Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ КАССЕТНОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и предназначено для испытаний кассетного нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Известен каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, который может быть использован в качестве установки для его испытаний, содержащий корпус с коаксиально установленными с образованием полости между ними пористыми проницаемыми металлокерамическими окислительными и восстановительными каталитическими блоками, входным и выходным патрубками с фланцами, канал для подвода вспомогательного газа. Канал для подвода вспомогательного газа соединен с сообщающимися полостями, образованными между внутренней поверхностью корпуса и наружными поверхностями пористых проницаемых металлокерамических окислительных каталитических блоков (патент RU 2120554, МПК ⁶F01N 3/28).

Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности проведения сравнительных испытаний каталитических нейтрализаторов вследствие необходимости полной разборки и сборки конструкции с заменой каталитических блоков, а также невозможность обеспечения идентичности условий испытаний вследствие ограничения возможности исследований вариантов комплектации нейтрализатора окислительными и восстановительными блоками, поскольку замена каждого из блоков связана с прерыванием процесса испытаний.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является кассетный каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий пористые проницаемые металлокрамические каталитические блоки фильтрации твердых частиц, пористые проницаемые металлокерамические окислительные и восстановительные каталитические блоки, поперечные перегородки с выпускными сквозными и глухими окнами, образующие секции, входной и выходной патрубки. Пористый проницаемый металлокрамический каталитический блок фильтрации твердых частиц, пористые проницаемые металлокерамические окислительный, окислительно-восстановительный и восстановительный каталитические блоки установлены последовательно попарно в сквозные и глухие окна поперечных перегородок, то есть в две секции, 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, а каждый блок помещен в сквозном и глухом окнах перегородок своей кассеты. Данный кассетный каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания может быть использован в качестве установки для его испытаний (патент Российской Федерации N 2267014, МПК ⁷F01N 3/28).

Недостатками описанного кассетного каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания являются отсутствие возможности подбора комбинаций каталитических блоков для селективной очистки отработавших газов без демонтажа и разбора вследствие неосуществимости замены каталитических блоков без прерывания процесса испытаний, невозможность обеспечения идентичности условий и методов испытаний устройства и многовариантного подбора составов каталитических материалов для обеспечения эффективной системы очистки, поскольку замена каждого блока связана с прерыванием процесса испытаний.

Предлагаемым изобретением решается задача осуществления подбора комбинаций каталитических блоков для селективной очистки отработавших газов без демонтажа и разбора, обеспечения идентичности условий и методов испытаний и возможности многовариантного подбора составов каталитических материалов для обеспечения эффективной системы очистки.

Для решения поставленной задачи установка для испытаний кассетного нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащая пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки фильтрации твердых частиц, пористые проницаемые металлокерамические окислительные и восстановительные каталитические блоки, а также входной и выходной патрубки, причем названные блоки установлены с образованием кассет в секции, имеющие выпускные окна, согласно изобретению она снабжена секцией приема очищенных газов, соединенной с пневмоцилиндрами, и установлена на опорах, жестко связанных с секцией пористых проницаемых металлокерамических каталитических блоков фильтрации твердых частиц и секцией приема очищенных газов. Между последовательно расположенными секциями установлены промежуточные соединения, закрепленные на крестовинах и имеющие возможность перемещения в осевом и продольном направлениях относительно общей для всех секций оси. При этом секция с пористыми проницаемыми металлокерамическими восстановительными каталитическими блоками и секция с пористыми проницаемыми металлокерамическими окислительными каталитическими блоками, имеющие выпускные окна, установлены между секцией пористых проницаемых металлокерамических каталитических блоков фильтрации твердых частиц и секцией приема очищенных газов на общей для всех секций оси с возможностью поворота относительно последней и снабжены фиксаторами положения. На опорах смонтирована штанга, снабженная скользящими направляющими втулками, подсоединенными к промежуточным соединениям, а секции выполнены в виде барабанов.

Обеспечение возможности многовариантного подбора комбинаций и осуществление подбора комбинаций каталитических блоков для селективной очистки отработавших газов без демонтажа и разбора объясняется возможностью поворота барабанов и раздвижением конструкции пневмоцилиндрами.

Обеспечение идентичности условий и методов испытаний объясняется использованием единого потока отработавших газов во всех блоках, температура и давление отработавших газов во всех блоках одинаковы.

Наличие последовательно расположенных секций пористых проницаемых металлокерамических каталитических блоков и фильтрации твердых частиц, с пористыми проницаемыми металлокерамическими восстановительными каталитическими блоками, с пористыми проницаемыми металлокерамическими окислительными каталитическими блоками и приема очищенных газов позволяет осуществлять эффективную очистку отработавших газов на различных режимах работы двигателя, поскольку дает возможность устанавливать соответственно в каждой секции пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки с различной удельной поверхностью и проходным сечением пор, а также направлять поток отработавших газов в нужную секцию.

Предлагаемое выполнение установки для испытаний кассетного нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания относит ее к классу многоступенчатых, так как в ней присутствуют несколько ступеней очистки, так как в качестве ступеней очистки использованы очистка газов от твердых частиц, доокисление продуктов неполного сгорания, восстановление оксидов азота.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображен продольный по оси разрез установки для испытаний кассетного нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.

Установка для испытаний кассетного нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания представляет собой револьверную многопозиционную конструкцию, содержащую секцию 1 пористых проницаемых металлокерамических каталитических блоков фильтрации твердых частиц, секцию 2 с пористыми проницаемыми металлокерамическими восстановительными каталитическими блоками материалов, предназначенную для восстановления оксидов азота, секцию 3 с пористыми проницаемыми металлокерамическими окислительными каталитическими блоками, предназначенную для доокисления продуктов неполного сгорания, секцию 4 приема очищенных газов, смонтированные последовательно на общей для всех секций оси 5. Секции 1, 2, 3, 4 выполнены в виде барабанов.

Между секциями 1 и 2 и 3, 3 и 4 установлены промежуточные соединения 6, а перед секцией 1 расположены датчик 7 давления и датчик 8 температуры, а также газоотборники 9 и 10. Промежуточные соединения 6 закреплены на крестовинах 11, уплотнены, например, фторопластовыми кольцами 12 и имеют возможность перемещения в осевом и продольном направлениях относительно оси 5. Направляющая втулка 13 жестко связана с секцией 1. Промежуточные соединения 6 связаны со скользящими направляющими втулками 14, смонтированными на штанге 15, в свою очередь смонтированной на опорах 16. Скользящие направляющие втулки 14, связанные с промежуточными соединениями 6 и секциями 2, 3, 4, установлены на штанге 15 с возможностью перемещения относительно нее. Секции 2 и 3 установлены с возможностью поворота относительно оси 5 и оснащены фиксаторами положения 17. К секции 4 подсоединена труба 18, связанная с системой выпуска (на чертеже не показана), предназначенная для транспортирования газов после очистки в названную систему.

Датчик 7 давления, датчик 8 температуры, газоотборники 9 и 10 установлены во входном патрубке 19, предназначенном для транспортирования газов от источника. В секции 1, оснащенной центральной перфорированной трубкой 20, установлены с образованием кассет пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки 21 фильтрации твердых частиц, изготовленные из пористого проницаемого металлокерамического материала, полученного самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС). Наружные стенки 22 секций 1, 2, 3, 4 выполнены двойными, и между ними расположен теплоизолятор 23.

Общая ось 5 закреплена на секции 1 и помещена во втулки 24 в центрах секций 2, 3, 4. Секции 2 и 3 выполнены с внутренними разделительными перегородками 25, обеспечивающими движение газа по заданной траектории. В секции 2 установлены с образованием кассет пористые проницаемые металлокерамические восстановительные каталитические блоки 26, изготовленные из пористого проницаемого металлокерамического материала, полученного СВС. В секции 3 установлены с образованием кассет пористые проницаемые металлокерамические окислительные каталитические блоки 27, изготовленные из пористого проницаемого металлокерамического материала, полученного СВС. Блоки 21, 26 и 27 выполнены с различными сравнительными физико-химическими характеристиками. Секция 4 выполнена полой и оборудована выходным патрубком 28, соединенным с трубой 18.

Секция 1 закреплена неподвижно направляющей втулкой 13, на которой базируется штанга 15 во втулках 29 и на опорах 16.

Секция 4 снабжена шарнирами 30, соединенными через штоки 31 с пневмоцилиндрами 32, смонтированными на опорах 33.

В секциях 1, 2, 3 установлено одновременно, например, по шесть блоков 21, 26, 27 соответственно.

В секции 1 между перфорированной трубкой 20 и теплоизолятором 23 и пористым проницаемым металлокерамическим каталитическим блоком 21 фильтрации твердых частиц расположена полость 34. Внутри пористого проницаемого металлокерамического каталитического блока 21 фильтрации твердых частиц расположена полость 35.

В секции 2 внутри пористого проницаемого металлокерамического восстановительного каталитического блока 26 расположена полость 36. Между пористым проницаемым металлокерамическим восстановительным каталитическим блоком 26 и теплоизолятором 23 расположена полость 37. В секции 2 выполнены выпускные окна 38.

Между секциями 2 и 3 имеется полость 39, в которой расположено промежуточное соединение 40.

В секции 3 выполнены выпускные окна 41. Между пористым проницаемым металлокерамическим окислительным каталитическим блоком 27 и теплоизолятором 23 расположена полость 42. Внутри пористого проницаемого металлокерамического окислительного восстановительного каталитического блока 27 расположена полость 43.

Внутри секции 4 имеется полость 44.

Установка для испытаний кассетного нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания установлена на опоре (на чертеже не показана), жестко связанной с направляющей втулкой 13, соединенной с секцией 1, и на опоре 45, связанной со скользящей направляющей втулкой 14, связанной с секцией 4.

Установка для испытаний кассетного нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. Отключение пневмоцилиндров 32 дает возможность перемещать секции 1 и 4 с промежуточными соединениями 6 продольно относительно оси 5, а секции 2 и 3 дает возможность перемещать продольно относительно оси 5 и поворачивать относительно оси 5, тем самым позволяя проводить испытания различных вариантов очистки отработавших газов.

Отработавшие газы входят через патрубок 19 в перфорированную трубку 20, полость 34 и фильтруются от твердых частиц, проходя через стенки блоков 21, и попадают во внутренние полости 35. Затем газы проходят через промежуточное соединение 6, попадают во внутренние полости 36 блоков 26, проходят через их пористые стенки и выходят во внешнюю полость 37, затем через выпускные окна 38 в стенках секции 2 выходят в полость 39 внутри промежуточного соединения 40, далее через выпускные окна 41 в стенках секции 3 выходят во внешнюю полость 42, затем через пористые стенки блоков 27 входят во внутренние полости 43 и через промежуточное соединение отводятся в полость 44 секции 4, откуда очищенные газы через патрубок 28 отводятся через трубу 18 в систему выпуска.

По сравнению с прототипом предложенная установка позволяет с одной установки каталитических блоков производить сравнительные испытания материалов для трехступенчатых нейтрализаторов отработавших газов двигателей.