каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, состоящий из корпуса с впускным и выпускным патрубками, катализатора, размещенного в корпусе и выполненного в виде прессованных пористых таблеток, завихрителя газа, установленного во впускном патрубке, и днища с окнами, расположенного в нижней части выпускного патрубка, отличающийся тем, что корпус каталитического нейтрализатора выполнен составным: из верхней, средней и нижней частей, причем средняя часть имеет верхнюю и нижнюю горизонтальные перегородки, в средней части с зазором к корпусу нейтрализатора коаксиально, на равном расстоянии друг от друга, установлены четыре выполненные из сетки полых цилиндра, которые опираются на нижнюю горизонтальную перегородку, в которой по окружности в два ряда, на равном расстоянии в ряду выполнены отверстия, причем количество отверстий наружного ряда превышает в два раза количество отверстий внутреннего ряда, наружный ряд отверстий расположен между средней частью корпуса нейтрализатора и четвертым полым цилиндром, а внутренний ряд отверстий расположен между внутренними полыми цилиндрами, сверху полые цилиндры закрыты горизонтальной перегородкой, в ее центре, в диаметре меньшего полого цилиндра имеются отверстия, верхняя часть корпуса выполнена в виде полого усеченного конуса, к меньшему основанию которого жестко закреплен выпускной патрубок, а нижняя часть корпуса выполнена в виде пустотелого усеченного конуса и жестко соединена с впускным патрубком, катализатор размещен между первым и вторым, третьим и четвертым полыми цилиндрами, причем пористость наружного катализатора превышает на 20% пористость внутреннего катализатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к каталитическим нейтрализаторам внутреннего сгорания, а более конкретно - к устройству для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) от экологически опасных составляющих.

Известен каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками и катализатор, размещенный в корпусе и выполненный из благородного металла, нанесенного на грунтовочное покрытие из оксида алюминия, нанесенное на подложку, которая выполнена из жаропрочного открытоячеистого высокопористого материала, причем в качестве жаропрочного открытоячеистого высокопористого материала использован кордиерт, или нихром, или никелид алюминия, или нержавеющая сталь, с пористостью 85-95% [Патент РФ № 2029107, МПК F01N 3/00, опубл. 20.02.1995, авторы Анциферов В.Н., Белова М.Ю., Дробаха Е.А., Сапрыкина О.Ф., Макаров A.M., Исаева Е.Г. «Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания»].

Недостатком каталитического нейтрализатора является низкая степень очистки пылегазового потока, высокая стоимость используемых каталитических материалов, а также сложность изготовления нейтрализатора.

Известен каталитический нейтрализатор, который содержит корпус с впускным и выпускным патрубками, в корпусе вдоль поверхности размещены спрессованные пористые таблетки катализатора, которые удерживаются вдоль стенок корпуса кольцевой сетчатой перегородкой из цветного металла, керамики или стекловолокна, в нижней части впускного патрубка закреплен завихритель газа, который под действием центробежных сил отбрасывает тяжелые частицы углеводородов на поверхность таблеток катализатора, а в верхней части корпуса, примыкающей к выпускному патрубку, находится днище с выходными окнами и перегородками для отвода очищаемого газа [Патент РФ № 2131980, МПК F01N 3/28, опубл. 20.06.1999, БИ № 17(2), авторы Цывелев В.Н., Лисицына О.Г., Воропанова Л.А. «Каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания»].

Недостатком каталитического нейтрализатора является низкая степень очистки пылегазового потока за счет быстрой потери центробежной силы пылегазового потока, в результате чего, основная часть отработанных газов проходит в осевой зоне корпуса нейтрализатора без контакта с катализатором.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение эффективности очистки отработанных газов за счет повышения времени и площади контакта очищаемого газа с катализатором.

Технический результат достигается тем, что в каталитическом нейтрализаторе отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, состоящем из корпуса с впускным и выпускным патрубками, катализатора, размещенного в корпусе и выполненного в виде прессованных пористых таблеток, завихрителя газа, установленного во впускном патрубке, и днища с окнами, расположенного в нижней части выпускного патрубка, корпус выполнен составным: из верхней, средней и нижней частей, причем средняя часть имеет верхнюю и нижнюю горизонтальные перегородки, в средней части с зазором к корпусу нейтрализатора коаксиально, на равном расстоянии друг от друга, установлены четыре выполненные из сетки полых цилиндра, которые опираются на нижнюю горизонтальную перегородку, в которой по окружности в два ряда, на равном расстоянии в ряду выполнены отверстия, причем количество отверстий наружного ряда превышает в два раза количество отверстий внутреннего ряда, наружный ряд отверстий расположен между средней частью корпуса нейтрализатора и четвертым полым цилиндром, а внутренний ряд отверстий расположен между внутренними полыми цилиндрами, сверху полые цилиндры закрыты горизонтальной перегородкой, в ее центре в диаметре меньшего полого цилиндра имеются отверстия, верхняя часть корпуса выполнена в виде полого усеченного конуса, к меньшему основанию которого жестко закреплен выпускной патрубок, а нижняя часть корпуса выполнена в виде пустотелого усеченного конуса и жестко соединена с впускным патрубком, катализатор размещен между первым и вторым, третьим и четвертым полыми цилиндрами, причем пористость наружного катализатора превышает на 20% пористость внутреннего катализатора.

Повышение качества очистки выхлопных газов достигается увеличением времени и площади контакта пылегазового потока с катализатором, что достигается постановкой наружного и внутреннего катализатора и расположением отверстий в верхней и нижней горизонтальных перегородок, что способствует более полному контакту пылегазового потока с катализатором.

На фиг.1 показан каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, общий вид в разрезе; на фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1; на фиг.3 изображен разрез Б-Б фиг.1.

Каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания состоит из верхней части корпуса 1, средней части корпуса 2, нижней части корпуса 3, впускного патрубка 4, выпускного патрубка 5, катализатора 6, первого полого цилиндра 7, второго полого цилиндра 8, третьего полого цилиндра 9, четвертого полого цилиндра 10, завихрителя 11, днища выпускного патрубка 12, перегородок 13, выходных окон 14, верхней горизонтальной перегородки 15 и нижней горизонтальной перегородки 16.

Каталитический нейтрализатор отработанных газов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

Выхлопные газы ДВС поступают в нижнюю часть корпуса 3 через впускной патрубок 4 и по винтовому каналу, образованному завихрителем газа 11, который установлен во впускном патрубке 4. Далее выхлопные газы разворачиваются по спирали и ударяются о стенки нижней части корпуса 3 за счет центробежных сил.

Нижняя часть корпуса 3 выполнена в виде пустотелого усеченного конуса и жестко соединена с впускным патрубком 4.

Нижняя 3 и средняя 2 части корпуса нейтрализатора разделены нижней горизонтальной перегородкой 16, в которой по окружности на равном расстоянии друг от друга выполнены отверстия, причем отверстий в наружном ряду выполнено в два раза больше, чем во внутреннем ряду.

Через эти отверстия выхлопные газы проходят в среднюю часть корпуса 3 нейтрализатора, в которой с зазором к корпусу нейтрализатора коаксиально, на равном расстоянии друг от друга установлены четыре полых цилиндра. Эти полые цилиндры выполнены из сетки и опираются на нижнюю горизонтальную перегородку 16.

В промежутке между первым полым цилиндром 7 и вторым полым цилиндром 8, а также между третьим полым цилиндром 9 и четвертым 10 размещен катализатор 6, который выполнен в виде прессованных пористых таблеток.

Число отверстий наружного ряда, которые выполнены в нижней горизонтальной перегородке, увеличены по сравнению с числом отверстий внутреннего ряда для того, чтобы основная часть выхлопных газов проходила именно через отверстия наружного ряда, и тем самым более полно использовать в работе нейтрализатора наружный катализатор.

Так как основная часть выхлопного газа будет проходить через отверстия наружного ряда нижней горизонтальной перегородки, то наружный катализатор будет быстро забиваться твердыми частицами, присутствующими в газе и аэрозолью. Для предотвращения этого явления пористость наружного катализатора увеличена на 20% по сравнению с пористостью внутреннего катализатора.

Выхлопной газ, пройдя через катализаторы, очищается и попадает в осевую зону средней части корпуса нейтрализатора, затем выходит через многочисленные отверстия, которые выполнены в центре верхней горизонтальной перегородке 15. Эти отверстия выполнены в диаметре меньшего полого цилиндра 7. После чего газ выходит в верхнюю часть корпуса 1, где он ударяется о днище выпускного патрубка 12, выполняющего роль отбойника, и выходит через выходные окна 14 в выпускной патрубок 5.

При этом днище выпускного патрубка 12 крепится к выпускному патрубку 5 двумя перегородками 13.

Необходимая температура процесса обезвреживания выхлопных газов обеспечивается расположением каталитического нейтрализатора относительно ДВС, температурой выхлопного газа за счет протекания химических реакций на поверхности катализатора.

Движение газа по спирали обеспечивает направление движения газа к отверстиям нижней горизонтальной перегородки, а наличие центробежных сил обеспечивает быстрый проход газа через эти отверстия.

Давление, при котором прессуют таблетки катализатора, подобрано таким образом, что сохраняется большая пористость материала и соответственно способность к адсорбции веществ при одновременной прочности таблеток.

В качестве материала прессованных пористых таблеток 4 можно использовать оксид алюминия, бентонитовую глину, отходы цветной металлургии и другие.

Использование вышеперечисленных материалов позволяет с помощью разработанной конструкции каталитического нейтрализатора удалять из выхлопных газов ДВС такие экологически опасные составляющие, как аэрозоли (до 100%), углеводороды (не менее 95%), монооксид углерода (не менее 65-85%), масляные составляющие (до 100%), сажу (до 100%).

Предлагаемый каталитический нейтрализатор позволяет значительно снизить выброс в атмосферу экологически опасных составляющих выхлопных газов ДВС, тем самым защитить окружающую среду от загрязнения.