Устройство очистки отработанных газов

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для снижения токсичности отработанных газов, например двигателей внутреннего сгорания. Устройство состоит из корпуса, в котором перфорированными перегородками образованы входная, промежуточная, средняя и выходная камеры. Во входной и выходной камерах установлены соответственно входной и выходной патрубки, в которых выполнены отверстия разного размера и установлены очищающие элементы, закрепленные в патрубках только одним концом. В средней камере также может быть установлен очищающий элемент. Очищающие элементы, установленные в патрубках, выполнены в виде упругих винтовых тел. Изобретение позволяет обеспечить свободное прохождение отработанных газов через устройство, что значительно повышает КПД установок, а также обеспечивает высокую степень очистки отработанных газов и эффективное поглощение шума. 5 з.п.ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для снижения токсичности отработанных газов, например, двигателей внутреннего сгорания.

Известен нейтрализатор отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус с входным патрубком и установленные в корпусе каталитический элемент и смеситель (см. а.с. СССР N 981643, кл. F 01 N 3/10, 1982 ).

Отработавшие газы по патрубку поступают в полость смешения нейтрализатора и, проходя через каталитический элемент, выходят в атмосферу. Каталитический элемент осуществляют очистку отработавших газов от вредных составляющих.

В результате анализа конструкции отмеченного выше нейтрализатора необходимо отметить, что каталитический элемент перекрывает всю площадь камеры смесителя выхлопных газов, что значительно увеличивает потери удельной мощности двигателя.

Известен каталитический нейтрализатор отработанных газов, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и установленный в корпусе плоский реактор с насыпным катализатором. Газопроницаемые решетки реактора выполнены из коробчатых секций (см. а.с. СССР, N 844790, кл, F 01 N 3/28, 1981). Отработавшие газы поступают во входной патрубок и через него попадают в полость над реактором. Затем газы проходят через секции и катализатор, после чего через выходной патрубок выходят в атмосферу.

В результате анализа известного каталитического нейтрализатора необходимо отметить наличие большого сопротивления движению отработанных газов, которое обусловлено насыпным катализатором, причем в процессе эксплуатации данного нейтрализатора на двигателях транспортных средств, вследствие постоянных вибраций, происходит дробление катализатора, что приводит к снижению его характеристик и необходимости частичной или полной замены.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту по отношению к заявленному является устройство очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с входным и выходным патрубками и установленную в корпусе фильтрующую вставку, выполненную в виде пакета из листового металлического кожуха, внутри которого установлены перфорированные пластины и сетчатые элементы, между которыми слоями размещены металлическая путанка и активированный уголь. На конец входного патрубка приварена перфорированная насадка (см. а. с. СССР, N 1705602, кл. F 01 N 3/08, 1992 г.) - наиболее близкий аналог.

Выхлопные газы через выходной патрубок, перфорированную насадку и через отверстия в перфорированной пластине поступают в фильтрующую вставку, где проходят через слой металлической путанки, сетчатый элемент и активированный уголь. Далее газы в очищенном виде выбрасываются в атмосферу через выходной патрубок.

В результате анализа конструкции данного устройства необходимо отметить, что фильтрующая вставка является дополнительным сопротивлением на пути прохождения выхлопных газов, причем в известном устройстве для повышения степени очистки устанавливают последовательно несколько очищающих элементов, то есть, чем выше степень очистки, тем ниже КПД двигателя. Кроме того, фильтрующая вставка не позволяет нейтрализовывать угарный газ и соединения углеводородов, которые содержатся в составе отработанных газов.

Задачами, решаемыми настоящим изобретением являются обеспечение свободного прохождения отработанных газов через устройство, что значительно повышает КПД установок, обеспечение высокой степени очистки отработанных газов и поглощения шума.

Поставленные задачи решаются тем что в устройстве очистки отработанных газов, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, перфорированными перегородками (пластинами) и очищающими элементами, новым является то, что перфорированные пластины закреплены в корпусе и образуют входную, выходную и среднюю камеры, причем входной патрубок расположен во входной камере, а выходной патрубок - в выходной; в каждом патрубке установлен очищающий элемент и выполнены отверстия разного размера. Суммарная площадь отверстий каждого патрубка больше площади его поперечного сечения. Каждый из очищающих элементов, установленных в патрубках выполнен в виде винтовой пружины, закрепленной в патрубке только одним концом. В средней камере может быть установлена дополнительная перфорированная перегородка, образующая с перегородкой входной камеры промежуточную камеру, а в средней камере может быть расположен очищающий элемент.

При проведении патентных исследований заявителем ее обнаружены технические решения, идентичные заявленному, а следовательно, предложенное изобретение соответствует критерию "новизна".

Существо изобретения не следует явным образом из известных технических решений, а следовательно, предложенное решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлено устройство очистки отработанных газов, осевой разрез.

Устройство очистки отработанных газов состоит из корпуса 1. в котором образованы входная камера 2, промежуточная камера 3, средняя камера 4 и выходная камера 5.

Входная камера 2 образована корпусом 1 и перегородкой 6, промежуточная - корпусом 1 и перегородками 6 и 7, средняя - корпусом 1 и перегородками 7 и 8, а выходная - корпусом 1 и перегородкой 8. В перегородках выполнены отверстия 9.

Во входной камере установлен входной патрубок 10. На поверхности патрубка выполнены отверстия 11 разного размера. В полости патрубка размещен очищающий элемент (катализатор) 12, выполненный в виде винтового упругого металлического элемента (пружины).

В выходной камере 5 установлен выходной патрубок 13. в котором выполнены отверстия 14 разного размера. В выходном патрубке расположен очищающий элемент (катализатор)15, выполненный аналогично катализатору 12. В средней камере может быть размещен очищающий элемент (металлический катализатор) 16.

Работа устройства очистки отработанных газов рассматривается на примере очистки отработанных газов двигателя внутреннего сгорания автомобиля.

Первоначально, в зависимости от мощности двигателя определяют массу катализаторов 12, 15, 16, после чего их устанавливают во входной и выходной патрубки и, в случае необходимости, в среднюю камеру. Зависимость массы катализаторов от мощности двигателя приведена в табл. 1.

Катализаторы с необходимыми параметрами монтируют в патрубки 10 и 13. Монтаж осуществляют таким образом, чтобы один конец каждого катализатора в патрубке был закреплен относительно последнего, а другой - оставался свободным. Далее патрубки с очищающими элементами (катализаторами) устанавливают во входную 2 и выходную 5 камеры. Собранное устройство устанавливают на объект (в данном случае, на автомобиль) и соединяют входной патрубок с двигателем. Устройство к работе готово.

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания обработанные газы попадают во входной патрубок 10, где они закручиваются благодаря тому, что отверстия на стенках патрубка имеют разный размер. Закручивание газового потока осуществляется за счет того, при движении потока по патрубку в поперечном его сечении изменяется давление, что обуславливает разные скорости составляющих потока и их закручивание относительно оси патрубка 10. Время нахождения частиц отработанных газов в патрубке 10 возрастает, что увеличивает степень очистки отработанных газов от вредных примесей.

Во входном патрубке осуществляется первый этап очистки отработанных газов за счет того, что катализатор разогревается до температуры, при которой создаются условия для протекания химической реакции, снижения количественного состава угарного газа и уменьшения количественного состава углеводородной составляющей отработанных газов (CH).

Закрученные потоки отработанных газов через отверстия 11 выходят во входную камеру 2, откуда через отверстия 9 в перегородке 6 поступают в промежуточную камеру 3, где газ расширяется, заполняя внутренний объем камеры 3, что приводит к изменению кинетической вибрационной энергии потока, а следовательно, к шумопоглощению выхлопных газов.

Из промежуточной камеры 3, через отверстия 9 в перегородке 7, обработанные газы поступают в среднюю камеру, где осуществляется их дополнительная очистка от вредных примесей при прохождении через металлический катализатор 16. Металлический катализатор может быть выполнен в виде тонких пластин или вставленных друг в друга винтовых упругих металлических элементов (пружин).

При использовании качественного топлива катализатор 16, как правило, не устанавливается и эффективная очистка осуществляется только катализаторами в патрубках.

Из средней камеры 4 отработанные газы поступают в выходную камеру 5 через отверстия 9 в перегородке 8, откуда через отверстия 14 выходного патрубка 13 - в полость выходного патрубка, где за счет того, что отверстия 14 имеют разный размер, вновь осуществляется закручивание газового потока при его пропускании через катализатор (третья ступень очистки). Из выходного патрубка очищенный газ поступает в атмосферу или дополнительные устройства для очистки отработанных газов.

Защемление катализаторов 12 и 15 в патрубках только с одной стороны дает возможность осуществления катализаторам возвратно-поступательных перемещений, что повышает их работоспособность.

Таким образом, предложенное устройство позволяет осуществлять двух- или трехступенчатую очистку отработанных газов и снизить их уровень шума.

Ввиду того, что суммарная площадь отверстий, выполненных во входном патрубке больше площади его поперечного сечения, не происходит потерь удельной мощности двигателя.

Проверка работоспособности устройства и его эффективности проводилась на двигателе внутреннего сгорания транспортного средства ГАЗ-31029. Испытания проводились на бензиловом топливе марки А-76 (с низким октановым числом) в зимнее время на протяжении двух месяцев.

Результаты испытаний без применения катализаторов (представлены в табл. 2.

Несмотря на то, что испытания проводились в зимнее время на низкокачественном бензине, получен положительный результат. Загрязненность отработанного газа значительно уменьшилась. Использование данного изобретения позволяет улучшить экологические показатели по CH в 1,5 - 2,0 раза, а по CO примерно в 1,7 раза на повышенных оборотах двигателя.

Необходимо отметить, что использование данного устройства не ограничивается применением только на двигателях внутреннего сгорания. Оно может быть использовано при эксплуатации любого топливосжигающего оборудования с выбросом продуктов сгорания в атмосферу.

Устройство просто в изготовлении, надежно в эксплуатации, обладает высокой ремонтопригодностью. Его себестоимость в несколько раз ниже аналогичного оборудования ведущих автомобильных фирм, что обусловливает конкурентность устройства на мировом рынке.

Формула изобретения

1. Устройство очистки отработанных газов, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, перфорированными перегородками и очищающими элементами, отличающееся тем, что перфорированные перегородки закреплены в полости корпуса и образуют входную, выходную и среднюю камеры, причем входной патрубок расположен во входной камере, а выходной патрубок - в выходной, при этом в каждом патрубке выполнены отверстия разного размера и установлен очищающий элемент.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что суммарная площадь отверстий каждого патрубка больше площади его поперечного сечения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый из очищающих элементов, установленных в патрубках, выполнен в виде винтового упругого элемента.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый очищающий элемент закреплен в патрубке только одним концом.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в средней камере установлена дополнительная перегородка с перфорированными отверстиями, образующая с перегородкой входной камеры промежуточную камеру.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в средней камере размещен очищающий элемент.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2