КАТАЛИТИЧЕСКИЙ БЛОК НЕЙТРАЛИЗАТОРА СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к конструкциям систем выхлопа двигателей внутреннего сгорания (ДВС), снабженных каталитическим нейтрализатором окислительного типа действия, и может быть использована для снижения токсичности отработавших газов ДВС, работающих на дизельном топливе.
Известен каталитический блок нейтрализатора отработавших газов, содержащий газопроницаемый рулон, образованный наматываемыми слоями, поверхности которых покрыты катализатором (патент RU №2064053, МПК F01N 3/28, опубл. 09.04.1990). Недостатком известного блока является недостаточная степень снижения токсичности отработавших газов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя, содержащий металлический корпус с теплоизоляцией и установленные в корпусе входную и выходную решетки, выполненные в виде каталитических блоков сотовой структуры, образованных слоями гладкой и гофрированной лент, покрытых катализатором и свернутых в рулон (патент RU №2008449, МПК F01N 3/28, опубл. 28.02.1994). Недостатком известного нейтрализатора является недостаточная степень снижения токсичности отработавших газов двигателей с воспламенением от сжатия.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение качества очистки отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания.
Технический результат достигается тем, что в каталитическом блоке нейтрализатора системы выпуска отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания сотовой структуры, образованного слоями гладкой и гофрированной лент, покрытых катализатором и свернутых в рулон, в качестве катализатора используют платину при удельном ее содержании в объеме блока 3,0-6,5 г/дм3, при этом плотность гофр сотовой структуры составляет 23-94 гофры на квадратный сантиметр поперечного сечения блока.
Техничеекий результат достигается также тем, что в каталитическом блоке нейтрализатора системы выпуска отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания сотовой структуры, образованного слоями гладкой и гофрированной лент, покрытых катализатором и свернутых в рулон, в качестве катализатора используют платину при удельном ее содержании в объеме блока 0,25-3,0 г/дм3, при этом плотность гофр сотовой структуры составляет 23 - 94 гофр на квадратный сантиметр поперечного сечения блока.
Месторасположение нейтрализатора в выпускной системе двигателя является важным фактором, влияющим на его работу, так как внутреннее тепло системы выпуска отработавших газов имеет важное значение для эффективного протекания химических реакций. У большинства автомобилей окислительный нейтрализатор расположен за выпускным коллектором или совместно с глушителем. Нейтрализаторы, расположенные близко к выпускному коллектору двигателя, быстрее прогреваются и быстрее выходят на рабочий режим. Предлагаемая полезная модель учитывает этот фактор и предлагает два варианта решения технической задачи в зависимости от месторасположения нейтрализатора.
Платина хорошо очищает отработавшие газы от углеводородов (СН), однако при снижении ее удельного содержания в составе каталитического покрытия ниже уровня 0,25 г/дм3 не происходит эффективной нейтрализации СН в отработавших газах, так как активности этого количества каталитического покрытия недостаточно для интенсивного протекания окислительных процессов в объеме выхлопных газов и для эффективной нейтрализации вредных веществ. При повышении удельного содержания платины выше 6,5 токсичность выхлопных газов остается на том же уровне и увеличение расхода платины становится неоправданным. Удельное содержание платины в пределах 0,25-6,5 г/дм3 обеспечивает наибольшее снижение токсичности выхлопных газов при значительном ресурсе эффективной работы нейтрализатора с обеспечением интенсивного протекания окислительных процессов очистки при высокой активности катализатора и позволяет добиться уровня снижения токсичности отработавших газов, соответствующего требованиям норм Евро 3 и Евро 4.
Плотность гофр в объеме сотовой структуры в пределах 23-94 гофр на квадратный сантиметр ее поперечного сечения, как показали проведенные испытания, является наиболее оптимальной для снижения токсичности выхлопных газов дизельного двигателя при хорошем ресурсе эффективной работы нейтрализатора с обеспечением интенсивного протекания окислительных процессов очистки при высокой активности катализатора. При плотности гофр менее 23 на квадратный сантиметр поперечного сечения сотовой структуры не удается достичь степени очистки, соответствующей требованиям экологических норм, так как в этом случае общей поверхности гофр и, соответственно, поверхности каталитического покрытия недостаточно для эффективного протекания окислительных процессов очистки во всем объеме проходящих через нетрализатор выхлопных газов. При плотности гофр более 94 на квадратный сантиметр поперечного сечения сотовой структуры повышения степени очистки практически не наблюдается, в то время как присутствует существенное повышение как гидросопротивления блока, так и его себестоимости.
По первому варианту исполнения полезной модели, разработанному для дизельных двигателей, при работе которых температура отработавших газов составляет 200-300 градусов, удельное содержание платины выбирают в пределах 3,0-6,5 г/дм3. Проведенные испытания показали, что такое содержание платины является наиболее оптимальным для эффективной нейтрализации отработавших газов дизельного двигателя и продолжительной нормальной работы самого нейтрализатора при температуре отработавших газов 200-300 градусов, так как требуется определенное количество времени на прогрев самого нейтрализатора до рабочей температуры и удельного содержания платины ниже 3,0 г/дм3 в этом случае недостаточно, а необходимая активность каталитического покрытия достигается при удельном содержании платины от 3,0-6,5 г/дм3. При удельном содержании платины более 6,5 г/дм3 снижение токсичности выхлопных газов остается на том же уровне, в то время как присутствует бесполезное повышение количества используемых драгметаллов и соответственно себестоимости нейтрализатора. Этот вариант исполнения полезной модели решает задачу эффективной работы нейтрализатра при более низких температурах выхлопных газов.
На фиг.1 представлен каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов дизельного ДВС, общий вид и его сотовая структура, на фиг.2 - металлические ленты с покрытием.
Каталитический блок нейтрализатора отработавших газов дизельного двигателя по первому варианту исполнения представляет собой каталитический блок сотовой структуры 1, образованный слоями гладкой и гофрированной лент, свернутых в рулон, поверхности гофр 2 которого снабжены каталитическим покрытием 3, в качестве которого используют платину при удельном ее содержании в объеме блока 1 в пределах 3,0-6,5 г/дм3, при этом плотность гофр 2 в объеме блока 1 составляет 23-94 гофры на квадратный сантиметр поперечного сечения блока 1.
Работа каталитического блока нейтрализатора осуществляется следующим образом. Отработавшие газы из цилиндров дизеля поступают на вход каталитического блока 1, проходят через его гофры 2, в которых под воздействием каталитического покрытия 3, выполненного из платины, происходят каталитические окислительные реакции очистки отработавших газов от токсичных веществ до уровня, соответствующего требованиям Евро 3, Евро 4, и далее через систему шумоглушения очищенные газы поступают в атмосферу.
По второму варианту исполнения полезной модели, разработанному для дизельных двигателей, температура отработавших газов которых составляет 300-400 градусов, удельное содержание платины выбирают в пределах 0,25-3,0 г/дм3, так как высокая температура газов обеспечивает ускоренный прогрев нейтрализатора до рабочего режима и его эффективная работа обеспечивается и при сниженном содержании активного вещества, что позволяет снизить расход платины.
Каталитический блок нейтрализатор отработавших газов дизельного двигателя по второму варианту исполнения представляет собой каталитический блок 1, образованный слоями гладкой и гофрированной лент, свернутых в рулон, поверхности гофр 2 которого снабжены каталитическим покрытием 3, выполненным из платины при удельном ее содержании в объеме блока 1 в пределах 0,25-3,0 г/дм3, при этом плотность гофр 2 в объеме блока 1 составляет 23-94 гофры на квадратный сантиметр поперечного сечения блока 1.
Работа каталитического блока нейтрализатора осуществляется следующим образом. Отработавшие газы из цилиндров дизеля поступают на вход сотовой структуры 1, проходят через ее гофры 2, в которых под воздействием каталитического покрытия 3, выполненного из платины, происходят каталитические окислительные реакции очистки от токсичных веществ до уровня, соответствующего требованиям Евро 3, Евро 4, и далее через систему шумоглушения очищенные газы поступают в атмосферу.
Каталитический блок нейтрализатора отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания может изготавливаться любым известным специалистам промышленным способом в виде блока ячеистой структуры, образованного слоями гладкой и гофрированной лент, покрытых катализатором и свернутых в рулон, в качестве катализатора на носитель осаждают платину в высоко дисперсной форме.
Каталитический блок нейтрализатора отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащий блок сотовой структуры, выполненный в соответствии с предлагаемыми вариантами исполнения, позволяет эффективно снижать токсичность отработавших газов при различной компоновке автомобилей и различной температуре отработавших газов и тем самым повысить качество очистки отработавших газов.