Каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания
Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к каталитической очистке отработавших газов бензиновых ДВС. Технический результат достигается тем, что в каталитическом блоке нейтрализатора системы выпуска отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания, выполненном в виде керамического блока с ячеистой структурой, поверхность ячеек которого снабжена каталитическим покрытием, содержащим драгоценные металлы, в качестве которых используют палладий и родий, количественное массовое соотношение палладий/родий составляет 3,0-40,0 при удельном содержании общего количества палладия и родия в объеме керамического блока в пределах 0,25-6,5 г/дм3, при этом плотность ячеек в керамическом блоке составляет 30-140 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока. Каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания, выполненный в соответствии с предлагаемым техническим решением, позволяет эффективно снижать токсичность отработавших газов, длительное время сохранять его активность и оптимизировать содержание драгметаллов. 1 ил.
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, работающих на бензиновом топливе.
Известна сотовая конструкция из керамического материала, предназначенная для нейтрализации отработавших газов ДВС (патент RU 
2198302, МПК F01N 3/28, опубл. 07.01.1999). Недостатком известной сотовой конструкции является недостаточная степень снижения токсичности выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является каталитический нейтрализатор с однослойным каталитическим покрытием, содержащим палладий и родий, включающий носитель в виде сотового элемента с проточными каналами для прохождения отработавших газов, на поверхности стенок которых нанесено каталитическое покрытие в котором концентрация палладия составляет 0,1-10 г, а родия - 0,01-1 г в пересчете на объем сотового элемента (заявка RU на изобретение 2009138367, МПК B01J 23/44, опубл. 27.04.2011). К недостаткам известного каталитического блока можно отнести недостаточную степень снижения токсичности выхлопных газов ДВС, особенно по углеводородам (СН) и окиси углерода (СО), а также высокую себестоимость из-за большого количества дорогостоящих компонентов каталитического покрытия, в качестве которых используют палладий, родий, платину, оксиды церия, циркония, стронция, бария, стабилизированных оксидами редкоземельных элементов, таких, как титан, иттрий, лантан, самарий и др.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является устранение указанных недостатков, повышение эффективности работы каталитического нейтрализатора, а также оптимизация расхода драгметаллов, используемых в каталитическом покрытии, снижение затрат на его изготовление.
Технический результат достигается тем, что в каталитическом блоке нейтрализатора системы выпуска отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания, выполненном в виде керамического блока с ячеистой структурой, поверхность ячеек которого снабжена каталитическим покрытием, содержащим драгоценные металлы, в качестве которых используют палладий и родий, количественное массовое соотношение палладий/родий составляет 3,0-40,0, при удельном содержании общего количества палладия и родия в объеме керамического блока в пределах 0,25-6,5 г/дм3, при этом плотность ячеек в керамическом блоке составляет 30-140 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока.
При количественном массовом соотношении палладий/родий в пределах 3,0-40,0, при удельном содержании общего количества палладия и родия в объеме керамического блока в пределах 0,25-6,5 г/дм3, как показали проведенные испытания, имеет место наибольшее снижение токсичности отработавших газов при значительном ресурсе эффективной работы нейтрализатора с обеспечением интенсивного протекания окислительно-восстановительных процессов очистки при высокой активности катализатора. При количественном массовом соотношении палладий/родий менее 3,0 наблюдается резкое ухудшение степени очистки по СО, а при массовом соотношении палладий/родий более 40,0 - по NOx.
Аналогичным образом при удельном содержании общего количества палладия и родия в объеме керамического блока менее 0.25 г/дм3 наблюдается резкое ухудшение степени очистки, а при удельном содержании более 6,5 г/дм3 динамики снижения токсичности выхлопных газов не наблюдается и повышенное содержание драгметаллов становится неоправданным.
Количественное массовое соотношение палладий/родий, выбранное в пределах 3,0-40,0, является наиболее оптимальным для эффективной нейтрализации выхлопных газов и продолжительной эффективной работы нейтрализатора. Добиться одновременно снижения в равной мере содержания в выхлопных газах всех вредных веществ, таких, как углеводороды (СН), окись углерода (СО) и окислы азота (NOx) довольно трудно, так как различные токсичные компоненты нейтрализуются разными катализаторами и уменьшение содержания одного токсичного компонента не всегда ведет к снижению содержания другого. Как показали проведенные испытания, при снижении количественного массового соотношения палладий/родий ниже 3,0 не происходит эффективного снижения содержания СО в отработавших газах, так как такого количества палладия, нейтрализующего СО, становится недостаточно для эффективного проведения окислительно-восстановительных процессов во всем объеме проходящих газов, при этом улучшаются показатели по нейтрализации NOx, так как увеличивается содержание родия. При повышении этого соотношения выше 40,0 не происходит эффективного снижения содержания NOx, так как такого количества родия, нейтрализующего NOx, становится недостаточно для эффективного проведения окислительно-восстановительных процессов во всем объеме проходящих газов, при этом улучшаются показатели по нейтрализации СО, так как увеличивается содержание палладия. В зависимости от состава отработавших газов выбирают оптимальный вариант соотношения палладия и родия из предложенного предела 3,0-40,0, позволяющего учитывать различные потребности и добиться уровня снижения токсичности отработавших газов, соответствующего экостандартам Евро 3, Евро 4, Евро 5. Комбинация каталитического покрытия из двух компонентов, палладия и родия, при их количественном массовом соотношении 3,0-40,0 позволяет длительное время сохранять активность нейтрализатора и оптимизировать содержание драгметаллов.
При плотности ячеек в керамическом блоке в пределах 30-140 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока, как показали проведенные испытания, имеет место наибольшее снижение токсичности выхлопных газов при значительном ресурсе эффективной работы нейтрализатора с обеспечением интенсивного протекания окислительно-восстановительных процессов очистки при высокой активности катализатора. При плотности ячеек менее 30 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока не удается достичь степени очистки, соответствующей требованиям экостандартов Евро 3, Евро 4, Евро 5, так как в этом случае поверхности ячеек и, соответственно, общей поверхности каталитического покрытия недостаточно для эффективного протекания окислительно-восстановительных процессов очистки во всем объеме проходящих через каталитический блок выхлопных газов. При плотности ячеек более 140 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока повышения степени очистки практически не наблюдается, в то время как присутствует существенное повышение как гидросопротивления блока, так и расхода драгметаллов.
На фиг.1 представлен каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов бензинового ДВС.
Каталитический блок нейтрализатора представляет из себя выполненный из инертной керамики блок 1 с ячеистой структурой, поверхности ячеек 2 которого снабжены каталитическим покрытием 3, содержащим драгоценные металлы, в качестве которых используют палладий и родий при количественном массовом соотношении палладий/родий 3,0-40,0 при удельном содержании общего количества драгоценных металлов в объеме керамического блока 1 в пределах 0,25-6,5 г/дм3, при этом плотность ячеек 2 в керамическом блоке 1 составляет 30- 140 ячеек на квадратный сантиметр поперечного сечения керамического блока 1.
Работа каталитического блока нейтрализатора осуществляется следующим образом. Отработавшие газы из цилиндров ДВС поступают на вход блока 1, проходят через его ячейки 2, в которых под воздействием каталитического покрытия 3, выполненного из палладия и родия, происходят каталитические окислительно-восстановительные реакции очистки от токсичных веществ до уровня норм Евро 3, Евро 4 или Евро 5, и далее через систему шумоглушения очищенные газы поступают в атмосферу.
Каталитический блок нейтрализатора отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания изготавливают любым известным специалистам промышленным способом в виде керамического блока, имеющего ячеистую структуру, на который осаждают палладий и родий в высокодисперсной форме.
Каталитический блок нейтрализатора отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания, выполненный в соответствии с предлагаемым техническим решением, позволяет эффективно снижать токсичность отработавших газов, длительное время сохранять его активность и уменьшить содержание драгметаллов.
Каталитический блок нейтрализатора системы выпуска отработавших газов бензинового двигателя внутреннего сгорания, выполненный в виде керамического блока с ячеистой структурой, поверхность ячеек которого снабжена каталитическим покрытием, содержащим драгоценные металлы, в качестве которых используют палладий и родий, отличающийся тем, что количественное массовое соотношение палладий/родий составляет 3,0-40,0 при удельном содержании общего количества палладия и родия в объеме керамического блока в пределах 0,25-6,5 г/дм3, при этом плотность ячеек в керамическом блоке составляет 30-140 ячеек на 1 см2 поперечного сечения керамического блока.
