Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства и сажеочиститель для двигателя внутреннего сгорания транспортного средства

 

Использование: системы снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. .Способ очистки заключается в активации потока отработавших газов путем одновременного нагрева катализаторам обработки его высоковольтИаобретение относится к машиностроению , а именно к системам снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение эффективности очистки. На фиг. 1 показан заявляемый сажеочиститель для дизельного двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, с помощью которого реализуется заявляемый способ очистки отработавших газов; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства высокого напряжения; на фиг. 3 ным импульсным напряжением. Этот способ реализуется с помощью устройства, содержащего размещенные с зазором относительно друг друга по меньшей мере, три электрода, выполненные в виде пластин из пенометалла, расположенных перпендикулярно направлению потока отработавших газов, покрытых слоем катализатора и подключенных поочередно к положительному и отрицательному полюсам источника высокого напряжения. Сажеочиститель снабжен нагревательным устройством с накопителем энергии. При реализации заявляемого способа обеспечивается упрощение условий для дожита сажи и уменьшение затрат электроэнергии. Кроме того, при использовании заявляемого устройства повышается эффективность очистки и уменьшаются энергозатраты за счет инициирования процесса окисления сажи при более низких температурах и применения пенометаллрв в качестве носителей катализатора . Принтом нагревательное устройство благодаря наличию в схеме накопителя, потребляет относительно небольшую мощность . 2 с.п. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил. - принципиальная электрическая схема нагревателя . Сажеочиститель содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, встроенный в выхлопную трубу транспортного средства в непосредственной близости от выпускного коллектора двигателя или турбины турбокомпрессора (в двигателях с турбонаддувом). В корпусе между этими патрубками последовательно на расстоянии 10-50 мм друг от друга установлены три электрода, выполненные в виде круглых пластин-носителей 4, 5, 6 толщиной 10-25 ел с 00 «а ел СА ел 4

СОЮЗ, СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)г F 01 N 3/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4937203/06 (22) 21.05.91 (46) 15,05.93. Бюл, й. 18 (71} Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (72) Т.Д.Дзоценидзе, P.E.Màpäàëèøàèëè, К.И.Гвинерия, В;А.Осокин, Г,А.пхакадзе и

С.А;Глаговский (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1224418, кл. F 01 Й 3/08, 1986.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1456617, кл. F 01 N 3/02, 1989. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ

ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И

САЖЕОЧИСТИТЕЛ Ь ДЛ Я ДВИ ГАТЕЛ Я

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТ НОГО СРЕДСТВА (57) Использование; системы снижения токсичности отработавших газов двигателей

-внутреннего сгорания.,Способ очистки заключается в активации потока отработавших газов путем одновременного нагрева катализатора,и обработки его высоковольтИзобретение относится к машиностроению, а именно к системам снижения токсичности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки.

На фиг. 1 показан заявляемый сажеочиститель для дизельного двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, с помощью. которого реализуется заявляемый способ очистки отработавших газов; на фиг.

2 — принципиальная электрическая схема устройства высокого напряжения; на фиг. 3 ным импульсным напряжением. Этот способ реализуется с помощью устройства, содержащего размещенные с зазором относительно друг друга по меньшей мере, три электрода, выполненные в виде пластин из пенометалла, расположенных перпен-. дикулярно направлению потока отработавших газов, покрытых слоем катализатора и подключенных поочередно к положительному и отрицательному полюсам источника высокого напряжения. Сажеочиститель снабжен нагревательным устройством с накопителем энергии. При реализации заявляемого способа обеспечивается упрощение условий для дожига сажи и уменьшение затрат электроэнергии. Кроме того, при использовании заявляемого устройства повышается эффективность очистки и уменьшаются энергозатраты за счет инициирования процесса окисления сажи при более низких температурах и применения пенометаллов в качестве носителей катализатора. При этом нагревательное устройство благодаря наличию в схеме накопителя, потребляет относительно небольшую мощность. 2 с и. и 2 э.п. ф лы, 3 ил. — принципиальная электрическая схема нагревателя.

Сажеочиститель содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, встроенный в выхлопную трубу транспортного средства в непосредственной близости от выпускного коллектора двигателя или турбины турбокомпрессора (в двигателях с турбонаддувом). В корпусе между этими патрубками последовательно на расстоянии

10-50 мм друг от друга установлены три электрода, выполненные в виде круглых пластин-носителей 4, 5, 6 толщиной 10-25

1815354 мм из высакопористого ячеистого материала (пенометалла) на основе никеля, рабочие поверхности которых, перпендикулярные направлению потока отработавших газов, после пропитки растворами солей и прокаливания до 400 — 450 С, покрыты тонким слоем кэтапизэторэ в виде химически активных окислов, например, окислом ванадия (марганца, кобальта и т.п,). Все три пластины (носителя), изолированные or стенок корпуса и закрепленные с помощью кронштейнов

7 из нержавеющей стали, подключены поочередно к положительному и отрицательному полюсам источника высокого напря>кения 8, связанного с источником тока (аккумуляторной батареел 9) транспортного средства.

Устройство высокого напря>кения (фиг.

2) выполнено в виде параллельного двухполупериодного инвертора тока, содержащего трансформатор 10, два тиристора 11 и 12, дроссель 13, конденсатор 14, блок управления 15 на основе мультивибратора. Для разогрева носителей каталитического слоя сэжеочиститель снабжен нагревателем 16, который состоит из двух нагревательных элементов 17 и 18, размещенных в теле пластин 4 и 5, изолированных от высоковольтной системы и подключенных через включатель 19 к источнлку электрического тока — аккумуляторной батарее 9 и параллельна ей подключенному генератору 20 трэнспо1>тнаго средства, и емкостного накопителя энергии 21, подключенного к источнику тока параллельно нагревательному элементу li 7 и подкгпаченному параллельно последнему нагревательному элементу 18 (фиг, 31, Накопитель энергии 21 установлен в электрической цепи с вазможностью разрядки на нагревательные элементы 17 и 18 через контакты 22 реле 23, связанные с термодэтчиком 24 температуры рабочей поверхности пластины 4. Эта связь обеспечивается соединением датчика 24 через усилител 2.> к транзистору 26, подключенному вместе с обмоткой реле 23 к электрической цепи нагревательного элемент" 17, 18 и накопителя энергии 21.

Способ очистки отработавших газов от сажи осуществляют следующим образом.

Используя в качестве каталитического элемента по меньшей мере три пенометаллические пластины, осуществляют нагрев по меньшей мере первых двух по потоку пластин и одновременно подачу на них высоковольтного импульсного напряжения, и через каталитический элемент пропускают отработавшие газы. Последние испытывают иэ поверхности катализатора различные превращения, Часть образующихся при

55 присутствии в потоке активных частиц радикалов.

Сажеочиститель работает следующим образом.

Водитель, перед тем как завести двигатель, включает (включэтелем 19) систему

40 этом на поверхности катализатора молекул лабильных веществ и, в частности, "осколки" молекул — свободные радикалы сходят с поверхности катализатора и обеспечивают инициирование цепного процесса в газовой среде, При этом образуются молекулы новых веществ и новые активные свободные радикалы, но уже в газовой фазе на некотором расстоянии от поверхности катализатора. Активные радикалы, достигая поверхности частичек сажи, инициируют (в присутствии кислорода) процесс ее окисления, но уже при значительно более низких температурах, чем в случае прогрева частиц сажи в присутствии только, кислорода и катализатора. 8 этой же газовой фазе протекает процесс доокисления некоторых компонентов отработавших газов, что сопровождается достижением определенной концентрации радикалов в объеме над катализатором, и чем этот процесс будет интенсивнее, тем полнее будет сгорать сажа.

Поскольку при дожиге сажи могут образовываться новые количества вредных летучих компонентов выхлопа (например, СО), которые могут не полностью окисляться в выхлопном тракте, желательно в дальнейшем осуществить их до>киг на применяемых для этой цели катализаторах.

На эффективность предложенного процесса существенно влияет характер носителя.

Для интенсификации предло>кенного процесса до>кига сажи необходимо применить такие пористые (ячеистые) носители, чтобы процесс превращения протекал по всей толщине пластин 4, 5 и 6, а аэродинамические характеристики выхлопного тракта по возможности изменились незначительно.

Создаваемое для инициирования процесса электрическое поле высокого напряжения может быть как постоянной полярности, так и переменной. B последнем случае, (например, пластины 4 и 6 имеют"-", а пластина 5 "+") упрощается принципиальная схема устройства, уменьшается количество элементов, а эффективность несколько возрастает, если частота составляет нес кол ько сот ге рц.

Таким образом, превращения углерода в процессе его дожигания при активации потока отработавших газов осуществляют в газовой фазе в активированном слое непасредствен но нэд поверхностью носителей окислов катэлитически активных металлов в

1815354 электрооборудования сажеочистителя. При этом к пластинах 4, 5, 6 подводится высоковольтное импульсное напряжение, а мощность емкостного накопителя 21 разряжается на нагревательных элементах 5

17 и 18, обеспечивая требуемую температуру за определенный промежуток времени (30 с). После достижения требуемой температуры накопитель Ьтключается посредством термодатчика 24 и транзистора 26 от 10 нагревательных элементов 17, 18 и подключается в сеть (к аккумуляторной батарее 9 или генератору 20) на зарядку. Если температура упадет ниже заданного значения, с помощью той же схемы обеспечивается 15 включение накопителя в цепи нагревательных элементов и, следовательно, нагрев последних. Регулирование системы возможно осуществлять также через реле времени, по уровню напряжения в накопителе и..т.п., а 2Ь зарядку — через преобразователь напряжения.

В результате одновременного приложения к катализатору высоковольтного импульсного (постоянной полярности) 25 напряжения 1,5-2,0 кВ (ток не более 500 мА) и разогрева егодо температуры 300 Собеспечивается выход активных частиц с поверхности катализатора для инициирования обьемного каталитического процесса дожи- 30 гания сажи, содержащейся в отработавших газах, которые поступают через входной . патрубок 2 в сажеочиститель. Существенную роль для обеспечения объемного эффекта, как уже отмечалось, играет использование 35 носителей из пенометалла, ибо известные гранулированные, а также блочные металлические и керамические носители, сотовые керамические блоки малоэффективны, так как значительная доля объема пор, в которых осу- 40 ществляется интенсивный процесс дожига отработавших газов, недоступна для частичек сажи. Носители из пенометалла с относительно крупными порами оказывают незначительное сопротивление, не забиваются 45 сажей, выдерживают достаточные высокие температуры нагрева и являются электропроводимыми.

Благодаря принятому расположению пластин в корпусе, а также подбором тол- 50 щин пластин 4, 5 и 6 и зазора между ними обеспечивают необходимое торможение потока отработавших газов и, как следствие этого, увеличение времени пребывания отработавших газов в сажеочистителе и более 55 полное окисление сажи, При этом аэродина- . мические характеристики выхлопного тракта, в частности его гидравлическое сопротивление должны укладываться в допустимые пределы.

Согласно предварительным расчетам, потребляемая электрооборудованием сажеочистителя мощность не превышает 1,5-2 кВт. Это свидетельствует о снижении энергозатрат на очистку выхлопа и воэможности размещения сажеочистителя на борту транспортного средства.

Подвод к пластинам импульсного напряжения обеспечивает относительную простоту управления и регулирования распределением электростатического полл в межзлектродных промежутках, возможность использования "динамической" составляющей электрического поля для формирования ионного облака при высоких градиентах возрастания величины вторичного (высокого) напряжения, а также воз.можность использования дешевой и доступной элементной базы на относительно низкие электрические и тепловые нагрузки.Наличие емкостных накопителей в нагревательном устройстве обеспечивает импульсный характер отдачи мощности, разгружает генератор транспортного средства и уменьшает потребляемую мощность..

Размещение нагревательных элементов (например, в виде спирали из электротехнической проволоки) в теле пластин 4 и 5обеспечивает равномерный прогрев этих пластин и необходимые для эфФективного дожига сажи температурные условия. Питание электрической сажи для разогрева носителей, как и схемы для создания электрического поля с высоким напряжением, может осуществляться от бортсети транспортного средства с приемлемым уровнем потребления мощности.

Формула изобретения

1. Способ очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания транспортного средства путем подогрева катализатора, подачи на него высоковольтного импульсного напряжения и пропускания потока отработавших газов через каталитический элемент, отл ича ю щи йся тем,что, с целью повышения эффективности, в качестве каталитического элемента используют по меньшей мере три пенометаллические пластины, нагревают по меньшей мере первые две по потоку газов пластины, причем нагрев пластин и подачу на них высоковольтного импульсного напряжения осуществляют одновременно.

2. Сажеочиститель для двигателя .внутреннего сгорания транспортного средства, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и размещенные в корпусе с образованием зазора между ними по меньшей мере три электрода, подключенных к источнику высокого напряжения, связанному че1815354

Ф реэ включатель и электрическую цепь с источником тока транспортного средства, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности, он дополнительно содержит источник нагрева, электроды выполнены в виде пластин из пенометалла с рабочей поверхностью, расположенной перпендикулярно к входному патрубку, и подключены поочередно к поло>кительному и отрицательному полюсам источника высокого напряжения, причем рабочие поверхности по меньшей мере двух пластин покрыты катализатором, 3, Сажеочиститель по и. 2, о т л и ч а ющ и и с. я тем, что он снабжен накопителем энергии, источник нагрева выполнен в виде по меньшей мере двух нагревателей, размещенных в теле первых двух со стороны входного патрубка пластин и подключенных

5 через включатель к источнику тока, причем накопитель энергии и нагреватели подключены к источнику тока параллельно.

4. Сажеочистительпопп.2иЗ,отл ичаю шийся тем, что он дополнительно снаб10 жен датчиком температуры рабочей поверхности пластин и реле с контактами, включенными в электрическую цепь с нагревателями и накопителем энергии последомтельно, а контакты связаны с датчиком

15 температуры.

1815354

23

Щи У

Составитель С,Глаговский

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор

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

Заказ 1622 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьпиям при ГКНТ СССР

113035, Москва; Ж-35, Раушская наб.. 4/5