КОМБИНИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ
COMBINED DEVICE FOR DECREASING DIESEL EXHAUST GAS TOXICITY

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам снижения токсичности отработавших газов (ОГ) дизелей.
Известен нейтрализатор ОГ дизеля (европейский патент EP №0233860, кл. F01 №3/02, опубл. 1987), содержащий корпус с размещенным в нем слоем катализатора, причем корпус имеет двойные стенки со слоем теплоизолятора (минеральная вата) между ними, часть корпуса, соединенная непосредственно с выпускным патрубком системы выпуска дизеля, имеет форму усеченного конуса, расширяющегося в направлении движения ОГ и образует диффузор, при этом часть корпуса в конце устройства имеет форму усеченного конуса, сужающегося в направлении движения ОГ и образует конфузор. В средней части корпуса установлена электрическая спираль, связанная с блоком управления и датчиком температуры ОГ. Слой катализатора нанесен на поверхность металлических нитей или проволочных элементов, которые совместно с междоузлиями образуют тело фильтра. Катализаторный материал основан на металлах платиновой группы. Электрическая спираль находится в электропатроне, состоящем из чехла и защитного слоя.
Недостатками этого устройства являются небольшой срок службы, так как дожигание сажевых частиц происходит непосредственно на металлических нитях с нанесенным слоем катализатора, который быстро выходит из строя при забивании сажевыми частицами его пор, значительное местное газодинамическое сопротивление, создаваемое электропатроном, невозможность разборки устройства и соответственно периодической замены каталитических элементов фильтра и регулирования длины слоя катализатора.
x
Прототипом предлагаемого устройства является нейтрализатор ОГ дизеля (патент РФ №2174184), содержащий корпус с размещенным в нем слоем катализатора, причем корпус имеет двойные стенки со слоем теплоизолятора (минеральная вата) между ними, часть корпуса, соединенная непосредственно с выпускным патрубком системы выпуска двигателя, имеет форму усеченного конуса, расширяющегося в направлении движения ОГ, и образует диффузор, при этом часть корпуса в конце нейтрализатора имеет форму усеченного конуса, сужающегося в направлении движения ОГ, и образует конфузор, внутри корпуса установлена электрическая спираль, связанная с блоком управления и датчиком температуры ОГ, корпус выполнен разъемным, электрическая спираль расположена в месте болтового соединения диффузора с основной частью корпуса в плоскости, перпендикулярной направлению движения потока ОГ, слой катализатора ограничен входной и выходной решетками, одна из которых установлена с возможностью перемещения, за слоем катализатора установлен компенсирующий элемент, а между спиралью и слоем катализатора установлен блок концентрических теплоотражающих экранов. Степень нейтрализации (очистки) устройства составила в среднем: CO - 50…60%, NO - 30…40%, caжa - 30…40%.
Недостатками данного устройства являются недостаточно эффективная очистка ОГ, отсутствие очистки от тяжелых фракций ОГ на входе, что приводит к быстрому забиванию катализатора сажевыми частицами, малое пятно контакта компенсирующего элемента, что может привести к перекосу выходной решетки, металлоемкость конструкции.
Технической задачей изобретения является: повышение эффективности очистки ОГ; обеспечение очистки ОГ от тяжелых фракций на входе в устройство; увеличение пятна контакта компенсирующего элемента и выходной решетки, снижение металлоемкости.
Эта задача решается в комбинированном устройстве снижения токсичности (КУСТ) ОГ дизеля, содержащем корпус с размещенным в нем слоем катализатора, причем корпус состоит из верхней и нижней частей, нижняя часть корпуса соединена через патрубок с системой выпуска двигателя, в патрубке установлен эжектор, имеющий форму усеченного конуса, сужающийся в направлении движения ОГ, на входе в нижнюю часть корпуса установлен диффузор, имеющий форму усеченного конуса, расширяющегося в направлении движения ОГ, на нижний конец корпуса навинчивается фильтр-отстойник с металлической сеткой и герметизируется несгораемой прокладкой, между верхней и нижней частями корпуса установлена электрическая спираль, имеющая отдельный керамический корпус, установленный в месте болтового соединения нижней и верхней частей корпуса через паронитовые прокладки, слой катализатора ограничен входной и выходной решетками, входная решетка установлена с возможностью перемещения, между входной решеткой катализатора и корпусом электрической спирали установлен компенсирующий элемент в виде цилиндрической пружины из биметаллического материала, в верхней части корпуса имеется конфузор, имеющий форму усеченного конуса, сужающегося в направлении движения ОГ, конфузор имеет два патрубка, один из которых связан с атмосферой, а другой - с полостью входного патрубка устройства. Все элементы конструкции выполнены из тонкостенного металла.
Оригинальность изобретения заключается в том, что часть ОГ, прошедших цикл очистки, поступает на вторичный цикл, что приводит к повышению эффективности очистки ОГ, устройство имеет фильтр-отстойник с металлической сеткой, в котором осаждаются тяжелые фракции ОГ, что значительно снижает степень забивания активной поверхности катализатора сажевыми частицами, компенсирующий элемент выполнен в виде цилиндрической пружины из биметаллического материала, что предотвращает перекосы входной решетки катализатора, все элементы конструкции выполнены из тонкостенного металла, что значительно снижает металлоемкость конструкции.
Техническое решение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид комбинированного устройства снижения токсичности дизеля в разрезе; на фиг.2 - сечение устройства по плоскости электрической спирали.
Комбинированное устройство снижения токсичности отработавших газов дизеля, элементы которого выполнены из тонкостенного металла, содержит цилиндрический корпус с размещенным в нем слоем катализатора 1, корпус состоит из верхней 2 и нижней 3 частей, нижняя часть корпуса соединена через патрубок 4 с системой выпуска двигателя, в патрубке установлен эжектор 5, имеющий форму усеченного конуса, сужающийся в направлении движения ОГ, на входе в нижнюю часть корпуса установлен диффузор 6, имеющий форму усеченного конуса, расширяющийся в направлении движения ОГ, на нижний конец корпуса навинчивается фильтр-отстойник 7 с металлической сеткой 8 и герметизируется несгораемой прокладкой 9, к днищу фильтра-отстойника прикреплена гайка 10 под ключ, между верхней и нижней частями корпуса установлена электрическая спираль 11, имеющая отдельный керамический корпус, установленный в месте болтового соединения нижней и верхней частей корпуса через уплотнительные прокладки 12, электрическая спираль соединена с блоком управления 13 с помощью электрических проводов 14. Слой катализатора 1 (возможно применение корпусных катализаторов), состоящий из засыпанных гранул (например, сферической или цилиндрической формы) ограничен входной 15 и выходной 16 решетками. Входная решетка 15 установлена с возможностью перемещения, между входной решеткой катализатора и корпусом электрической спирали установлен компенсирующий элемент 17 в виде цилиндрической пружины из биметалла. Верхняя 1 и нижняя 2 части корпуса соединены болтовым соединением. В верхней части корпуса имеется конфузор 18, имеющий форму усеченного конуса, сужающегося в направлении движения ОГ, конфузор имеет два патрубка, один из которых - выходной 19, связанный с атмосферой, а другой - Г-образный 20 связан с полостью входного патрубка 4.
x
y
x
2
2
2
Устройство работает следующим образом. При работе двигателя отработавшие газы по выпускной системе поступают во входной патрубок 4 устройства и при прохождении через эжектор 5 ускоряются, тем самым создавая разрежение в полости конфузора 18, далее поступают в диффузор 6, в котором распределяются по всему пространству нижней части корпуса 3, благодаря конусообразной конструкции диффузора 6. Тяжелые фракции ОГ оседают в фильтре-отстойнике 7. Поток газов проходит сквозь электрическую спираль 10 перпендикулярно плоскости, в которой расположена спираль. Электрическая спираль позволяет повысить температуру ОГ, способствуя тем самым дожиганию сажевых частиц, присутствующих в ОГ дизеля. Очищенные от сажи ОГ проникают сквозь ограничительную входную решетку 15 в слой гранулированного катализатора 1, в котором вследствие химических реакций окисления происходит превращение продуктов неполного сгорания, содержащихся в ОГ, а именно CO, CH, NO до конечных безопасных по токсичности компонентов (CO, HO, N). Очищенные отработавшие газы направляются сквозь выходную решетку 16 в конфузор 18, благодаря конусообразной форме которого и разрежению, создаваемому в полости конфузора 18, часть ОГ поступает в Г-образный патрубок 20 и попадает во входной патрубок 4, где смешивается с вновь поступившими ОГ и проходит вторичный цикл очистки. Остальная часть ОГ поступает через выходной патрубок 19 в атмосферу.
В результате теплового расширения, под воздействием высоких температур ОГ, в корпусе устройства, объем гранул слоя катализатора 1 увеличивается, заставляя входную решетку смещаться в направлении, противоположном движению потока ОГ. При этом цилиндрическая пружина 17, выполненная из биметаллического материала, благодаря своей упругости, реагируя на повышение температуры, принимает такое положение, что не допускает появления свободного объема в зоне слоя катализатора 1, и одновременно, не позволяя входной решетке чрезмерно сжать гранулы во избежание их спекания и разрушения.
Использование изобретения позволит повысить эффективность очистки ОГ за счет вторичного дожига очищенных отработавших газов. Использование фильтра-отстойника позволит добиться увеличения срока эффективной работы катализатора, который не может эффективно работать при осаждении сажевых частиц на гранулах, выводящих из строя химически активную поверхность гранул катализатора. Использование биметаллической цилиндрической пружины в качестве компенсирующего элемента предотвратит перекосы входной решетки слоя катализатора, за счет большого пятна контакта с поверхностью входной решетки. Применение тонкостенного металла в элементах конструкции устройства позволит значительно снизить металлоемкость.