Устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания

 

Сущность изобретения: устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания с двухстадийной очисткой, содержащее корпус, имеющий впускной патрубок, размещенный в корпусе, первый каталитический блок, выполненные в виде труб и связанные между собой через камеру, источник подачи воздуха и выпускной патрубок, сообщенный с вторым блоком, снабжено дополнительным корпусом с торцовыми стенками и тангенциальным перепускным окном, выполненным на его боковой поверхности, второй каталитический блок установлен в дополнительном корпусе, частично размещенном в камере, и связан с последней через перепускное окно, впускной патрубок установлен на корпусе тангенциально, на боковых поверхностях корпуса каталитических блоков выполнены тангенциальные щелевые отверстия, блоки установлены в корпусах с зазором, причем внутренние стенки корпусов, внутренние и наружные поверхности труб блоков снабжены каталитическим покрытием, источник подачи воздуха выполнен в виде центрального сопла с сетчатым колпаком, закрепленным на одной из торцовых стенок дополнительного корпуса, а выпускной патрубок размещен на другой торцовой стенке, при этом щелевые отверстия первого каталитического блока выполнены в направлении противоположном направлению впускного патрубка, и отношение суммарной площади тангенциальных щелевых отверстий первого и второго каталитического блока к поперечному сечению труб составляет 0,2 0,05. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к очистке выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство для нейтрализации выхлопных газов, выполненное в виде корпуса, снабженного входным и выходным патрубками, причем внутри корпуса смонтирован цилиндрический сотовый реактор.

Недостатками этого устройства являются большая сложность изготовления сотового керамического реактора и достаточно низкая эффективность очистки из-за прямолинейности газового потока и малого времени контакта газов с сотами реактора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус, имеющий впускной патрубок, размещенный в корпусе первый каталитический блок и второй каталитический блок, выполненные в виде труб и связанные между собой через камеру, источник подачи воздуха и выпускной патрубок, сообщенный с вторым блоком.

Однако такое устройство отличается недостаточной эффективностью очистки из-за малого времени контакта газов с поверхностью катализатора при большой скорости движения газов.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания.

Для этого в устройстве для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания обеспечивается двухстадийная, многократная циркуляция выхлопных газов вдоль каталитических поверхностей, а следовательно, увеличивается время контакта газов с каталитическими поверхностями и создается в каждом каталитическом блоке необходимая атмосфера.

Очистка выхлопных газов производится в двух каталитических блоках, выполненных в виде труб, установленных в основном и дополнительном корпусах, связанных между собой промежуточной камерой, с торцовыми стенками и тангенциальным перепускным окном, выполненным на его боковой поверхности, второй дополнительный корпус частично размещен в камере и связан с последней через перепускное окно, впускной патрубок установлен на корпусе тангенциально, на боковых поверхностях корпусов каталитических блоков выполнены тангенциальные щелевые отверстия, блоки установлены в корпусах с зазором, причем внутренние стенки корпусов, внутренние и наружные поверхности труб блоков снабжены каталитическим покрытием, источник подачи воздуха выполнен в виде центрального сопла с сетчатым колпаком, закрепленным на одной из торцовых стенок дополнительного корпуса, а выпускной патрубок размещен на его другой торцовой стенке. Тангенциальные отверстия первого каталитического блока выполнены в направлении, противоположном направлению впускного патрубка, причем отношение суммарной площади тангенциальных щелевых отверстий первого и второго каталитического блока и площади поперечного сечения труб составляет 0,2-0,05.

На фиг. 1 изображен горизонтальный разрез предлагаемого устройства; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 вид В на фиг. 1; на фиг. 5 вид Г на фиг. 1.

Устройство для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус 1, внутренняя поверхность которого имеет каталитическое покрытие 2. Внутри корпуса 1 с образованием кольцевого зазора установлен каталитический блок 3, выполненный в виде труб с щелевыми тангенциальными отверстиями 4, размещенными на расчетном расстоянии друг от друга на корпусе блока. Внутренняя и наружная поверхность каталитического блока 3 имеют каталитическое покрытие 5. Проведенной экспериментальной работой установлено, что суммарная площадь f щелевых отверстий 4 должна относиться к площади живого сечения F трубы каталитического блока 3 f/F в пределах 0,2-0,05, причем при f/F=0,2 снижается эффективность очистки, при f/F=0,05 неоправданно возрастают потери мощности двигателя. Корпус 1 имеет впускной патрубок 6, который установлен тангенциально по отношению к корпусу 1. Направление щелевых тангенциальных отверстий 4, выполненных по окружности каталитического блока 3, противоположно направлению впускного патрубка 6. Со стороны, противоположной впускному патрубку, установлена промежуточная камера 7, посредством которой соединяется дополнительный корпус 8, часть которого расположена в промежуточной камере 7, выполненной с тангенциальным перепускным окном 9 для прохода выхлопных газов. Внутри дополнительного корпуса 8 с образованием кольцевого зазора установлен дополнительный каталитический блок 10, на наружной и внутренней поверхностях которого имеет каталитическое покрытие 11. На боковой поверхности каталитического блока 10 выполнены щелевые тангенциальные отверстия 12. На торцовой стенке каталитического блока 10 установлен выпускной патрубок 13. На торцовой стенке корпуса 8 установлены служащие источником подачи воздуха сопло 14 и сетчатый колпак 15, защищающий входное отверстие сопла 14 от загрязнения.

Устройство работает следующим образом.

Выхлопные газы с температурой 400-450^оС поступают в патрубок 6 и далее попадают в кольцевой зазор между корпусом 1 и каталитическим блоком 3, при этом газ многократно циркулирует по кольцевому зазору со скоростью, равной скорости входа, и далее поступает через щелевидные отверстия 4 во внутреннюю полость каталитического блока 3, где продолжается вихревое движение газов с изменением направления движения потока. Выхлопные газы, поступающие в корпус 1, имеют коэффициент избытка воздуха 1. При 400-450^оС на катализаторе происходит восстановление окислов азота за счет присутствия СО. Из каталитического блока 3 газы поступают в промежуточную камеру 7, из которой через перепускное окно 9 поступают в кольцевой зазор, образованный дополнительным корпусом 8 и каталитическим блоком 10, далее через тангенциальные щелевые отверстия 12 подаются во внутреннюю полость каталитического блока 10. Благодаря вихревому движению газов на оси внутренней полости каталитического блока 10 образуется разрежение, которое обеспечивает подачу атмосферного воздуха в каталитический блок 10 через сопло 14, увеличивает коэффициент избытка воздуха до 1,02-1,05 и обеспечивает окисление СО и C_nH_m до СО₂ и Н₂О. Очищенные газы выводятся через выпускной патрубок 13.

Учитывая многократное преломление потока выхлопных газов, предлагаемое устройство может одновременно служить глушителем звука. Кроме того, оно может быть также использовано для очистки отходящих газов промышленных выбросов.

Конструкция предлагаемого устройства прошла ряд испытаний. Аэродинамика и геометрические размеры устройства отработаны на холодной модели. Разработаны рабочие чертежи пилотной установки устройства для проведения натурных испытаний. Пилотная установка проходит комплекс натурных испытаний на стенде.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее основной корпус, имеющий размещенный в нем впускной патрубок, первый и второй каталитические блоки, выполненные в виде труб и связанные между собой через камеру, источник подачи воздуха и выпускной патрубок, сообщенный с вторым каталитическим блоком, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, оно снабжено дополнительным корпусом с торцевыми стенками и тангенциальным перепускным окном, выполненным на его боковой поверхности, второй каталитический блок установлен в дополнительном корпусе, частично размещенном в камере, и связан с последней через перепускное окно, впускной патрубок установлен на основном корпусе тенгенциально, на боковых поверхностях основного корпуса и каталитических блоков выполнены тангенциальные щелевые отверстия, блоки установлены в корпусах с зазором, причем внутренние стенки корпусов и наружные и внутренние поверхности труб блоков снабжены каталитическим покрытием, источник подачи воздуха выполнен в виде центрального сопла с сетчатым колпаком, закрепленного на одной из торцевых стенок дополнительного корпуса, а выпускной патрубок размещен на его другой торцевой стенке.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тангенциальные щелевые отверстия первого каталитического блока выполнены в направлении, противоположном направлению впускного патрубка.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что отношение суммарной площади тангенциальных щелевых отверстий первого и второго каталитических блоков к площади поперечного сечения его трубы составляет 0,2 0,05.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5