Устройство для нейтрализации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно автомобилестроения, а именно, к устройствам каталитической очистки и снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), для предотвращения попадания высокотоксичных компонентов (СО, СН, NOx), находящихся в продуктах сгорания ДВС, в окружающую среду. Технический результат полезной модели заключается в достижении высокой степени очистки выхлопных газов, увеличении времени работы и снижении габаритов. Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство для нейтрализации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания содержит корпус в виде цилиндрического сосуда, с входным патрубком для соединения с двигателем и выходным патрубком для соединения с выходной газовой магистралью, трубчатый рассекатель газов, закрепленный в корпусе в проницаемой оболочке металлический катализатор, в качестве которого используют, полученный в режиме горения, полиметаллический сплав металлов Ni, Fe, Со, Мn и Аl, с высокоразветвленной, наноструктурированной, активной поверхностью, с размерами гранул не более 3,5 мм и удельной поверхностью не менее 10 м²/г. 1 табл., 1 ил.

Полезная модель относится к области машиностроения, преимущественно автомобилестроения, а именно, к устройствам (конструкциям) для нейтрализации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (ДВС), снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и для предотвращения попадания высокотоксичных компонентов (СО, СН, NOx), находящихся в продуктах сгорания ДВС, в окружающую среду.

Известно устройство для низкотемпературной нейтрализации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, которое содержит корпус с входным и выходным патрубками и закрепленный в корпусе катализатор, при этом корпус устройства выполнен овального, круглого или прямоугольного переменного по длине сечения при соотношении площадей выходного и входного патрубков, взятом (1,4-3,2):1, катализатор выполнен проницаемым для выхлопных газов из неблагородных металлов или их сплавов со свободной энергией 5-30 ккал/моль, причем устройство крепится на срезе выхлопной трубы с зазором (RU 2116472 C1, F01N 3/28, 27.07.1998). Известное устройство обеспечивает необходимую степень очистки выхлопных газов от оксидов углерода и азота без применения для катализа дорогостоящих благородных металлов и дополнительного нагрева выхлопных газов. Недостатком известного устройства является низкая степень очистки отработанных газов от монооксида углерода СО (не более 25%) и NOx (15%).

Известен каталитический нейтрализатор отработанных газов ДВС, который содержит корпус с впускным и выпускным патрубками, сетки с катализатором, стакан, полости которого заполнены металлической стружкой или проволокой из нержавеющей стали, молибдена или вольфрама, и регулирующим кольцом, которое регулирует доли потоков газа, проходящих через различные полости путем перекрытия в большей или меньшей степени отверстий для выхода газа, а катализатор выполнен в виде пористых таблеток, пористой керамики или перфорированной металлической ленты с нанесенными на ее поверхность каталитически активными материалами (RU 2253021 С2, F01N 3/28, 27.05.2005). Использование каталитических материалов позволяет с помощью разработанной конструкции каталитического нейтрализатора удалять из выхлопных газов ДВС такие экологически опасные составляющие, как аэрозоли (до 100%), углеводороды (до 100%), монооксид углерода (до 90%), масляные составляющие (до 100%). Недостатком известного устройства является достаточно низкая степень очистки выхлопных газов от монооксида углерода (до 90%) и большой расход катализатора. Сложность конструкции с переключающим диском, при этом при переключении потока газов на внутреннюю полость происходит просто грубая фильтрация газов без их каталитической нейтрализации.

Задачей полезной модели является создание эффективного, простого в исполнении, универсального и недорогого устройства для каталитической очистки выхлопных газов ДВС от экологически опасных составляющих.

Технический результат полезной модели заключается в достижении высокой степени очистки выхлопных газов, увеличении времени работы устройства, снижении его габаритов, при снижении расхода использованного катализатора.

Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство для нейтрализации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания содержит корпус в виде цилиндрического сосуда, с входным патрубком для соединения с двигателем и выходным патрубком для соединения с выходной газовой магистралью, трубчатый рассекатель газов, закрепленный в корпусе в проницаемой оболочке металлический катализатор, в качестве которого используют, полученный в режиме горения, полиметаллический сплав металлов Ni, Fe, Со, Мn и Аl, с высокоразветвленной, наноструктурированной, активной поверхностью, с размерами гранул не более 3,5 мм и удельной поверхностью не менее 10 м/г. Полиметаллический сплав содержит указанные металлы при следующем соотношении, мас.%: Ni 16-41; Fe 18-44; Со 6-8; Mn 2-2,5; Аl остальное.

На фиг. представлен общий вид устройства (а), общая схема устройства (б) в разрезе и вид участка каталитического слоя (с). Устройство содержит корпус 1, входной 2 и выходной 3 патрубки, рассекатель газов 4, проницаемую оболочку 5, в которой находится катализатор 6.

Устройство по полезной модели имеет товарное наименование фильтры каталитические газоочистные (ФКО). Виды (модели) фильтров отличаются между собой габаритами и диаметрами патрубков.

Принцип действия устройства (фильтра) основан на глубоком окислении (дожигании) на поверхности катализатора токсичных примесей оксида углерода (СО) и углеводородов (СНх) до уровня ниже гигиенических нормативов ГН 2.1.6.1338-03.

Результатов испытаний фильтров ФКО при очистке отработавших газов двигателей от вредных примесей (форма по ГОСТ Р 51249-99) представлены в таблице. Из представленных данных следует, что ПДК монооксида углерода, СО в рабочей зоне снижается на 95%

Снижается также содержание оксидов азота (NOx) в пересчете на NO₂ на 95%.

Из представленных данных также следует, что ресурс работы фильтра составляет 150 часов при максимальной температуре его работы 600°С, что значительно эффективнее известных аналогов.

Таким образом, устройство за счет использования нового катализатора - полиметаллического сплава металлов Ni, Fe, Со, Mn и Аl, полученного в режиме горения, имеющего высокоразветвленную, наноструктурированную, поверхностью, имеет более высокие эксплуатационные показатели относительно известных и может быть успешно использовано для снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и для предотвращения попадания высокотоксичных компонентов (СО, СН, NOx), находящихся в продуктах сгорания ДВС в окружающую среду.

Таблица
п.п.	Наименование показателя	Модель фильтра ФКО
1	2	3
1	Максимальная рабочая температура (газов на входе), °С, не более	600	600	600
2	Ресурс работы фильтра (время работы при эффективной очистке газов), час, не менее*)	150	150	150
3	Степень очистки выхлопных газов, %, не менее	95	95	95
4	Присоединительный (наружный) диаметр (входного/ выходного) патрубков, мм	97/100	100/108	210/220
5	Габаритные размеры фильтра** (без присоединительных патрубков), мм: диаметр выcoтa)	345 1100	340 1200	525 1400
6	Масса фильтра в сборе, кг	45	75	110
Примечания: - *) Ресурс работы фильтра может быть продлен за счет смены или регенерации катализатора (по согласованию с потребителем).
**) Фильтры поставляются с присоединительными патрубками длиной не более 250 мм, по согласованию с потребителем длина присоединительных патрубков может изменяться.

Устройство для нейтрализации выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания содержащее корпус в виде цилиндрического сосуда, с входным патрубком для соединения с двигателем и выходным патрубком для соединения с выходной газовой магистралью, закрепленный в корпусе в проницаемой оболочке металлический катализатор, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит трубчатый рассекатель газов, а в качестве катализатора используют полученный в режиме горения полиметаллический сплав металлов Ni, Fe, Со, Мn и Аl с высокоразветвленной наноструктурированной активной поверхностью, с размерами гранул не более 3,5 мм и удельной поверхностью не менее 10 м² /г.