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 способ очистки отработавших газов дизельных или бензиновых двигателей, в котором используют катализаторы, расположенные на блочных керамических носителях (патент RU №2164442, МПК B01D 53/86, опубл. 03.08.2000). Недостатком известной сотовой конструкции является недостаточная степень снижения токсичности выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
3
3
3
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является катализатор для дизельных сажевых фильтров, содержащий платину и оксид церия, а также второй оксид, выбранный из оксидов элементов Hf, Zr, Ti, причем весовое содержание платины, находящейся в единице объема дизельного сажевого фильтра, составляет примерно от 1 г/фут до примерно 20 г/фут, весовое содержание оксида церия, присутствующего в дизельном сажевом фильтре, составляет примерно 400 г/фут, и платина и оксид церия находятся в дизельном сажевом фильтре в весовом соотношении оксид церия/платина от примерно 10 до примерно 75 (патент RU 2361665, МПК B01J 23/63, опубл. 22.11.2004). К недостаткам известного катализатора можно отнести недостаточную степень снижения токсичности выхлопных газов дизельных ДВС, небольшой ресурс его эффективной эксплуатации, а также высокую стоимость из-за использования различных дорогостоящих компонентов каталитического покрытия на основе оксидов редкоземельных металлов, таких, как оксид церия и оксид циркония. Кроме этого, известный катализатор не учитывает месторасположение нейтрализатора и температуру отработавших газов.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение указанных недостатков и создание каталитического нейтрализатора, позволяющего более эффективно снижать токсичность выхлопных газов дизельных ДВС с учетом их температуры, оптимизировать содержание драгоценных металлов.
Технический результат достигается тем, что в каталитическом блоке нейтрализатора системы выпуска отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания, выполненном в виде керамического блока с ячеистой структурой, поверхность ячеек которого снабжена каталитическим покрытием из драгоценного металла, в качестве драгоценного металла используют платину при удельном ее содержании в объеме керамического блока в пределах 3,0-6,5 г/дм3, при этом плотность ячеек керамического блока составляет 23-94 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока.
Технический результат достигается также тем, что в каталитическом блоке нейтрализатора системы выпуска отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания, выполненном в виде керамического блока с ячеистой структурой, поверхность ячеек которого снабжена каталитическим покрытием из драгоценного металла, в качестве драгоценного металла используют платину при удельном ее содержании в объеме керамического блока в пределах 0,25-3,0 г/дм3, при этом плотность ячеек керамического блока составляет 23-94 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока.
Месторасположение нейтрализатора в выпускной системе двигателя является важным фактором, влияющим на его работу, так как для эффективного протекания химических реакций большое значение имеет внутреннее тепло системы выпуска отработавших газов. 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 (CH) и окиси углерода (CO) без дополнительного введения других компонентов, однако при уменьшении ее удельного содержания в составе каталитического покрытия ниже уровня 0,25 г/дм3 не происходит эффективной нейтрализации этих вредных веществ 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 существенной динамики снижения токсичности выхлопных газов не наблюдается, и повышенный расход 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 ячеек в керамическом блоке в пределах 23-94 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока, 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 ячеек менее 23 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока не удается достичь степени очистки, соответствующей требованиям экостандартов, так как в этом случае общей поверхности ячеек и, соответственно, поверхности каталитического покрытия, контактирующей с отработавшими газами, недостаточно для эффективного протекания окислительных процессов очистки во всем объеме проходящих через каталитический блок выхлопных газов. При плотности ячеек более 94 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока улучшения степени очистки практически не наблюдается, в то время как присутствует повышение гидросопротивления блока и расхода драгметаллов.
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 нейтрализатора при температуре отработавших газов 200-300 градусов, так как требуется определенное время на прогрев нейтрализатора до рабочего режима и удельного содержания платины ниже 3,0 г/дм3 недостаточно, а необходимая активность каталитического покрытия достигается при удельном содержании платины от 3,0 г/дм3. При удельном содержании платины более 6,5 г/дм3 динамики снижения токсичности выхлопных газов не наблюдается и повышенный расход платины становится неоправданным. Этот вариант исполнения полезной модели решает задачу эффективной работы нейтрализатора при низких температурах выхлопных газов.
На фиг.1 представлен предлагаемый каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов дизельного ДВС.
Каталитический блок нейтрализатора по первому варианту исполнения представляет из себя выполненный из инертной керамики блок 1 с ячеистой структурой, поверхности ячеек 2 блока 1 снабжены каталитическим покрытием 3, в качестве которого используют платину при удельном ее содержании в объеме керамического блока 1 в пределах 3,0-6,5 г/дм3, при этом плотность ячеек 2 в керамическом блоке 1 составляет 23-94 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока 1.
Работа каталитического блока нейтрализатора осуществляется следующим образом. Отработавшие газы из цилиндров дизеля поступают на вход блока 1, проходят через его ячейки 2, в которых под воздействием каталитического покрытия 3, в качестве которого используют платину, происходят каталитические окислительные реакции очистки от токсичных веществ до уровня норм Евро 3, Евро 4, Евро 5, и далее через систему шумопоглощения 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 катализатора, что позволяет снизить расход платины.
Каталитический блок нейтрализатора по второму варианту исполнения представляет из себя выполненный из инертной керамики блок 1 с ячеистой структурой, состоящей из ячеек 2, поверхности ячеек 2 снабжены каталитическим покрытием 3, в качестве которого используют платину при удельном ее содержании в объеме керамического блока 1 в пределах 0,25-3,0 г/дм3, при этом плотность ячеек 2 в керамическом блоке 1 составляет 23-94 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока 1.
Работа каталитического блока нейтрализатора осуществляется следующим образом. Отработавшие газы из цилиндров дизеля поступают на вход блока 1, проходят через его ячейки 2, в которых под воздействием каталитического покрытия 3, в качестве которого используют платину, происходят каталитические окислительные реакции очистки от токсичных веществ до уровня норм Евро 3, Евро 4 или Евро 5, 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 керамического блока, имеющего ячеистую структуру, на который осаждают платину в высокодисперсной форме.
Каталитический блок нейтрализатора отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащий блок нейтрализатора, выполненный в соответствии с предлагаемыми вариантами исполнения, позволяет эффективно снижать токсичность отработавших газов при различной компоновке автомобилей и различной температуре отработавших газов, длительное время сохранять активность катализатора и минимизировать содержание драгметаллов.