RU2201511C2

RU2201511C2 - Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

Info

Publication number: RU2201511C2
Application number: RU2001114473/06A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Булаев; Н.П. Чуев
Original assignee: Уральский государственный университет путей сообщения
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2003-03-27

Abstract

Изобретение относится к устройствам силовых установок транспортных средств, связанных с выпуском отработавших газов, и может быть использовано на автомобилях, тепловозах, специальном подвижном составе с приводом от ДВС (путейская ремонтная техника). Нейтрализатор содержит корпус, образующий перепускной канал с размещенным в нем реактором, имеющим по крайней мере два последовательно расположенных сотовых каталитических блока, образующих между собой полость. Перепускной канал сообщается с полостью между блоками проходными каналами, образованными по крайней мере двумя соосными цилиндрами, размещенными так, что часть одного цилиндра перекрывает часть другого цилиндра, а в проходных каналах размещены сужающие устройства. Технический результат: ускорение саморегенерации блока сотового катализатора за счет возникающего эжекционного эффекта при втекании газа из перепускного канала через сужающее устройство в полость между блоками. 1 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам силовых установок транспортных средств, связанных с выпуском отработавших газов, и может быть использовано на автомобилях, на специальном подвижном составе с приводом от двигателей внутреннего сгорания (путейская ремонтная техника).

Известен каталитический нейтрализатор, включающий реактор с сотовыми каталитическими блоками (Патент РФ 2131979. МПК 6 F 01 N 3/08. Устройство и способ очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания/ Астановский Д. Л. , Астановский Л. З. , Гаврилов А.В. Опубл. 20.06.99, БИ 17). Реактор нейтрализатора образован коаксиальными цилиндрами, между которыми отсутствуют перепускные канала. Выгорание сажи с поверхности катализатора происходит за счет роста температуры в реакторе, который обеспечивается за счет искусственного повышения сопротивления в выхлопном тракте при росте толщины слоя сажи на поверхности катализатора. Такая конструкция нейтрализатора не обеспечивает защиту двигателя от разрушения при росте противодавления в выхлопном тракте выше регламентируемого.

Известен каталитический реактор (Патент РФ 2134355, МПК 6 F 01 N 3/28. Каталитический реактор/Вольфгант Маус, Рольф Брюкк, Георг Бестенрайнер. Опубл. 10.08.99, БИ 22, II ч), в котором для регулирования температуры в реакторе нейтрализатора имеется теплоизолированный канал с воздушным промежутком, но он не служит для перепуска отработавших газов при росте противодавления в выхлопном тракте.

Наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому нейтрализатору является каталитический нейтрализатор, включающий реактор, перепускной канал, полость между блоками сотового катализатора и перепускные отверстия, которые соединяют перепускной канал с полостью между блоками (А.С. 746001, F 01 N 3/28. Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания /Булаев В.Г., Чернозипунникова Н.В. Опубл.07.07.9, БИ 25) - прототип.

Недостатком данной конструкции является то, что при засаживании поверхности первого по потоку газа блока по перепускному каналу и перепускным окнам в полость между блоками пойдет большее количество газов. В результате будут образовываться сильные турбулентные струи, которые направлены перпендикулярно основному потоку газов, идущему через блок. Эти струи препятствуют выходу потоку газа из каналов блока. И как следствие начнется ускоренное отложение сажи на торцевой поверхности блока и в его каналах, при этом резко возрастает противодавление в выхлопном тракте двигателя. Кроме того, прогрев засаженного каталитического блока происходит только с внешней стороны.

Цель изобретения - ускорение саморегенерации блока катализатора.

Указанная цель достигается тем, что создается эжекционный эффект при втекании газа из перепускного канала через перепускные отверстия в полость между блоками.

Сущность изобретения заключается в том, что перепускной канал сообщается с полостью между блоками проходными каналами, образованными по крайней мере двумя соосными цилиндрами, размещенными таким образом, что часть одного цилиндра перекрывает часть другого цилиндра, а в проходных каналах размещены сужающие устройства.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

Корпус 1 нейтрализатора содержит реактор из соосных цилиндров 3 и 4, в которых расположены каталитические блоки 5 и 6. Корпус 1 и цилиндры 3 и 4 реактора образуют между своими боковыми поверхностями перепускной канал 2. Соосные цилиндры 3 и 4 реактора расположены так, что они частично перекрывают друг друга, образуя проходные каналы 8, в которых расположены сужающие устройства (типа сопла Ловаля) 9 для создания эжекционного эффекта. Между блока 5 и 6 образована полость 7. Перепускной канал 2 через проходные каналы 8 и сужающее устройство 9 соединен с полостью между блоками 7. На входе в перепускной канал 2 устанавливается впускной регулирующий клапан 10. Регулировка работой впускного клапана 10 осуществляется блоком управления 11, в который подается сигнал от датчика давления 12, Очищенные газы выбрасываются из реактора нейтрализатора через выпускной патрубок 13.

Нейтрализатор работает следующим образом.

Отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания поступают во впускной диффузор 14 нейтрализатора и далее в реактор на первый каталитический блок 5 и частично очищенные через полость 7 во второй 6 каталитический блок и далее через выпускной патрубок 13 в атмосферу. В процессе работы нейтрализатора происходит отложение частичек сажи и смолообразующих веществ в основном на торцевой поверхности первого блока 5 и частично в его каналах. По мере засаживания поверхности блока и каналов увеличивается создаваемое в выхлопном тракте противодавление. Величина роста противодавления контролируется датчиком 12, находящегося в впускном диффузоре 14 нейтрализатора. При увеличении противодавления в выхлопном тракте до регламентированного уровня, свидетельствующего о засаживании торцевой поверхности первого по потоку газа блока 5 и его каналов, блок 11 управления подает сигнал на открытие клапана 10 для прохода отработавших газов через перепускной канал 2, проходные каналы 8 и сужающие устройства 9 в полость 7 и далее через второй каталитический блок для последующей нейтрализации. Очищенные газы выбрасываются в атмосферу через выпускной патрубок 13. При прохождении газов через сужающее устройство 9 возникает эжекционный эффект, который создает дополнительную тягу отработавших газов из каналов первого частично засаженного блока 5. В этом случае частично засаженный блок 5 будет интенсивно прогреваться как с внешней стороны, со стороны перепускного канала 2, так и с внутренней. При прогреве блоков отработавшими газами до температуры 300-450^oС начнется выгорание сажи и смолообразующих веществ, отложившихся на торцевой поверхности блока и в его каналах, т.е. произойдет его саморегенерация. Когда торцевая поверхность блока и его каналы очистятся от сажи, а проходное сечение его восстановится до первоначальных размеров и противодавление в выхлопном тракте упадет ниже регламентированного уровня, отработавшие газы снова пойдут через первый блок 5, то впускные клапаны 10 закроются.

Саморегенерация катализатора ускоряется за счет возникающего эжекционного эффекта при втекании газа из перепускного канала через сужающее устройство в полость между блоками. При этом происходит вытягивание из каналов блока газа с частичками сажи, что обеспечивает дополнительный ускоренный прогрев внутренней поверхности каналов с одновременным прогревом поверхности блоков с внешней стороны и очистку каналов от сажи. Эффект его будет возрастать с ростом нагрузки, а следовательно, и с увеличением расхода отработавших газов. Прогрев засаженного блока как с внешней стороны через перепускной канал, так и с внутренней за счет прохождения газов ускорит саморегенерацию блока. Наличие сообщающихся между собой перепускного канала, проходных каналов с сужающимся устройством и полости между блоками обеспечивает бесперебойную работу нейтрализатора при отложении сажи и смолообразующих веществами на торцевой поверхности и в каналах одного или двух блоков сотового катализатора. Количество блоков в предлагаемой конструкции нейтрализатора может быть различным, но не менее двух. В итоге обеспечивается более быстрый процесс выгорания частичек сажи и смолообразующих веществ в каналах блока.

Прогрев блоков катализатора в предлагаемой конструкции нейтрализатора осуществляется отработавшими газами без уставновки дополнительного подогревающего устройства.

Предлагаемое изобретение позволяет уменьшить вероятность резкого возрастания противодавления в выхлопном тракте двигателя, а следовательно. и выход его из строя, за счет ускоренного прогрева каталитических блоков и ускорения их саморегенерации.

Система не требует дополнительного подогрева, а ее работа осуществляется автоматически, т.е. упрощается эксплуатация нейтрализатора. Нейтрализатор не требует демонтажа для проведения регенерации блока сотового катализатора и позволяет сохранить длительное время его работоспособность. Наличие проходных каналов с сужающими устройствами позволяет работать двигателю с нейтрализатором при сохранении допустимого противодавления в выхлопном тракте двигателя, а следовательно. защитит двигатель от разрушения и позволит сохранить его работоспособность длительное время.

Claims

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус, образующий перепускной канал с размещенным в нем реактором, имеющим по крайней мере два последовательно расположенных сотовых каталитических блока, образующих между собой полость, которая сообщается с перепускным каналом, отличающийся тем, что перепускной канал сообщается с полостью между блоками проходными каналами, образованными по крайней мере двумя соосными цилиндрами, размещенными так, что часть одного цилиндра перекрывает часть другого цилиндра, а в проходных каналах размещены сужающие устройства.