каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, несколько реакторов с катализаторами, расположенных параллельно потоку газов, и распределитель отработавших газов, выполненный в виде заключенного в корпус диска, в передней части корпуса которого по ходу потока газов и на внешней поверхности распределителя выполнены диаметральные проточки, в образующейся полости которых установлены шарики, таким образом распределитель установлен подвижно относительно корпуса с возможностью вращательного движения под действием давления отработавших газов, причем в нижней части корпуса под распределителем выполнен паз, в который установлен шариковый фиксатор, а на внешней поверхности распределителя параллельно диаметральной проточке выполнены выемки под шарик фиксатора, при этом на передней торцевой стенке распределителя выполнен сектор холостого хода, угол которого равен углу сектора каталитического реактора, а в его полости расположены регенерационный сектор, образованный двумя внутренними перегородками и задней торцевой стенкой, равный двум секторам холостого хода, регулировочная заслонка расхода газов с возможностью вращательного движения относительно распределителя под действием давления отработавших газов, установленная на оси, и жестко связанная с ней пружина в зоне отсутствия прямого воздействия отработавших газов, отличающийся тем, что на передней торцевой стенке распределителя установлены диаметральные лопатки под углом в направлении, противоположном вращению регулировочной заслонки расхода газов под действием давления отработавших газов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в выпускных системах двигателей внутреннего сгорания для снижения содержания токсичных веществ в отработавших газах.

Известен нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (патент РФ N 2190769, МПК F 01 N 3/28, 2002 г), содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, несколько реакторов с катализаторами, расположенных параллельно потоку газов, и распределитель отработавших газов, выполненный в виде заключенного в корпус диска, в передней части корпуса которого по ходу потока газов и на внешней поверхности распределителя выполнены диаметральные проточки, в образующейся полости которых установлены шарики, таким образом распределитель установлен подвижно относительно корпуса с возможностью вращательного движения под действием давления отработавших газов, причем в нижней части корпуса под распределителем выполнен паз, в который установлен шариковый фиксатор, а на внешней поверхности распределителя, параллельно диаметральной проточке выполнены выемки под шарик фиксатора, при этом на передней торцевой стенке распределителя выполнен сектор холостого хода, угол которого равен углу сектора каталитического реактора, а в его полости расположены регенерационный сектор, образованный двумя внутренними перегородками и задней торцевой стенкой, равный двум секторам холостого хода, регулировочная заслонка расхода газов с возможностью вращательного движения относительно распределителя под действием давления отработавших газов, установленная на оси, и жестко связанная с ней пружина в зоне отсутствия прямого воздействия отработавших газов.

Однако известный нейтрализатор не обеспечивает эффективной очистки отработавших газов, имеет незначительный срок службы. Это связано с тем, что в рабочем цикле нейтрализатора время нахождения каждого реактора в потоке отработавших газов после очередной термической регенерации по мере падения его каталитической активности увеличивается. В результате отработавшие газы очищаются недостаточно эффективно, а катализаторы реакторов преждевременно выходят из строя; при этом рост противодавления выпуску отработавших газов приводит к увеличению расхода топлива и падению эффективной мощности двигателя.

Изобретение направлено на повышение эффективности очистки отработавших газов, снижение негативного влияния нейтрализатора на эффективную мощность и топливную экономичность двигателя, продление срока службы нейтрализатора путем совершенствования рабочего цикла нейтрализатора, при котором с падением каталитической активности катализатора реактора время его нахождения в потоке отработавших газов уменьшается.

Решение поставленной задачи достигается тем, что каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, несколько реакторов с катализаторами, расположенных параллельно потоку газов, и распределитель отработавших газов, выполненный в виде заключенного в корпус диска, в передней части корпуса которого по ходу потока газов и на внешней поверхности распределителя выполнены диаметральные проточки, в образующейся полости которых установлены шарики, таким образом распределитель установлен подвижно относительно корпуса с возможностью вращательного движения под действием давления отработавших газов, причем в нижней части корпуса под распределителем выполнен паз, в который установлен шариковый фиксатор, а на внешней поверхности распределителя параллельно диаметральной проточке выполнены выемки под шарик фиксатора, при этом на передней торцевой стенке распределителя выполнен сектор холостого хода, угол которого равен углу сектора каталитического реактора, а в его полости расположены регенерационный сектор, образованный двумя внутренними перегородками и задней торцевой стенкой, равный двум секторам холостого хода, регулировочная заслонка расхода газов с возможностью вращательного движения относительно распределителя под действием давления отработавших газов, установленная на оси, и жестко связанная с ней пружина в зоне отсутствия прямого воздействия отработавших газов, на передней торцевой стенке распределителя установлены диаметральные лопатки под углом в направлении, противоположном вращению регулировочной заслонки расхода газов под действием давления отработавших газов.

Отличительными признаками от прототипа является то, что на передней торцевой стенке распределителя установлены диаметральные лопатки под углом в направлении, противоположном вращению регулировочной заслонки расхода газов под действием давления отработавших газов.

На фиг.1 показан продольный разрез нейтрализатора, на фиг.2 - разрез нейтрализатора по А-А, на фиг.3 - разрез нейтрализатора по Б-Б, на фиг.4 - разрез нейтрализатора по В-В.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус 1 с впускным 2 и выпускным 3 патрубками, реакторы 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15 с катализаторами, расположенные параллельно потоку газов, и распределитель отработавших газов 4, выполненный в виде заключенного в корпус 1 диска. В передней части корпуса 1 по ходу потока газов и на внешней поверхности распределителя 4 выполнены диаметральные проточки, в образующейся полости которых установлены шарики 6, таким образом распределитель 4 установлен подвижно относительно корпуса 1 с возможностью вращательного движения под действием давления отработавших газов, причем в нижней части корпуса 1 под распределителем 4 выполнен паз, в который установлен шариковый фиксатор 17, а на внешней поверхности распределителя 4 параллельно диаметральной проточке выполнены выемки 23 под шарик шарикового фиксатора 17, при этом на передней торцевой стенке распределителя 4 выполнен сектор холостого хода 18, угол которого равен углу сектора каталитического реактора, а в его полости расположены регенерационный сектор 19, образованный двумя внутренними перегородками 20 и 21 и задней торцевой стенкой, равный двум секторам холостого хода 18, регулировочная заслонка расхода отработавших газов 7 с возможностью вращательного движения относительно распределителя 4 под действием давления отработавших газов, установленная на оси 16, и жестко связанная с ней пружина 24 в зоне отсутствия прямого воздействия отработавших газов. На передней торцевой стенке распределителя 4 установлены диаметральные лопатки 25 и 26 под углом в направлении, противоположном вращению регулировочной заслонки расхода газов под действием давления отработавших газов.

Каталитический нейтрализатор отработавших газов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом:

При работе двигателя на режиме холостого хода отработавшие газы через впускной патрубок 2 поступают в корпус нейтрализатора 1 и через сектор холостого хода 18 распределителя 4, не отклоняя заслонку расхода газов 7 от исходного положения, проходят расположенный за ним реактор 8, очищаются и через выпускной патрубок 3 выходят из нейтрализатора. При работе двигателя на режиме частичных нагрузок, т.е. при увеличении расхода отработавших газов, возрастает давление в полости 5 распределителя 4 и газы отклоняют заслонку 7 на некоторый угол увеличивая сектор прохождения каталитического слоя. При работе двигателя на режимах средних и полных нагрузок, т.е. при дальнейшем увеличении расхода отработавших газов продолжает возрастать давление в полости 5 и газы отклоняют заслонку 7 на больший угол, еще увеличивая сектор прохождения каталитического слоя. Таким образом, в зависимости от расхода отработавших газов регулировочная заслонка 7 постепенно вводит в работу реакторы 9, 10, 11, 12 и 13. При уменьшении расхода отработавших газов заслонка 7 под действием пружины 24, уменьшая сектор прохождения каталитического слоя, вернется в исходное положение, упираясь в технологический выступ 22 на внутренней поверхности распределителя 4.

При ухудшении состояния катализаторов 8, 9, 10, 11, 12 и 13 давление отработавших газов в полости 5 возрастает быстрее и когда оно достигнет предельного значения, лопатки 25 и 26 под воздействием потока газов превысят суммарное сопротивление проворота распределителя 4 и пружины фиксатора 17, распределитель 4 провернется против хода часовой стрелки на угол сектора холостого хода и начнется регенерация катализатора реактора 13, обладающего наименьшей каталитической активностью. Проворот на угол сектора холостого хода обеспечивается фиксатором 17, в результате чего изменяется порядок работы реакторов 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 и 15, что обеспечивает равномерное использование всех катализаторов. Вращение распределителя 4 начинается при таком давлении отработавших газов, которое обеспечивает его проворот на угол сектора холостого хода, т.е. до следующего фиксированного положения.

При дальнейшем увеличении давления отработавших газов в полости 5 при ухудшении состояния катализаторов 8, 9, 10, 11, 12 и 15 распределитель 4 будет проворачиваться до следующего фиксированного положения, т.е. будет изменяться порядок работы реакторов. При этом регенерации подвержены всегда два катализатора, расположенных за регенерационным сектором 19 двух реакторов. Процесс изменения порядка работы реакторов будет происходить постоянно в одной последовательности.

Таким образом, в конструкции нейтрализатора реализован рабочий цикл, который обеспечивает оптимальное использование катализаторов всех реакторов: длительность нахождения в потоке отработавших газов катализатора реактора после его термической регенерации с падением каталитической активности постепенно уменьшается, затем осуществляется его термическая регенерация, затем цикл повторяется и т.д. Такой рабочий цикл обеспечивает многократное использование катализатора после его термической регенерации, что позволяет повысить эффективность очистки отработавших газов, продлить срока службы нейтрализатора, снизить его негативного влияния на эффективную мощность и топливную экономичность двигателя.