СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ОТ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ

1. Система улавливания и сжигания частиц для очистки отработавших газов дизельного двигателя, содержащая:
преобразователь частиц, имеющий кожух и по меньшей мере один фильтр, размещенный в кожухе;
каталитический нейтрализатор окислительного типа, установленный на пути потока отработавших газов;
по меньшей мере одно устройство охлаждения отработавших газов для регулируемого изменения их температуры; и
подсистему управления с обратной связью для кондиционирования отработавших газов и регулирования их температуры в зависимости от падения давления на преобразователе частиц, температуры перед преобразователем и числа оборотов двигателя.
2. Система по п.1, в которой фильтр содержит:
по меньшей мере один первый радиальный слой проволочной сетки, имеющий толщину от примерно 0,2 дюйма до примерно 0,5 дюйма и формирующий сетчатый агломератор из композитных нитей; и
по меньшей мере один задерживающий экран, охватывающий сетчатый агломератор для улавливания и задерживания агломерированной сажи.
2
3. Система по п.1, в которой фильтр содержит сетчатый агломератор и несколько задерживающих экранов, и каталитический нейтрализатор работает в соответствии с температурными режимами отработавших газов дизельного двигателя таким образом, чтобы вырабатывалось достаточное количество NO для сжигания сажи на сетчатом агломераторе из композитных нитей и на задерживающих экранах.
4. Система по п.2, в которой сетчатый агломератор из композитных нитей и задерживающие экраны совместно обеспечивают обширное пространство для накопления сажи, которая находится в этом пространстве в течение достаточно длительного времени.
5. Система по п.1, в которой подсистема управления с обратной связью осуществляет контроль температуры отработавших газов и обеспечивает их охлаждение в соответствии с заданными условиями, причем система содержит также по меньшей мере одно устройство охлаждения, выбранное из группы, включающей нагнетатель для подачи наружного воздуха в поток отработавших газов, насос для подачи воды в поток отработавших газов, а также теплообменник отработавшие газы - внешний воздух, работающий с регулируемым воздушным вентилятором.
2
6. Система по п.1, содержащая дополнительно термостабилизирующее устройство на пути потока отработавших газов перед каталитическим нейтрализатором окислительного типа для снижения температуры газов ниже 400°С и повышения частоты сжигания сажи в NO.
7. Система по п.1, в которой фильтр содержит: по меньшей мере один первый радиальный слой, содержащий каталитический нейтрализатор окислительного типа;
по меньшей мере один второй радиальный слой, формирующий искрогасящий экран;
по меньшей мере один третий радиальный слой, формирующий сетчатый агломератор из композитных нитей; и
по меньшей мере один задерживающий экран, охватывающий по окружности сетчатый агломератор для задерживания агломерированной сажи.
8. Система по п.5, в которой подсистема управления с обратной связью предназначена для обеспечения эффективного сжигания сажи путем контроля падения давления на преобразователе частиц, контроля температуры отработавших газов перед преобразователем частиц и числа оборотов двигателя, расчета удельного падения давления для текущего режима работы двигателя и сравнения этого удельного падения давления с данными, содержащими пороговые значения.
9. Система по п.5, в которой подсистема управления с обратной связью осуществляет управление охлаждением отработавших газов в соответствии по меньшей мере с одним из следующих условий: когда контролируемое удельное падение давления меньше заданного удельного падения давления; и когда контролируемая температура меньше заданного порогового значения температуры.
10. Система по п.1, в которой преобразователь частиц является пассивным устройством, не содержащим активных элементов, датчиков и электрических компонентов возле системы выпуска отработавших газов двигателя.
11. Система по п.1, работа которой полностью независима от работы двигателя.
12. Система по п.1, которая характеризуется высокой эффективностью агломерирования частиц, размеры которых не превышают микрона, включая наночастицы, в результате чего частицы, выходящие из системы, имеют большие размеры и не подпадают под определение загрязняющих частиц, когда их размеры превышают 10 мкм для стандартов РМ 10 и превышают 2,5 мкм для стандартов РМ 2,5.
2
2
2
x
13. Система по п.4, в которой в указанном пространстве формируется достаточно контактов и обеспечивается длительное время нахождения сажи для преобразования NO в N и CO, в результате чего выбросы NO уменьшаются на 10-15%.
2
14. Способ использования системы по одному из предыдущих пунктов для сжигания частиц в NO для очистки отработавших газов дизельного двигателя, включающий:
пропускание потока отработавших газов дизельного двигателя по пути потока отработавших газов, проходящему от двигателя через преобразователь частиц;
обработку отработавших газов дизельного двигателя каталитическим нейтрализатором окислительного типа; и
регулирование температуры отработавших газов с помощью подсистемы управления с обратной связью путем выборочного управления устройством охлаждения отработавших газов в зависимости от падения давления на преобразователе частиц, температуры перед преобразователем и числа оборотов двигателя.
15. Преобразователь частиц для улавливания и сжигания частиц, содержащихся в отработавших газах двигателя, содержащий:
канал для потока отработавших газов от дизельного двигателя, проходящий через преобразователь частиц;
кожух;
по меньшей мере один фильтр, размещенный в кожухе; и
электрическое устройство сжигания, которое может быть соединено с импульсным источником питания для сжигания сажи внутри фильтра.
16. Преобразователь частиц по п.15, в котором электрическое устройство сжигания содержит две сетки Dutch из нержавеющей стали, окружающие по окружности сетчатый агломератор из композитных нитей.
17. Преобразователь частиц по п.15, в котором электрическое устройство сжигания содержит:
внутреннюю электрически заземленную сетку Dutch из металлической проволоки;
внешнюю сетку Dutch из металлической проволоки меньшего диаметра, чем у внутренней сетки, соединенную с импульсным источником питания;
сетку катализатора, не содержащего благородных и редких металлов; и
керамический разделитель, установленный между внутренней и внешней сетками, для обеспечения электроизоляционного зазора от примерно 0,25 мм до примерно 0,65 мм.
18. Преобразователь частиц по п.17, содержащий дополнительно источник питания для обеспечения импульсного электрического тока, пропускаемого через задержанную сажу в зазоре устройства сжигания для сжигания сажи.
19. Преобразователь частиц по п.17, в котором во внешней сетке сформированы отверстия диметром 70 мкм и меньше, предназначенные для задерживания агломератов частиц сажи и формирования уплотненного слоя и для выпуска излишней сажи, чтобы предотвратить закупоривание канала для потока отработавших газов.
20. Преобразователь частиц по п.15, содержащий дополнительно логические схемы пассивного управления для контроля электрического сопротивления устройства сжигания сажи между силовой клеммой источника питания устройства сжигания сажи и шасси транспортного средства, причем логические схемы пассивного управления предназначены для включения устройства сжигания сажи, когда электрическое сопротивление достигает порогового значения, равного примерно 1 Ом, в течение примерно от 5 до 10 мин.
21. Преобразователь частиц по п.15, в котором напряжение импульсного источника питания устройства сжигания сажи находится в диапазоне от 12 до 48 В и подается с частотой от примерно 100 Гц до примерно 10000 Гц при малой относительной продолжительности включения от примерно 10% до примерно 30%.
2
22. Преобразователь частиц по п.15, в котором каталитический нейтрализатор окислительного типа вырабатывает дополнительное количество NO, способствующее сжиганию сажи, скопившейся на сетке из композитных нитей и на устройстве сжигания сажи.
2
23. Преобразователь частиц по п.15, содержащий дополнительно термостабилизирующее устройство, расположенное в канале для потока отработавших газов перед каталитическим нейтрализатором для снижения температуры газов ниже 400°С и повышения частоты сжигания сажи в NO, причем термостабилизирующее устройство выполнено из спеченной матрицы проволочной сетки, обладающей высокой теплопроводностью, высокой тепловой инерцией и высокой проницаемостью.
24. Преобразователь частиц по п.17, в котором искрогасящий экран выполнен из нескольких слоев проволочной сетки Dutch с отверстиями, имеющими такие размеры, при которых обеспечивается ограничение до минимума накопления сажи и создаются затруднения для прохождения потока с целью задержания и охлаждения высокотемпературных скоплений сажи для предотвращения их самовозгорания в фильтре.
25. Преобразователь частиц по п.17, в котором размер зазора в керамическом разделителе ограничивает воздействие высоких температур, возникающих при сжигании уплотненного слоя сажи, при этом обеспечивается пассивное регулирование температуры в процессе сжигания сажи.
26. Преобразователь частиц по п.17, в котором импульсный источник питания обеспечивает подачу импульсного напряжения на фиксированный зазор для сжигания сажи.
27. Преобразователь частиц по п.17, в котором катализатор обеспечивает снижение температуры воспламенения сажи.
28. Преобразователь частиц по п.17, в котором во внешней сетке сформированы отверстия, диаметр которых равен примерно 70 мкм или меньше и которые предназначены для фильтрации агломератов частиц сажи, в результате чего они накапливаются для формирования уплотненного слоя.
29. Преобразователь частиц по п.28, в котором побочные продукты сгорания уплотненного слоя сажи выпускаются из фильтра наружу сразу же через внешнюю сетку, толщина которой примерно равна 0,65 мм, в результате чего предотвращается аккумулирование тепла/рост температуры внутри фильтра, и поддерживается охлаждение внешней сетки в процессе сжигания сажи.
30. Преобразователь частиц по п.15, в котором сетчатый агломератор из композитных нитей и внешняя сетка совместно обеспечивают пространство для накопления сажи, которая находится в этом пространстве в течение длительного времени.
31. Преобразователь частиц по п.15, который характеризуется высокой эффективностью агломерирования частиц, размеры которых не превышают микрона, включая наночастицы, в результате чего частицы, выходящие из систем, имеют достаточно большие размеры и не подпадают под определение загрязняющих частиц, когда их размеры превышают 10 мкм для стандартов РМ 10 и превышают 2,5 мкм для стандартов РМ 2,5.
32. Преобразователь частиц по п.15, содержащий дополнительно подсистему рециркуляции отработавших газов, которая обеспечивает подачу отработавших газов, выходящих из преобразователя частиц, в дизельный двигатель, и клапан для выборочного отвода отработавших газов из преобразователя частиц в подсистему рециркуляции, причем отработавшие газы, подаваемые в воздухозаборник дизельного двигателя, охлаждаются и очищаются от летучих загрязняющих компонентов.
2
2
2
x
33. Преобразователь частиц по п.30, в котором в указанном пространстве формируется достаточно контактов и обеспечивается достаточно длительное время нахождения сажи для преобразования NO в N и СO, в результате чего выбросы NO уменьшаются на 10-15%.
34. Способ очистки отработавших газов дизельного двигателя, включающий:
использование преобразователя частиц по п.15, имеющего кожух и по меньшей мере один фильтр, размещенный в кожухе;
пропускание отработавших газов дизельного двигателя по каналу, проходящему от двигателя через преобразователь частиц;
улавливание агломератов сажи внутри по меньшей мере одного фильтра; и
сжигание агломератов сажи системой электрического сжигания, подключенной к импульсному источнику питания.