RU2097577C1

RU2097577C1 - Combination converter

Info

Publication number: RU2097577C1
Application number: RU95112772A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Новоселов; А.А. Мельберт; В.В. Ковалев
Original assignee: Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 1997-11-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; compression ignition internal combustion engine; exhaust gas systems. SUBSTANCE: combination converter has housing with double walls and heat insulation placed between walls, vibration resonator, outlet branch pipe, inlet branch pipe with tubular moving member arranged in inlet branch pipe and its extension getting into vibration resonator. Movable member is provided with lever to overlap clearances between plates pointed with their wider portion opposite to exhaust gas flow and installed with clearance in between. It has catalytic cleaning matrices made of highly porous cermet and installed coaxially to form space in between into which auxiliary gas channels are brought out. Channels are made with overlapping valves, for instance, electromagnetic valves, which depends on load conditions of engine. Moreover, catalytic converter has electrostatic type soot filter with electrodes arranged over perimeter. Filter is combined with vibration resonator. EFFECT: improved cleaning of exhaust gases. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, в частности, с воспламенением от сжатия. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used for exhaust gases of internal combustion engines, in particular, with compression ignition.

Известны каталитические нейтрализаторы отработавших газов [1] содержащие корпус с двойными стенками и теплоизоляцией между ними, торцевые крышки, входные и выходные патрубки с фланцами, каталитические блоки, конусные тарели, выполненные на продолжении впускного патрубка, размещенные в полости успокоителя колебаний, обращенные широкой частью навстречу потоку газов с образованием зазоров между собой. Known catalytic converters of exhaust gases [1] containing a housing with double walls and thermal insulation between them, end caps, inlet and outlet nozzles with flanges, catalytic blocks, conical plates made on the continuation of the inlet pipe, placed in the cavity of the vibration damper, facing the wide part towards gas flow with the formation of gaps among themselves.

Недостатком таких нейтрализаторов является то, что зазоры между тарелями расположены фиксированно, что приводит к тому, что существует настройка выпускного тракта до зазора в тарелях на один скоростной режим работы двигателя. The disadvantage of such converters is that the gaps between the plates are fixed, which leads to the fact that there is an adjustment of the exhaust path to the gap in the plates for one high-speed engine operation mode.

Известны также каталитические нейтрализаторы отработавших газов комбинированного типа [2] содержащие корпус с двойными стенками и теплоизоляцией между ними, торцевые крышки, входные и выходные крышки с фланцами, окислительные и восстановительные матрицы каталитической очистки, выполненные из высокопористой металлокерамики, полый сажевый фильтр электростатического типа с электродами, установленными перед матрицами каталитической очистки, резонатор колебаний, выполненный в сажевом фильтре, полость между коаксиально установленными цилиндрами, канал подвода вспомогательного газа, тарели, установленные с образованием зазоров. Combined type exhaust gas catalytic converters [2] are also known, comprising a housing with double walls and heat insulation between them, end caps, inlet and outlet caps with flanges, oxidation and reduction catalytic cleaning matrices made of highly porous cermet, hollow soot particulate filter with electrodes installed in front of the catalytic cleaning matrices, an oscillation resonator made in the particulate filter, a cavity between coaxially mounted c cylinders, auxiliary gas supply channel, plates installed with the formation of gaps.

Недостатками таких нейтрализаторов является то, что между тарелями сохраняется фиксированный зазор и таким образом существует настройка выпускного тракта до зазора в тарелях на один скоростной режим, регулировка подачи дополнительного газа не связана с величинами топливоподачи. The disadvantages of such converters are that a fixed clearance is maintained between the plates and thus there is an adjustment of the exhaust path to the clearance in the plates for one speed mode, the adjustment of the additional gas supply is not related to the fuel supply values.

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

Сущность изобретения достигается тем, что в известном комбинированном нейтрализаторе, содержащем корпус с двойными стенками и теплоизоляцией между ними, входной и выходной патрубки с фланцами, матрицы каталитической очистки, выполненные из высокопористой металлокерамики и расположенные коаксиально с образованием полости между ними, в которую выведены каналы подвода вспомогательного газа, сажевой фильтр электростатического типа, резонатор колебаний, совмещенный с сажевым фильтром, электроды которого расположены по периметру, тарели, обращенные широкой частью навстречу потоку газов и установленные с зазором между собой, согласно изобретению, внутри входного патрубка и его продолжения, входящего в резонатор колебаний, размещен трубчатый подвижный элемент с рычагом для перекрытия зазоров между тарелями в зависимости от скоростного режима двигателя. Каналы подвода вспомогательного газа выполнены с клапанами перекрытия, например, электромагнитными и другими клапанами перекрытия в зависимости от нагрузочного режима двигателя. The invention is achieved by the fact that in the known combined converter comprising a housing with double walls and thermal insulation between them, inlet and outlet nozzles with flanges, catalytic cleaning matrices made of highly porous cermet and arranged coaxially with the formation of a cavity between them into which the supply channels are led auxiliary gas, electrostatic diesel particulate filter, oscillation resonator combined with a diesel particulate filter, the electrodes of which are located around the perimeter, plates facing a wide part towards the gas flow and installed with a gap between themselves, according to the invention, a tubular movable element with a lever for closing the gaps between the plates, depending on the speed of the engine, is placed inside the inlet pipe and its extension entering the oscillation resonator. The auxiliary gas supply channels are made with shutoff valves, for example, electromagnetic and other shutoff valves, depending on the load condition of the engine.

Такое выполнение комбинированного нейтрализатора позволяет улучшить очистку отработавших газов от токсичных веществ в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов за счет размещения трубчатого подвижного элемента с рычагом, который регулирует зазор между отдельными тарелями путем продольного его перемещения в трубе нейтрализатора от скоростного режима движения. Кроме того, позволяет увеличить наполнение двигателя за счет настройки длины выпускного трубопровода в зависимости от скоростного режима, а также сохранить расход вспомогательного газа за счет использования его на режимах нагрузок свыше 50% путем выполнения канала подвода вспомогательного газа с электромагнитными клапанами перекрытия. This embodiment of the combined converter allows to improve the cleaning of exhaust gases from toxic substances depending on the speed and load conditions due to the placement of a tubular movable element with a lever that controls the gap between the individual plates by moving it longitudinally in the converter tube from the high-speed mode of movement. In addition, it allows to increase the filling of the engine by adjusting the length of the exhaust pipe depending on the speed mode, and also to save the auxiliary gas consumption by using it at load conditions of more than 50% by making the auxiliary gas supply channel with electromagnetic shutoff valves.

На чертеже изображен нейтрализатор, продольный разрез. The drawing shows a neutralizer, a longitudinal section.

Предлагаемый нейтрализатор содержит корпус с двойными внешними 1 и внутренними 2 стенками и теплоизоляцией 3 между ними. Нейтрализатор имеет входной 4 и выходной 5 патрубки с фланцами 6 и 7. На корпусе на фланце 8 со стороны входного патрубка 4 фланцем 9 закреплен корпус 10 резонатора. Между внешними стенками 11 и внутренними 12 резонатора в диэлектрике 13 размещены по периметру электроды 14, а к внешней стенке 11 подведен разъем 15 электропитания. На фланце корпуса резонатора 8 со стороны входного патрубка 4 закреплена на фланце 16 торцевая крышка 17 с пробками 18 для промывки резонатора. Между торцевой крышкой 17 и фланцем 8 в полости резонатора 10 на продолжении входного патрубка 4 выполнена труба 19 с гасителем колебаний 20. Он представляет собой тарельчатые элементы 21, которые расположены между собой с зазорами 22 и обращены широкой частью навстречу потоку газов. Внутри входного патрубка 4 и в трубе 19 установлен трубчатый подвижный элемент 23 с рычагом 24, который закреплен на трубе и расположен в продольном пазу 25, выполненном на входном патрубке 4. Рычаг 24 с трубчатыми элементами 21 предназначен для перекрытия зазоров между тарелями 21 в зависимости от скоростного режима двигателя. На фланце 8 в бонках 26 соосно входному патрубку 4 и трубе 19 установлены металлокерамические пористые полые матрицы окислительного 27 и восстановительного 28 типов, удерживаемые крышкой 29 с пазами 30. Между матрицами 27 и 28 образована окислительная полость 31. В полость через крышку 29 и торцевую крышку 32 выведены каналы подвода вспомогательного газа 33, например аммиака. Каналы 33 соединены с газовой магистралью 34 через разделительное устройство 35 (клапан перекрытия) с электромагнитным устройством 36, управление которым осуществляется от педали газа. The proposed Converter contains a housing with double outer 1 and inner 2 walls and thermal insulation 3 between them. The converter has inlet 4 and outlet 5 nozzles with flanges 6 and 7. On the housing on the flange 8 from the side of the inlet 4 flange 9 is fixed to the resonator body 10. Between the outer walls 11 and the inner 12 of the resonator, in the dielectric 13, electrodes 14 are placed around the perimeter, and a power connector 15 is connected to the outer wall 11. An end cap 17 with stoppers 18 for flushing the resonator is fixed on the flange of the resonator housing 8 from the inlet pipe 4 to the flange 16. Between the end cap 17 and the flange 8 in the cavity of the resonator 10 on the continuation of the inlet pipe 4 there is a pipe 19 with an vibration damper 20. It is a disk elements 21, which are located between themselves with gaps 22 and facing the widest part towards the flow of gases. Inside the inlet pipe 4 and in the pipe 19 there is installed a tubular movable element 23 with a lever 24, which is mounted on the pipe and is located in a longitudinal groove 25, made on the inlet pipe 4. The lever 24 with the tubular elements 21 is designed to close the gaps between the plates 21 depending on engine speed mode. On the flange 8 in the bonks 26, coaxially with the inlet pipe 4 and the pipe 19, metal-ceramic porous hollow matrixes of oxidizing 27 and reduction type 28 are mounted, which are held by a cover 29 with slots 30. An oxidizing cavity 31 is formed between the matrices 27 and 28. The cavity through the cover 29 and the end cover 32, auxiliary gas supply channels 33, for example ammonia, are withdrawn. The channels 33 are connected to the gas line 34 through a separation device 35 (shutoff valve) with an electromagnetic device 36, which is controlled from the gas pedal.

Комбинированный нейтрализатор работает следующим образом. Combined Converter operates as follows.

Отработавшие газы поступают от двигателя через входной патрубок 4, движутся по трубе 19 и трубчатому элементу 23. Зазоры между тарелями 20 и 21 расположены по длине от выпускных клапанов двигателя таким образом, что по каждому из зазоров длина выпускного трубопровода оказывается настроена на отдельные скоростные режимы, и резонатор служит преобразователем импульсов давления отработавших газов. Через зазоры электростатическим полем, имеющим место вокруг резонатора, вследствие включения электродов обмоток в сеть генератора постоянного тока сажа собирается в резонаторе, где частично выгорает под действием высоких температур. Очищенные от сажи отработавшие газы поступают в полость нейтрализатора, проходят через матрицу 29, окислительную полость 31, смешиваются со вспомогательными газами, проходят через матрицу 27 и выходят через патрубок 5. The exhaust gases flow from the engine through the inlet pipe 4, move along the pipe 19 and the tubular element 23. The gaps between the plates 20 and 21 are located along the length of the engine exhaust valves so that for each of the gaps the length of the exhaust pipe is set to separate speed modes, and the resonator serves as a converter of the pressure pulses of the exhaust gases. Through the gaps by the electrostatic field that takes place around the resonator, due to the inclusion of the winding electrodes in the DC generator network, soot is collected in the resonator, where it partially burns out under the influence of high temperatures. The exhaust gases purified from soot enter the neutralizer cavity, pass through the matrix 29, the oxidation cavity 31, mix with auxiliary gases, pass through the matrix 27 and exit through the nozzle 5.

Включение электростатического поля фильтра происходит при увеличении температуры отработавших газов свыше 250^oC, т.е. появлением сажи в отработавших газах.The inclusion of the electrostatic field of the filter occurs when the temperature of the exhaust gases exceeds 250 ^o C, i.e. the appearance of soot in the exhaust gas.

Перекрытием зазоров между отдельными тарелями путем продольного перемещения подвижного трубчатого элемента 23 в трубе 19 нейтрализатор подстраивается под скоростной режим двигателя и не создает при этом повышенных противодавлений на выпуске. By overlapping the gaps between the individual plates by longitudinally moving the movable tubular element 23 in the pipe 19, the converter adjusts to the high-speed mode of the engine and does not create increased backpressures at the outlet.

Подача вспомогательного газа начинается при увеличении температуры отработавших газов свыше 250^oC, свидетельствующих о нагрузочном режиме двигателя.The supply of auxiliary gas begins when the temperature of the exhaust gases exceeds 250 ^o C, indicating a load mode of the engine.

По сравнению с прототипом в предлагаемом комбинированном нейтрализаторе лучше обеспечена очистка отработавших газов, хорошо организован процесс очистки газов от токсичных веществ в зависимости от скоростного режима и нагрузочного режима, увеличено наполнение двигателя за счет настройки длины выпускного трубопровода в зависимости от скоростного режима и сокращен расход вспомогательного газа за счет использования его на режимах нагрузок свыше 50% Compared with the prototype, the proposed combined converter provides better exhaust gas cleaning, a well-organized process for cleaning gases from toxic substances depending on the speed mode and load mode, increased engine filling by adjusting the length of the exhaust pipe depending on the speed mode and reduced auxiliary gas consumption due to its use on load conditions over 50%

Claims

1. Combined converter containing a housing with double walls and thermal insulation between them, inlet and outlet nozzles with flanges, catalytic cleaning matrices made of highly porous cermet, an electrostatic hollow particulate filter with electrodes located along the perimeter and in front of the catalytic cleaning matrices, an oscillation resonator combined with the particulate filter, auxiliary gas supply channels that are discharged into a cavity formed by coaxially arranged catalytic matrices, plates, facing a wide part towards the gas flow and installed with a gap between them, characterized in that inside the inlet pipe and its extension, which enters the oscillation resonator, a tubular movable element with a lever for closing the gap between the plates depending on the speed of the engine is placed, and auxiliary gas supply channels are made with shutoff valves, depending on the engine load condition.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that the shutoff valve is electromagnetic.