RU2714985C1

RU2714985C1 - Device for cleaning and recycling exhaust gases

Info

Publication number: RU2714985C1
Application number: RU2019116198A
Authority: RU
Inventors: Владислав Павлович Колесников; Александр Андреевич Петров
Original assignee: ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ЛАЙТТЕК ПЛЮС" (ЗАО "Лайттек Плюс")
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-02-21

Abstract

FIELD: engine building.

SUBSTANCE: invention relates to the purification of exhaust gases of an internal combustion engine. Device for cleaning and recycling exhaust gases comprises car exhaust pipeline 1, reactor 2 connected by its inlet to outlet of exhaust pipeline 1, and by outlet connected to recirculation path, and air intake 3 with filter 4 connected to vehicle engine suction manifold 5. Dischargers 6 with spark gaps 7 and guide ribs 8 for supply of exhaust gases to spark gaps 7 are installed in reactor. Thickness of guide ribs 8 is chosen to be considerably smaller than transverse dimensions of reactor 2. Dischargers 6 are supplied with the help of induction coils 11 connected to pulse generator 12. Generator 12 is connected to accumulator 13.

EFFECT: using the invention provides higher efficiency of cleaning exhaust gases from toxic compounds and increasing the amount of recycled purified gases.

3 cl

Description

Изобретение относится к автомобильному транспорту и может быть использовано для очистки выхлопных газов от токсичных соединений и рециркуляции очищенных выхлопных газовThe invention relates to road transport and can be used for purification of exhaust gases from toxic compounds and recirculation of purified exhaust gases

Известно устройство для рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от токсичных компонентов по патенту РФ №2251016, МПК F02M 25/06, 2004 г. Указанное устройство содержит канал рециркуляции, связывающий входной и выходной трубопроводы двигателя автомобиля, и клапан рециркуляции, установленный в канале рециркуляции. Во внутренней полости клапана размещен сажесборник, представляющий собой путанку из керамических микроволокон и предназначенный для улавливания токсичных компонентов.A device for recirculating exhaust gases of an internal combustion engine from toxic components according to the patent of the Russian Federation No. 2251016, IPC F02M 25/06, 2004. The specified device contains a recirculation channel connecting the input and output pipelines of the car engine, and a recirculation valve installed in the recirculation channel. In the inner cavity of the valve there is a soot collector, which is a tangle of ceramic microfibers and designed to capture toxic components.

Недостатком устройства по патенту РФ №2251016 является недостаточная степень очистки отработавших выхлопных газов, подаваемых по каналу рециркуляции к двигателю, от токсичных компонентов, что обусловлено использованием для этих целей только сажесборника.The disadvantage of the device according to the patent of the Russian Federation No. 2251016 is the insufficient degree of purification of the exhaust exhaust gas supplied through the recirculation channel to the engine from toxic components, which is due to the use of only a soot collector for these purposes.

Известна выхлопная система, содержащая катализатор восстановления оксидов азота и контур рециркуляции выхлопных газов (патент РФ №2584084, МПК F01N 3/20, 2016 г.). Недостатками известного устройства являются его сложность, что увеличивает пространство, необходимое для монтажа устройства на автомобиле; использование для очистки от токсичных веществ дорогостоящих компонентов - палладия и оксида церия, а также недостаточная степень очистки выхлопных газов от токсичных веществ.A known exhaust system containing a catalyst for the reduction of nitrogen oxides and the exhaust gas recirculation circuit (RF patent No. 2584084, IPC F01N 3/20, 2016). The disadvantages of the known device are its complexity, which increases the space required for mounting the device on a car; the use of expensive components, palladium and cerium oxide, for cleaning toxic substances, as well as an insufficient degree of purification of exhaust gases from toxic substances.

В качестве ближайшего аналога заявляемого устройства принято устройство для очистки и циркуляции выхлопных газов по патенту РФ №154119, МПК F01N 3/02, 2015 г. Упомянутое устройство содержит выхлопной трубопровод для сбора и выброса газа, импульсный генератор, соединенный с индукционными катушками, реактор, соединенный своим входом с выходным торцом выхлопной трубы, и тракт рециркуляции очищенных выхлопных газов. Реактор содержит разрядники с искровыми промежутками, расположенными внутри корпуса реактора. Разрядники установлены в корпусе реактора с наклоном относительно его оси и соединены с соответствующими индукционными катушками по числу разрядников.As the closest analogue of the claimed device, a device for purification and circulation of exhaust gases according to the patent of the Russian Federation No. 154119, IPC F01N 3/02, 2015 was adopted. Said device comprises an exhaust pipe for collecting and discharging gas, a pulse generator connected to induction coils, a reactor, connected by its inlet to the outlet end of the exhaust pipe, and a recycled exhaust gas recirculation path. The reactor contains spark gaps with spark gaps located inside the reactor vessel. The arresters are installed in the reactor vessel with an inclination relative to its axis and are connected to the corresponding induction coils by the number of arresters.

В корпусе реактора перед разрядниками размещена шайба с отверстиями, расположенными напротив искровых промежутков разрядников. В отверстиях шайбы, число которых равно числу разрядников, закреплены пластины, направляющие струи выхлопных газов к искровым промежуткам разрядников.A washer with holes located opposite the spark gaps of the arresters is placed in the reactor vessel in front of the arresters. In the holes of the washer, the number of which is equal to the number of arresters, plates are fixed that guide the exhaust jets to the spark gaps of the arresters.

Тракт рециркуляции содержит трубопровод, связывающий выход реактора с всасывающим коллектором двигателя автомобиля, и включает средства удаления из газового потока сажи. Коллектор двигателя автомобиля также связан через фильтр с воздухозаборником.The recirculation path contains a pipeline connecting the outlet of the reactor with the intake manifold of the car engine, and includes means for removing soot from the gas stream. The collector of the car engine is also connected through a filter to the air intake.

Устройство, принятое в качестве ближайшего аналога, имеет следующие недостатки.A device adopted as the closest analogue has the following disadvantages.

Размещение направляющих пластин в отверстиях шайбы обеспечивает подачу к искровым промежуткам разрядников только части всего потока выхлопных газов, которое можно примерно оценить как отношение суммы площадей всех отверстий шайбы к площади поперечного сечения реактора. Однако, как установлено заявителем, такое конструктивное решение на практике приводит к расщеплению не всего объема токсичных соединений, содержащихся в выхлопных газах, в частности СО и NO₂ на С, N₂ и О₂, поскольку ограничение объема выхлопных газов, направляемых в области искровых промежутков разрядников, не позволяет эффективно осуществить указанный процесс расщепления по всей площади поперечного сечения реактора. Как следствие, снижается эффективность очистки выхлопных газов от токсичных соединений и уменьшается количество рециркулируемых очищенных газов, подаваемых по тракту рециркуляции к двигателю автомобиля. Последний фактор уменьшает экономию топлива за счет рециркуляции очищенных газов.The placement of the guide plates in the washer holes ensures that only a part of the total exhaust gas flow is supplied to the spark gaps of the arresters, which can be roughly estimated as the ratio of the sum of the areas of all washer openings to the reactor cross-sectional area. However, as established by the applicant, such a constructive solution in practice does not split the entire volume of toxic compounds contained in the exhaust gases, in particular CO and NO ₂ into C, N ₂ and O ₂ , since the limitation of the volume of exhaust gases directed into the spark gap arrester, does not allow to effectively carry out the specified process of splitting over the entire cross-sectional area of the reactor. As a result, the efficiency of cleaning exhaust gases from toxic compounds is reduced and the amount of recirculated purified gases supplied through the recirculation path to the car engine is reduced. The latter factor reduces fuel economy through the recirculation of purified gases.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения - повышение эффективности очистки выхлопных газов от токсичных соединений и увеличение количества рециркулируемых очищенных газов.The technical result achieved by using the invention is to increase the efficiency of purification of exhaust gases from toxic compounds and to increase the amount of recycled purified gases.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки и рециркуляции выхлопных газов, содержащем выхлопной трубопровод для сбора и выброса газа; импульсный генератор, связанный с аккумулятором и подсоединенный к индукционным катушкам; реактор, соединенный своим входом с выхлопным трубопроводом, и тракт рециркуляции, содержащий трубопровод, вход которого подсоединен к выходу реактора, а выход подключен к всасывающему коллектору двигателя автомобиля, и средства удаления из газового потока сажи; и воздухозаборник, подсоединенный через фильтр к всасывающему коллектору двигателя, при этом реактор содержит, по крайней мере, первые разрядники, установленные в корпусе реактора с наклоном относительно его оси и соединенные с индукционными катушками, причем искровые промежутки разрядников находятся в полости реактора, и размещенные в полости реактора средства направления выхлопных газов к искровым промежуткам первых разрядников, упомянутые средства направления выхлопных газов к искровым промежуткам первых разрядников выполнены в виде направляющих пластинчатых ребер, соединенных с корпусом реактора и расположенных между искровыми промежутками соседних первых разрядников напротив зазоров между ними.The specified technical result is achieved in that in a device for cleaning and recirculating exhaust gases, comprising an exhaust pipe for collecting and discharging gas; a pulse generator connected to the battery and connected to the induction coils; a reactor connected at its inlet to the exhaust pipe, and a recirculation path containing a pipe, the input of which is connected to the outlet of the reactor, and the outlet is connected to the intake manifold of the automobile engine, and means for removing soot from the gas stream; and an air inlet connected through a filter to the intake manifold of the engine, wherein the reactor comprises at least first arresters installed in the reactor vessel with an inclination relative to its axis and connected to induction coils, the spark gap of the arresters being in the reactor cavity and located in cavity of the reactor means for directing the exhaust gases to the spark gaps of the first arresters, said means for directing the exhaust gases to the spark gaps of the first arresters are made in in the form of guide plate ribs connected to the reactor vessel and located between the spark gaps of the adjacent first spark gaps opposite the gaps between them.

Указанный технический результат достигается также тем, что толщина d направляющих пластинчатых ребер выбирается из условияThe specified technical result is also achieved by the fact that the thickness d of the guide plate ribs is selected from the condition

d<<D,d << D,

где D - поперечный размер реактора.where D is the transverse dimension of the reactor.

Указанный технический результат достигается также тем, что устройство для очистки и рециркуляции выхлопных газов содержит вторые разрядники, размещенные в корпусе реактора за первыми разрядниками наклонно по отношению к оси реактора и связанные с индукционными катушками, причем искровые промежутки вторых разрядников расположены напротив зазоров между соседними первыми разрядниками.The specified technical result is also achieved by the fact that the device for cleaning and recirculating exhaust gases contains second arresters located in the reactor vessel behind the first arresters obliquely with respect to the axis of the reactor and connected with induction coils, and the spark gaps of the second arresters are located opposite the gaps between the adjacent first arresters .

Изобретение иллюстрируется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 схематически изображено заявляемое устройство, на фиг. 2 иллюстрируется выполнение реактора и схема питания разрядников.In FIG. 1 schematically depicts the inventive device, FIG. 2 illustrates the design of the reactor and the power supply circuit of the arresters.

Устройство для очистки и рециркуляции выхлопных газов содержит выхлопной трубопровод автомобиля 1, реактор 2, соединенный своим входом с выходом выхлопного трубопровода 1, а выходом подсоединенный к тракту рециркуляции, фильтр 3 и воздухозаборник 4, подсоединенные к всасывающему коллектору двигателя 5.A device for cleaning and recirculating exhaust gases contains an exhaust pipe of a vehicle 1, a reactor 2 connected by its inlet to an outlet of an exhaust pipe 1, and an outlet connected to a recirculation path, a filter 3 and an air intake 4 connected to an intake manifold of an engine 5.

Реактор 2 является средством очистки выхлопных газов от содержащихся в них токсичных соединений. Он включает, по крайней мере, первые разрядники 6, установленные в корпусе реактора 2 с наклоном относительно его оси, причем искровые промежутки 7 разрядников 6 находятся в полости реактора 2, и размещенные в полости реактора 2 средства направления выхлопных газов к искровым промежуткам 7, выполненные в виде направляющих пластинчатых ребер 8, соединенных с корпусом реактора 2 и расположенных между искровыми промежутками 7 соседних первых разрядников 6 напротив зазоров между разрядниками 6. Толщина d направляющих ребер 8 выбирается значительно меньшей поперечного размера D реактора 2 (который может составлять 60-70 мм, что способствует удобству монтажа реактора под днищем автомобиля), и может быть равна ~ 1 мм. Как следствие, толщина ребер d будет в несколько раз меньше зазора между соседними разрядниками.Reactor 2 is a means of purifying exhaust gases from the toxic compounds contained therein. It includes at least the first arresters 6 installed in the reactor vessel 2 with an inclination relative to its axis, with the spark gaps 7 of the arresters 6 located in the cavity of the reactor 2, and means for directing the exhaust gases to the spark gaps 7 located in the cavity of the reactor 2, made in the form of guide plate ribs 8 connected to the reactor vessel 2 and located between the spark gaps 7 of the adjacent first arresters 6 opposite the gaps between the arresters 6. The thickness d of the guide ribs 8 is chosen significantly smaller transverse dimension D of reactor 2 (which can be 60-70 mm, which contributes to the convenience of installing the reactor under the bottom of the car), and can be equal to ~ 1 mm. As a result, the thickness of the ribs d will be several times smaller than the gap between adjacent spark gaps.

Реактор 2, кроме первой ступени очистки, образованной разрядниками 6, может также содержать вторую ступень очистки, образованную вторыми разрядниками 9, которые размещены в корпусе реактора 2 за первыми разрядниками 6 также наклонно по отношению к оси реактора 2, причем искровые промежутки 10 вторых разрядников 9 расположены напротив зазоров между соседними первыми разрядниками 6.The reactor 2, in addition to the first cleaning stage formed by the arresters 6, may also contain a second cleaning stage formed by the second arresters 9, which are located in the reactor vessel 2 behind the first arresters 6 also inclined with respect to the axis of the reactor 2, and the spark gaps 10 of the second arresters 9 are located opposite the gaps between the adjacent first arresters 6.

Первая ступень очистки может содержать, например, четыре разрядника 6, а вторая ступень очистки - три разрядника 9. В общем случае, количество разрядников, установленных в реакторе 2, определяется мощностью и диаметром выхлопного трубопровода 1.The first stage of cleaning may contain, for example, four spark gap 6, and the second stage of cleaning - three spark gap 9. In general, the number of spark gap installed in the reactor 2 is determined by the power and diameter of the exhaust pipe 1.

Число направляющих ребер 8 на входе первой ступени очистки на единицу меньше числа разрядников 6, т.е. если реактор 2 содержит N разрядников 6 в первой ступени очистки, то число направляющих ребер будет равно N - 1.The number of guide ribs 8 at the inlet of the first cleaning stage is one less than the number of arresters 6, i.e. if the reactor 2 contains N arresters 6 in the first purification step, then the number of guide ribs will be N - 1.

Угол наклона разрядников 6 и 9 к оси реактора 2 варьируется в зависимости от типа автомобиля.The angle of inclination of the arresters 6 and 9 to the axis of the reactor 2 varies depending on the type of vehicle.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения корпус реактора 2 имеет плоскую форму. Так, например, как показано на фиг. 2, в поперечном сечении реактор 2 может иметь форму, близкую к шестиугольной.In a preferred embodiment, the reactor vessel 2 is flat in shape. For example, as shown in FIG. 2, in cross section, the reactor 2 may have a shape close to hexagonal.

Питание разрядников 6 и 9 осуществляется с помощью подсоединенных к ним индукционных катушек 11, подключенных, в свою очередь, к импульсному генератору низкого напряжения 12. Число катушек 11 равно общему числу разрядников 6 и 9. Генератор 12 соединен с аккумулятором 13.The arresters 6 and 9 are supplied with the help of induction coils 11 connected to them, which, in turn, are connected to a low-voltage pulse generator 12. The number of coils 11 is equal to the total number of arresters 6 and 9. The generator 12 is connected to the battery 13.

На фиг. 2 иллюстрируется подключение катушек 11 к двум крайним разрядникам первой и второй ступени очистки.In FIG. 2 illustrates the connection of coils 11 to two extreme arresters of the first and second cleaning stages.

Тракт рециркуляции содержит трубопровод 14, соединенный входом с выходом реактора 2, а выходом подключенный к всасывающему коллектору двигателя автомобиля 5. В трубопроводе 14 установлены средства удаления из газового потока сажи, выполненные в виде коробки с фильтром 15.The recirculation path contains a pipe 14 connected by an inlet to the outlet of the reactor 2, and by an output connected to the intake manifold of the automobile engine 5. In the pipe 14, means for removing soot from the gas stream are arranged in the form of a box with a filter 15.

Заявляемое устройство функционирует следующим образом.The inventive device operates as follows.

С генератора 12 импульсный ток низкого напряжения поступает на индукционные катушки 11, а затем на искровые промежутки разрядников. Посредством направляющих ребер 8 струи выхлопного газа из трубопровода 1 подаются к искровым промежуткам 7 разрядников 6. Малая толщина направляющих ребер 8 по сравнению с поперечным размером реактора 2 (и величиной зазора между соседними разрядниками 6) обеспечивает подачу практически всего объема выхлопных газов к искровым промежуткам 7 разрядников 6. Кроме того, при наличии в устройстве второй ступени очистки направляющие ребра 8 способствуют поступлению струй выхлопного газа через зазоры между соседними разрядниками 6 первой ступени очистки к искровым промежуткам 10 разрядников 9 второй ступени очистки.From the generator 12, a pulsed low-voltage current is supplied to the induction coils 11, and then to the spark gaps of the arresters. By means of the guide ribs 8, the exhaust gas jets from the pipeline 1 are supplied to the spark gaps 7 of the spark gaps 6. The small thickness of the guide ribs 8 compared to the transverse size of the reactor 2 (and the gap between adjacent spark gaps 6) provides the supply of almost the entire volume of exhaust gases to the spark gaps 7 arresters 6. In addition, if the device has a second cleaning stage, the guide ribs 8 facilitate the flow of exhaust gas through the gaps between adjacent arresters 6 of the first stage source to the spark gaps 10 arresters 9 of the second stage of cleaning.

В искровых промежутках 7 разрядников 6 происходит процесс расщепления содержащихся в выхлопных газах токсичных соединений - СО, СО₂, NO₂ и СН_x. В результате ударного воздействия на молекулы СО, СО₂, NO₂ и СН_x электрического разряда, энергия которого больше энергии связи атомов в молекулах, происходит распад молекул на отдельные составляющие - С, О₂, N₂, Н₂, которые не относятся к токсичным компонентам выхлопных газов. Конструктивное выполнение и пространственное расположение направляющих ребер 8 способствует тому, что указанному выше процессу расщеплению подвергается практически весь объем токсичных соединений, присутствующих в выхлопных газах автомобиля. Небольшое количество молекул СО, СО₂, NO₂ и СН_x, не подвергшихся расщеплению в первой ступени очистки, будут расщеплены на С, О₂, N₂, Н₂ во второй ступени очистки.In the spark gaps of 7 arresters 6, the process of decomposition of toxic compounds contained in the exhaust gases — CO, CO ₂ , NO ₂ and CH _x — takes place. As a result of the impact on the molecules of CO, CO ₂ , NO ₂ and CH _{x of an} electric discharge, the energy of which is higher than the binding energy of atoms in the molecules, the molecules decompose into separate components - C, O ₂ , N ₂ , N ₂ , which are not related to toxic exhaust components. The structural embodiment and the spatial arrangement of the guide ribs 8 contributes to the fact that almost the entire amount of toxic compounds present in the exhaust gases of a vehicle is subjected to the splitting process indicated above. A small number of CO, CO ₂ , NO _2, and CH _x molecules that have not been cleaved in the first purification step will be cleaved into C, O ₂ , N ₂ , H ₂ in the second purification step.

С выхода реактора 2 поток газов поступает на вход трубопровода 14 тракта рециркуляции. В коробке 15 с помощью фильтра осуществляется очищение газов от сажи - угольных частиц. Далее поток очищенных газов сFrom the outlet of the reactor 2, the gas stream enters the inlet of the pipe 14 of the recirculation path. In box 15, a filter is used to purify gases from soot - coal particles. Further, the stream of purified gases with

выхода трубопровода 14 подается к всасывающему коллектору двигателя автомобиля 5, в который также поступает воздух из атмосферы, засасываемый с помощью воздухозаборника 3 и очищаемый в фильтре 3.the outlet pipe 14 is fed to the intake manifold of the engine of the car 5, which also receives air from the atmosphere, sucked in using the air intake 3 and cleaned in the filter 3.

По сравнению с устройством, принятым в качестве ближайшего аналога, заявляемое устройство позволяет существенно увеличить объем очищаемых выхлопных газов и, в результате - повысить эффективность очистки выхлопных газов от токсичных соединений. Как следствие, увеличивается количество рециркулируемых очищенных газов и реализуется возможность дальнейшей экономии топлива.Compared with the device adopted as the closest analogue, the inventive device can significantly increase the volume of cleaned exhaust gases and, as a result, increase the efficiency of cleaning exhaust gases from toxic compounds. As a result, the amount of recycled purified gases increases and the possibility of further fuel economy is realized.

Claims

1. Device for cleaning and recirculating exhaust gases, comprising an exhaust pipe for collecting and discharging gas; a pulse generator connected to the battery and connected to the induction coils; a reactor connected at its inlet to the exhaust pipe; a recirculation path containing a pipeline, the input of which is connected to the outlet of the reactor, and the output is connected to the intake manifold of the car engine, and means for removing soot from the gas stream; and an air intake connected through a filter to the intake manifold of the engine, wherein the reactor comprises at least first arresters installed in the reactor vessel with an inclination relative to its axis and connected to induction coils, the spark gap of the arresters being in the reactor cavity and located in the cavity means for directing exhaust gases to the spark gaps of the first arresters, characterized in that means for directing exhaust gases to the spark gaps of the first arresters Execute a guide plate fins, connected to the reactor vessel and disposed between the spark gaps adjacent first fuses opposite gaps therebetween.

2. The device according to p. 1, characterized in that the thickness d of the guide plate ribs is selected from the condition

d << D,

where D is the transverse dimension of the reactor.

3. The device according to p. 1, characterized in that it contains second arresters located in the reactor vessel behind the first arresters obliquely with respect to the axis of the reactor and connected with induction coils, and the spark gaps of the second arresters are located opposite the gaps between the adjacent first arresters.