способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания путем пропускания их через слой катализатора в присутствии воздуха для доокисления окиси углерода и углеводородов и восстановления окислов азота, содержащихся в выхлопных газах, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют сменное поверхностно-активное рабочее тело в виде металловойлочного изделия с коэффициентом объемной пористости не ниже 0,92.

2. Устройство для осуществления способа очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей с концевыми цилиндрическими втулками, в которых размещены впускной и выпускной патрубки, эжектор, установленный на цилиндрической втулке со стороны входного патрубка, и цилиндрическое рабочее тело катализатора, размещенное в месте соединения разъемных частей корпуса, отличающееся тем, что рабочее тело катализатора выполнено на никель-хромовой основе, а угол захода рабочей поверхности корпуса со стороны впускного патрубка, образованный продольной осью корпуса и образующей конуса, составляет 61 - 64^o, при этом диаметр рабочего тела катализатора превышает диаметр входного патрубка в 2,5 раза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, в частности, к двигателестроению и касается средств нейтрализации токсичных составляющих отработанных газов двигателя внутреннего сгорания.

Известен способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания в каталитическом нейтрализаторе путем пропускания отработавших газов через слои сыпных каталитических элементов в одном реакторе с переменной величиной угла между векторами силы тяжести каталитических элементов и газодинамической силы от отработавших газов и периодического определения степени очистки последних, при котором производят перераспределение пространственного расположения каталитических элементов путем их поворота относительно горизонтальной оси и изменения потока отработавших газов через реактор (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 1758251, кл. F 01 N 3/00, 1989).

Недостаток описанного способа состоит в возможности лишь периодического определения выхлопных газов, что делает данный способ неэффективным и мало привлекательным.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания путем пропускания их через слой катализатора в присутствии воздуха для доокисления окиси углерода и углеводородов и восстановления окислов азота, содержащихся в выхлопных газах (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 1291707, кл. F 01 N 3/00, 1982).

Недостатком указанного способа является сравнительно низкий ресурс работы рабочего тела катализатора, что также делает его недостаточно эффективным.

Известен сажеочиститель для двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенные в корпусе с образованием зазора по меньшей мере три электрода, выполненные в виде пластин, рабочая поверхность которых покрыта катализатором, и подключенных к источнику высокого напряжения, связанному с источником тока транспортного средства, снабженный накопителем энергии, датчиком температуры и источником нагрева (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 1815354, кл. F 01 N 3/00, 1991).

Недостатком устройства является достаточно сложная конструкция, а также необходимость постоянного контроля за состоянием электродов, рабочая поверхность которых постоянно закоксовывается.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей с концевыми цилиндрическими втулками, в которых размещены впускной и выпускной патрубки, эжектор, установленный на цилиндрической втулке со стороны входного патрубка, и цилиндрическое рабочее тело катализатора, размещенное в месте соединения разъемных частей корпуса (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР N 901591, кл. F 01 N 3/00, 1980).

Недостатком данного устройства является зашлаковывание сотового катализатора продуктами неполного сгорания, обуславливающее необходимость частой замены рабочего тела катализатора.

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата, который выражается в повышении эффективности работы всей системы и ее составляющих.

Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату, который заключается в повышении эффективности очистки выхлопных газов и работы устройства.

Новизна предложенного способа усматривается в том, что в качестве катализатора используют сменное поверхностно-активное рабочее тело в виде металловойлочного изделия с коэффициентом объемной пористости не ниже 0,92.

Новизна предложенного устройства состоит в том, что рабочее тело катализатора выполнено на никель-хромовой основе, а угол захода рабочей поверхности корпуса со стороны впускного патрубка, образованный продольной осью корпуса и образующей конуса, составляет 61-64^o, при этом диаметр рабочего тела катализатора превышает диаметр входного патрубка в 2,5 раза

Предложенный способ очистки выхлопных газов и устройство для его осуществления образуют единый изобретательский замысел и могут быть реализованы лишь совместно.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.

Предложенное устройство и способ являются промышленно применимыми существующими техническими средствами и соответствуют критерию "изобретательский уровень", т. к. он явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

На чертеже представлено предложенное устройство, общий вид.

Устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания содержит корпус из двух усеченных конусообразных разъемных частей 1 и 2 с концевыми цилиндрическими втулками, в которых размещены впускной 3 и выпускной 4 патрубки, эжектор 5, установленный на цилиндрической втулке со стороны входного патрубка, и цилиндрическое рабочее тело катализатора 6, размещенное в месте соединения разъемных частей корпуса, собранных на резьбе и имеющих эластичную ограничительную шайбу 7.

Рабочее тело катализатора 6 выполнено на никель-хромовой основе из тонкой нихромовой проволоки марки Х20Н80. В основу получения структуры рабочего тела нейтрализатора положена идея получения нетканых материалов, для чего из нихромовой проволоки нарезаются волокна длиной около 5 мм, затем следует предварительное формование для придания рабочему телу определенной формы, в данном случае, цилиндрической шайбы, и обжиг в вакуумной печи. В результате получается объемная поверхностно-активная структура, напоминающая войлок, с ярко выраженной анизотропией теплопроводности и коэффициентом объемной пористости не ниже 0,92. Это обеспечивает возможность существенного роста рабочей поверхности контакта катализатора с реагирующей агрессивной средой и позволяет снизить сопротивление рабочего тела катализатора движущимся выхлопным газам при работе двигателя внутреннего сгорания. Поскольку в направлении оси, перпендикулярной плоскости поверхности рабочего тела катализатора, величина теплопроводности на несколько порядков ниже, чем в направлении оси, параллельной плоскости его поверхности, обеспечивается также послойное и равномерное выгорание рабочего тела в процессе эксплуатации двигателя.

Угол захода рабочей поверхности корпуса со стороны впускного патрубка, образованный продольной осью корпуса и образующей конуса, составляет 61-64^o, определяемый, главным образом, мощностью двигателя и требованием обеспечения ламинарности потока проходящих выхлопных газов и наилучшего использования рабочей поверхности катализатора, при этом диаметр рабочего тела катализатора превышает диаметр входного патрубка в 2,5 раза, что позволяет увеличить время контакта выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания с активным слоем рабочей поверхности катализатора, поскольку такое увеличение диаметра рабочего тела катализатора снижает скорость истечения выхлопных газов в 2,5 раза, сближая, тем самым, эффективности никель-хромового и дорогостоящих платина-родий-палладиевых катализаторов.

Предложенный способ и работа предложенного устройства осуществляются следующим образом.

Выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания пропускают через слой рабочего тела катализатора в присутствии воздуха, поступающего из эжектора 5, который автоматически, в зависимости от истечения выхлопных газов ДВС, увеличивает подачу воздуха на рабочее тело катализатора, сглаживая влияние числа оборотов двигателя на состав его выхлопных газов и ускоряет процесс окисления остаточных углеводородов, что обеспечивает значительное снижение их количества и количество продуктов неполного сгорания топлива, попадающих в атмосферу.

К преимуществам предложенного способа и устройства следует отнести исключение блокировки работы двигателя, устранение необходимости готовить оптимальную воздушно-бензиновую смесь и отказаться от специальных мер пожарной защиты, а также возможность использования, практически без ущерба для экологии, в качестве топлива этилированный бензин, при этом показатели состава выхлопных газов полностью удовлетворяют требованиям Евростандарта.

Кроме того, увеличивается КПД двигателя.