RU2075605C1

RU2075605C1 - Diesel engine catalytic converter

Info

Publication number: RU2075605C1
Application number: RU94020086A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Новоселов; А.А. Новоселов; А.В. Унгефук; О.В. Ударцева
Original assignee: Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1997-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; diesel engines. SUBSTANCE: catalytic converter has housing 1 with double walls 2, 3 and heat insulation 4 placed in between, inlet and outlet branch pipes 10, 11, partitions, high temperature and low temperature porous filters 15 and 14 placed in tandem inside housing and dividing the space into three parts. Pipe 18 is installed in central part of housing. Pipe 18 is connected with inlet branch pipe 10 and is provided with ports 19, 20 communicating with spaces 21, 22 formed by catalytic filters. Rotary pipe 24 is placed inside pipe 18. Rotary pipe has ports whose outline and places of location coincide with ports of pipe 18. Converter has turning mechanism 27, 28 installed outside housing 1 and provided with drive. EFFECT: improved quality of gas cleaning. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, например дизелей. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used for purification of exhaust gases of internal combustion engines, for example diesel engines.

Известны нейтрализаторы с сажевыми фильтрами фирмы "CORNING GLASS WORKS" (США), содержащие корпуса с двойными стенками, теплоизоляцией, патрубками входа и выхода, пористые керамические элементы в герметичном кожухе из нержавеющей жаропрочной стали. Нейтрализаторы описаны в обзоре ЦНИИТЭИавтосельхозмаш "Снижение выбросов сажи с отработавшими газами тракторных дизелей". М. 1991. 31 с. Known neutralizers with particulate filters of the company "CORNING GLASS WORKS" (USA), containing double-walled housings, insulation, inlet and outlet pipes, porous ceramic elements in a sealed casing of stainless heat-resistant steel. The neutralizers are described in the review of TsNIITEIavtoselkhozmash "Reduction of soot emissions from the exhaust gases of tractor diesel engines." M. 1991.31 p.

Недостатками таких нейтрализаторов является то, что фильтры работают в потоке газов постоянно, в то время как катализаторы работают только в определенных диапазонах температур. The disadvantages of such converters are that the filters work continuously in the gas stream, while the catalysts work only in certain temperature ranges.

Известны также каталитические нейтрализаторы отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, например, по патенту США N 4646516, кл. F 01 3/02, F 01 3/28, содержащие корпус с двойными стенками, теплоизоляцией, патрубки входа и выхода, каталитический и сажевый фильтры, омываемые горячими газами и продуктами испарения каталитической субстанции. Also known are catalytic converters of exhaust gases of internal combustion engines, for example, according to US patent N 4646516, class. F 01 3/02, F 01 3/28, containing a double-walled housing with thermal insulation, inlet and outlet pipes, catalytic and particulate filters washed by hot gases and the products of evaporation of the catalytic substance.

Недостатками таких нейтрализаторов является то, что все фильтры работают постоянно в потоке газов, независимо от режима работы двигателя, забиваются преждевременно сажей и продуктами осмоления, что приводит к падению мощности двигателя, преждевременному испарению катализаторов и их уносу с отработавшими газами. The disadvantages of such converters are that all filters work continuously in the gas stream, regardless of the engine operating mode, clogged prematurely with soot and tar products, which leads to a drop in engine power, premature evaporation of the catalysts and their entrainment with exhaust gases.

Последняя конструкция каталитического нейтрализатора является наиболее близкой по технической сущности и принята за прототип. The latest design of the catalytic converter is the closest in technical essence and adopted as a prototype.

Сущность изобретения достигается тем, что в известном каталитическом нейтрализаторе для дизеля, содержащем корпус с двойными стенками и теплоизоляцией между ними, патрубки входа и выхода, перегородки, высокотемпературный и низкотемпературный пористые фильтры из металлокерамики, согласно изобретению, высокотемпературный и низкотемпературный пористые фильтры размещены внутри корпуса последовательно друг за другом с образованием трех полостей, а в центральной части корпуса установлена труба, соединенная с патрубком входа и имеющая окна, которые сообщаются с двумя полостями, образованными каталитическими фильтрами. Внутри указанной трубы размещена поворотная труба с окнами, совпадающими по конфигурации и местоположению с окнами внешней трубы. Кроме того, в нейтрализатор введен поворотный механизм, который установлен вне корпуса и имеет привод. The invention is achieved by the fact that in the known catalytic converter for a diesel engine, comprising a housing with double walls and thermal insulation between them, inlet and outlet pipes, baffles, high-temperature and low-temperature porous metal-ceramic filters, according to the invention, high-temperature and low-temperature porous filters are placed sequentially inside the housing one after another with the formation of three cavities, and in the central part of the casing there is a pipe connected to the inlet pipe and having approx on, which communicate with two cavities formed by catalytic filters. Inside the specified pipe is placed a rotary pipe with windows matching in configuration and location with the windows of the outer pipe. In addition, a rotary mechanism is introduced into the converter, which is installed outside the housing and has a drive.

Привод может содержать цилиндр, например гидравлический, соединенный с системой смазки двигателя через золотниковый редуктор, датчик температуры, преобразователь сигналов и исполнительный элемент. The drive may comprise a cylinder, for example a hydraulic one, connected to the engine lubrication system via a spool gear, a temperature sensor, a signal converter, and an actuator.

Металлокерамические пористые каталитические фильтры выполняются, например, методом СВС-технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с включением в состав металлов-катализаторов. Такое выполнение пористых фильтров позволяет при высоких температурах дожигать частицы сажи на их поверхностях. Один из фильтров высокотемпературный, другой низкотемпературный. Cermet porous catalytic filters are performed, for example, by the SHS technology of self-propagating high-temperature synthesis with the inclusion of metal catalysts. This embodiment of porous filters makes it possible to burn soot particles on their surfaces at high temperatures. One of the filters is high temperature, the other is low temperature.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый нейтрализатор отличается тем, что патрубок входа имеет продолжение внутри корпуса и установлен центрально по отношению к каталитическим фильтрам, оснащен перекрываемыми окнами с открытием доступа газов через один или два последовательно установленных фильтра. Таким образом, заявляемый нейтрализатор соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive converter is characterized in that the inlet pipe has a continuation inside the housing and is installed centrally with respect to the catalytic filters, is equipped with overlapping windows with the access of gases through one or two filters in series. Thus, the claimed catalyst meets the criteria of the invention of "novelty."

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемого нейтрализатора; фиг. 2 вид в сечениях А-А и В-В; фиг. 3 расположение поворотного и исполнительного механизмов. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed Converter; FIG. 2 view in sections AA and BB; FIG. 3 location of the rotary and actuating mechanisms.

Предлагаемый нейтрализатор имеет корпус 1 с двойными стенками: наружной 2 и внутренней 3, теплоизолятором 4 между ними. Внутренняя стенка 3 и торцовые крышки 5 и 6, закрепленные на фланцах 7 и 8 корпуса, образуют внутреннюю полость 9 реактора. На торцовых крышках 5 и 6 закреплены входной 10 и выходной 11 патрубки с фланцами 12 и 13. В полости 9 реактора расположены два последовательно установленных, например, конусных пористых металлокерамических каталитических фильтра: низкотемпературного 14 и высокотемпературного 15. Фильтры удерживаются распорками 16 и 17 крестообразной формы. В реакторе центрально установлена труба 18, являющаяся продолжением впускного патрубка 10 с окнами 19 и 20, расположенными в полостях 21 и 22, образуемых фильтрами и разделенных перегородкой 23. Внутри трубы 18 расположена поворотная труба 24 с окнами 25 и 26, совпадающими с окнами 19 и 20. Поворотный рычаг 27 закреплен за трубу 24 в поворотном секторе 28. The proposed Converter has a housing 1 with double walls: outer 2 and inner 3, heat insulator 4 between them. The inner wall 3 and the end caps 5 and 6, mounted on the flanges 7 and 8 of the body, form the inner cavity 9 of the reactor. The inlet 10 and outlet 11 nozzles with flanges 12 and 13 are fixed on the end caps 5 and 6. Two successive conical, for example, conical porous metal-ceramic catalytic filters are located in the cavity 9 of the reactor: low-temperature 14 and high-temperature 15. The filters are held by cross struts 16 and 17 . A pipe 18 is centrally installed in the reactor, which is a continuation of the inlet pipe 10 with windows 19 and 20 located in the cavities 21 and 22 formed by filters and separated by a partition 23. Inside the pipe 18, a rotary pipe 24 with windows 25 and 26 coinciding with the windows 19 and 20. The rotary lever 27 is fixed to the pipe 24 in the rotary sector 28.

Управление каталитическим нейтрализатором состоит из масляного насоса 29, установленного на дизеле 30, трубопровода 31 от масляной магистрали, преобразователя сигналов 32, исполнительного механизма 33, золотникового редуктора 34, гидроцилиндра 35, термодатчика 36, установленного в коллекторе 37 дизеля 30. The control of the catalytic converter consists of an oil pump 29 mounted on a diesel engine 30, a pipe 31 from the oil line, a signal converter 32, an actuator 33, a spool gear 34, a hydraulic cylinder 35, a temperature sensor 36 installed in the manifold 37 of the diesel 30.

В корпусе, во внутренней полости реактора установлены температурный компенсатор 38, поджимающий каталитические фильтры. In the housing, in the inner cavity of the reactor, a temperature compensator 38 is installed, which compresses the catalytic filters.

Предлагаемый нейтрализатор работает следующим образом. The proposed Converter operates as follows.

Отработавшие газы поступают от дизеля 30 через коллектор 37 по впускному патрубку 10 и по трубе 24 в реактор нейтрализатора 1. В зависимости от положения окон 25 и 26 поворотной трубы 24 газы поступают в полости 21 или 22. Если газы поступают в полость 21, они проходят через стенки низкотемпературного каталитического пористого фильтра 14 в общую полость реактора, происходит очистка их от сажи, продуктов неполного сгорания и частично от окислов азота и выброс через выпускной патрубок 11 в выхлопную трубу 38. Если газы поступают в полость 22, то они проходят последовательно через стенки высокотемпературного каталитического фильтра 15, попадают в полость 21, проходят через фильтр 14 и выбрасываются в выхлопную трубу. При этом происходит более тщательная очистка от сажи, продуктов неполного сгорания и окислов азота. Exhaust gases come from the diesel engine 30 through the manifold 37 through the inlet pipe 10 and through the pipe 24 to the neutralizer reactor 1. Depending on the position of the windows 25 and 26 of the swivel pipe 24, the gases enter the cavity 21 or 22. If the gases enter the cavity 21, they pass through the walls of the low-temperature catalytic porous filter 14 into the common cavity of the reactor, they are cleaned of soot, products of incomplete combustion and partially from nitrogen oxides and ejected through the exhaust pipe 11 into the exhaust pipe 38. If the gases enter the cavity 22, they pass sequentially through the walls of the high-temperature catalytic filter 15, they enter the cavity 21, pass through the filter 14 and are discharged into the exhaust pipe. In this case, a more thorough cleaning of soot, products of incomplete combustion and nitrogen oxides occurs.

Открытие окна 20 в трубе 18 соответствует режиму работы двигателя с нагрузкой свыше 35 50% а открытие окна 19 работе на малых нагрузках и холостых ходах. Opening the window 20 in the pipe 18 corresponds to the mode of operation of the engine with a load of more than 35 50% and opening the window 19 to work at low loads and idling.

Управление работой нейтрализатора осуществляется следующим образом. В трубопроводе 31 находится под давлением, создаваемым насосом 29, масло. При достижении в коллекторе 37 температуры отработавших газов, соответствующей нагрузке, свыше 35% от номинальной преобразователь сигналов 32 включает исполнительный механизм 33, который переводит золотниковый редуктор в положение открытия магистрали трубопрово- да, и гидроцилиндр 35 через рычаг 27 разворачивает трубу 24 в положение, соответствующее открытию окна 20 в трубе 18. При работе двигателя на холостых ходах и малых нагрузках гидроцилиндр устанавливает положение трубы 24, соответствующее открытию окна 19 и закрытию окна 20. The operation of the Converter is as follows. In the pipe 31, oil is pressurized by the pump 29. When the exhaust gas temperature corresponding to the load in the manifold 37 exceeds 35% of the nominal signal converter 32, it includes an actuator 33, which puts the slide valve into the opening position of the pipeline, and the hydraulic cylinder 35 through the lever 27 unfolds the pipe 24 to the position corresponding opening the window 20 in the pipe 18. When the engine is idling and light loads, the hydraulic cylinder sets the position of the pipe 24, corresponding to opening the window 19 and closing the window 20.

По сравнению с прототипом предлагаемый каталитический нейтрализатор имеет следующие преимущества:
каталитические фильтры могут работать избирательно и вместе в зависимости от режима работы двигателя, что продляет срок их использования до регенерации;
устройство разделения потока газов управляется автоматически и привод его находится за пределами нейтрализатора.Compared with the prototype, the proposed catalytic converter has the following advantages:
catalytic filters can work selectively and together, depending on the operating mode of the engine, which extends their use before regeneration;
the gas flow separation device is automatically controlled and its drive is located outside the converter.

Claims

1. A catalytic converter for a diesel engine, comprising a housing with double walls and thermal insulation between them, inlet and outlet pipes, partitions, high-temperature and low-temperature porous sintered metal filters, characterized in that the high-temperature and low-temperature porous filters are placed sequentially one after another inside the housing to form three cavities, and in the central part of the housing there is a pipe connected to the inlet pipe and having windows that communicate with two cavities formed and catalytic filters, in the pipe there is a rotary pipe with windows matching in configuration and location with the windows of the external pipe, in addition, a rotary mechanism is introduced into the converter, which is installed outside the housing and has a drive.

2. The converter according to claim 1, characterized in that the drive comprises a cylinder, for example a hydraulic cylinder, connected to the engine lubrication system via a spool gear, a temperature sensor, a signal converter and an actuator.