КАТАЛИТИЧЕСКИЙ БЛОК НЕЙТРАЛИЗАТОРА СИСТЕМЫ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности к конструкциям систем выхлопа двигателей внутреннего сгорания (ДВС), снабженных каталитическим нейтрализатором окислительно-восстановительного типа действия, и может быть использована для снижения токсичности отработавших газов ДВС.
Известен каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов (ДВС), выполненный в виде керамического блока с ячеистой структурой, поверхность ячеек которого снабжена каталитическим покрытием, содержащим драгоценные металлы (см. патент РФ на полезную модель №90133, МПК F01N 3/28,. 2009). К недостаткам известного каталитического блока можно отнести недостаточную степень снижения токсичности выхлопных газов ДВС, небольшой ресурс его нормальной эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, выполненный в виде керамического блока с ячеистой структурой, поверхность ячеек которого снабжена каталитическим покрытием, содержащим драгоценные металлы, в качестве которых использованы палладий и родий (см. заявку РФ на изобретение №2009138367, МПК B01J 23/44, 2011). К недостаткам известного каталитического блока можно отнести недостаточную степень снижения токсичности выхлопных газов ДВС, небольшой ресурс его нормальной эксплуатации, высокое гидросопротивление, а также дороговизну из-за большого количества дорогостоящих компонентов покрытия поверхности ячеек.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи, состоящей в снижении токсичности выхлопных газов ДВС, повышении ресурса эффективной работы нейтрализатора при его небольшом гидросопротивлении и невысокой себестоимости.
Данная задача решается тем, что в каталитическом блоке нейтрализатора системы выпуска отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, выполненном в виде керамического блока с ячеистой структурой, поверхность ячеек которого снабжена каталитическим покрытием, содержащим драгоценные металлы, в качестве которых использованы палладий и родий, количественное массовое соотношение палладий/родий составляет - 9,0-10,0, при удельном содержании общего количества драгоценных металлов в объеме керамического блока в пределах 0,7-1,77 г/дм3, причем плотность ячеек в керамическом блоке составляет 60-95 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока.
При этом предпочтительная величина отношения толщины стенки ячейки к ее гидравлическому диаметру равна 0,08-0,23.
При количественном массовом соотношении палладий/родий в пределах 9,0-10,0, при удельном содержании общего количества драгоценных металлов в объеме керамического блока в пределах 0,7-1,77 г/дм3, как показали наши многочисленные эксперименты, имеет место наибольшее снижение токсичности выхлопных газов при довольно значительном ресурсе эффективной работы нейтрализатора с обеспечением интенсивного протекания окислительно-восстановительных процессов очистки при высокой активности катализатора. При этом при массовом соотношении палладий/родий менее 9,0 наблюдается резкое ухудшение степени очистки, а при массовом соотношении палладий/родий более 10,0 снижения токсичности выхлопных газов не наблюдается при снижении ресурса эффективной работы нейтрализатора. Аналогичным образом при удельном содержании общего количества драгоценных металлов в объеме керамического блока менее 0,7 г/дм3 наблюдается резкое ухудшение степени очистки, а при удельном содержании более 1,77 г/дм3 снижения токсичности выхлопных газов не наблюдается, в то время как имеет место бесполезное повышение себестоимости нейтрализатора.
При плотности ячеек в керамическом блоке в пределах 60-95 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока, как показали наши многочисленные эксперименты, имеет место наибольшее снижение токсичности выхлопных газов при довольно значительном ресурсе эффективной работы нейтрализатора с обеспечением интенсивного протекания окислительно-восстановительных процессов очистки при высокой активности катализатора. При плотности же ячеек менее 60 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока степень очистки не соответствует требованиям экологических норм, так как поверхности ячеек и, соответственно, поверхности каталитического покрытия недостаточно для эффективного протекания окислительно-восстановительных процессов очистки во всем объеме проходящих через каталитический блок выхлопных газов. При плотности же ячеек более 95 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока повышения степени очистки практически не наблюдается, в то время как имеет место существенное повышение как гидросопротивления блока, так и его себестоимости.
Выбор предпочтительной величины отношения толщины стенки ячейки к ее гидравлическому диаметру, определяемому как отношение учетверенной площади к периметру проходного сечения ячейки, как равной 0,08-0,23 обусловлен тем, что при этом имеет место незначительное гидросопротивление блока нейтрализатора и обеспечивается необходимая каталитическая поверхность.
На чертеже представлен предлагаемый каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов ДВС.
Каталитический блок нейтрализатора представляет из себя выполненный из инертной керамики блок 1 с ячеистой структурой, поверхность ячеек 2 которого снабжены каталитическим покрытием 3, содержащим драгоценные металлы, в качестве которых использованы палладий и родий, количественное массовое соотношение которых палладий/родий составляет - 9,0-10,0, при удельном содержании общего количества драгоценных металлов в объеме керамического блока 1 в пределах 0,7-1,77 г/дм3, причем плотность ячеек 2 в керамическом блоке составляет 60-95 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока 1. Предпочтительная величина отношения толщины стенки ячейки к ее гидравлическому диаметру равна 0,08-0,23. Очевидно, что каталитический блок встроен в систему выхлопа ДВС и располагается в своем корпусе, снабженном впускным и выпускным патрубками (не показаны).
Работает каталитический блок нейтрализатора обычным образом. Отработавшие газы из цилиндров ДВС поступают на вход блока 1, проходят через его ячейки 2, в которых происходят каталитические окислительно-восстановительные реакции очистки от токсичных веществ до требуемого экологическими нормами уровня, и поступают далее через систему шумоглушения в атомосферу.