RU2633255C1 - Device for catalytic cleaning of exhaust gases of internal combustion engine - Google Patents
Device for catalytic cleaning of exhaust gases of internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2633255C1 RU2633255C1 RU2016150121A RU2016150121A RU2633255C1 RU 2633255 C1 RU2633255 C1 RU 2633255C1 RU 2016150121 A RU2016150121 A RU 2016150121A RU 2016150121 A RU2016150121 A RU 2016150121A RU 2633255 C1 RU2633255 C1 RU 2633255C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- outlet
- catalyst
- exhaust gas
- catalytic converter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области экологии машиностроения, в частности к созданию экологически чистых двигателей путем каталитической регулируемой очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от токсичных веществ.The invention relates to the field of ecology of mechanical engineering, in particular to the creation of environmentally friendly engines by catalytic controlled cleaning of exhaust gases of an internal combustion engine from toxic substances.
Из технической литературы известно, что при проектировании каталитических нейтрализаторов важной задачей является обеспечение равномерности расхода потока отработавших газов по всей входной поверхности блока катализатора. При входе отработавших газов во входной конус перед блоком катализатора поток расширяется, но основная масса газов направляется через центральную часть блока катализатора. Картина распределения скорости потока отработавших газов на выходе из блока катализатора, полученная из решения газодинамической задачи методом конечных элементов, приведена на фиг. 1. Как можно видеть, распределение скорости по сечению блока катализатора имеет существенно неравномерный вид. Кроме этого, отработавшие газы поступают импульсами со скоростью и соответственно расходом переменными по времени, что усугубляет указанную неравномерность из-за волнового процесса воздействия на поры катализатора.From the technical literature it is known that when designing catalytic converters, an important task is to ensure uniformity of the exhaust gas flow rate over the entire inlet surface of the catalyst block. When the exhaust gas enters the inlet cone in front of the catalyst block, the flow expands, but the bulk of the gas is directed through the central part of the catalyst block. The pattern of the distribution of the exhaust gas flow rate at the outlet of the catalyst block, obtained from the solution of the gas-dynamic problem by the finite element method, is shown in FIG. 1. As you can see, the velocity distribution over the cross section of the catalyst block has a substantially non-uniform form. In addition, the exhaust gases come in pulses with a speed and, accordingly, a flow variable in time, which exacerbates this unevenness due to the wave process of exposure of the catalyst pores.
Известно устройство для очистки отработавших газов (патент Японии JP H 05141234 (А) - 1993-06-08), в котором для увеличения равномерности распределения потока отработавших газов по всему объему блока катализатора входная и выходная поверхности блока катализатора выполнены соответственно выпуклой и вогнутой.A device for purifying exhaust gases is known (Japanese patent JP H 05141234 (A) - 1993-06-08), in which, in order to increase the uniformity of the distribution of the exhaust gas flow over the entire volume of the catalyst block, the inlet and outlet surfaces of the catalyst block are respectively convex and concave.
Как показали расчеты, подобная форма блока катализатора заметно улучшает равномерность потока через блок катализатора при небольших расходах отработавших газов. На режимах работы ДВС с большой скоростью потока изменения профиля скорости несущественны. Кроме того, субстрат блока катализатора подобной формы сложен в изготовлении, что увеличивает стоимость каталитического нейтрализатора.As calculations showed, a similar shape of the catalyst block significantly improves the uniformity of flow through the catalyst block at low exhaust gas rates. In the modes of operation of the internal combustion engine with a high flow rate, changes in the velocity profile are not significant. In addition, the substrate of the catalyst block of this form is difficult to manufacture, which increases the cost of the catalytic converter.
Известно устройство для очистки отработавших газов, описанное в патенте US 8747760, заявитель GM GLOBAL TECH OPERATIONS INC, опубл. 10.06.2014 г., в котором для увеличения равномерности распределения потока отработавших газов по всему объему каталитического блока в первом варианте входная поверхность блока выполнена выпуклой.A device for cleaning exhaust gases is described in patent US 8747760, applicant GM GLOBAL TECH OPERATIONS INC, publ. 06/10/2014, in which, in order to increase the uniformity of the distribution of the exhaust gas flow over the entire volume of the catalytic unit in the first embodiment, the inlet surface of the unit is convex.
Как ранее указывалось, что показали расчеты, подобная форма блока катализатора заметно улучшает равномерность потока через блок катализатора при небольших расходах отработавших газов. На режимах работы ДВС с большой скоростью потока отработавших газов изменения профиля скорости несущественны. Кроме того, субстрат блока катализатора подобной формы сложен в изготовлении, что увеличивает стоимость каталитического нейтрализатора.As previously indicated, that calculations showed, a similar form of the catalyst block significantly improves the uniformity of flow through the catalyst block at low exhaust gas flow rates. In the modes of operation of an internal combustion engine with a high exhaust gas flow rate, changes in the velocity profile are not significant. In addition, the substrate of the catalyst block of this form is difficult to manufacture, which increases the cost of the catalytic converter.
Во втором варианте устройства по патенту US 8747760 во впускном конусе каталитического нейтрализатора установлен рассекатель потока отработавших газов. Такая конструкция позволяет перераспределить поток на всех режимах работы, но на малых расходах из-за неравномерного импульсного поступления отработавших газов трудно прогнозировать их распределение.In a second embodiment of the device of US Pat. No. 8747760, an exhaust gas flow divider is installed in the inlet cone of the catalytic converter. This design allows you to redistribute the flow at all operating modes, but at low costs due to the uneven pulsed flow of exhaust gases, it is difficult to predict their distribution.
Прототипом предлагаемого технического решения является устройство, описанное в патенте US 7451594 В2 (заявка US 2006070375 А1), опубл. 06.04.2006 г., в котором во входном конусе каталитического нейтрализатора установлен распределитель потока отработавших газов в виде пластины с фигурными, секторными, радиально расположенными прорезями. Такое выполнение является одним из вариантов известного способа повышения равномерности распределения потока отработавших газов по сечению блока катализатора - установка так называемых «распределителей потока» (импеллеров) перед блоком катализатора.The prototype of the proposed technical solution is the device described in patent US 7451594 B2 (application US 2006070375 A1), publ. 04/06/2006, in which the exhaust gas flow distributor is installed in the input cone of the catalytic converter in the form of a plate with curly, sectoral, radially located slots. This embodiment is one of the variants of the known method of increasing the uniformity of the distribution of the exhaust gas flow over the cross section of the catalyst block — the installation of so-called “flow distributors” (impellers) in front of the catalyst block.
Недостатком указанного устройства является значительное увеличение противодавления каталитического нейтрализатора, особенно при больших скоростях потока. Кроме того, при прохождении потока через узкие радиальные секторные прорези, расположенные практически перпендикулярно потоку, образуются многочисленные турбулентности, являющиеся генераторами шума.The disadvantage of this device is a significant increase in the back pressure of the catalytic converter, especially at high flow rates. In addition, as the flow passes through narrow radial sector cuts located almost perpendicular to the flow, numerous turbulences are formed, which are noise generators.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от токсичных веществ до уровней, удовлетворяющих перспективным экологическим нормативам за счет уменьшения габаритов и повышения ресурса устройств снижения токсичности.An object of the invention is to increase the efficiency of purification of exhaust gases of an internal combustion engine from toxic substances to levels that meet promising environmental standards by reducing the size and increasing the resource of devices for reducing toxicity.
Техническая задача решается тем, что устройство для каталитической очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, включающее каталитический нейтрализатор, состоящий из корпуса с входным и выходным конусами, входным и выходным патрубками и расположенных внутри корпуса перфорированного блока катализатора и распределителя потока отработавших газов, причем распределитель выполнен в виде пластины, расположенной у выхода из блока катализатора с возможностью перемещения вдоль оси каталитического нейтрализатора, при этом пластина кинематически соединена с выходным конусом и/или выходным патрубком корпуса каталитического нейтрализатора при помощи механизма подвижного крепления.The technical problem is solved in that a device for the catalytic purification of exhaust gases of an internal combustion engine, comprising a catalytic converter, consisting of a housing with inlet and outlet cones, inlet and outlet nozzles and located inside the housing of the perforated catalyst block and the exhaust gas distributor, the distributor being made in in the form of a plate located at the exit of the catalyst block with the possibility of movement along the axis of the catalytic converter, while Ting kinematically connected to the output cone and / or the outlet nozzle housing of the catalytic converter by means of movable fastening mechanism.
Механизм подвижного крепления пластины выполнен в виде управляемого привода, выполненного с возможностью изменения расстояния пластины от выходного торца блока катализатора в зависимости от режима работы двигателя.The mechanism of the movable mounting of the plate is made in the form of a controlled drive made with the possibility of changing the distance of the plate from the output end of the catalyst block depending on the operating mode of the engine.
Механизм подвижного крепления пластины выполнен в виде пружины.The mechanism for movable mounting of the plate is made in the form of a spring.
Пластина имеет выпуклую форму, причем выпуклость направлена против потока отработавших газов.The plate has a convex shape, and the convexity is directed against the flow of exhaust gases.
Указанные признаки позволяют решить техническую задачу и достичь следующих технических результатов:These signs allow you to solve the technical problem and achieve the following technical results:
- ускорение разогрева блока катализатора при пусковых режимах;- acceleration of the heating of the catalyst block during startup;
- повышение равномерности использования активной поверхности блока катализатора в зависимости от расхода и скорости отработавших газов;- increasing the uniformity of use of the active surface of the catalyst block depending on the flow rate and speed of the exhaust gas;
- уменьшение избыточности рабочего объема блока катализатора при ненагруженных режимах при небольших расходах отработавших газов;- reducing the redundancy of the working volume of the catalyst block under unloaded conditions at low exhaust gas rates;
- повышение ресурса каталитического нейтрализатора.- increase the resource of the catalytic converter.
Устройство для каталитической очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, схема которого показана на фиг. 2, включает каталитический нейтрализатор 1, состоящий из корпуса с входным 2 и выходным 4 конусами, входным 8 и выходным 5 патрубками и расположенных внутри корпуса перфорированного блока 3 катализатора и распределителя потока отработавших газов. Распределитель выполнен в виде пластины 6, которая расположена у выхода из блока 3 катализатора с возможностью перемещения вдоль оси каталитического нейтрализатора и кинематически соединена с выходным конусом и/или выходным патрубком корпуса каталитического нейтрализатора при помощи механизма 7 подвижного крепления.An apparatus for the catalytic treatment of exhaust gases of an internal combustion engine, a circuit of which is shown in FIG. 2 includes a
Механизм 7 подвижного крепления пластины выполнен в виде управляемого привода, выполненного с возможностью изменения расстояния пластины от выходного торца блока катализатора в зависимости от режима работы двигателя, например в виде рычажного механизма, конкретное выполнение которого определяется законом перемещения и выполняется по известным зависимостям и законам механики. При этом привод механизма может быть компьютеризированным с возможностью реализации закона перемещения в зависимости от многих параметров работы ДВС и его конструкции. Это не является предметом предложения и по этой причине подробно не описывается.The
Механизм подвижного крепления пластины выполнен в виде пружины. Эта конструкция является наиболее простой.The mechanism for moving the plate mount is made in the form of a spring. This design is the simplest.
Пластина имеет выпуклую форму, причем выпуклость направлена против потока отработавших газов.The plate has a convex shape, and the convexity is directed against the flow of exhaust gases.
При пуске пластина 6 на механизме 7 подвижного крепления прижата к заднему срезу блока 3 катализатора и перекрывает центральную часть проходного сечения блока 3 катализатора (фиг. 3). При этом периферическая часть блока 3 катализатора быстро разогревается отработавшими газами, движущимися с малой скоростью, и относительно длительным временем теплообмена и хорошей теплопередачей к блоку 3 катализатора.When starting, the
В исходном состоянии и при небольших расходах отработавших газов пластина 6 на механизме 7 подвижного крепления прижата к заднему срезу блока 3 катализатора и перекрывает центральную часть проходного сечения блока 3 катализатора (фиг. 3). В этом случае центральная часть блока 3 катализатора не используется, периферийная часть блока 3 катализатора, через которую проходят отработавшие газы, не создает существенного противодавления при малых скоростях потока.In the initial state and at low exhaust costs, the
Расчетное объемное распределение скорости потока в продольном сечении каталитического нейтрализатора приведено на фиг. 4 и далее в виде градаций серого цвета от черного - минимальная скорость до белого - максимальная скорость.The calculated volumetric distribution of the flow velocity in the longitudinal section of the catalytic converter is shown in FIG. 4 and further in the form of gradations of gray from black - minimum speed to white - maximum speed.
При увеличении скорости потока отработавших газов и соответственно увеличении давления на пластину она приоткрывает проход отработавшим газам, включая в режим течения центральную часть блока 3 катализатора (фиг. 5 и 6). При максимальных расходах проход вокруг пластины полностью открывается.With an increase in the flow rate of exhaust gases and, correspondingly, an increase in pressure on the plate, it opens the passage to the exhaust gases, including in the flow regime the central part of the catalyst block 3 (Figs. 5 and 6). At maximum costs, the passage around the plate is fully open.
За счет изменения площади поверхности активной части блока 3 катализатора (суммарной площади поверхностей микроканалов блока 3 катализатора), участвующей в процессе каталитической нейтрализации отработавших газов, достигаются указанные технические результаты. При использовании на частичных режимах только периферийных зон с меньшими скоростями течения отработавших газов и пониженной их температурой (в сравнении с режимами максимальных скоростей и/или нагрузок) повышается ресурс блока и его эффективность, за счет чего возможно уменьшение его размеров и/или уменьшения загрузки драгметаллами.By changing the surface area of the active part of the catalyst unit 3 (the total surface area of the microchannels of the catalyst unit 3) involved in the process of catalytic neutralization of exhaust gases, the indicated technical results are achieved. When only peripheral zones with lower exhaust gas flow rates and lower temperatures are used in partial modes (in comparison with the maximum speed and / or load modes), the resource of the unit and its efficiency increase, due to which it is possible to reduce its size and / or decrease the load with precious metals .
Механизм подвижного крепления может быть выполнен в виде упругого элемента и отрегулирован на различный перепад давления на блоке 3 катализатора. Пластина может иметь выпуклую форму, причем выпуклость направлена против потока отработавших газов (фиг. 7).The mechanism of the movable mount can be made in the form of an elastic element and adjusted to a different pressure drop on the
Применением выпуклой формы пластины можно добиться более равномерного распределения скорости потока на выходе из блока 3 катализатора как на небольших расходах отработавших газов, когда пластина поджата к поверхности блока 3 катализатора (фиг. 8), так и при больших расходах отработавших газов, когда пластина находится на большем расстоянии от поверхности блока 3 катализатора (фиг. 9). Причем на малых расходах активно участвует в каталитической реакции в основном периферийная часть блока 3 катализатора.Using the convex shape of the plate, it is possible to achieve a more uniform distribution of the flow rate at the outlet of the
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150121A RU2633255C1 (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Device for catalytic cleaning of exhaust gases of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150121A RU2633255C1 (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Device for catalytic cleaning of exhaust gases of internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2633255C1 true RU2633255C1 (en) | 2017-10-11 |
Family
ID=60129245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016150121A RU2633255C1 (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Device for catalytic cleaning of exhaust gases of internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2633255C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0514326A1 (en) * | 1991-05-02 | 1992-11-19 | Scambia Industrial Developments Aktiengesellschaft | Catalyst for the catalytic treatment of exhaust gas |
US7451594B2 (en) * | 2004-10-01 | 2008-11-18 | Donaldson Company, Inc. | Exhaust flow distribution device |
RU88738U1 (en) * | 2009-07-24 | 2009-11-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-технический университет при Федеральном агентстве специального строительства | GAS CATALYTIC NEUTRALIZER |
WO2011064109A1 (en) * | 2009-11-27 | 2011-06-03 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Exhaust gas cleaning component having a deflection surface and method for production thereof |
RU124925U1 (en) * | 2012-08-09 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | CATALYTIC SYSTEM FOR CLEANING EXHAUST GASES OF DIESEL ENGINES |
-
2016
- 2016-12-20 RU RU2016150121A patent/RU2633255C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0514326A1 (en) * | 1991-05-02 | 1992-11-19 | Scambia Industrial Developments Aktiengesellschaft | Catalyst for the catalytic treatment of exhaust gas |
US7451594B2 (en) * | 2004-10-01 | 2008-11-18 | Donaldson Company, Inc. | Exhaust flow distribution device |
RU88738U1 (en) * | 2009-07-24 | 2009-11-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-технический университет при Федеральном агентстве специального строительства | GAS CATALYTIC NEUTRALIZER |
WO2011064109A1 (en) * | 2009-11-27 | 2011-06-03 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Exhaust gas cleaning component having a deflection surface and method for production thereof |
RU124925U1 (en) * | 2012-08-09 | 2013-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | CATALYTIC SYSTEM FOR CLEANING EXHAUST GASES OF DIESEL ENGINES |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10337380B2 (en) | Mixer for a vehicle exhaust system | |
CN102235211B (en) | Reconfigurable mixer for an exhaust aftertreatment system and method of using the same | |
RU2013111608A (en) | COMPACT WASTE GAS CLEANING ASSEMBLY WITH REAGENT ADDITIVE | |
JP5655046B2 (en) | Mixing / vaporizing device | |
JP2016020694A (en) | Static mixer | |
ATE387254T1 (en) | EXHAUST GAS TREATMENT CATALYST WITH AXIALLY VARYING PRECIOUS METAL CONCENTRATION AND PRODUCTION PROCESS THEREOF | |
US11053826B2 (en) | Exhaust gas system | |
CN105089750A (en) | Exhaust gas treatment device | |
JP2014040828A5 (en) | ||
CN102137991A (en) | Exhaust gas purifying device for internal combustion engine, and swirl generating device | |
US8850801B2 (en) | Catalytic converter and muffler | |
RU2633255C1 (en) | Device for catalytic cleaning of exhaust gases of internal combustion engine | |
EP3198122A1 (en) | Exhaust gas reduction unit for internal combustion engine | |
JP2008240722A (en) | Exhaust emission control device | |
RU2015139005A (en) | EXHAUST GAS PIPELINE SECTION FOR SUPPLYING A LIQUID ADDITIVE | |
JP2017207056A (en) | Internal combustion engine having exhaust gas aftertreatment system | |
JP2011132870A (en) | Exhaust device for vehicle | |
JP2006207531A (en) | Muffler integrated type denitration device, internal combustion engine provided with denitration device and power generation system provided with internal combustion engine | |
RU2007139107A (en) | EXHAUST GAS EXHAUST SYSTEM WITH THE DEVICE FOR PROCESSING THE EXHAUST GASES AND THE HEAT EXCHANGER IN THE EXHAUST GAS RECIRCULATION PIPELINE | |
RU2553591C1 (en) | Device for purification of waste gases | |
JP2003120271A (en) | Method and device for distributing gas, and muffler/ catalyst system | |
RU177871U1 (en) | Device for reducing exhaust noise of internal combustion engine of mining equipment | |
RU149563U1 (en) | WASTE GAS CLEANING DEVICE | |
US11506099B1 (en) | Electrically-heated mix pipe for processing diesel exhaust fluid in a selective catalytic reduction system | |
JP6906961B2 (en) | Exhaust gas aftertreatment system and internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201006 Effective date: 20201006 |