RU2267014C1

RU2267014C1 - Cassette catalyst converter

Info

Publication number: RU2267014C1
Application number: RU2004110268/06A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Новоселов (RU); А.Л. Новоселов; С.Н. Павлов (RU); С.Н. Павлов; А.А. Мельберт (RU); А.А. Мельберт; А.А. Жуйкова (RU); А.А. Жуйкова
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2005-12-27
Also published as: RU2004110268A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.

SUBSTANCE: invention can be for cleaning exhaust of compression ignition internal combustion engines. Proposed cassette catalyst converter has housing with external and internal walls with thermal insulation between said walls, solid particles filtering unit, porous penetrable cerement catalyst oxidizing, reducing and oxidizing-reducing units, cross partitions with through and blind ports, inlet and outlet branch pipes. Porous filtering unit for solid particles and porous penetrable cermet catalyst oxidizing, oxidizing-reducing and reducing and installed in series in pairs into through and blind ports of cross partitions to form cassettes. Each following partition is turned relative to longitudinal axis of converter, relative to preceding partition, through angle equal to 180°. Each unit is arranged in through and blind ports of partitions of its cassette.

EFFECT: improved efficiency of cleaning of exhaust gases, increased economy of engine, reduced consumption of fuel, increased service life and improved manufacturability.

1 dwg

Description

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

Известен каталитический нейтрализатор отработавших газов дизеля, содержащий корпус с внешними и внутренними стенками, буртами, тепловой изоляцией между этими стенками, пористыми проницаемыми металлокерамическими каталитическими окислительными и восстановительными блоками, поперечной перегородкой с буртами и со сквозными окнами, входным и выходным патрубками, канал для подвода вспомогательного газа. Этот канал соединен с сообщающимися полостями, образованными между внутренней поверхностью корпуса и наружными поверхностями каталитических блоков, выполненных в виде коаксиально установленных полых цилиндров. Внутренние стенки образованы наружными поверхностями металлокерамических пористых проницаемых каталитических окислительных блоков. Эти блоки установлены с зазором между их наружными поверхностями и внешними стенками корпуса, одновременно являющимися теплоизоляцией. Пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительные и восстановительные блоки помещены на буртах корпуса и поперечной перегородки (см. патент РФ №2120554, МПК⁶ F 01 N 3/28).Known is a catalytic converter for diesel exhaust gases, comprising a housing with external and internal walls, collars, thermal insulation between these walls, porous permeable metal-ceramic catalytic oxidation and reduction blocks, a transverse partition with collars and with through windows, input and output pipes, an auxiliary supply channel gas. This channel is connected to communicating cavities formed between the inner surface of the housing and the outer surfaces of the catalytic blocks, made in the form of coaxially mounted hollow cylinders. The inner walls are formed by the outer surfaces of the ceramic-metal porous permeable catalytic oxidizing blocks. These blocks are installed with a gap between their outer surfaces and the outer walls of the casing, which are also thermal insulation. Porous permeable cermet catalytic oxidation and reduction blocks are placed on the shoulders of the casing and the transverse partition (see RF patent No. 2120554, IPC ⁶ F 01 N 3/28).

Основными недостатками описанного каталитического нейтрализатора отработавших газов дизеля является низкая эффективность очитки отработавших газов вследствие недостаточной, по отношению к габаритам, удельной поверхности металлокерамических пористых проницаемых каталитических окислительных и восстановительных блоков, выполненных в виде полых цилиндров, невысокая топливная экономичность, обусловленная высоким противодавлением, создаваемым этими блоками на выпуске дизеля; пониженная долговечность вследствие разрушения блоков при ударах, обусловленного их большими массой и габаритными размерами.The main disadvantages of the described diesel exhaust catalytic converter is the low efficiency of the exhaust gas cleaning due to the insufficient specific surface area of the porous metal-ceramic porous permeable oxidation and reduction blocks made in the form of hollow cylinders, low fuel efficiency due to the high back pressure created by these blocks on the release of a diesel engine; reduced durability due to the destruction of blocks upon impact due to their large mass and overall dimensions.

Известен также многоступенчатый каталитический нейтрализатор дизеля, содержащий корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, блоком фильтрации твердых частиц, пористыми проницаемыми каталитическими окислительными, восстановительными и окислительно-восстановительными блоками, смежными поперечными перегородками с буртами и сквозными окнами, входным и выходным патрубками, канал для подвода вспомогательного газа. Внутренние стенки корпуса образованы наружными поверхностями пористых проницаемых металлокерамических пористых каталитических окислительно-восстановительных блоков. Эти блоки установлены с зазором между их наружными поверхностями и внешними стенками корпуса, одновременно являющимся теплоизоляцией. В качестве блока фильтрации твердых частиц использованы фильтры из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композиционного материала, ассиметрично размещенных внутри коаксиально установленных пористых проницаемых металлокерамических каталитических окислительного и восстановительного блоков. Блок фильтрации твердых частиц и каталитические блоки выполнены в виде полых цилиндров и установлены в буртах поперечных перегородок и крышек корпуса. Канал для подвода вспомогательного газа соединен с полостью, образованной внутри корпуса внешней поверхностью блока фильтрации твердых частиц и внутренней поверхностью пористого проницаемого металлокерамического каталитического окислительного блока (см. патент РФ №2163300, МПК⁷ F 01 N 3/28).A multi-stage diesel catalytic converter is also known, comprising a housing with external and internal walls, thermal insulation between them, a particulate filtering unit, porous permeable catalytic oxidation, reduction and oxidation-reduction blocks, adjacent transverse partitions with collars and through windows, inlet and outlet pipes, channel for supplying auxiliary gas. The inner walls of the casing are formed by the outer surfaces of porous permeable metal-ceramic porous redox catalytic blocks. These blocks are installed with a gap between their outer surfaces and the outer walls of the housing, which is also thermal insulation. As a block for filtering solid particles, filters made of multilayer cross winding on a wire mesh framework of composite material threads asymmetrically placed inside coaxially mounted porous permeable metal-ceramic catalytic oxidation and reduction blocks were used. The particulate filtration unit and the catalytic units are made in the form of hollow cylinders and are installed in the shoulders of the transverse partitions and housing covers. The auxiliary gas supply channel is connected to a cavity formed inside the housing by the outer surface of the particulate filtering unit and the inner surface of the porous permeable cermet catalytic oxidizing unit (see RF patent No. 2163300, IPC ⁷ F 01 N 3/28).

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

Основными недостатками многоступенчатого каталитического нейтрализатора является низкая эффективность очистки отработавших газов вследствие недостаточной по отношению к габаритам удельной поверхности пористых проницаемых металлокерамических каталитических блоков и блока фильтрации твердых частиц, выполненных в виде полых цилиндров; невысокая топливная экономичность, обусловленная высоким противодавлением, создаваемым этими блоками на выпуске двигателя; низкие долговечность, вследствие разрушения блоков при ударах, обусловленного их большими массой и габаритными размерами, и технологичность изготовления из-за необходимости производства фасонных перегородок с буртами и крышек с буртами, а также блоков с различными формами.The main disadvantages of a multi-stage catalytic converter is the low efficiency of exhaust gas purification due to insufficient specific surface area of porous permeable cermet catalytic blocks and a block of filtering solid particles made in the form of hollow cylinders; low fuel efficiency due to the high back pressure created by these blocks at the engine; low durability due to the destruction of blocks upon impact due to their large mass and overall dimensions, and manufacturability due to the need to produce shaped partitions with collars and covers with collars, as well as blocks with various shapes.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности очистки отработавших газов и топливной экономичности двигателя, повышения долговечности и технологичности изготовления каталитического нейтрализатора.The present invention solves the problem of improving the efficiency of exhaust gas cleaning and fuel efficiency of the engine, increasing the durability and manufacturability of the manufacture of a catalytic converter.

Для достижения этого технического результата в кассетном каталитическом нейтрализаторе, содержащем корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, блоком фильтрации твердых частиц, пористыми проницаемыми металлокерамическими каталитическими окислительным, восстановительным и окислительно-восстановительным блоками, поперечными перегородками со сквозными окнами, входным и выходным патрубками, пористый блок фильтрации твердых частиц, пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительный, окислительно-восстановительный и восстановительный блоки установлены последовательно попарно в сквозные и введенные глухие окна поперечных перегородок с образованием кассет. Каждая последующая перегородка развернута относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей перегородкой на угол, равный углу между осями сквозного и глухого окон. Каждый блок помещен в сквозном и глухом окнах перегородок своей кассеты.To achieve this technical result in a cassette catalyst containing a housing with external and internal walls, thermal insulation between them, a particulate filtering unit, porous permeable cermet catalytic oxidizing, reducing and redox blocks, transverse baffles with through windows, inlet and outlet pipes , porous particulate filtration unit, porous permeable cermet catalytic oxidizing, oxide casting-reducing and reducing blocks are installed sequentially in pairs in the through and inserted blind windows of the transverse partitions with the formation of cassettes. Each subsequent partition is deployed relative to the longitudinal axis of the converter compared to the previous partition by an angle equal to the angle between the axes of the through and dull windows. Each block is placed in the through and dull windows of the partitions of its cassette.

Повышение эффективности очистки отработавших газов двигателя обеспечивается путем развития удельной поверхности пористых проницаемых металлокерамических каталитических блоков образованием кассетных конструкций из последовательно попарно установленных в сквозные и глухие окна поперечных перегородок пористого блока фильтрации твердых частиц, пористых проницаемых металлокерамических каталитических окислительного, окислительно-восстановительного и восстановительного при развороте каждой последующей перегородки относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей перегородкой на угол, равный 180°, а также путем организации двойной очистки отработавших газов в одной кассете.Improving the efficiency of engine exhaust gas cleaning is ensured by developing the specific surface of porous permeable metal-ceramic catalytic blocks by forming cassette structures from successively pairwise installed through and dull windows of the transverse baffles of the porous filtering block of solid particles, porous permeable metal-ceramic catalytic oxidizing, redox, and reducing at each turn subsequent septum relative to n the home axis of the catalyst compared with the previous partition by an angle equal to 180 °, as well as by organizing a double exhaust gas treatment in one cartridge.

Повышение топливной экономичности двигателя обеспечивается путем снижения противодавления на выпуске, создаваемого предлагаемыми кассетными конструкциями, образованными блоками с поперечными перегородками.Improving the fuel economy of the engine is achieved by reducing the back pressure at the outlet created by the proposed cassette structures formed by blocks with transverse partitions.

Повышение долговечности кассетного каталитического нейтрализатора обеспечивается путем повышения прочности блоков при ударах, обусловленного снижением их массы и габаритных размеров.Improving the durability of the cassette catalytic converter is achieved by increasing the strength of the blocks during impacts, due to a decrease in their mass and overall dimensions.

Кассетный каталитический нейтрализатор имеет более высокую технологичность изготовления вследствие того, что он обеспечивает функциональное назначение однотипными перегородками и блоками одной формы.The cassette catalyst has a higher manufacturability due to the fact that it provides the functional purpose of the same type of partitions and blocks of the same shape.

Предлагаемое выполнение кассетного каталитического нейтрализатора относит его к классу многоступенчатых, так как в нейтрализаторе существует несколько ступеней очистки отработавших газов, к разряду комбинированных, так как в качестве ступеней очистки используются пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки и пористые блоки фильтрации твердых частиц из металлокерамики.The proposed embodiment of the cassette catalytic converter classifies it as a multi-stage class, since there are several stages of exhaust gas purification in the catalytic converter, combined as it is used as porous permeable cermet catalytic blocks and porous filter blocks of solid particles made of cermet.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается выполнением ступеней очистки в виде кассет, содержащих поперечные перегородки с глухими и сквозными окнами, положением перегородок относительно продольной оси нейтрализатора, попарным соединением двух ступеней очистки в одну кассету. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию "новизна".Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is distinguished by the performance of cleaning steps in the form of cartridges containing transverse partitions with blind and through windows, the position of the partitions relative to the longitudinal axis of the converter, pairwise connection of two cleaning steps into one cartridge. Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty."

В известных технических решениях не обнаружено совокупности отличительных признаков, характеризующих изложенное техническое решение и используемых для решения аналогичной задачи. Поэтому техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".In the known technical solutions, no combination of distinctive features has been found that characterize the stated technical solution and are used to solve a similar problem. Therefore, the technical solution meets the criterion of "inventive step".

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный по оси разрез кассетного каталитического нейтрализатора.The invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal along the axis section of the cassette catalyst.

Стрелками на чертеже показано движение отработавших газов.The arrows in the drawing show the movement of exhaust gases.

Кассетный каталитический нейтрализатор содержит корпус 1 с фланцами 2, входным 3 и выходным 4 патрубками, оснащенными фланцами 5 и 6, торцевой крышкой 7, внешними 8 и внутренними 9 стенками, между которыми размещена теплоизоляция 10.The cassette catalyst contains a housing 1 with flanges 2, input 3 and output 4 nozzles equipped with flanges 5 and 6, end cover 7, outer 8 and inner 9 walls, between which insulation 10 is placed.

Полость реактора образована внутренними поверхностями торцевой крышки 7, внутренней стенки 9 и торцевой стенки 11. В полости реактора с помощью распирающих колец 12 установлены поперечные перегородки 13 с глухими 14, 15 и сквозными 16, 17 окнами. Пористый блок фильтрации твердых частиц 18, выполненный из металлокерамики, пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительный 19, окислительно-восстановительный 20, восстановительный 21 блоки установлены последовательно по движению отработавших газов в сквозные 16, 17 и глухие 14, 15 окна поперечных перегородок с образованием кассет, первой и второй.The reactor cavity is formed by the inner surfaces of the end cap 7, the inner wall 9 and the end wall 11. In the cavity of the reactor, transverse partitions 13 with blind 14, 15 and through 16, 17 windows are installed with the help of bursting rings 12. Porous particulate filtering unit 18 made of cermet, porous permeable cermet catalytic oxidizing 19, redox 20, reducing 21 blocks are installed sequentially by the movement of exhaust gases in through 16, 17 and blind 14, 15 windows of the transverse partitions with the formation of cartridges, the first and second.

В нейтрализаторе блоки 18, 19, 20 и 21 установлены таким образом, что каждая кассета представляет собой две ступени очистки. В кассетах одна половина блоков имеет сквозные окна 16 со стороны подвода газов, а другая половина блоков имеет сквозные окна 17 в сторону отвода газов, то есть пористый блок фильтрации твердых частиц 18 помещен в сквозном 16 и глухом 14 окнах и пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительный блок 19 помещен в глухом 15 и сквозном 17 окнах своей кассеты, а пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительно-восстановительный блок 20 помещен в сквозном 16 и глухом 14 окнах и пористый проницаемый металлокерамический каталитический восстановительный блок 21 помещен в глухом 15 и сквозном 17 окнах своей кассеты.In the neutralizer blocks 18, 19, 20 and 21 are installed in such a way that each cartridge is a two-stage cleaning. In the cassettes, one half of the blocks has through holes 16 from the gas supply side, and the other half of the blocks has through holes 17 towards the gas outlet, that is, the porous particulate filter block 18 is placed in the through 16 and blind 14 windows and the porous permeable cermet catalytic oxidation block 19 is placed in the blind 15 and through 17 windows of its cassette, and the porous permeable cermet catalytic redox unit 20 is placed in the through 16 and blind 14 windows and porous permeable with metal ceramics The catalytic reduction unit 21 is placed in the blank 15 and through 17 windows of its cassette.

Каждая последующая поперечная перегородка развернута относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей поперечной перегородкой на угол, составляющий 180°, равный углу между осями сквозного и глухого окон, например, между осями сквозного 17 и глухого 14 окон, то есть поперечные перегородки одной кассеты развернуты относительно оси нейтрализатора на угол, равный углу между осями сквозного и глухого окон.Each subsequent transverse partition is deployed relative to the longitudinal axis of the converter compared to the previous transverse partition by an angle of 180 ° equal to the angle between the axes of the through and the blind windows, for example, between the axes of the through 17 and blind 14 windows, that is, the transverse partitions of one cartridge are deployed relative to the axis of the converter at an angle equal to the angle between the axes of the through and dull windows.

Реактор-нейтрализатор разделен поперечными перегородками и блоками на отдельные полости: полость входа 22, внутренняя полость 23 первой кассеты, промежуточная полость 24, внутренняя полость 25 второй кассеты, полость 26 выхода газов.The neutralizing reactor is divided by transverse partitions and blocks into separate cavities: inlet cavity 22, inner cavity 23 of the first cartridge, intermediate cavity 24, inner cavity 25 of the second cartridge, gas outlet cavity 26.

Предлагаемый кассетный каталитический нейтрализатор работает следующим образом. По входному патрубку 3 газы проходят в полость входа 22 реактора. Через окна 16 газы входят в полые блоки и направляется через стенки пористого блока фильтрации твердых частиц 18. Далее газы оказываются во внутренней полости 23 первой кассеты и продолжают движение через стенки пористого проницаемого металлокерамического каталитического окислительного блока 19 и через окна 17 отводятся в промежуточную полость 24. Из полости 24 газы поступают через окна 16 в полый пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительно-восстановительный блок 20, проходят через его пористые стенки, дополнительно очищаются и попадают во внутреннюю полость 25 второй кассеты. Далее газы проходят через стенки пористого проницаемого металлокерамического каталитического восстановительного блока 21, доочищаются и через окна 17 отводятся в полость 26, выходят по патрубку 4 - в атмосферу.The proposed cluster catalytic converter operates as follows. At the inlet pipe 3, gases pass into the cavity of the inlet 22 of the reactor. Through the windows 16, the gases enter the hollow blocks and are directed through the walls of the porous block of filtering solid particles 18. Then the gases are in the inner cavity 23 of the first cartridge and continue to move through the walls of the porous permeable cermet catalytic oxidizing block 19 and are led through the windows 17 into the intermediate cavity 24. From cavity 24, gases flow through windows 16 into a hollow porous permeable cermet catalytic redox unit 20, pass through its porous walls, additionally cleaned and enter the inner cavity 25 of the second cartridge. Next, the gases pass through the walls of the porous permeable cermet catalytic reduction unit 21, are treated afterwards and are discharged through the windows 17 into the cavity 26, exit through the pipe 4 to the atmosphere.

Таким образом, в отличие от прототипа обеспечивается более полная очистка отработавших газов, более высокая топливная экономичность дизеля за счет снижения противодавления на выпуске, более высокая долговечность каталитических блоков за счет снижения их массы и габаритных размеров, более высокая технологичность изготовления.Thus, in contrast to the prototype, a more complete purification of exhaust gases, a higher fuel economy of a diesel engine due to a decrease in back pressure at the outlet, a higher durability of the catalytic units due to a decrease in their mass and overall dimensions, and a higher manufacturability are provided.

По сравнению с прототипом, образование кассет из блоков позволило обеспечить каждой кассете по две ступени очистки, что способствует повышению качества очистки отработавших газов дизелей.Compared with the prototype, the formation of cassettes from the blocks allowed each cassette to have two cleaning stages, which improves the quality of diesel exhaust gas cleaning.

Claims

A cassette catalytic converter comprising a housing with external and internal walls, thermal insulation between them, a particulate filtering unit, porous permeable metal-ceramic oxidizing, reducing and redox blocks, transverse baffles with through windows, inlet and outlet pipes, characterized in that the porous block filtration of solid particles, porous permeable metal-ceramic oxidizing, reducing and redox blocks Installed sequentially in pairs in the through and inserted blind windows of the transverse partitions with the formation of cassettes, each subsequent partition being deployed relative to the longitudinal axis of the neutralizer compared to the previous partition by an angle equal to the angle between the axes of the through and dull windows, and each block is placed in the through and dull windows partitions of their cassette.