Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с патрубками, трубку с перфорацией и наружными винтовыми поверхностями, емкость с жидкостью, испаритель с рассекателем , источник высокого напряжения, электроды катализатора спирального вида, фильтрующий элемент, поддон корпуса, контур температурной стабилизации с теплообменником , термостатом и радиатором, а также датчик температуры катализатора, которым являются электроды и датчик температуры жидкости, подключенные к входам блока управления, выходы которого подключены к электродам катализатора и обмотке электромагнитного клапана, установленного между вентилем емкости и полым испарителем, а источник тока высокого напряжения подключен через выходы блока управления к электродам катализатора и электродам электроосмотического осушителя сменного фильтрующего элемента, а кожух корпуса выполнен в виде кольцевого параболического рефлектора инфракрасного излучения и на внешней поверхности снабжен теплоизоляционным покрытием. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.. ел

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)ю F01 N 3/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4874288/06 (22) 17.10.90 (46) 07.05.93. Бюл. N 17 (76) Н.Л. Егин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1763685, кл. F 01 N 3/08, 1989, 1992. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБО..

ТАВЩИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Использование: для очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с патрубками, трубку с перфорацией и наружными винтовыми поверхностями, емкость с жидкостью, испаритель с рассекателем, источник высокого напряжения, электроды катализатора спирального вида, фильтрующий элемент, поддон корпуса, контур температурной стабилизации с тепИзобретение относится к устройствам очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от вредных примесей.

Цель изобретения — повышение эффективности.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — электрическая принципиальная схема блока управления устройства, Устройство состоит из кожуха 1, выполненного в виде кольцевого параболического рефлектора инфракрасного излучения, снаружи покрытого теплоизоляцией, Кожух 1

l снабжен входным патрубком 2 и соединен с корпусом 3, который имеет выходной патрубок 4 на прижимной крышке 5. Под крышкой

5 в корпусе 3 установлен сменный фильтрующий элемент 6, выполненный из боросилилообменником, термостатом и радиатором, а также датчик температуры катализатора, которым являются электроды и датчик температуры жидкости, подключенные к входам блока управления, выходы которого подключены к алек родам катализатора и обмотке электромагнитного клапана, установленного между вентилем емкости и полым испарителем, а источник тока высокого напряжения подключен через выходы блока управления к электродам катализатора и электродам электроосмотического осушителя сменного фильтрующего элемента, а кожух корпуса выполнен в виде кольцевого параболического рефлектора инфракрасно- ф го излучения и на внешней поверхности снабжен теплоизоляционным покрытием. 1 з,п. ф-лы, 2 ил. катной или базальтовой ваты. Корпус 3 выполнен из пластмассы и снабжен в нижней части герметичным поддоном 7 для жидкости, которая поступает из сменного фильтрующего элемента 6 через перфорации 8 в нижней стенке корпуса 3. Корпус 3, фильтрующий элемент 6 и поддон 7 установлены в кольцевых выемках крышки 5 и стального кожуха 1, которые фиксируются стяжками 9 с упругими элементами 10.

Внутри кожуха 1 на керамических клеммах 11 установлен испаритель 12 с рассекателем 13 отработавших газов, выполненный из жаропрочного материала, на котором нанесены покрытия катализатором, например, из никельхромового сплава в виде спиральных элементов 14. Первые концы . всех электродов 14 соединены между собой

1814692 и подключены к нижней клемме 11, а вторые . концы соединены между собой кольцом 15 и подключены к верхней клемме 11. Внутри полого испарителя 12 установлен датчик 16 температуры жидкости, выполненный в виде терморезистора, а датчиком температуры катализатора являются электроды 14, которые подключены к первому входу блока управления 17 мерез верхнюю клемму 11, а датчики 16- к второму входу блока управления 17. Первый выход блока 17 подключен к электродам 14 катализатора через нижнюю клемму 11, а второй выход — к обмотке управляемого электромагнитного клапана 18, который установлен между полостью испарителя 12 и вентилем 19 емкости 20 с жидкостью, например водой. Вентиль 19 кинематически связан с педалью 21 управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания, Внутренняя полость испарителя 12. соединена переходником 22 .с контуром 23 температурной стабилизации пара, который состоит иэ теплообменника

24, расположенного внутри корпуса контура

23, наружная поверхность которого содержит винтовые поверхности 25, Контур 23 снабжен термостатом 26, вход которого соединен с выходом теплообменника 24, а выход — с входом охлаждающего радиатора 27, выход которого соединен с входом теплообменника 24. Внутренняя полость корпуса 23 соединена с трубой 28, которая снабжена перфорациями и наружными винтовыми поверхностями 29. Труба 28 установлена в кольце 30, которое закреплено в выходном патрубке 4 на дистанционных шпильках 31.

Внутренняя полость герметичного поддона

7 соединена трубопроводом 32 с входом жидкостного фильтра 33, выход которого соединен с входом емкости 20. Источник тока высокого напряжения 34 подключен через третий выход блока управления 17 к электродам катализатора 14 и через четвертый выход блока управления 17 к электродам 35 электроосмотического осушителя 36 сменного фильтрующего элемента 6. При этом положительный полюс источника тока подключен к внутреннему сетчатому электроду

35, а отрицательный полюс — к наружному сетчатому электроду 35 на сменном фильтрующем элементе 6.

Блок управления 17 состоит из мостовой схемы 37, в которую включены электроды 14 катализатора, одновременно являющиеся датчиком температуры катализатора и первым входом блока управления, а также резистор 38 и конденсаторы 39, 40.

В одну диагональ мостовой схемы 37 подключен генератор 41 переменного тока, а во вторую диагональ — детектор, выполненный на диодах 42 и 43. Выход детектора подключен к входу усилителя 44, выход которого подключен через резисторы 45 и 46 к управляющим электродам тиристоров 47 и 48, которые коммутируют цепи питания источника тока низкого напряжения к электродам 14 катализатора и являются первым выходом блока управления 17. Для селекции сигналов постоянного и переменного токов на электродах 14 катализатора подключены конденсаторы 49 и 50. Датчик 51 температуры жидкости выполнен в виде терморезистора, подключен к управляюще5

10 литуда которых больше, чем амплитуда отрицательных импульсов, поступающих с мостовой схемы 37 через диод 43 на инвертирующий вход усилителя 44. На выходе усилителя 44 формируются положительные импульсы, которые поступают на управляющие электроды тиристоров 47, 48 и 57. Тиристоры 47 и 48 с анодным управлением полностью открываются и коммутируют низкое напряжение +12В и — 12В к электро50

55 дам 14 катализатора, которые нагреваются постоянным током до рабочей температуры, Тиристор 57 с катодным управлением закрыт и отключает высокое напряжение исму электроду транзистора 52 вместе с дели15 телем напряжения на резисторах 53 и 54 и является вторым входом блока управления

17. Выход транзистора 52 подключен к управляющему электроду третьего тиристора

55, который коммутирует обмотку управле20 ния 56 электромагнитного клапана 18 и является вторым выходом блока управления

17. Источник тока 34 высокого напряжения подключен через четвертый тиристор 57, выход которого является третьим выходом блока управления к электродам 14 катализатора и через делитель высокого напряжения на резисторах 58 и 59, выход которого является четвертым выходом блока управления — к электродам 35 электроосмотического

30 осушителя 36 сменного фильтрующего элемента 6, Ток низкого напряжения поступает на обмотку управления 56 электромагнитного клапана 18 и на транзистор 52 через выключатель 60.

35 Устройство работает следующим обра зом.

На режиме запуска и прогрева холодного двигателя электроды 14 катализатора, выполненные из никельхромового сплава, 40 имеют низкую температуру и низкое сопротивление переменному току, который протекает в мостовой схеме 37 от генератора 41.

Поэтому баланс мостовой схемы 37 нарушен и через детектирующий диод 42 на не45 инвертирующий вход усилителя 44 поступают положительные импульсы, амп1814692 точника 34 от электродов 14, исключая короткое замыкание источников тока. Постоянный ток электродов 14 не нарушает работу генератора 41, детекторов 42, 43 и усилителя 44 за счет использования разделительных конденсаторов49и50. На нагретом катализаторе протекает окислительно-восстановительная реакция, когда окись углерода окисляется до углекислого газа, а окислы азота восстанавливаются до атомарного азота, что значительно повышает эффективность устройства на данном режиме, Поскольку температура выхлопных газов на данном режиме недостаточна для интенсивного парообразования жидкости в испарителе 12, то необходимы дополнительные ограничения подачи жидкости из емкости 20 через вентиль 19 в испаритель

12 для предотвращения затопления корпуса

1 жидкостью и ее перерасхода. Сопротивление терморезистора 51, помещенного в испаритель 12 при низких температурах велико, поэтому с делителя напряжения 53 и 54 на базу транзистора 52 через включенный тумблер 60 поступает положительный потенциал, который закрывает транзистор

52. Поэтому на управляющий электрод тиристора 55 с анодным управлением поступает через резистор 54 отрицательный уровень, который ограничивает ток.тиристора 55 через обмотку управления электромагнитного клапана 18. Количества жидкости, поступающей в испаритель 12, не превышает количества испарившейся жидкости при текущих значениях ее температуры, Значительно снижается расход жидкости, а также расход электроэнергии на нагревание катализатора, поскольку инфракрасное излучение выхлопных газов и электродов 14 катализатора концентрируется параболическим рефлектором 1 корпуса на поверхности катализатора. Теплоизоляционное покрытие внешней поверхности корпуса 1 дополнительно снижает тепловые потери, поэтому температура катализатора

14 и жидкости в испарителе 12 быстро достигает рабочих значений.

На последующих режимах работы прогретого двигателя на различных нагрузках водитель воздействует на педаль 21 управ ления подачей топлива в двигатель, изменяя количество сжигаемого топлива и величину поступающих в устройство выхлопных газов. Пропорционально этой величине изменяется подача жидкости через вентиль 19, кинематически связанный с педалью 21. При этом управляющий электромагнитный клапан 18 дополнительных ограничений не вносит, так как полностью открыт током через тиристор 55. В свою очередь, тиристор 55 открыт положительным уровнем транзистора 52, который открыт отрицательным потенциалом делителя

5 напряжения 53, 54, поскольку сопротивление терморезистора 51 значительно снижается при высоких температурах жидкости.

Таким образом, расход жидкости и парообразование поддерживаются автоматически

10 в заданных оптимальных пределах.

Выхлопные газы нагревают электроды

14 катализатора до рабочей температуры, что ведет к увеличению их сопротивления переменному току. Мостовая схема 37 воз15 вращается в состояние балланса, на выходе усилителя 44 формируются отрицательные импульсы, которые поступают на управляющие электроды тиристоров 47, 48, 57. Тиристоры 47 и 8 полностью закрываются и

20 отключают источник постоянного тока низкого напряжения от электродов 14 катализатора..Тиристор 57 полностью открывается и коммутирует высокое напряжение источника 34 между катализатором 14 и корпусом 1, 25 Наложение электрического поля на электроды катализатора дополнительно повышает эффективность окислительно-восстановительной реакции на них и степень очистки выхлопных газов.

ЗО Пар из испарителя 12 поступает через переходник 22 в контур 23 температурной стабилизации и заполняет его внутреннюю полость, взаимодействуя с поверхностью теплообменника 24. Теплообменник заполнен охлаждающей жидкостью с температу3 рой кипения выше 110 С и через термостат

26 подключен к охлаждающему радиатору

27, который отводит избыток тепла для утилизации на транзисторе или в атмосферу.

Термостат 26 автоматически регулирует по40 ток жидкости, циркулирующей в контуре 23 таким образом, что ее температура стабилизируется на границе конденсации паров жидкости в туман. Винтовые поверхности

25 отводят избыток тепла выхлопных газов ф5 через контур 23 температурной стабилизации также в атмосферу или для утилизации тепла на транспорте. Поэтому температура выхлопных газов. поступающих в корпус 3, не превышает 100-110 С наряду с темпера50 турой пара, Мягкий пар, находящийся на границе конденсации, заполняет весь внутренний обьем сменного фильтрующего элемента 6 и взаимодействует с различными примеся5 ми выхлопных газов, находящихся во всех агрегатных состояниях и являющихся цент. рами конденсации пара. Образование конденсата сопровождается получением достаточно крупных конгломератов, на которые оказывают воздействия центробеж1814692

25

35

50 ные силы при спиральном движении газов с примесями между винтовыми поверхностями 29. Под действием центробежных сил капли конденсата с примесями и механическими включениями движутся к поверхности фильтрующего элемента 6, на котором оседают и далее проникают вглубь пористого элемента 6 под действием сил инерции, осмотических и капиллярных сил, По мере продвижения выхлопных газов к выходному патрубку 4 их температура снижается ниже

100 С, что приводит к полной конденсации пара на поверхности фильтрующего элемента 6 и частично на винтовых поверхностях 29, с которых капли жидкости улавливаются стенками кольца 30 и возвращаются в корпус 3. Через выходной патрубок 4 в атмосферу удаляются очищенные выхлопные газы, которые не испытывают динамического торможения в данном выпускном тракте и не снижают мощность двигателя. Жидкость из фильтрую щего элемента 6 и кольца 30 через перфорации 8 в нижней стенке корпуса 3 поступает в поддон 7, откуда через трубопровод 32 подается на вход жидкостного фильтра 33, а затем в емкость 20 для замкнутой циркуляции в устройстве.

Для более полного и равномерного заполнения фильтрующего элемента 6 примесями конденсата используются электрокинетические воздействия злектроосмоса, заключающиеся в движении твердых частиц взвесей и жидкости в электрическом поле. Для этого с помощью сетчатых электродов 35, установленных на внутренней и наружной поверхностях сменного фильтрующего элемента 6, подается разность потенциалов, которая задается делителем напряжения на резисторах 58 и 59 с выхода источника тока высокого напряжения 34. Ионы примесей и жидкости перемещаются в капиллярах фильтра от анода к катоду в соответствии с эффектом Рейса, поэтому положительный полюс подключен к внутреннему сетчатому электроду 35, а отрицательный полюс — к наружному сетчатому электроду 35 на фильтрующем.элемен те 6. Тогда ионы примесей движутся от внутренней части фильтра к наружной и равномерно заполняют весь его объем в процессе эксплуатации, что значительно увеличивает полезную емкоСть фильтра и его ресурс до замены. Кроме того, электроды 35 образуют электроосмотический осушитель 36 сменного фильтрующего элемента 6, поскольку способствуют движению не только частичек примесей, но и самой жидкости к наружным стенкам фильтра

6. Таким образом, создается принудительная циркуляция конденсата жидкости через фильтр 6, что значительно повышает эффективность очистки выхлопных газов, увеличивает полезную емкость фильтра и снижает расход жидкости.

При эксплуатации устройства в зимнее время без добавок антифризов за несколько минут до установки транспортного средства на стоянку водитель выключает тумблер 60, прекращая подачу воды в утсройство. Тогда жидкость полностью удаляется из сменного фильтрующего элемента 6, поддона? и со бирается в емкости 20, которая находится в утепленном месте, например кабине водителя.

После длительной эксплуатации устройства производят замену фильтрующего элемента 6 через съемную крышку 5 с кольцом

30. Использованный фильтрующий элемент

6 содержит смолистые отложения, сажу и другие вредные и канцерогенные вещества, поэтому сдается на переплавку или изолируется от окружающей среды.

Формула изобретения

1. Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с входным и выходным патрубками и перфорированной трубой с наружными винтовыми поверхностями, емкость с жидкостью, полый испаритель с рассекателем, выполненным из жаропрочного диэлектрического материала, источник высокого нап ряжения, электроды катализатора, выполненные спиральными и. размещенные на рассекателе, сменный фильтрующий элемент с электродами, герметичный поддон корпуса, соединенный через жидкостный фильтр с емкостью, и контур температурной стабилизации, включающий последовательно соединенные теплообменник, термостат и радиатор, расположенный между перфорированной трубой и испарителем с рассекателем, о тл ича ющееся тем,что, с целью повышения эффективности, оно дополнительно содержит электромагнитный клапан с обмоткой управления, датчик температуры катализатора, датчик температуры жидкости и блок управления с двумя входами и четырьмя выходами, причем датчик температуры катализатора подключен к первому входу блока управления, датчик температуры жидкости — к второму входу блока управления, первый выход которого подключен к электродам катализатора. а второй выход— к обмотке управления электромагнитного клапана, установленного между емкостью и полым испарителем, а источник высокого . напряжения подключен через третий и четвертый выходы блока управления соответст1814692 венно к электродам катализатора и сменного фильтрующего элемента, корпус вокруг испарителя с рассекателем выполнен в виде параболического рефлектора инфракрасного излучения и снаружи покрыт теплоизоляцией.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок управления выполнен на мостовой схеме с генератором переменного тока, усилителем, четырьмя тиристорами, транзистором, делителем напряжения, детектором и цепями питания источника низкого напряжения, в схему включены электроды катализатора, выполненные в виде датчика температуры катализатора и первого входа блока управления, одна диагональ схемы подключена к генератору переменного тока, а вторая диагональ через детектор — к входу усилителя, выход которого соединен с управляющими электродами двух тиристоров, коммутирующих цепи питания источника тока низкого напряжения к электродам катализатора и выполненных в виде первого выхода блока управления, дат5 чик температуры жидкости выполнен в виде терморезистора, установленного в полоМ испарителе и подключенного к управляю- щему электродутранзистора, выполненного в виде второго входа блока управления, вы10 ход транзистора подключен к управляющему электроду третьего тиристора, коммутирующего обмотку управления электромагнитного клапана и выполненного в виде второго выхода блока управления, а

15 источник высокого напряжения подключен . через четвертый тиристор, выполненный в виде третьего выхода блока управления, к электродам катализатора и через делитель напряжения, выполненный в виде четверто20 го выхода блока управления, — к электродам сменного фильтрующего элемента.

1814692 Составитель Н.Егин

Техред M.ÌîðãåHòàë

Редактор

Корректор M. Кул ь

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1843 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5