УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к системам очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.
Известно устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащее две камеры, одна из камер представляет собой центробежный каплеуловитель, содержащий впускной и соосный выпускной патрубки, завихритель, трубу слива жидкости, перед каплеуловителем установлена аэрозольная камера, расположенная по ходу движения газов, содержащая впускной и соосный выпускной патрубки конической формы, причем во впускном патрубке коаксиально установлен завихритель лопаточного типа, а в корпусе камеры установлены форсунки для подачи аэрозоля, при этом между камерами установлен эжектор. Лопатки завихрителей выполнены под углом, обеспечивающим завихрение потока отработавших газов, а форсунки установлены радиально на расстоянии 120° относительно друг друга и расположены под углом к вертикали и горизонтали, обеспечивающим насыщение и закручивание потока. (Патент на полезную модель №77353, кл. F01N 3/02, 2008, бюл. №29)
Известное устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания состоит из двух сообщающихся камер: аэрозольной камеры и центробежного каплеуловителя.
Аэрозольная камера представляет собой полый цилиндр, с торцов которого установлены впускной и выпускной патрубки, имеющие форму конуса с усечением. Патрубки с обоих сторон имеют фланцы для крепления их к выпускному коллектору дизельного двигателя, эжектору и корпусу аэрозольной камеры. Внутри впускного патрубка коаксиально установлен конический завихритель лопаточного типа.
В корпус аэрозольной камеры вмонтированы три форсунки, расположенные радиально, относительно оси корпуса, на расстоянии 120°. Форсунки имеют угол наклона по вертикали и по горизонтали, такой, чтобы направление форсунок совпадало с направлением вращения потока отработавших газов на выходе из завихрителя.
Каплеуловитель представляет собой полый цилиндр, с торцов которого установлены впускной и выпускной патрубки. Выпускной патрубок представляет собой отрезок трубы круглого сечения, один из концов которой выполнен с коническим сужением. С переднего конца, по ходу движения газов цилиндрический корпус закрыт впускным патрубком. С заднего конца цилиндрический корпус закрыт задней торцевой крышкой. Конструкция впускного патрубка каплеуловителя аналогична конструкции впускного патрубка аэрозольной камеры. В задней части корпуса каплеуловителя, в плоскости между выпускным патрубком и корпусом, установлена труба для отвода жидкости, представляющая собой штуцер, вваренный в корпус под углом 45°.
Устройство работает следующим образом. Отработавшие газы от дизельного двигателя поступают из выпускного коллектора во впускной патрубок аэрозольной камеры. Проходя через конический завихритель поток газа, приобретает направленное вращательное движение. Затем вихревой поток проходит обработку водяной аэрозолью форсунками, установленными радиально в корпусе аэрозольной камер. При этом происходит превращение образовавшихся капель в пар в закрученном потоке, а так же очищение продуктов сгорания при их контактном взаимодействии с каплями жидкости. Впрыск аэрозоли осуществляется с частотой работы двигателя и регулируется электронным блоком управления. Одновременный впрыск эмульсии, по меньшей мере, тремя форсунками придает дополнительный вращательный импульс движущемуся потоку. Пройдя аэрозольную обработку, отработавшие газы выводятся из корпуса аэрозольной камеры через выпускной патрубок и, пройдя через эжектор, смешиваясь с атмосферным воздухом, поступают во впускной патрубок центробежного каплеуловителя, где, проходя через конический завихритель поток, приобретает направленное вращательное движение. Приток атмосферного воздуха, поступающего через эжектор, снижает температуру закрученной парогазовой смеси и способствует конденсации из нее капель воды. При этом жидкая фаза и посторонние не газообразные примеси под действием центробежных сил сепарируются на внутренней стенке корпуса центробежного каплеуловителя, а пар и очищенный газ поступают в выпускной патрубок. Жидкая фаза попадает в полость между выпускным патрубком, корпусом и задней торцевой стенкой, после чего удаляется через трубу для отвода жидкости. Очищенный газ выводится через выпускной патрубок в атмосферу.
Недостатком устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания является низкое качество очистки от содержащихся в отработавших газах вредных веществ, так как отработавшие газы, имея высокую температуру, испаряют значительную часть водяной аэрозоли, в результате этого не весь поток отработавших газов взаимодействует с нейтрализующим раствором.
Кроме того, значительные габаритные размеры устройства для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания затрудняют установку на мобильные транспортные средства.
Так же известно устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащее камеру очистки с впускным и соосно выпускным патрубками, трубу слива жидкости, завихритель, камеру очистки установленную вертикально, в центральной части которой установлен выпускной патрубок с защитным кожухом, перед которым в центральной части по осевой линии камеры очистки установлен распылитель-дозатор. (Решение о выдаче патента на полезную модель по заявке 2011107366/06, МПК F01N 3/00, 25.02.2011)
Известное устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержит камеру очистки, выполненную в виде полого цилиндра, с торцов которого установлены впускной патрубок, с коаксиально установленным коническим завихрителем, и нижняя часть камеры очистки, имеющая форму конуса с усечением. Впускной патрубок с обеих сторон имеет фланцы для крепления к выпускному коллектору. В нижней части камеры очистки установлен выпускной патрубок и труба для слива жидкости и конденсата. Верхняя часть выпускного патрубка находится в центральной части камеры очистки. В центральной части камеры очистки над верхней частью выпускного патрубка установлен защитный кожух. Защитный кожух установлен с зазором между внутренней поверхностью камеры очистки и торцовой частью выпускного патрубка.
В центральной части камеры очистки по осевой линии перед защитным кожухом установлен распылитель-дозатор.
Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания работает следующим образом. Отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания поступают из выпускного коллектора во впускной патрубок камеры очистки. Проходя через конический завихритель поток газа, приобретает направленное вращательное движение. Затем вихревой поток, проходя через центральную часть камеры очистки, смачивается нейтрализующим раствором, поступающим через распылитель-дозатор. Нейтрализующий раствор подается к распылителю-дозатору насосом. При смачивании отработавших газов нейтрализующим раствором сажа, капли нейтрализующего раствора, конденсат и вредные вещества под действием центробежных сил оседают на стенках нижней конусной части камеры очистки и стекают на дно нижней конусной части камеры очистки. Из нижней конусной части камеры очистки конденсат, сажа, вредные вещества, отработавший нейтрализующий раствор удаляются через трубу слива жидкости.
Пройдя обработку распыленным нейтрализующим раствором, отработавшие газы поступают между выпускным патрубком и внутренней поверхностью конусной нижней части камеры очистки, а затем между выпускным патрубком и внутренней частью защитного кожуха через выпускной патрубок в атмосферу.
Отработавшие газы, поступающие из выпускной трубы поступают во впускной патрубок, а затем в камеру очистки. В камере очистки отработавшие газы не только очищаются от сажи и других вредных веществ, но при этом происходит шумопоглощение, так как отработавшие газы обрабатываются нейтрализующим раствором. Из камеры очистки отработавшие газы поступают в конусную нижнюю часть, а затем между выпускным патрубком и защитным кожухом, во выпускной патрубок и затем в атмосферу. При этом происходит дополнительное шумопоглощение за счет того, что очищенные отработавшие газы проходят между кожухом и выпускным патрубком.
Недостатком известного устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания является низкая степень очистки от содержащихся в отработавших газах вредных веществ, так как отработавшие газы, имея высокую температуру, испаряют значительную часть нейтрализующего раствора. При этом нагревается неиспарившаяся часть нейтрализующего раствора, в результате не весь поток отработавших газов взаимодействует с нейтрализующим раствором.
Задача полезной модели является - повышение качества очистки отработавших газов и снижение выбросов сажи и вредных веществ в атмосферу, повышение эффективности шумоглушения устройства для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, устанавливаемых на мобильных энергетических средствах, работающих в помещениях ограниченного объема, то есть в теплицах, коровниках, птичниках и других закрытых помещениях.
Технический результат от использования полезной модели заключается в разработке устройства, позволяющего осуществить очистку отработавших газов от сажи и вредных веществ за счет охлаждения отработавших газов.
Технический результат достигается тем, что устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащее камеру очистки установленную вертикально с впускным и соосно выпускным патрубками, с выполненным защитным кожухом, перед которым установлен распылитель-дозатор, трубу слива жидкости, завихритель, перед которым установлен охладитель отработавших газов, выполненный в виде внутреннего и напрессованного наружного цилиндров, при этом внутренний цилиндр по кольцевой окружности выполнен со сквозными радиальными отверстиями и кольцевой проточкой по наружной поверхности по оси сквозных радиальных отверстий, наружный цилиндр выполнен с радиальным отверстием и кольцевой проточкой по внутренней поверхности, образующей с кольцевой проточкой внутреннего цилиндра кольцевую полость.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания соответствует критерию «новизна», так как имеет отличия от прототипа.
1. Перед завихрителем установлен охладитель отработавших газов.
2. Охладитель отработавших газов выполнен в виде внутреннего и наружного цилиндров.
3. Внутренний цилиндр охладителя отработавших газов выполнен с фланцами установленными с торцевой поверхности.
4. Внутренний цилиндр охладителя отработавших газов выполнен со сквозными радиальными отверстиями.
5. Сквозные радиальные отверстия выполнены на внутреннем цилиндре охладителя отработавших газов по кольцевой окружности.
6. Внутренний цилиндр охладителя отработавших газов выполнен с кольцевой проточкой по наружной поверхности по оси сквозных радиальных отверстий.
7. Наружный цилиндр охладителя отработавших газов выполнен с кольцевой проточкой на внутренней поверхности.
8. Наружный цилиндр охладителя отработавших газов напрессован на внутренний цилиндр.
9. Между наружным и внутренним цилиндром образована кольцевая полость.
10. Наружный цилиндр выполнен со сквозным радиальным отверстием, в которое устанавлен штуцер.
С целью увеличения качества очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания перед завихрителем установлен охладитель отработавших газов.
Установленный охладитель позволяет уменьшить температуру отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, поступающих от выпускного коллектора в камеру очистки.
При уменьшении температуры отработавших газов снижается испарение нейтрализующего раствора в камере очистки.
При снижении испарения нейтрализующего раствора повышается качество очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от сажи и других вредных веществ.
С целью повышения качества очистки и уменьшения температуры отработавших газов двигателя внутреннего сгорания охладитель установлен после выпускного коллектора. Предлагаемая полезная модель позволяет увеличить качество очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от сажи и других вредных веществ.
С целью осуществления охлаждения отработавших газов охладитель выполнен составным из внутреннего и наружного цилиндров.
С целью крепления охладителя к выпускному коллектору внутренний цилиндр выполнен с фланцами. Охладитель с одной стороны крепится фланцами к выпускному коллектору, а с другой к патрубку камеры очистки.
С целью увеличения качества очистки за счет уменьшения температуры отработавших газов внутренний цилиндр выполнен по кольцевой окружности со сквозными радиальными отверстиями. Через сквозные радиальные отверстия подается нейтрализующий раствор в поток отработавших газов. Нейтрализующий раствор охлаждает отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания и при этом испаряется. Сажа и вредные вещества, находящиеся в отработавших газах взаимодействуют с нейтрализующим раствором. Сажа и вредные вещества взаимодействуют с каплями нейтрализующего раствора, за счет которого происходит их отделение от газов.
С целью увеличения качества очистки и охлаждения отработавших газов двигателя внутреннего сгорания сквозные радиальные отверстия выполнены на внутреннем цилиндре охладителя по кольцевой окружности. За счет сквозных радиальных отверстий отработавшие газы с нейтрализующим раствором равномерно распределяются по всей площади охладителя отработавших газов.
С целью увеличения качества очистки отработавших газов и подачи нейтрализующего раствора к радиальным сквозным отверстиям, на внутреннем цилиндре с наружной стороны выполнена по оси радиальных сквозных отверстий кольцевая проточка. Выполненная кольцевая проточка позволяет равномерно распределять нейтрализующий раствор по радиальным сквозным отверстиям.
С целью увеличения качества очистки отработавших газов и подачи нейтрализующего раствора к радиальным сквозным отверстиям, на наружном цилиндре с внутренней стороны выполнена кольцевая проточка. Кольцевая проточка, выполненная с внутренней стороны наружного цилиндра, позволяет равномерно распределять нейтрализующий раствор по радиальным сквозным отверстиям.
С целью герметичного соединения наружного и внутреннего цилиндров охладителя отработавших газов, наружный цилиндр напрессовывается на внутренний цилиндр.
С целью увеличения качества очистки отработавших газов и равномерной подачи нейтрализующего раствора к радиальным отверстиям, между внутренним цилиндром и напрессованным на него наружным цилиндром образована кольцевая полость. Кольцевая полость позволяет равномерно распределить нейтрализующий раствор между радиальными отверстиями и обеспечить одинаковое давление нейтрализующего раствора в кольцевой полости и радиальных отверстиях.
Выявленные признаки технического решения заявляемого устройства для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания позволяют сделать вывод о соответствии технического решения критерию «Существенные отличия».
На фиг.1 - представлено устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - представлен охладитель отработавших газов в разрезе; на фиг.3 - представлен разрез А-А на фиг.2.
Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержит камеру очистки 1, выполненную в виде полого цилиндра 2, с торцов которого установлены впускной патрубок 3, с коаксиально установленным коническим завихрителем 4, и нижняя часть 5 камеры очистки 1, имеющие форму усеченного конуса. Впускной патрубок 3 с обеих сторон имеет фланцы 6 и 7 для крепления к патрубку 8. В нижней части 5 камеры очистки 1 установлен выпускной патрубок 9 и труба 10 для слива жидкости и конденсата. Верхняя часть выпускного патрубка 9 находится в центральной части камеры очистки 1. В центральной части камеры очистки 1 над верхней частью выпускного патрубка 9 установлен защитный кожух 11.
Защитный кожух 11 установлен с зазорами между внутренней поверхностью камеры очистки 1 и выпускным патрубком 9.
В центральной части камеры очистки 1 по осевой линии перед защитным кожухом 11 установлен распылитель-дозатор 12.
В камере очистки 1 перед завихрителем 4 установлен охладитель 14 отработавших газов. Охладитель 14 с одной стороны крепится к выпускному коллектору 13. С другой стороны охладитель 14 крепится к патрубку 8. Охладитель 14 (фиг.2) выполнен в виде внутреннего 15 и наружного 16 цилиндров. Внутренний цилиндр 15 выполнен с фланцами 17 и 18. Патрубок 8 выполнен с фланцем 19, а выпускной коллектор 13 с фланцем 20. Фланцы 17 и 20, 18 и 19 выполнены с целью крепления болтовым соединением (болты не показаны) охладителя 14 к выпускному коллектору 13 и патрубку 8.
Внутренний цилиндр 15 охладителя 14 отработавших газов выполнен со сквозными радиальными отверстиями 21. Сквозные радиальные отверстия 21 выполнены на внутреннем цилиндре 15 по кольцевой окружности.
Внутренний цилиндр 15 охладителя 14 отработавших газов выполнен с кольцевой проточкой 22. Кольцевая проточка 22 выполнена на наружной поверхности внутреннего цилиндра 15 по оси сквозных радиальных отверстий 21.
Наружный цилиндр 16 охладителя 14 отработавших газов выполнен с кольцевой проточкой 23 на внутренней поверхности.
Наружный цилиндр 16 напрессован на внутренний цилиндр 15 и образуют кольцевую полость 24. Наружный цилиндр 16 выполнен с радиальным отверстием 25, в которое устанавливается штуцер 26.
Устройство для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания работает следующим образом. Отработавшие газы от двигателя внутреннего сгорания поступают из выпускного коллектора 13 в охладитель 14. В охладитель 14 через штуцер 26 и кольцевую полость 24 подается нейтрализующий раствор при помощи насоса. (Насос не показан). Через радиальные сквозные отверстия 21 нейтрализующий раствор распыляется внутри охладителя 14. Отработавшие газы, проходя через нейтрализующий раствор, охлаждаются. Во время контакта отработавших газов с нейтрализующим раствором в охладителе 14 происходит очистка отработавших газов от сажи и вредных веществ. Из охладителя 14 охлажденные отработавшие газы, пар и капли нейтрализующего раствора с сажей и вредными веществами поступают в патрубок 8, и из него во впускной патрубок 3 камеры очистки 1. Проходя через конический завихритель 4 поток отработавших газов, сажа, вредные вещества, пар и капли нейтрализующего раствора, получают направленное вращательное движение. Затем вихревой поток отработавших газов, проходя через центральную часть камеры очистки 1, смачивается нейтрализующим раствором, поступающим через распылитель-дозатор 12. Нейтрализующий раствор подается к распылителю-дозатору 12 насосом. (Насос не показан). Под действием центробежных сил частицы сажа, капли нейтрализующего раствора, конденсат и вредные вещества оседают на стенках нижней конусной части 5 камеры очистки 1 и стекают на дно нижней конусной части 5 камеры очистки 1. Из нижней конусной части 5 камеры очистки 1 конденсат, сажа, вредные вещества, отработавший нейтрализующий раствор удаляются через трубу 10 слива жидкости.
Пройдя обработку распыленным нейтрализующим раствором, отработавшие газы поступают между выпускным патрубком 9 и внутренней поверхностью конусной нижней части 5 камеры очистки 1, а затем между выпускным патрубком 9 и внутренней частью защитного кожуха 11 через выпускной патрубок 9 в атмосферу.
Использование предлагаемого устройства для очистки отработавших газов двигателей внутреннего сгорания позволяет улучшить экологические показатели двигателей внутреннего сгорания, снизить выбросы сажи и вредных веществ в атмосферу при работе мобильных энергетических средств в помещениях ограниченного объема, то есть в теплицах, птичниках, коровниках и других закрытых помещениях.