КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для повышения эффективности очистки отработавших газов ДВС.
Известны каталитические нейтрализаторы для очистки отработавших газов ДВС.
Известен каталитический нейтрализатор (Новоселов А.Л., Новоселов С.В., Мельберт А.А., Унгефук А.В. Снижение токсичности автотракторных дизелей. Барнаул, 1996. - 122 с.), который имеет цилиндрический корпус с торцевыми крышками и соединительными фланцами, разделенный внутри перегородкой с отверстиями на две зоны: окислительную и восстановительную. В каждой зоне размещаются цилиндрические каталитические элементы, соответственно, окислительный и восстановительный.
Недостатками описанной конструкции являются:
1. Неэффективная работа на режимах малых нагрузок и холостого хода ДВС, обусловленная тем, что протекание химических реакций на каталитических элементах практически прекращается при температурах ниже 250-200°С.
2. Возможность прогорания корпуса, обусловленная воздействием
высоких температур отработавших газов при работе ДВС на режимах больших нагрузок.
3. Необходимость длительного прогрева каталитических элементов до начала их эффективной работы после пуска двигателя.
Известен также каталитический нейтрализатор (Кукис. B.C., Богданов А.И., Нефедов Д.В. Каталитический нейтрализатор для дизеля: Свидетельство на полезную модель RU 12840 U1 7 F 01 N 3/28. Опуб. 10.02.2000. Бюл. №4), содержащий корпус с конусными восстановительным (низкотемпературным) и окислительным (высокотемпературным) каталитическими элементами, расположенными последовательно друг за другом с образованием полостей, трубой подвода в центральной части корпуса, причем в зоне полости, образованной высокотемпературным каталитическим элементом и трубой установлен тепловой аккумулятор.
Недостатками этого нейтрализатора являются:
1. Территориальная удаленность теплового аккумулятора от каталитических элементов, что снижает эффективность их работы на режимах малых нагрузок и холостого хода ДВС.
2. Необходимость длительного прогрева каталитических элементов до начала их эффективной работы после пуска двигателя.
Данная конструкции двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности работы каталитического нейтрализатора на режимах малых нагрузок и холостого хода ДВС, исключение возможности прогорания корпуса при работе ДВС на режимах больших нагрузок и обеспечение эффективной работы при пуске двигателя после стоянки продолжительностью до 12 часов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что каталитические элементы (фильтрационный, окислительный и восстановительный) выполненные в форме колец, разделены кольцами, содержащими теплоаккумулирующий материал, а вход в нейтрализатор и выход из него оборудованы клапанами, открывающимися во время работы, и закрытыми при неработающем ДВС, что позволяет сохранять каталитические элементы в нагретом состоянии длительное время после остановки двигателя.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство каталитического нейтрализатора.
Предлагаемый каталитический нейтрализатор содержит корпус 1 с теплоизоляционным материалом 2, входным 3 и выходным 4 патрубками, снабженными входным 5 и выходным 6 клапанами с пружинами 7 и 8. Внутренняя полость корпуса разделена на три зоны: фильтрационную
9, окислительную 10 и восстановительную 11, которые разделены перегородками 12 и 13. В фильтрационной зоне размещены два кольцевых сажевых пористых керамических элемента 14 и 15, расположенные между тремя кольцевыми элементами 16, 17, 18 с теплоаккумулирующим веществом. В окислительной зоне размещены два кольцевых каталитических элемента окислительного типа 19 и 20, расположенные между тремя кольцевыми элементами 21, 22, 23 с теплоаккумулирующим веществом. В восстановительной зоне размещены два кольцевых элемента восстановительного типа 24 и 25, расположенные между тремя кольцевыми элементами 26, 27, 28 с теплоаккумулирующим веществом.
Предлагаемый каталитический нейтрализатор работает следующим образом.
Направляющиеся из работающего на больших нагрузках ДВС в каталитический нейтрализатор отработавшие газы, сжимая пружину 7, открывают впускной клапан 5, попадают в фильтрационную зону 9 и проходят через пористые керамические элементы 14 и 15. При этом газы очищаются от твердых частиц и нагревают кольцевые элементы 16, 17, 18 с теплоаккумулирующим веществом. Далее отработавшие газы переходят в окислительную зону и проходят через каталитические элемента окислительного типа 19 и 20. Здесь происходит доокисление оксида углерода и не сгоревших в цилиндре двигателя углеводородов. При этом
температура газов повышается, и они нагревают кольцевые элементы 21, 22, 23 с теплоаккумулирующим веществом. Затем отработавшие газы попадают в восстановительную зону и проходят через каталитические элементы восстановительного типа 24 и 25. Здесь происходит восстановление оксидов азота. При этом осуществляется нагрев кольцевых элементов 26, 27, 28 с теплоаккумулирующим веществом. Высокая температура отработавших газов (опасная с точки зрения возможности прогорания корпуса нейтрализатора) за счет передачи теплоты теплоаккумулирующему веществу во всех зонах понижается.
При работе ДВС на малых нагрузках и режимах холостого хода относительно холодные отработавшие газы проходят через керамические элементы 14 и 15 фильтрационной зоны 9, каталитические элемента окислительного типа 19 и 20 окислительной зоны 10 и каталитические элементы восстановительного типа 24 и 25 восстановительной зоны 11, которые имеют высокую температуру за счет нагревания от соседствующего с ними теплоаккумулирующего вещества, расположенного соответственно в кольцевых элементах 16, 17, 18, 21, 22, 23, 26, 27 и 28. В результате химические реакции протекают при благоприятной температуре, что обеспечивает эффективность нейтрализации, несмотря на низкую температуру отработавших газов, которые тоже подогреваются.
После остановки двигателя в условиях отсутствия движения отработавших
газов входной 5 и выходной 6 клапаны закрываются под действием пружин 7 и 8 соответственно. При этом внутренняя полость каталитического нейтрализатора получается изолированной от окружающей среды и нагретые при работе ДВС кольцевые элементы, расположенные в фильтрационной 9, окислительной 10 и восстановительной 11 зонах, длительное время остаются горячими. Поэтому сразу после пуска «холодного» двигателя достаточно горячие каталитические элементы обеспечивают эффективную работу нейтрализатора.
По сравнению с прототипом в предлагаемом каталитическом нейтрализаторе теплоаккумулирующий материал располагается в непосредственной близости к каталитическим элементам и обеспечивает эффективную нейтрализацию отработавших газов сразу при пуске двигателя после длительного (до 12 часов) перерыва в работе.