Результат интеллектуальной деятельности: КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ДЛЯ ДИЗЕЛЯ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Известен каталитический нейтрализатор отработавших газов для дизеля, содержащий корпус с внешним и внутренними стенками, тепловой изоляцией между этими стенками, пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительные и восстановительные блоки, поперечные перегородки с глухими и сквозными окнами, входной и выходной патрубки. Пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительные и восстановительные блоки выполнены в виде коаксиально установленных полых цилиндров. Между внутренней поверхностью корпуса и наружными поверхностями пористых проницаемых металлокерамических каталитических окислительных блоков образованы полости. Эти блоки установлены с зазором между их наружными поверхностями и внутренней поверхностью корпуса и одновременно являются теплоизоляцией. Пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительные и восстановительные блоки помещены в банках на торцевых крышках корпуса и на буртах поперечной перегородки, в которой выполнены окна (патент RU 2120554, МПК F01N 3/28).

Основными недостатками описанного каталитического нейтрализатора отработавших газов дизеля являются пониженная эффективность очистки отработавших газов вследствие недостаточно развитой удельной поверхности каталитических блоков, выполненных в виде полых цилиндров, что приводит к отсутствию доступа компонентов отработавших газов к поверхности катализатора и, следовательно, определяет недостаточную глубину очистки от вредных компонентов, а также низкая долговечность вследствие невысокой долговечности каталитических блоков, установленных в банках на торцевых крышках и на перегородке, обусловленная большими массами и габаритными размерами элементов устройства.

Известен также каталитический нейтрализатор для дизеля, содержащий корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, пористыми блоками фильтрации твердых частиц, пористыми проницаемыми металлокерамическими каталитическим окислительными и восстановительными блоками, поперечными перегородками со сквозными и глухими окнами, входными и выходными патрубками. Пористый блок фильтрации твердых частиц, пористые проницаемые каталитические металлокерамические окислительные и восстановительные блоки установлены последовательно попарно в сквозные и 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 и составляющий 180 градусов. Каждый блок помещен в сквозном и глухом окнах перегородок своей кассеты (патент RU 2267014, МПК⁷ F01N 3/28).

Последняя конструкция каталитического нейтрализатора является наиболее близкой по технической сущности и принята за прототип.

Основными недостатками описанного каталитического нейтрализатора для дизеля являются:

- пониженные эффективность очистки отработавших газов и технологичность изготовления каталитического нейтрализатора, так как значительный объем реактора нейтрализатора занят пространствами между каталитическими блоками, что приводит к сокращению удельной массовой поверхности катализаторов и необоснованному увеличению габаритов, а наличие отдельно изготавливаемых перегородок и каталитических блоков приводит к повышению массы нейтрализатора;

- пониженная долговечность, так как при вибрации и ударах пористый блок фильтрации твердых частиц, пористые проницаемые каталитические металлокерамические окислительные и восстановительные блоки работают как балки, зажатые с двух концов;

- пониженная топливная экономичность дизеля вследствие значительных противодавлений на выпуске, создаваемых пористыми стенками блока фильтрации твердых частиц и проницаемых каталитических металлокерамических окислительных и восстановительных блоков.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения топливной экономичности дизеля, повышения долговечности и технологичности изготовления каталитического нейтрализатора.

Для решения поставленной задачи в каталитическом нейтрализаторе для дизеля, содержащем корпус с внешними и с внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, пористыми блоками фильтрации твердых частиц, пористыми проницаемыми металлокерамическими окислительным и восстановительным блоками, установленными парами в сквозные и глухие окна поперечных перегородок с образованием кассет, входным и выходным патрубками, причем последующая перегородка развернута относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей перегородкой, а каждый блок помещен в сквозном и глухом окнах кассеты, согласно изобретению пористые блоки фильтрации твердых частиц выполнены в виде кольцевых монолитов с чередующимися встречно расположенными полостями и размещены в цилиндрических патронах с ограничением размерами введенного распирающего барабана, встроенного в нейтрализатор между кассетами, пористые проницаемые металлокерамические окислительный и восстановительный блоки выполнены в виде кольцевых монолитов и собраны с пористыми блоками фильтрации твердых частиц поперечными перегородками и шпильками с образованием кассет, а входной и выходной патрубки установлены в распирающем барабане. При этом между сквозным и глухим окнами поперечных перегородок кассеты образован угол перекрытия.

Повышение топливной экономичности дизеля обеспечивается путем снижения противодавления на выпуске, создаваемого предлагаемыми кассетными конструкциями, образованными блоками с поперечными перегородками, имеющими только одни общие стенки с соседними полостями.

Повышение долговечности каталитического нейтрализатора обеспечивается путем повышения прочности блоков при вибрации и ударах за счет выполнения блоков в виде кольцевых монолитов, обусловленного снижением массы и габаритных размеров блоков.

Кассетный каталитический нейтрализатор имеет более высокую технологичность изготовления вследствие выполнения каталитических блоков в виде кольцевых монолитов.

Предлагаемое выполнение 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.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается выполнением ступеней очистки в виде кассет из кольцевых монолитных блоков с чередующимися встречно расположенными полостями, размещенных в цилиндрических патронах с ограничением размерами введенного распирающего барабана, и из пористых проницаемых металлокерамических окислительного и восстановительного блоков, выполненных в виде кольцевых монолитов и собранных с пористыми блоками фильтрации твердых частиц поперечными перегородками и шпильками, установкой входного и выходного патрубков в распирающем барабане. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию «новизна».

В известных технических решениях не обнаружено совокупности отличительных признаков, характеризующих изложенное техническое решение и используемых для решения аналогичной задачи. Поэтому изложенное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный по оси разрез каталитического нейтрализатора для дизеля, а на фиг.2 - поперечный разрез фиг.1 в сечении А-А. Стрелками на чертеже показаны направления движения отработавших газов в каталитическом нейтрализаторе.

Каталитический нейтрализатор для дизеля содержит корпус 1 с фланцами 2, входным 3 и выходным патрубками 4, оснащенными фланцами 5 и 6 соответственно, торцевые крышки 7. Корпус 1 имеет внешние 8 и внутренние 9 стенки, между которыми размещена теплоизоляция 10.

Полость реактора образована внутренними поверхностями торцевых крышек 7 и внутренних стенок 9 корпуса 1. В полости реактора с помощью распирающего барабана 11 установлены пара поперечных перегородок 12 и пара поперечных перегородок 13 с чередующимися глухими 14 и сквозными 15 окнами. Каждая последующая перегородка развернута относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей перегородкой. Входной 3 и выходной 4 патрубки установлены в распирающем барабане 11.

Пористые блоки фильтрации твердых частиц 16 и 17, изготовленные из металлокерамики, размещены в цилиндрических патронах 18, ограниченных размерами распирающего барабана 11, и выполнены в виде кольцевых монолитов с чередующимися встречно расположенными полостями 19 и 20 соответственно, между которыми образованы стенки 21 (фиг.1, 2).

В торцевых крышках 7 установлены форсунки 22 для подачи регенерирующих растворов, во входном 3 и выходном 4 патрубках установлены кислородные датчики 23 и датчики давления 24.

Между поперечными перегородками 12 установлен пористый проницаемый металлокерамический окислительный блок 25, а между поперечными перегородками 13 установлен пористый проницаемый металлокерамический восстановительный блок 26. Блоки 25 и 26 выполнены в виде кольцевых монолитов. При этом пористый блок фильтрации твердых частиц 16 расположен центрально относительно продольной оси нейтрализатора, а пористый проницаемый металлокерамический окислительный блок 25 - коаксиально блоку 16 в кольцевой полости между внутренней стенкой 9 корпуса 1 и внешними стенками патрона 18. Пористый блок фильтрации твердых частиц 17 расположен центрально относительно продольной оси нейтрализатора, а пористый проницаемый металлокерамический восстановительный блок 26 - коаксиально блоку 16 в кольцевой полости между внутренней стенкой 9 корпуса 1 и внешними стенками патрона 18.

Пара из пористого блока фильтрации твердых частиц 16 и пористого проницаемого металлокерамического окислительного блока 25 установлена в сквозные 15 и глухие 14 окна поперечных перегородок 12, а пара из пористого блока фильтрации твердых частиц 17 и пористого проницаемого металлокерамического восстановительного блока 26 установлена в сквозные 15 и глухие 14 окна поперечных перегородок 13. Пористый блок фильтрации твердых частиц 16 и пористый проницаемый металлокерамический окислительный блок 25 собраны с помощью перегородок 12 и шпилек 27 с образованием кассеты 28. Пористый блок фильтрации твердых частиц 17 и пористый проницаемый металлокерамический восстановительный блок 26 собраны с помощью перегородок 13 и шпилек 27 с образованием кассеты 29. При этом каждый блок помещен в сквозном и глухом окнах своей кассеты.

Внутренняя полость реактора нейтрализатора разделена кассетами 28 и 29 и распирающим барабаном 11, встроенным между ними, на отдельные полости: полость 30 приема газов, полость 31 распределения газов, полость 32 выпуска газов.

Пористый проницаемый металлокерамический восстановительный блок 25 расположен в полости 33, а пористый проницаемый металлокерамический восстановительный блок 26 - в полости 34, причем эти полости являются чередующимися встречно расположенными.

Между сквозными 15 окнами в поперечных перегородках 12 и 13 образован угол 35.

Между осями глухих 14 окон в поперечных перегородках 12 и 13 образован угол 36.

Между сквозными 15 и глухими 14 окнами поперечных перегородок 12 и 13 образован угол перекрытия 37.

Количество полостей 19 и 20 - не менее двух. Величины углов зависят от количества смежных полостей.

Каталитический нейтрализатор работает следующим образом. Отработавшие газы дизеля поступают в нейтрализатор по входному патрубку 3 в полость 30 приема газов, направляются в полости 19 и 20 пористых блоков фильтрации твердых частиц 16 и 17 (фиг.1), проходят через стенки 21 (фиг.2) и очищенными попадают в полости 33 и 34. Затем газы выходят в полости 31 распределения газов и направляются в полость 33, проходят через стенки 21 в полость 34 очищенными от оксидов азота и продуктов неполного сгорания и направляются в полость 32 выпуска газов, затем через выходной патрубок 4 выходят из нейтрализатора. Для периодичной очистки каталитического нейтрализатора предусмотрено распиливание регенерирующего раствора, например раствора соли церия.

По разности давления, создаваемого каталитическими блоками, составляющей, например, 0,12 МПа, включается распылитель (не показан) и из отдельного бака подается раствор соли церия. При восстановлении противодавления на уровне 0,1 МПа подача раствора прекращается.

Таким образом, в отличие от прототипа обеспечивается более полная очистка отработавших газов при ее высоком качестве, повышаются топливная экономичность двигателя, долговечность и технологичность изготовления устройства.