Каталитический нейтрализатор

 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к автомобилестроению, в частности к средствам снижения токсичности отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Каталитический нейтрализатор содержит корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором, при этом осевые линии сопряженных впадин и вершин гофр предыдущего и последующего слоев расположены под углом 0-60^o. Высоты предыдущего носителя к последующему соотносятся в пределах 1:1-1:2. Между каталитическими носителями образованы уравнительные смесительные камеры, суммарный объем которых равен 0,01-0,04 внутреннего объема корпуса. Оси сопряженных впадин и вершин гофра первого носителя параллельны оси нейтрализатора, а шаг волны гофра постоянный или переменный. Угол пересечения гофр предыдущего и последующего слоев носителей меняется непрерывно или ступенчато. Изобретение позволяет уменьшить количество вредных веществ в воздухе от работы ДВС. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к автомобилестроению, в частности к средствам снижения токсичности отработавших газов ОГ двигателей внутреннего сгорания ДВС.

Известен каталитический нейтрализатор, содержащий корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители, каждый из которых образован, по крайней мере, из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором (патент США 4753918, НКИ 502-439, 1988 г.).

Данное устройство обладает рядом недостатков, а именно: высокая токсичность ОГ транспортных средств; наличие большого количества СО, СН и других вредных веществ в отработавших газах ДВС автомобилей.

Известен также каталитический нейтрализатор, содержащий корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители, каждый из которых образован, по крайней мере, из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором (патент США 5002923, НКИ 502-439, 1991 г.).

Данное изобретение обладает указанными выше недостатками: высокой токсичностью ОГ, наличием у них большого количества СО, СН и других вредных веществ.

Известен также каталитический нейтрализатор, содержащий корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители, каждый из которых образован, по крайней мере, из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором, при этом осевые линии сопряженных впадин и вершин гофров предыдущего и последующего слоев расположены под углом друг к другу (патент США 4278639, МКИ В 01 D 53/36, 1979 г.).

Основными недостатками, затрудняющими получение требуемого технического результата, являются высокая токсичность ОГ транспортных средств, наличие большого количества СО, СН и других вредных веществ в отработавших газах ДВС автомобилей.

Данное техническое решение принято за прототип.

Изобретение направлено на решение задачи уменьшения количества вредных веществ в воздухе от работы двигателей внутреннего сгорания.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в снижении токсичности ОГ транспортных средств путем уменьшения количества СО, СН и других вредных веществ в отработавших газах ДВС автомобилей.

Изобретение характеризуется следующими общими и частными существенными признаками.

Каталитический нейтрализатор, содержащий корпус, выполненный в виде пустотелой емкости с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители, каждый из которых образован, по крайней мере, из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором, при этом осевые линии сопряженных впадин и вершин гофров предыдущего и последующего слоев расположены под углом друг к другу, в котором между каталитическими носителями образованы уравнительные смесительные камеры, суммарный объем которых равен 0,01-0,4 внутреннего объема корпуса нейтрализатора, высоты предыдущего носителя к последующему соотносятся в пределах 1:1-1:2, при этом угол между осевыми линиями сопряженных впадин предыдущего и последующего слоев составляет 0-60^o с ориентированием вершин углов в сторону входного патрубка нейтрализатора.

У первого носителя осевые линии сопряженных впадин и вершин гофр гофрированных лент параллельны оси нейтрализатора.

Одна из лент каталитического носителя выполнена плоской.

Угол пересечения гофр предыдущего и последующего слоев носителей меняется выборочно непрерывно или ступенчато.

Каталитические носители выполнены в виде одного целого съемного блока.

Возможность осуществления данного изобретения с реализацией указанного заявителем назначения характеризуется использованием признака, выраженного общим понятием - между каталитическими носителями образованы уравнительные смесительные камеры, суммарный объем которых равен 0,01-0,4 внутреннего объема корпуса нейтрализатора, высоты предыдущего носителя к последующему соотносятся в пределах 1:1-1:2, при этом угол между осевыми линиями сопряженных впадин предыдущего и последующего слоев составляет величину 0-60^o с ориентированием вершин углов в сторону входного патрубка нейтрализатора.

На фиг.1 представлен общий вид нейтрализатора; на фиг.2 - вариант расположения двух носителей; на фиг.3 - вариант расположения 4-х носителей; на фиг. 4 - общий вид носителя с гофрированными лентами; на фиг.5 - фрагмент ленты на фиг.4.

Получение заданного технического результата при осуществлении изобретения достигается тем, что каталитический нейтрализатор, содержащий корпус 1, выполненный в виде пустотелой емкости с входным 2 и выходным 3 патрубками, в котором размещены каталитические носители 4, каждый из которых образован, по крайней мере, из двух спирально намотанных гофрированных лент 5, покрытых катализатором (не показан). При этом осевые линии "а" и "б" сопряженных впадин и вершин гофров предыдущего и последующего слоев расположены под углом друг к другу (фиг.4, 5).

Между каталитическими носителями 4 образована уравнительная смесительная камера 6, суммарный объем которой равен 0,01-0,4 внутреннего объема корпуса нейтрализатора. От объема камеры 6 зависит качество очистки ОГ через второй (и последующие, фиг.3) носители 4, поскольку в уравнительной камере происходит равномерное распределение вредных веществ в ОГ за счет перемешивания. Это, в свою очередь, позволяет одновременно и равномерно охватывать отработавшими газами катализаторное покрытие носителей, что обеспечивается в указанном диапазоне соотношений объема уравнительных камер и корпуса 1.

Высоты предыдущего носителя к последующему соотносятся в пределах 1:1 и вершин гофр - 1:2, при этом угол между осевыми линиями сопряженных впадин и вершин гофр предыдущего и последующего слоев составляет 0-60^o с ориентированием вершин углов в сторону входного 2 патрубка нейтрализатора.

В другом варианте исполнения у первого носителя осевые линии сопряженных впадин и вершин гофр гофрированных лент параллельны оси нейтрализатора.

Еще один вариант исполнения предусматривает то, что одна из лент каталитического носителя выполнена плоской (не показано).

Также вариантом выполнения нейтрализатора является изменение угла пересечения гофр предыдущего и последующего слоев носителей выборочно непрерывно или ступенчато.

Изобретение предусматривает выполнение каталитических носителей в виде одного целого съемного блока (не показан).

Изобретение иллюстрируется примерами.

Одним из наиболее важных принципов создания данного изобретения является достижение определенного минимума в перепаде давлений в нейтрализаторе, что занимает в примерах центральное место.

Пример 1. Нейтрализатор с двумя цилиндрическими ячеистыми носителями, каждый из которых составлен из двух лент, гофрированных под изменяющимся углом 0-60^o друг к другу от центра к краю носителя, установлен на автомобиле ГАЗ-3102 с двигателем ЗМЗ 4062.10. На носитель нанесена пористая подложка на основе оксида алюминия и активный компонент, содержащий платину, палладий, родий. Автомобиль испытывался на роликовом стенде ZOLLNER. Анализ газов проведен комплексным газоанализатором SAE-8536 "ЯНАКО", перепад давлений измерен U-образным водяным манометром.

Эффективность нейтрализатора при выполнении автомобилем горячего цикла составляет по СО - 98%, по СН - 94%, по NО_х - 21%.

Значение максимальной скорости автомобиля с нейтрализатором ниже, чем без него (161 и 171 км/ч соответственно). Это объясняется высоким газодинамическим сопротивлением данного нейтрализатора и определяет верхний предел угла пересечения гофр между собой.

Результаты замера перепадов давлений в нейтрализаторе представлены в табл. 1, 2.

Пример 2. Нейтрализатор с двумя ячеистыми носителями, каждый из которых составлен из двух металлических лент, гофрированных под изменяющимся углом 0-20^o друг к другу от центра к краю носителя. Общий объем сотового нейтрализатора 1,7 л. Нейтрализатор установлен на автомобиль ВАЗ 21102 на базе испытательного оборудования согласно требованиям Директивы 94/12 ЕЭС (ЕВРО-2). На носитель нанесена пористая керамическая подложка на основе оксида алюминия и активный компонент, содержащий платину, палладий, родий.

Как видно из табл.2, нейтрализатор удовлетворяет техническим требованиям по перепаду давлений. Испытания на токсичность показали, что автомобиль с данным нейтрализатором соответствует требованиям Директивы 94/12 (ЕВРО-2) с запасом по СО - 85%, по СН+NО_х - 30%.

Пример 3. Нейтрализатор с двумя ячеистыми носителями, один из которых составлен из плоской и гофрированной лент с параллельными каналами, а второй - аналогичен примеру 2. Высота первого носителя меньше, чем высота второго носителя. Нейтрализатор установлен на автомобиле УАЗ-3160.

Результаты испытаний приведены в Приложении 1 (Протокол испытаний в Государственном научном центре РФ "Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторньй институт НАМИ") Результаты испытаний нейтрализатора (маркированного для целей идентификации "нейтрализатор ООО "ЮНОНА") показали его соответствие требованиям ЕЭК ООН 83 (тип В. ЕВРО-1) на токсичность с запасом по СО - 68% и СН+NO_х - 17%.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявлено средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения, и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат. Т. е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть использовано промышленным способом в машиностроении и других областях народного хозяйства, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо. В первичных материалах заявки описаны средства и методы осуществления изобретения в виде, указанном в формуле изобретения. Осуществление изобретения по любому из пунктов формулы изобретения показывает возможность реализация указанного назначения изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Работа устройства и способ его использования осуществляются следующим образом.

Отработавшие газы поступают в патрубок 1 нейтрализатора, где, проходя через каналы в гофрированных частях, очищаются катализатором от токсичных веществ до требуемого стандартами уровня и выбрасываются через патрубок 2 в выхлопную трубу, а далее в атмосферу.

Использование данного изобретения позволит повысить конкурентоспособность отечественных автомобилей за счет соответствия их экологической безопасности мировым стандартам, а также значительно снизить загрязненность воздуха в населенных пунктах токсичными компонентами отработавших газов автомототранспортных средств, а также силовых и энергетических установок на базе двигателей внутреннего сгорания.

Формула изобретения

1. Каталитический нейтрализатор, содержащий корпус, выполненный в виде пустотелой емкости, с входным и выходным патрубками, в котором размещены каталитические носители, каждый из которых образован по крайней мере из двух спирально намотанных гофрированных лент, покрытых катализатором, при этом осевые линии сопряженных впадин и вершин гофр предыдущего и последующего слоев расположены под углом друг к другу, отличающийся тем, что между каталитическими носителями образованы уравнительные смесительные камеры, суммарный объем которых равен 0,01-0,4 внутреннего объема корпуса нейтрализатора, высоты предыдущего носителя к последующему соотносятся в пределах 1: 1-1: 2, при этом угол между осевыми линиями сопряженных впадин и вершин гофр предыдущего и последующего слоев составляет 0-60^o с ориентированием вершин углов в сторону входного патрубка нейтрализатора.

2. Каталитический нейтрализатор по п. 1, отличающийся тем, что у первого носителя осевые линии сопряженных впадин и вершин гофр гофрированных лент параллельны оси нейтрализатора.

3. Каталитический нейтрализатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что угол пересечения гофр предыдущего и последующего слоев носителей меняется непрерывно или ступенчато.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6