новые частицы, быстро увеличивающие его толщину. Поэтому попытки фильтрации сажевых частиц из холодных отходящих газов путем их пропускания через мелкопористые стенки приводит к чрезвычайно быстрому поверхностному забиванию стенок слоем микроскопических частиц и росту гидравлического сопротивления фильтра до недопустимых величин уже через несколько минут после холодного запуска дизельного двигателя. В предлагаемом фильтре улавливание частиц на холодных режимах работы двигателя обеспечивается за счет создания в объеме фильтрующего пакета возможно большей площади поверхности для оседания на нее частиц за счет обеспечения условий для их столкновения друг с другом, конгломерации в более крупные частицы и выпадения их из газового потока, скорость которого в объеме пакета резко уменьшается. При этом частицы, находящиеся в потоке, испытывают множество столкновений друг с другом из-за перетечек через верхний и нижний сетчатые слои в соответствующие выходные промежутки пакета. It is known that particles of soot, unburned fuel, oil, moisture droplets, suspended in a cold stream of exhaust gases of diesel engines, have high adhesive properties and easily stick even to smooth, polished surfaces of the muffler exhaust system and other parts of the gas path, forming a thin "greasy "a layer on which new particles are actively planted, rapidly increasing its thickness. Therefore, attempts to filter soot particles from cold exhaust gases by passing them through finely porous walls leads to extremely fast surface clogging of the walls with a layer of microscopic particles and an increase in the hydraulic resistance of the filter to unacceptable values within a few minutes after a cold start of a diesel engine. In the proposed filter, particle capture during cold engine operation is ensured by creating as large a surface area as possible in the volume of the filter bag for settling particles on it by providing conditions for their collision with each other, conglomeration into larger particles and their loss from the gas stream, the speed of which in the package volume decreases sharply. In this case, particles in the flow experience many collisions with each other due to overflows through the upper and lower mesh layers into the corresponding output gaps of the packet.
В предлагаемом фильтре абсолютно все поверхности гофр и сетчатых слоев служат для сбора дисперсных частиц. В сравнении с известными сотовыми керамическими или пластинчатыми фильтрами из пористой керамики, пенокерамики или войлока, где сажа улавливается объемно, с забиванием одной стороны пористой стенки, а противоположная сторона стенки остается чистой даже при недопустимом росте противодавления на фильтре, в предлагаемом фильтре улавливание осуществляется не в объеме пористой стенки, а на двух сторонах гофрированных (преимущественно плотных) и сетчатых слоев. Площадь оседания сажи в данном случае оказывается в несколько раз большей, чем в аналогах, толщина осаждаемого слоя существенно уменьшается, соответственно почти не уменьшаются микроскопические проходные сечения гофрированных каналов (размерами 1-3 мм) и ячеек сетки (размерами 100-500 мкм). При одинаковых габаритах предлагаемого и известных фильтров время витания частиц в объеме пакета возрастает в 3-5 раз и вероятность их налипания на поверхности гофр и сетки возрастает. In the proposed filter, absolutely all surfaces of the corrugations and mesh layers are used to collect dispersed particles. In comparison with the known cellular ceramic or plate filters made of porous ceramics, foam ceramics or felt, where the soot is trapped volumetricly, with one side of the porous wall clogged and the opposite side of the wall remains clean even with an unacceptable increase in back pressure on the filter, the filter offered does not capture the volume of the porous wall, and on two sides of the corrugated (mostly dense) and mesh layers. In this case, the area of soot settling turns out to be several times larger than in analogues, the thickness of the deposited layer decreases significantly, and accordingly the microscopic passage sections of corrugated channels (1-3 mm in size) and mesh cells (100-500 μm in size) are almost not reduced. With the same dimensions of the proposed and known filters, the time of particles soaring in the package volume increases by 3-5 times and the probability of their sticking on the surface of the corrugations and mesh increases.
На холодных режимах отходящие газы попадают во входные промежутки пакета, тормозятся и сажа начинает осаждаться на поверхностях входных гофрированных пластин, а сетчатые плоские слои с крупными ячейками, размерами в десятки-сотни микрон, обеспечивают свободное пролетание через них самых крупных инерционных частиц сажи, хотя при этом некоторое их количество налипает на поверхности между ячейками сетки, но сетка не забивается. Пролетая из входных промежутков пакета через ячейки сетчатых слоев, частицы попадают в соседние выходные промежутки, где между гофрами в осевом направлении протекает часть потока, прошедшая через сетчатые торцы складок. При взаимном столкновении потоков, прошедших через ячейки сетки с потоками, текущими вдоль обоих поверхностей гофрированных слоев, частицы, оставшиеся в потоках, конгломерируются, укрупняются, скорость их витания и уноса уменьшается и они легко налипают на нижнюю и верхнюю поверхности гофрированных слоев, расположенных в выходных промежутках между сетчатыми складками. In cold conditions, the exhaust gases enter the inlet gaps of the bag, are decelerated, and soot begins to settle on the surfaces of the inlet corrugated plates, and the mesh flat layers with large cells measuring tens to hundreds of microns in size allow free passage of the largest inertial soot particles through them, although at some of them stick to the surface between the grid cells, but the grid does not clog. When flying from the input gaps of the packet through the cells of the mesh layers, the particles fall into neighboring output gaps, where a part of the stream flows through the mesh ends of the folds in the axial direction between the corrugations. In the mutual collision of streams passing through the mesh cells with streams flowing along both surfaces of the corrugated layers, the particles remaining in the streams conglomerate, enlarge, the speed of their flow and entrainment decreases and they easily stick to the lower and upper surfaces of the corrugated layers located at the output gaps between the mesh folds.
Таким образом, на холодных режимах фильтр работает как сажесборник, в котором частицы распределяются в основном на обоих сторонах всех имеющихся в пакете гофрированных слоев, а сетчатые крупноячеистые слои, также осаждая на себе некоторое количество частиц, обеспечивают беспрепятственное пропускание газа из входных промежутков в выходные, практически без увеличения общего гидравлического сопротивления фильтра в целом и нейтрализацию газовых токсичных компонентов на каталитическом слое сетки. Thus, in cold conditions, the filter acts as a soot collector, in which particles are distributed mainly on both sides of all corrugated layers in the package, and the coarse mesh layers, also precipitating a certain amount of particles on themselves, provide unimpeded transmission of gas from the input spaces at the weekend, virtually no increase in the overall hydraulic resistance of the filter as a whole and the neutralization of toxic gas components on the catalytic layer of the grid.
Поскольку в предлагаемом фильтре поверхность, на которую налипают частицы, оказывается в несколько раз больше, а сетчатые слои вызывают дробление и перемешивание газового потока, сопровождающееся падением скорости внутри фильтрующего пакета, то сажа более равномерно распределяется внутри пакета, сажеемкость и степень улавливания фильтра возрастают при сохранении допустимого перепада давления на нем в течение времени, достаточном для разогрева двигателя и выхода его на режим каталитического сжигания как накопившейся, так и проходящей через фильтр сажи. Since the surface on which particles adhere to the filter is several times larger and the mesh layers cause crushing and mixing of the gas stream, which is accompanied by a decrease in speed inside the filter bag, soot is more evenly distributed inside the bag, soot capacity and filter recovery increase allowable pressure drop over it for a time sufficient to warm up the engine and exit it to the catalytic combustion mode, both accumulated and passing through the soot filter.
Оптимальный подбор размеров ячеек и гофр позволяет одновременно использовать предлагаемый фильтр в качестве глушителя с низким уровнем противодавления. The optimal selection of cell sizes and corrugations allows you to simultaneously use the proposed filter as a silencer with a low level of backpressure.
Известно, что улавливание сажи и выход NOх являются взаимосвязанными процессами. Так, например, при 100% улавливании сажи, наблюдается максимальный выход NOх. Поэтому возникает проблема улавливания и сжигания сажи так, чтобы продукты сгорания, содержащие углеводороды, могли быть использованы для восстановления NOх и снижения их концентрации в выхлопе дизеля.It is known that carbon black capture and NO x yield are interrelated processes. So, for example, with 100% carbon black capture, the maximum yield of NO x is observed. Therefore, the problem arises of collecting and burning soot so that combustion products containing hydrocarbons can be used to reduce NO x and reduce their concentration in the diesel exhaust.
В предлагаемом фильтре эта проблема решается за счет избирательного нанесения каталитических покрытий на соответствующие элементы фильтра. In the proposed filter, this problem is solved by selective application of catalytic coatings on the corresponding filter elements.
Составы таких покрытий и способы их формирования на металлических подложках фильтров являются стандартными, но применительно к конструкции предлагаемого фильтра легко обеспечивают раздельное формирование требуемых различных по составу каталитических покрытий отдельно на сетку, отдельно на входные гофрированные пластины и отдельно на выходные гофрированные пластины (возможны самые различные варианты составов), после чего все эти элементы легко собираются в единый фильтрующий пакет без каких-либо дополнительных его пропиток, сушек и термообработок. Такая технология позволяет достаточно легко осуществлять массовое производство предлагаемого фильтра, базируясь на высокопроизводительных процессах получения сеток и металлической фольги для различных областей фильтровальной и машиностроительной техники. The compositions of such coatings and the methods of their formation on metal filter substrates are standard, but with respect to the design of the proposed filter, they easily provide separate formation of the required different composition of the catalytic coatings separately on the grid, separately on the input corrugated plates and separately on the output corrugated plates (various options are possible compositions), after which all these elements are easily assembled into a single filter bag without any additional impregnations, dryers and heat treatments. Such technology makes it easy to carry out mass production of the proposed filter, based on high-performance processes for producing grids and metal foil for various fields of filtering and engineering equipment.
Каталитические покрытия, снижающие температуру горения сажи до 300-400оС (вместо 600оС в случае непосредственного сжигания с помощью горелки или электрической спирали), в предлагаемом фильтре наносятся на входные и выходные гофрированные слои, что позволяет газифицировать накопившуюся на них сажу и использовать продукты каталитического окисления для последующей каталитической нейтрализации газовых компонентов, в том числе и NOх. Продукты окисления сажи хорошо перемешиваются с остальными газовыми компонентами потока, проходя через ячейки сетчатых слоев и одновременно с этим омывая каталитические покрытия на поверхностях сетки.The catalytic coating reducing the soot combustion temperature to 300-400 ° C (instead of 600 ° C in the case of direct combustion with a burner or an electrical device), the proposed filter is applied to the input and output layers of corrugated, allowing to gasify the collected soot on them and use catalytic oxidation products for the subsequent catalytic neutralization of gas components, including NO x . Soot oxidation products mix well with the other gas components of the stream, passing through the cells of the mesh layers and at the same time washing the catalytic coatings on the mesh surfaces.
Состав каталитически активных компонентов выбран из условия бифункциональной окислительно-восстановительной обработки токсичных газовых компонентов, как это осуществляется, например, с помощью металлов платиновой группы в каталитических нейтрализаторах выхлопов карбюраторных двигателей. По достижении температуры каталитического сжигания сажи каталитические поверхности гофр очищаются от слоя сажи, насыщаются кислородом из проходящего потока и обеспечивают каталитическое сжигание сажи непосредственно из поступающего потока. The composition of the catalytically active components is selected from the condition of a bifunctional redox treatment of toxic gas components, as is done, for example, using platinum group metals in catalytic converters of carburetor engine exhausts. Upon reaching the temperature of catalytic burning of soot, the catalytic surfaces of the corrugations are cleaned of the soot layer, are saturated with oxygen from the passing stream and provide catalytic burning of soot directly from the incoming stream.
На этом режиме предлагаемый фильтр работает как дожигатель сажи и нейтрализатор газовых токсичных компонентов. In this mode, the proposed filter works as a soot afterburner and a neutralizer of toxic gas components.
В предлагаемом фильтре сетка и гофрированные слои выполняются из металлических металлов, что обеспечивает высокие прочностные характеристики фильтра, а также быстрый прогрев каталитических покрытий, нанесенных на металлические поверхности. Исключаются трещинообразования в процессе термоциклических нагружений пакета, предотвращается взаимная подвижность деталей, способная вызвать резонансное разрушение всей конструкции. Выполнение гофр из тонкой фольги, сетки или спеченного волоконного листа придает геометрическую стабильность промежуткам между сетчатыми складками, податливость которых, в свою очередь, позволяет учесть все неточности изготовления гофр, выбрать технологические зазоры и, не применяя никаких сварочных или термодиффузионных процессов, плотно разместить собранный пакет в корпусе фильтра, одновременно обеспечив возможность терморасширения пакета по всем направлениям. In the proposed filter, the mesh and corrugated layers are made of metal metals, which provides high strength characteristics of the filter, as well as quick heating of catalytic coatings deposited on metal surfaces. Cracks in the process of thermocyclic loading of the package are excluded, mutual mobility of the parts, which can cause resonant destruction of the entire structure, is prevented. The execution of corrugations of thin foil, mesh or sintered fiber sheet gives geometric stability to the gaps between the mesh folds, the flexibility of which, in turn, allows you to take into account all the inaccuracies in the manufacture of corrugations, choose technological gaps and, without using any welding or thermal diffusion processes, tightly place the assembled package in the filter housing, while providing the possibility of thermal expansion of the package in all directions.
В сравнении с известными керамическими сотовыми фильтрами или фильтрами, спекаемыми из пористых металлических пластин, предлагаемый фильтр более прост и удобен как при поэлементном изготовлении, так и при сборке. Compared with the known ceramic honeycomb filters or filters sintered from porous metal plates, the proposed filter is simpler and more convenient both for element-wise manufacturing and for assembly.
Возможность применения в фильтре гофрированных слоев из металлической фольги или из спеченных металлических волокон, позволяет применять фильтр для двух крайних случаев. Соответственно, когда сажевых частиц в выхлопе очень мало, тогда гофрированные сетчатые слои обеспечивают хорошее перемешивание потоков между соседними каналами в пакете и высокую степень контакта газов с каталитическими поверхностями. В этом случае предлагаемый фильтр может служить как каталитический блочный дожигатель для карбюраторных двигателей. The possibility of using corrugated layers of metal foil or sintered metal fibers in the filter allows the filter to be used for two extreme cases. Accordingly, when there are very few soot particles in the exhaust, then the corrugated mesh layers provide good mixing of the flows between adjacent channels in the bag and a high degree of gas contact with the catalytic surfaces. In this case, the proposed filter can serve as a catalytic block burner for carburetor engines.
Наоборот, когда используется плохо очищенное дизельное топливо с большим выходом сажи, то целесообразно делать гофрированные слои с шероховатой, как бы волосяной поверхностью и обеспечить тем самым более лучшие условия для улавливания сажевых частиц в такой дендритной структуре. Однако при этом общее гидравлическое сопротивление больше, чем с гладкими гофрами, поэтому такой вариант целесообразно использовать, например, в мощных карьерных самосвалах, дизель-генераторных, буровых установках, тягачах, тепловозах и т. д. On the contrary, when poorly refined diesel fuel is used with a large soot yield, it is advisable to make corrugated layers with a rough, as if hair surface, and thereby provide better conditions for trapping soot particles in such a dendritic structure. However, in this case, the total hydraulic resistance is greater than with smooth corrugations, therefore, this option is advisable to use, for example, in powerful mining dump trucks, diesel generator sets, drilling rigs, tractors, diesel locomotives, etc.
Конструкция предлагаемого фильтра позволяет при необходимости производить замену гофрированных пластин, исходя из вышеназванных условий или по мере выгорания каталитических покрытий и др. причинам, подстраивая тем самым характеристики по сажеемкости, перепаду давления к конкретным параметрам двигателя и маркам топлива. The design of the proposed filter allows, if necessary, to replace the corrugated plates, based on the above conditions or as the catalytic coatings burn out and other reasons, thereby adjusting the soot capacity, pressure drop to specific engine parameters and fuel grades.
В общем случае входные и выходные гофрированные слои размещаются в пакете вдоль по потоку газа. Также возможен вариант их взаимно поперечного размещения. Это позволяет осуществлять подвод и отвод газов с двух сторон пакета и может быть использовано в конструкциях двигателей с газоотводящими трактами от отдельных поршней или камер сгорания. In the General case, the input and output corrugated layers are placed in a package along the gas stream. A variant of their mutually transverse placement is also possible. This allows the supply and removal of gases from both sides of the package and can be used in the design of engines with gas exhaust ducts from individual pistons or combustion chambers.
Выполнение входных и выходных щелевых пpомежутков и соответственно размещенных в них гофрированных слоев с увеличенной высотой в направлении от центра к периферии пакета, позволяет учесть профиль распределения скоростей набегающего потока из подводящего патрубка. Поскольку профиль обычно имеет параболическую форму с максимумом скорости в центре потока и минимумом в пристеночном слое, то постепенное увеличение проходных сечений в направлении от центра пакета к его периферии позволяет более равномерно распределить расход газа по каналам и тем самым обеспечить более равномерное распределение сажи на внутренних поверхностях пакета, избежать локальных забиваний в центральной части пакета и быстрого роста его противодавления. The implementation of the input and output gap junctions and accordingly corrugated layers with an increased height in the direction from the center to the periphery of the package allows you to take into account the profile of the distribution of speeds of the incoming flow from the inlet pipe. Since the profile usually has a parabolic shape with a maximum velocity in the center of the flow and a minimum in the parietal layer, a gradual increase in the flow cross sections in the direction from the center of the packet to its periphery allows a more uniform distribution of gas flow through the channels and thereby ensures a more uniform distribution of soot on the inner surfaces package, avoid local blockages in the central part of the package and the rapid growth of its backpressure.
Поскольку в предлагаемом фильтре осуществляется каталитическое сжигание сажи, то отпадает необходимость в использовании мощных источников тепла для ее термодинамического сжигания, требующего больших затрат энергии (топливо для специальных горелок или электрогенератор для резисторных нагревателей, встраиваемых в низкотеплопроводный керамический блок). Роль электронагревателя в предлагаемом фильтре сводится к нагреву каталитического покрытия на гофрах до 300-400оС, когда начинается эффективное каталитическое окисление сажи. Электронагреватель проволочного или ленточного типа, зигзагообразно пропущенный через изгибы сетчатых складок с входного и выходного торцев пакета, является как бы "поджигателем" катализатора, после чего он отключается и далее процесс сжигания сажи идет в каталитическом режиме. Металлическая основа гофрированных слоев и сетки за счет высокой теплопроводности обеспечивает быстрый прогрев всех каталитических поверхностей в объеме пакета.Since the soot is catalytically burned in the proposed filter, there is no need to use powerful heat sources for its thermodynamic combustion, which requires a lot of energy (fuel for special burners or an electric generator for resistor heaters built into a low-heat ceramic block). The role of the electric heater in the proposed filter reduced to heat the catalytic coating on the corrugations to 300-400 ° C when starting an effective catalytic soot oxidation. A wire or ribbon type electric heater, zigzagged through the bends of the mesh folds from the inlet and outlet ends of the packet, is a kind of “igniter” of the catalyst, after which it is turned off and the soot burning process proceeds in catalytic mode. The metal base of the corrugated layers and the mesh due to the high thermal conductivity ensures rapid heating of all catalytic surfaces in the package.
Размещение электронагревателей в изгибах сетчатых складок, кроме того, создает повышенное гидравлическое сопротивление потоку, направляя большую его часть в открытые входные и выходные промежутки между складками сетки, при этом поверхность электронагревателей также может иметь каталитическое покрытие и служить для улавливания некоторого количества сажевых частиц. The placement of electric heaters in the bends of the mesh folds, in addition, creates increased hydraulic resistance to the flow, directing most of it into the open inlet and outlet gaps between the mesh folds, while the surface of the electric heaters can also have a catalytic coating and serve to capture a certain amount of soot particles.
Из этого следует, что использование изобретения позволяет решить поставленную задачу и достичь цель изобретения, т.е. получить фильтр, обладающий высокой эффективностью на всех режимах работы двигателя при небольшом увеличении его сопротивления между циклами регенерации, а также отличающийся простотой изготовления и сборки и позволяющий широко варьировать практически всеми геометрическими параметрами сетчатых и гофрированных элементов, расширяя тем самым возможности оптимизации и привязки к различным типам двигателей от автомобильных до мощных стационарных установок без ограничений со стороны технологического оборудования. It follows that the use of the invention allows to solve the problem and achieve the goal of the invention, i.e. to obtain a filter that has high efficiency in all engine operating modes with a slight increase in its resistance between regeneration cycles, as well as being simple to manufacture and assemble and allowing to vary widely with almost all geometric parameters of mesh and corrugated elements, thereby expanding the possibilities of optimization and binding to various types engines from automobile to powerful stationary installations without restrictions on the part of technological equipment.
На фиг.1 приведен фильтр прямоугольной формы, общий вид с частичным разрезом; на фиг.2 укрупненно изображен многослойный фильтрующий пакет с частичным разрезом; на фиг.3 ячейки сетчатого слоя пакета, вид сверху; на фиг.4 щелевые промежутки между сетчатыми слоями пакета, поперечное сечение; на фиг.5 часть многослойного пакета с взаимно поперечным расположением гофрированных слоев; на фиг.6 вид на входной торец пакета с различными по высоте щавелевыми промежутками. Figure 1 shows a filter of a rectangular shape, a General view with a partial section; figure 2 enlarged depicts a multilayer filter bag with a partial section; figure 3 cells of the mesh layer of the package, top view; in Fig.4 gap between the mesh layers of the package, the cross section; figure 5 part of a multilayer package with a mutually transverse arrangement of corrugated layers; Fig.6 view of the input end of the package with different height of the oxalic gaps.
Фильтр содержит корпус 1 коробчатой формы с впускным 2 и выпускным 3 патрубками, соединенными с торцами корпуса коническими переходниками. В корпусе размещен многослойный фильтрующий пакет 4 прямоугольной формы, выполненный из чередующихся плоских слоев непрерывной сетки 5, зигзагообразно огибающей гофрированные слои пластины 6, выполненные из плотного, сетчатого из волоконного спеченного материала и образующие в совокупности с сетчатыми складками входные 7 и выходные 8 щелевые промежутки. Между стенкой коробчатого корпуса 1 и наружными боковыми стенками пакета 4 размещен слой теплоизоляции 9. На волокнах 10 сетчатых слоев и на обеих сторонах всех гофрированных пластин образован слой каталитического покрытия 11. Причем ячейки 12 между покрытыми волокнами сетки оставлены сквозными на просвет и их проходное сечение существенно по меньшей мере на порядок больше, чем максимальный размер сажевых частиц, который обычно составляет около 1 мкм, редко 3-5 мкм. The filter contains a box-shaped housing 1 with an
Как показано на фиг.5, гофрированные пластины 6 между сетчатыми слоями могут быть размещены во входных 7 и выходных 8 щелевых промежутках взаимно поперечно. Это позволяет осуществлять подвод и отвод отходящих газов с двух сторон пакета; подвод с одной, а отвод с двух сторон; подвод с двух сторон, а отвод с одной стороны пакета. Такие возможности позволяют более оптимально размещать фильтр в двигательной установке, подсоединять его непосредственно к газоотводящему тракту отдельного поршня, минимизировать сопротивление фильтра и т.д. расширяя тем самым возможности конструирования фильтра при его привязке к конкретному двигателю. As shown in figure 5, the
В изгибах сетчатых складок, образованных на входном и выходном торцах пакета, размещены электронагреватели 12 и 13 проволочного или ленточного типа, зигзагообразно пропущенные через складки и имеющие концевые токовыводы для подсоединения к источнику тока (аккумуляторной батарее или генератору). In the bends of the mesh folds formed at the input and output ends of the packet,
Для обеспечения более равномерного распределения расхода газов через поперечное сечение пакета щелевые промежутки 7, 8 и соответствующие им гофрированные пластины 6 выполнены с увеличенной высотой в направлении от центра к периферии пакета, т. е. (фиг. 6) высота щелей h1 < h2 < h3 и т.д. Конкретные значения высот определяются по результатам продувок фильтра при его привязке к заданному типу двигателя и его системе выхлопа.To ensure a more uniform distribution of gas flow through the cross section of the package, the
Направление течения отходящих газов через фильтр и его элементы обозначено на чертежах стрелками. The direction of flow of exhaust gases through the filter and its elements is indicated in the drawings by arrows.
Предлагаемый фильтр работает следующим образом. The proposed filter works as follows.
На холодном режиме при запуске двигателя отходящие газы с низкой температурой проходят через впускной патрубок 2, расширяются в его конусной части и поступают на торец пакета 4. Находящиеся в холодном газовом потоке частицы сажи несгоревшего топлива, капли масла и влаги осаждаются в некотором количестве на сетчатых торцах выходных щелей 8, на торцовых кромках гофрированных пластин 6, расположенных во входных щелях 7 и на обеих сторонах этих пластин. Поскольку в задних сетчатых торцах входных щелей как и в передних проложен электронагреватель, то эти торцы быстро забиваются частицами и поток из каждой входной щели проходит в соседние верхнюю и нижнюю выходные щели через ячейки верхнего и нижнего сетчатых слоев, т.е. при этом газ меняет направление на 90о и перемешивается с меньшей частью потока, фильтруемого в осевом направлении через выходные щели 8. В результате смешения большого расхода, проходящего через сетки, с малым расходом, проходящим вдоль выходных гофр, происходит столкновение частиц, они слипают в более крупные конгломераты и вследствие уменьшения скорости потока выпадают из него и налипают на поверхности гофр. Кроме того, часть сажи налипает и на волокна плоских сетчатых слоев.In cold mode, when the engine is started, exhaust gases with a low temperature pass through the
Таким образом, на холодном режиме фильтр работает как сажесборник, оставаясь при этом полностью проницаемым для газовой фазы потока благодаря крупным размерам ячеек сетки и гофрированных каналов. При необходимости нейтрализации газовых токсичных компонентов за фильтром может быть установлен специально подогреваемый бифункциональный каталитический нейтрализатор, аналогичный для карбюраторных двигателей. Thus, in the cold mode, the filter works like a carbon black, while remaining completely permeable to the gas phase of the flow due to the large size of the mesh cells and corrugated channels. If it is necessary to neutralize toxic gas components, a specially heated bifunctional catalytic converter similar to carburetor engines can be installed behind the filter.
Однако нейтрализация газовых токсичных компонентов может происходить в предлагаемом фильтре и на холодном режиме работы двигателя. Для этого осуществляется предварительный прогрев пакета с помощью размещенных на его торцах электронагревателей, подключенных к аккумулятору на время, необходимое только для "поджига" каталитического слоя, а не для того, чтобы нагревать весь холодный поток газов, проходящих через фильтр. Температура нагрева трех компонентов каталитического слоя, включающего платину, палладий и родий до 130-150оС, достаточна для эффективной нейтрализации CO.However, the neutralization of toxic gas components can occur in the proposed filter and in cold engine operation. To do this, the package is preheated with the help of electric heaters placed at its ends, connected to the battery for the time necessary only to “ignite” the catalytic layer, and not to heat the entire cold stream of gases passing through the filter. The heating temperature of the three components of the catalytic layer comprising platinum, palladium and rhodium to 130-150 ° C, is sufficient to effectively neutralize CO.
На горячем режиме при выходе дизельного двигателя на номинальный режим, когда температура отходящих газов повышается до 300оС и выше, начинается процесс каталитического сжигания сажи, скопившейся на всех внутренних поверхностях пакета и в первую очередь на входных и выходных гофрированных пластинах. Каталитическая поверхность очищается от слоя сажи, обогащается кислородом из газовой фазы и активно дожигает сажевые частицы, находящиеся в потоке. Вследствие окисления окиси углерода и частично углеводородов происходит восстановление оксидов азота на поверхностях окислительно-восстановительного каталитического слоя, образованного на поверхности сетки, содержащей стандартный, например, платиново-палладиво-родиевый катализатор.Warm mode when the output of the diesel engine at the rated mode when the exhaust gas temperature rises to 300 ° C and above, begins the process of catalytic combustion of soot accumulated on the inner surfaces of the package and primarily at the input and output of corrugated plates. The catalytic surface is cleaned of the soot layer, enriched with oxygen from the gas phase and actively burns the soot particles in the stream. Due to the oxidation of carbon monoxide and partially hydrocarbons, nitric oxides are reduced on the surfaces of the redox catalytic layer formed on the surface of a grid containing a standard, for example, platinum-palladium-rhodium catalyst.
При сжигании налипшей сажи все проходные сечения в фильтрующем пакете увеличиваются до своих исходных размеров, в результате чего перепад давления через фильтр снижается и двигатель работает на более высокой мощности. Слой эффективной теплоизоляции 9, размещенный между стенками кожуха 1 и пакетом, обеспечивает сохранение необходимой температуры для катализа в случае непродолжительного выключения двигателя. When burning adhering soot, all flow areas in the filter bag increase to their original size, as a result of which the pressure drop across the filter decreases and the engine runs at higher power. A layer of effective thermal insulation 9, located between the walls of the casing 1 and the package, ensures that the required temperature is maintained for catalysis in the event of a short shutdown of the engine.
Конструкция фильтра, как отмечалось выше, позволяет варьировать структуру гофрированных слоев, изготавливая их из плотной или перфорированной фольги, из сеток или из волоконных тонкостенных пластин, т.е. от беспористых до высокопористых структур. Кроме того, гофрированные пластины могут на входе быть плотными, а на выходе пористыми, и наоборот. Они могут быть установлены взаимно поперечно и тем самым организовать двусторонний подвод и отвод газов в фильтре. Подбор высоты входных и выходных щелей позволяет более эффективно распределять газовый поток в объеме фильтра и более равномерно высаживать сажу на всех его внутренних поверхностях. Все эти варианты свидетельствуют о высоких функциональных и технологических возможностях предлагаемого фильтра. The filter design, as noted above, allows you to vary the structure of the corrugated layers, making them from a dense or perforated foil, from grids or from thin-walled fiber plates, i.e. from non-porous to highly porous structures. In addition, the corrugated plates may be dense at the inlet and porous at the outlet, and vice versa. They can be installed mutually transversely and thereby organize two-way supply and removal of gases in the filter. The selection of the height of the inlet and outlet slots allows you to more efficiently distribute the gas flow in the filter volume and more evenly plant soot on all its internal surfaces. All of these options testify to the high functional and technological capabilities of the proposed filter.
В качестве материалов сетчатых слоев и гофрированных пластин могут использоваться высоколегированные хромом и алюминием нержавеющие жаростойкие стали, хорошо зарекомендовавшие себя в качестве металлических носителей каталитических нейтрализаторов карбюраторных двигателей. Они выдерживают температуру эксплуатации до 1100-1200оС, на них освоена промышленная технология нанесения керамических подложек на основе оксидов алюминия с промоторами из редкоземельных элементов и с введением в них солей благородных металлов платиновой группы.Highly alloyed stainless chromium and aluminum heat-resistant steels that are well established as metal supports for catalytic converters of carburetor engines can be used as materials for the mesh layers and corrugated plates. They withstand operating temperatures up to 1100-1200 о С, they have mastered the industrial technology of applying ceramic substrates based on aluminum oxides with promoters from rare-earth elements and with the introduction of salts of noble metals of the platinum group.
В качестве каталитически активных компонентов для окислительной обработки сажевых частиц, снижающих температуру их воспламенения, могут использоваться составы, включающие калий и медь; калий, церий и медь; оксид ванадия и один или несколько металлов из группы: платина, родий, палладий, иридий; оксиды ванадия и меди с металлами платиновой группы и т.д. Кроме снижения температуры воспламенения сажи до 350-400оС (вместо 550-600оС без катализатора), некоторые составы обеспечивают также одновременное снижение содержания NOх (см. например, статью: Снижение эмиссии окислов азота и частиц дизельных двигателей. Экспресс-информация "Экологические проблемы на транспорте", N 40, 1991, с.4-13).As catalytically active components for the oxidative treatment of soot particles that lower their ignition temperature, compositions including potassium and copper can be used; potassium, cerium and copper; vanadium oxide and one or more metals from the group: platinum, rhodium, palladium, iridium; vanadium and copper oxides with platinum group metals, etc. In addition to lowering the ignition temperature of soot to 350-400 о С (instead of 550-600 о С without a catalyst), some compositions also provide a simultaneous decrease in NO x content (see, for example, the article: Reducing the emission of nitrogen oxides and particles of diesel engines. Express information "Environmental problems in transport", N 40, 1991, S. 4-13).
Такие составы наносятся на длинномерную гофрированную полосу с двух сторон, которая затем разрезается на пластины с требуемыми размерами, размещаемые во входных и выходных промежутках между складками тканой или нетканой сетки. Such compositions are applied to a long corrugated strip on both sides, which is then cut into plates with the required dimensions, placed in the input and output spaces between the folds of a woven or non-woven mesh.
Использование ленточных и фольговых материалов с их гофрированием и нарезкой на требуемые отрезки существенно упрощает изготовление сетчатых и гофрированных слоев, образование на них каталитических покрытий и обеспечивает простую сборку их в пакет по конвейерной технологии. При этом габариты и форма фильтра не имеют жестких ограничений со стороны технологической оснастки, как например, экструдеры для получения кордиеритовых сотовых блоков или фильеры для выдавливания пористых пластин. The use of tape and foil materials with their corrugation and cutting into the required segments greatly simplifies the manufacture of mesh and corrugated layers, the formation of catalytic coatings on them and provides simple assembly into a bag using conveyor technology. In this case, the dimensions and shape of the filter do not have strict limitations on the part of technological equipment, such as extruders for producing cordierite honeycomb blocks or dies for extruding porous plates.
Характерные размеры сетчатых слоев составляют: толщина 0,05-0,5 мм, длина не ограничена, ширина до нескольких метров в зависимости от типа ткацкого оборудования; толщина стенки гофрированных пластин 0,05-0,2 мм, высота и шаг гофр 1-3 мм. Сетчатые слои могут быть образованы также из нескольких тонких слоев сетки и прокатаны в более жесткий пакет, но размеры ячеек выбираются из условия, чтобы после нанесения каталитического покрытия на волокнах сетки, ячейки оставались сквозными на просвет. Характерная толщина покрытия составляет 30-60 мкм, поэтому исходный размер "голой" ячейки должен в несколько раз превышать толщину покрытия и составлять, например, 150-250 мкм. The characteristic dimensions of the mesh layers are: thickness 0.05-0.5 mm, length not limited, width up to several meters, depending on the type of weaving equipment; wall thickness of corrugated plates 0.05-0.2 mm, height and pitch of corrugations 1-3 mm. The mesh layers can also be formed from several thin layers of the mesh and rolled into a more rigid package, but the cell sizes are selected so that after applying a catalytic coating on the mesh fibers, the cells remain transparent through the lumen. The characteristic thickness of the coating is 30-60 microns, so the initial size of the bare cell should be several times greater than the thickness of the coating and, for example, be 150-250 microns.
При наборе сетчатого слоя из нескольких сеток со взаимно пересекающимися ячейками или с промежуточными армирующими волокнами, исходные размеры ячеек могут достигать 400-500 мкм. When a mesh layer is made of several grids with mutually intersecting cells or with intermediate reinforcing fibers, the initial mesh sizes can reach 400-500 microns.
При производстве предлагаемого фильтра с гофрированными пластинами из сеток используется единая технология получения сетчатой полосы, нанесения на нее каталитического покрытия, изгибания и гофрирования. In the manufacture of the proposed filter with corrugated plates from grids, a single technology for producing a mesh strip, applying a catalytic coating on it, bending and crimping is used.
При производстве предлагаемого фильтра с гофрированными пластинами из волоконного спеченного материала используется высокопроизводительная технология получения прокаткой с последующим спеканием листов из дискретных стальных волокон, в том числе шероховатых. Пористость листов может составлять 30-90% средний размер по 20-60 мкм, диаметр волокон 5-15 мкм, длина волокон 1-10 мм. Каталитически активные компоненты могут быть введены непосредственно в волокнистую структуру гофрированной пластины. In the manufacture of the proposed filter with corrugated plates of fiber sintered material, a high-performance technology of rolling is used, followed by sintering of sheets of discrete steel fibers, including rough ones. The porosity of the sheets can be 30-90%, an average size of 20-60 microns, a fiber diameter of 5-15 microns, a fiber length of 1-10 mm. Catalytically active components can be introduced directly into the fibrous structure of the corrugated plate.
П р и м е р. Изготавливался фильтр для автомобильного дизельного двигателя типа ЗИЛ130, рассчитанный на максимальный расход отходящих газов 725 кг/ч (200 г/с) при среднемассовой температуре 610оС.PRI me R. Manufactured filter for automotive diesel engine type Zil 130, designed for a maximum flue gas flow rate 725 kg / hr (200 g / s) at average temperature of 610 ° C.
Фильтрующий пакет имеет размеры: ширина 200 мм, высота 200 мм, длина 300 мм. Сетчатые и гофрированные слои выполнены из хромисто-алюминиевой стали типа Х23Ю5, толщиной 0,1 и 0,05 мм соответственно, обладающей коррозионной стойкостью в потоках отходящих газов при температуре до 1200оС и обычно используемой в качестве носителя катализаторов для нейтрализаторов выхлопов карбюраторных двигателей. Размер ячеек сетки 150 мкм. Из сетчатой полосы шириной 200 мм путем попеременного складывания формируют зигзагообразные складки в количестве 200 шт. образующие плоские слои, огибающие попеременно все 200 гофрированных пластин так, что на торцах пакета образуются соответственно 100 входных и 100 выходных щелевых промежутков глубиной по 300 мм, в которые вставлены гофрированные пластины с высотой гофр 1 мм и шагом между гофрами 1,5 мм. На поверхности сетки предварительно образуют слой керамической подложки из оксида алюминия толщиной 50 мкм, вводят в него из растворов промоторы на основе редкоземельных элементов и каталитически активные компоненты (платину, палладий, родий), сушат и восстанавливают соли благородных металлов в среде водорода. Полученное покрытие имеет удельную поверхность до 100 м2/г, пористость ≈30% объемную пористость ≈0,5 см3/г.The filter bag has dimensions: width 200 mm, height 200 mm, length 300 mm. Mesh and corrugated layers are made of chrome-aluminum steel H23YU5 type, thickness 0.1 and 0.05 mm, respectively, having a corrosion resistance in the exhaust gas streams at temperatures up to 1200 ° C and generally used as a carrier for catalysts neutralizers emissions gasoline engines. The mesh size of the mesh is 150 microns. 200 pieces of zigzag folds are formed from a mesh strip of 200 mm wide by alternately folding. forming flat layers enveloping alternately all 200 corrugated plates so that at the ends of the packet 100 inlet and 100 outlet slit gaps are formed respectively 300 mm deep, into which corrugated plates with a corrugation height of 1 mm and a pitch between corrugations of 1.5 mm are inserted. A layer of a ceramic substrate of alumina with a thickness of 50 μm is preliminarily formed on the grid surface, promoters based on rare-earth elements and catalytically active components (platinum, palladium, rhodium) are introduced into it from solutions, dried and reduced noble metal salts in a hydrogen medium. The resulting coating has a specific surface area of up to 100 m 2 / g, porosity ≈30%, bulk porosity ≈0.5 cm 3 / g.
На гофрированной фольге аналогичным образом формируют с обеих сторон 50 мкм слой каталитического бесплатиноидного покрытия на основе оксида ванадия. Затем сетку с покрытием складывают зигзагообразно, размещают между складками гофрированные пластины шириной 200 мм, длиной 300 мм и получают фильтрующий пакет в сборе. On a corrugated foil, in a similar manner, a 50 μm layer of a vanadium oxide-based catalytic coating is formed on both sides. Then the coated mesh is folded in a zigzag fashion, the corrugated plates 200 mm wide and 300 mm long are placed between the folds and an assembled filter bag is obtained.
В изгибах сетчатых складок с обеих торцов пакета пропускают проволочные нагреватели из стали Х235Ю мощностью по 500 Вт каждый, с токовыводами для подсоединения к низковольтному источнику тока. Собранный пакет со слоем наружной теплоизоляции, выполненный на основе войлока из оксида алюминия, размещают в кожухе фильтра, выполненном из нержавеющей стали типа 12Х18Н10Т, толщиной 1 мм и присоединяют к нему конусные части с впускным и выпускным патрубками диаметром по 95 мм. Площадь поверхности с одной стороны сетчатых слоев в пакете ≈12 м2, площадь поверхности с одной стороны гофрированных пластин ≈18 м2. Если учесть, что в фильтре осаждение сажи осуществляется практически на обе стороны сетчатых и гофрированных слоев, то суммарная поверхность поверхностей, омываемых газом в данном фильтре, ≈60 м2, что более чем в 10 раз превышает площадь фильтрации лучших зарубежных керамических фильтров сотового типа. В данном фильтре обеспечивается удельный расход газа ≈0,0005 г/с·см2 и вследствие этого рост противодавления на нем по мере выхода двигателя на горячий режим в течение 1 ч не превышает 2-3% Обеспечение столь низкого удельного расхода газа позволяет сажевым частицам более длительное время контактировать с каталитическими поверхностями на горячих режимах и полностью сгорать в заданном объеме фильтра.In bends of the mesh folds, wire heaters made of X235Y steel with a power of 500 W each are passed from both ends of the packet, with current leads for connecting to a low-voltage current source. An assembled bag with a layer of external thermal insulation made on the basis of aluminum oxide felt is placed in a filter housing made of 12X18H10T stainless steel with a thickness of 1 mm and conical parts with inlet and outlet pipes with a diameter of 95 mm are attached to it. The surface area on one side of the mesh layers in the package is ≈12 m 2 , the surface area on one side of the corrugated plates is ≈18 m 2 . If we take into account that soot is deposited on the filter on almost both sides of the mesh and corrugated layers in the filter, then the total surface of the surfaces washed with gas in this filter is ≈60 m 2 , which is more than 10 times the filtration area of the best foreign ceramic honeycomb filters. This filter provides a specific gas flow rate of ≈0,0005 g / s · cm 2 and, as a result, an increase in back pressure on it as the engine goes into hot mode for 1 h does not exceed 2-3%. Providing such a low specific gas flow rate allows soot particles contact with catalytic surfaces in hot conditions for a longer time and completely burn out in a given filter volume.
При предварительном прогреве фильтра питание электронагревателей осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением 12 В. На режиме холостого хода или работы с малой нагрузкой питание электронагревателей осуществляется от электрогенератора. When the filter is preheated, the electric heaters are powered from a 12 V battery. At idle or at low load, the electric heaters are powered by an electric generator.
Конструктивные возможности предлагаемого фильтра также позволяют применять сетчатые и гофрированные слои из одной и той же фольги хромисто-алюминиевой стали (Х23Ю5) толщиной 40-50 мкм, в которой ячейки выполняются высокопроизводительным лазерным, электроискровым или иглопробивным способами. При таком выполнении гидравлическое сопротивление фильтра может быть дополнительно снижено, что позволяет устанавливать фильтр на легковых дизельных двигателях без опасения существенного снижения их мощности и экономичности. The design capabilities of the proposed filter also allow the use of mesh and corrugated layers of the same foil of chromium-aluminum steel (X23Yu5) 40-50 microns thick, in which the cells are made by high-performance laser, electrospark or needle-punched methods. With this design, the hydraulic resistance of the filter can be further reduced, which allows the filter to be installed on passenger diesel engines without fear of a significant reduction in their power and economy.
Обеспечивается простая поэлементная технология изготовления фильтр и его промышленная сборка на существующем оборудовании. Отсутствие ограничений на форму и габариты предлагаемого фильтра позволяет использовать его на всех видах дизельных транспортных и стационарных установок. It provides a simple element-wise technology for manufacturing the filter and its industrial assembly on existing equipment. The absence of restrictions on the shape and dimensions of the proposed filter allows you to use it on all types of diesel transport and stationary installations.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93042477A RU2059841C1 (en) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | Filter for cleaning exhaust gases in internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93042477A RU2059841C1 (en) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | Filter for cleaning exhaust gases in internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93042477A RU93042477A (en) | 1996-03-10 |
| RU2059841C1 true RU2059841C1 (en) | 1996-05-10 |
Family
ID=20146914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93042477A RU2059841C1 (en) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | Filter for cleaning exhaust gases in internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2059841C1 (en) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6989048B2 (en) | 2000-10-31 | 2006-01-24 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Particulate filter for purifying exhaust gases of internal combustion engines comprising hot spot ceramic ignitors |
| RU2443459C2 (en) * | 2006-09-20 | 2012-02-27 | Джонсон Мэттей Паблик Лимитед Компани | Substrate for black filter with "washcoat" coating |
| RU2446291C2 (en) * | 2006-06-02 | 2012-03-27 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Higher efficieincy non-full-flow filter |
| RU2508154C2 (en) * | 2008-11-04 | 2014-02-27 | Умикоре Аг Унд Ко. Кг | Carbon-black filter of diesel offgas with higher back pressure characteristics |
| RU2544910C2 (en) * | 2009-10-28 | 2015-03-20 | Хальдор Топсеэ А/С | Method and device for ice exhaust gas cleaning |
| RU2564854C2 (en) * | 2010-11-02 | 2015-10-10 | Хальдор Топсеэ А/С | Fabrication of catalysed exhaust filter and catalysed exhaust filter |
| RU2572610C2 (en) * | 2010-11-02 | 2016-01-20 | Хальдор Топсеэ А/С | Method of obtaining catalysable soot filter and cathalisable soot filter |
| RU2597090C2 (en) * | 2011-05-31 | 2016-09-10 | Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани | Dual function catalytic filter |
| RU2606185C2 (en) * | 2011-07-13 | 2017-01-10 | Хальдор Топсеэ А/С | Method of catalyzed particulate filter coating and solid particles filter |
| RU2609005C2 (en) * | 2011-07-13 | 2017-01-30 | Хальдор Топсеэ А/С | Method for coating catalysed particulate filter and particulate filter |
| RU2609025C2 (en) * | 2011-07-13 | 2017-01-30 | Хальдор Топсеэ А/С | Catalysed particulate filter and methods for coating particulate filter |
| RU2626907C2 (en) * | 2012-01-26 | 2017-08-02 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Method for cleaning exhaust gases of internal combustion engine (versions) and cleaning gas vehicle system |
| RU2638662C1 (en) * | 2014-10-14 | 2017-12-15 | Хальдор Топсеэ А/С | Method for producing catalytic tissue filter and catalytic tissue filter |
| RU2687389C2 (en) * | 2015-01-16 | 2019-05-13 | Экокэт Индия Прайват Лимитед | Particulates combustion catalyst (pcc or pccz) and coated particulates combustion catalyst (cpcc or cpccz) |
| RU191772U1 (en) * | 2019-06-07 | 2019-08-21 | Общество с ограниченной ответственностью "АВРОРА БОРЕАЛИС" | Ceramic afterburner |
-
1993
- 1993-08-24 RU RU93042477A patent/RU2059841C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Патент США N 4652286, кл. B 01D 39/20, опублик. 1987. * |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6989048B2 (en) | 2000-10-31 | 2006-01-24 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Particulate filter for purifying exhaust gases of internal combustion engines comprising hot spot ceramic ignitors |
| RU2446291C2 (en) * | 2006-06-02 | 2012-03-27 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Higher efficieincy non-full-flow filter |
| RU2443459C2 (en) * | 2006-09-20 | 2012-02-27 | Джонсон Мэттей Паблик Лимитед Компани | Substrate for black filter with "washcoat" coating |
| RU2508154C2 (en) * | 2008-11-04 | 2014-02-27 | Умикоре Аг Унд Ко. Кг | Carbon-black filter of diesel offgas with higher back pressure characteristics |
| RU2544910C2 (en) * | 2009-10-28 | 2015-03-20 | Хальдор Топсеэ А/С | Method and device for ice exhaust gas cleaning |
| RU2564854C2 (en) * | 2010-11-02 | 2015-10-10 | Хальдор Топсеэ А/С | Fabrication of catalysed exhaust filter and catalysed exhaust filter |
| RU2572610C2 (en) * | 2010-11-02 | 2016-01-20 | Хальдор Топсеэ А/С | Method of obtaining catalysable soot filter and cathalisable soot filter |
| US9339844B2 (en) | 2010-11-02 | 2016-05-17 | Haldor Topsoe A/S | Method for the preparation of a catalysed particulate filter and catalysed particulate filter |
| RU2597090C2 (en) * | 2011-05-31 | 2016-09-10 | Джонсон Мэтти Паблик Лимитед Компани | Dual function catalytic filter |
| RU2606185C2 (en) * | 2011-07-13 | 2017-01-10 | Хальдор Топсеэ А/С | Method of catalyzed particulate filter coating and solid particles filter |
| RU2609005C2 (en) * | 2011-07-13 | 2017-01-30 | Хальдор Топсеэ А/С | Method for coating catalysed particulate filter and particulate filter |
| RU2609025C2 (en) * | 2011-07-13 | 2017-01-30 | Хальдор Топсеэ А/С | Catalysed particulate filter and methods for coating particulate filter |
| RU2626907C2 (en) * | 2012-01-26 | 2017-08-02 | ФОРД ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ, ЭлЭлСи | Method for cleaning exhaust gases of internal combustion engine (versions) and cleaning gas vehicle system |
| RU2638662C1 (en) * | 2014-10-14 | 2017-12-15 | Хальдор Топсеэ А/С | Method for producing catalytic tissue filter and catalytic tissue filter |
| RU2687389C2 (en) * | 2015-01-16 | 2019-05-13 | Экокэт Индия Прайват Лимитед | Particulates combustion catalyst (pcc or pccz) and coated particulates combustion catalyst (cpcc or cpccz) |
| RU191772U1 (en) * | 2019-06-07 | 2019-08-21 | Общество с ограниченной ответственностью "АВРОРА БОРЕАЛИС" | Ceramic afterburner |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2059841C1 (en) | Filter for cleaning exhaust gases in internal combustion engine | |
| JP4362370B2 (en) | Open particle filter with heating device | |
| RU2187003C2 (en) | Heat-resistant and regenerable filtering element with preset flow paths | |
| EP1990510B1 (en) | Carrier for exhaust-gas purification | |
| EP2014883B1 (en) | Device for purifying exhaust gas | |
| US5009857A (en) | Filter for gases | |
| US5682740A (en) | Diesel particulate filter apparatus | |
| CN101298057B (en) | Carrier for exhaust-gas purification | |
| EP1379322B1 (en) | Exhaust gas system | |
| RU2364732C2 (en) | Filter for catching of particles with fibrous layer of metal fibres | |
| JP5242175B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
| WO2003068364A1 (en) | Exhaust aftertreatment emission control regeneration | |
| US7247185B2 (en) | Device for treatment of a gas flow | |
| JP4871875B2 (en) | Coated particle trap with nitrogen dioxide regeneration | |
| JPH10176519A (en) | Particulate trap for diesel engine | |
| JP2009202114A (en) | Metal honeycomb carrier structure | |
| JP5075677B2 (en) | Exhaust gas purification device | |
| EP1346769A1 (en) | Device for the continuous burning of carbon particles | |
| CN1195940C (en) | Device for purifying waste gas of diesel motor | |
| JP2004346800A (en) | Particulate trap for diesel engine | |
| US7682577B2 (en) | Catalytic exhaust device for simplified installation or replacement | |
| EA031848B1 (en) | Purifying apparatus in the treatment of particulate-containing fluids | |
| JPS6147136B2 (en) | ||
| JPH0555687B2 (en) | ||
| CN100453774C (en) | Diesel particulate filter |