Многоступенчатый каталитический нейтрализатор отработавших газов дизеля
MULTI-STAGE CATALYTIC CONVERTER OF DIESEL EXHAUST GASES

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания с воспламинением от сжатия.
Известен многоступенчатый каталитический нейтрализатор дизеля, содержащий корпус с входным и выходным патрубками с фланцами, торцевые крышки, пористые металлокерамические каталитические окислительно-восстановительные блоки и коаксиально установленные им пористые металлокерамические окислительный блок и восстановительный блок, фильтры из многослойной перекрестной намотки на сетчатых каркасах нитей композитного углеродистого материала, оссиметрично размещенные внутри пористых металлокерамических окислительного и восстановительных блоков, патрубок для подвода вспомогательного газа, соединенный с сообщающимися полостями, образованными между внутренней поверхностью корпуса и наружными поверхностями пористых металлокерамических каталитических окислительно-восстановительных блоков, поперечную перегородку со сквозным окном. Пористые металлокерамические каталитические окислительно-восстановительные блоки, а также пористые металлокерамические окислительный и восстановительный блок размещены на установочных буртах торцевых крышек и буртах внутренней перегородки (патент RU 2166104, МПК F01N 3/28 (2000.01)).
Основными недостатками известного многоступенчатого каталитического нейтрализатора дизеля является низкая эффективность очистки отработавших газов, так как площадь цилиндрических блоков недостаточна для осуществления каталитической очистки, и вспомогательный газ не подогревается, и увеличение массы автомобиля, так как подача вспомогательного газа должна осуществляться или от источника сжатого газа, или компрессором, что требует с одной стороны затрат энергии, и с другой стороны ухудшает топливную экономичность двигателя.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является кассетный каталитический нейтрализатор, содержащий корпус с внешними и внутренними стенками, теплоизоляцией между ними, блок фильтрации твердых частиц, пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительный, окислительно-восстановительный и восстановительный блоки, поперечные перегородки со сквозными и глухими окнами, входной и выходной патрубки. Пористый блок фильтрации твердых частиц и пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительный блок установлены последовательно парой в сквозные и глухие окна поперечных перегородок с образованием кассеты. Пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительно-восстановительный и восстановительный блоки установлены последовательно попарно в сквозные и глухие окна поперечных перегородок с образованием кассеты. Каждая последующая перегородка развернута относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей перегородкой на угол, равный углу между осями сквозного и глухого окон, и каждый блок размещен в сквозном и глухом окнах перегородок своей кассеты (патент RU 2267014, МПК F01N 3/28 (2000.01).
Основными недостатками такого нейтрализатора являются сниженная эффективность очистки отработавших газов от продуктов неполного сгорания вследствие отсутствия использования завихрителя отработавших газов и устройств для подачи газа, а именно воздуха, в полость корпуса, пониженные долговечность и технологичность изготовления, обусловленные сложностью установки кассет в сборе с блоками внутрь корпуса и извлечения при необходимости замены одного из блоков.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании многоступенчатого каталитического нейтрализатора отработавших газов дизеля с повышенной эффективностью очистки отработавших газов, повышенной долговечностью и технологичностью изготовления.
Решение этой технической проблемы достигается тем, что в многоступенчатом каталитическом нейтрализаторе отработавших газов дизеля, содержащем корпус, внешние и внутренние стенки, теплоизоляцию между ними, торцевые крышки, блок фильтрации твердых частиц, пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительный, окислительно-восстановительный и восстановительный блоки, поперечные перегородки со сквозными и глухими окнами, входной и выходной патрубки, при этом блоки установлены последовательно попарно в сквозные и глухие окна поперечных перегородок с образованием кассет, причем пористые проницаемые металлокерамические каталитические окислительно-восстановительный и восстановительный блоки установлены последовательно парой, 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, согласно изобретению последовательно парой в сквозные и глухие окна поперечных перегородок установлены пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительный блок и блок фильтрации твердых частиц. Поперечные перегородки каждой кассеты связаны крепежными элементами с резьбовым соединением. В полости корпуса между торцевой крышкой и кассетой с пористым проницаемым металлокерамическим каталитическим окислительным блоком и блоком фильтрации твердых частиц установлена дополнительная поперечная перегородка со встроенным в направлении кассет полым конусным элементом. На продолжении в сторону внутренней полости корпуса входного патрубка, снабженного завихрителем отработавших газов, выполнен полый конусообразный насадок, образующий с полым конусным элементом щелевой эжектор. Между дополнительной поперечной перегородкой и кассетой с пористым проницаемым металлокерамическим каталитическим окислительным блоком и блоком фильтрации твердых частиц и между обеими кассетами установлены форсунки. Полость кольцевой полки, установленной между дополнительной поперечной перегородкой и торцевой крышкой, соединена концентрическими отверстиями со щелевой полостью, образованной между корпусом и кожухом, оснащенным внешней и внутренней стенками и теплоизоляцией между ними.
Повышение эффективности очистки отработавших газов достигается подачей за счет эжекции подогретого в контакте с горячей стенкой корпуса воздуха в зону окислительных реакций, также предусмотренной подачей вспомогательной жидкости перед окислительным и восстановительным блоками, и введением завихрителя отработавших газов на впуске в нейтрализатор, установленным до блока фильтрации твердых частиц.
Повышение долговечности и технологичности изготовления многоступенчатого каталитического нейтрализатора отработавших газов дизеля обусловлены выполнением кассет с возможностью сборки и разборки путем соединения поперечных перегородок каждой кассеты крепежными элементами.
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 степеней очистки используются пористые проницаемые металлокерамические каталитические блоки и пористые блоки фильтрации твердых частиц из металла.
Предлагаемое изобретение поясняется фиг. 1, на которой изображен разрез многоступенчатого каталитического нейтрализатора отработавших газов дизеля.
Многоступенчатый каталитический нейтрализатор отработавших газов дизеля содержит корпус 1, внешние стенки 2 и внутренние стенки 3, теплоизоляцию 4 между ними, установленные в корпусе блок 5 фильтрации твердых частиц, пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительный блок 6, пористый проницаемый металлокерамический каталитический восстановительный блок 7, пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительно-восстановительный блок 8, поперечные перегородки 9 с глухими 10 окнами и сквозными 11 окнами.
Пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительно-восстановительный блок 8 и пористый проницаемый металлокерамический каталитический восстановительный блок 7 установлены последовательно по движению отработавших газов парой, а также пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительный блок 6 и блок 5 фильтрации твердых частиц установлены последовательно по движению отработавших газов парой в сквозные 11 и глухие 10 окна поперечных перегородок 9 с образованием кассет 12.
Блоки 6, 5, 8, 7 расположены таким образом, что в каждой кассете 12 осуществляются две ступени очистки. При этом в кассетах одна половина блоков имеет сквозные окна 11 со стороны подвода газов, а другая половина блоков имеет сквозные окна 11 в сторону отвода газов, то есть пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительный блок 6 помещен в сквозном 11 и глухом 10 окнах и блок 5 фильтрации твердых частиц помещен в глухом 10 и сквозном 11 окнах своей кассеты 12, а пористый проницаемый металлокерамический каталитический окислительно-восстановительный блок 8 помещен в сквозном 11 и глухом 10 окнах и пористый проницаемый металлокерамический каталитический восстановительный блок 7 помещен в глухом 10 и сквозном 11 окнах своей кассеты 12.
Каждая последующая поперечная перегородка развернута относительно продольной оси нейтрализатора по сравнению с предыдущей поперечной перегородкой на угол, составляющий 180°, равный углу между осями сквозного и глухого окон, то есть поперечные перегородки одной кассеты 12 развернуты относительно оси нейтрализатора на угол, равный углу между осями сквозного 11 и глухого 10 окон.
Во внутренней полости 13 корпуса 1 установлена дополнительная поперечная перегородка 14, ограничивающая корпус 1 со стороны торцевой крышки 15, между торцевой крышкой 15 на входе в устройство и кассетой 12 с пористым проницаемым металлокерамическим каталитическим окислительным блоком 6 и блоком 5 фильтрации твердых частиц. Перегородка 14 выполнена со встроенным в направлении касет 12 полым конусным элементом 16.
На продолжении в сторону внутренней полости корпуса 1 входного патрубка 17, снабженного завихрителем отработавших газов 18, выполнен полый конусообразный насадок 19, образующий с полым конусным элементом 16 щелевой эжектор 20.
Дополнительная поперечная перегородка 14 снабжена кольцевой полкой 21, размещенной между корпусом 1 и торцевой крышкой 15.
Полость 22 кольцевой полки 21 между перегородкой 14 и торцевой крышкой 15 соединена концентрическими отверстиями 23 со щелевой полостью 24, образованной стенкой корпуса 1 и внутренней стенкой 3 кожуха 25, имеющей на входе кольцевую полость 26.
Для выхода газов служит патрубок 27.
Для подачи вспомогательных жидкостей предназначены форсунка 28, установленная между дополнительной поперечной перегородкой 14 и кассетой 12 с пористым проницаемым металлокерамическим каталитическим окислительным блоком 6 и блоком 5 фильтрации твердых частиц, и форсунка 27, установленная между обеими кассетами 12.
Поперечные перегородки 9 каждой кассеты связаны крепежными элементами 30 с резьбовым соединением.
Многоступенчатый каталитический нейтрализатор отработавших газов дизеля работает следующим образом. Отработавшие газы по входному патрубку 18, турбулизируясь в завихрителе 18, поступают во внутреннюю полость 13 корпуса 1. При этом, за счет эжекции по щели эжектора 20 из полости 22 поступают нагретые при движении вдоль горячего корпуса газы, а именно воздух, протянутые через кольцевую полость 26 и щелевую полость 24. Далее отработавшие газы фильтруются в блоке 5 фильтрации твердых частиц, продукты неполного сгорания доокисляются в пористом проницаемом металлокерамическом каталитическом окислительном блоке 6, в пористом проницаемом металлокерамическом каталитическом восстановительном блоке 7 происходит восстановление оксидов азота, а завершение процессов окисления и восстановления происходит в пористом проницаемом металлокерамическом каталитическом окислительно-восстановительном блоке 8, причем для увеличения эффективности очистки отработавших газов и скоростей окислительно-восстановительных реакций через форсунки 28 и 29 осуществляется подача вспомогательных жидкостей. Затем газы удаляются из нейтрализатора через выходной патрубок 27.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить эффективность очистки отработавших газов от продуктов неполного сгорания и долговечность многоступенчатого каталитического нейтрализатора отработавших газов дизеля, а также обеспечить технологичность сборки и разборки устройства.