Система с каталитическим нейтрализатором с подогревом и установленным перед ним водоуловителем и способ управления работой системы

 

Изобретения относятся к области нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания. Система нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания имеет следующие компоненты, расположенные в указанной последовательности в направлении (S) течения потока ОГ: первый водоуловитель (5), сотовый элемент (7) с электрическим подогревом и сотовый элемент (8) с каталитически активным покрытием, которое служит по меньшей мере для катализа окисления, при этом сотовый элемент (7) с электрическим подогревом и сотовый элемент (8) с каталитически активным покрытием могут также полностью или частично образовывать единый конструктивный узел. Подобная система может быть установлена в качестве небольшой дополнительной системы за трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором ОГ для обеспечения нейтрализации ОГ в период пуска холодного двигателя. Способ управления работой системы нейтрализации отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, при котором подогрев сотового элемента с электрическим подогревом начинают самое позднее в момент пуска двигателя внутреннего сгорания. Изобретения позволяют снизить содержание вредных веществ в отработавших газах транспортных средств. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системе для нейтрализации отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и к способу управления работой такой системы.

С целью снижения негативного влияния на окружающую среду существует тенденция к снижению предельно допустимых концентраций вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу с отработавшими газами. Особые проблемы с обработкой ОГ с целью снижения их токсичности возникают в период пуска холодного двигателя внутреннего сгорания, когда из ОГ обычно необходимо удалять существенно большие количества углеводородов. Помимо этого, необходимо также окислять моноксид углерода до диоксида углерода, в результате чего в период пуска холодного двигателя каталитически активные материалы должны ускорять в основном окислительные процессы. При последующей работе двигателя для нейтрализации ОГ, как правило, используют трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы ОГ, которые способны одновременно окислять окисляемые компоненты и восстанавливать оксиды азота.

Системы, специально разработанные для нейтрализации ОГ в период пуска холодного двигателя, описаны, например, в ЕР 0638710 А2 и ЕР 0485179 А2. Такие системы могут состоять из нескольких компонентов, а именно, трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов, адсорберов углеводородов и сотовых элементов с подогревом. При этом существуют и различные системы каталитической нейтрализации ОГ, отдельные компоненты которых снабжают каталитически активными покрытиями различных типов.

Наиболее пригодные для подобных систем выпуска ОГ компоненты с электрическим подогревом, которые в период пуска холодного двигателя обеспечивают быстрое достижение необходимой для начала каталитической реакции минимальной температуры, описаны, например, в WO 96/10127. В случае систем с сотовыми элементами с электрическим подогревом изначально исходили из того, что температура, которую необходимо достичь с той целью, чтобы каталитически активное покрытие могло начать катализ требуемых окислительных процессов, составляет примерно 250^oС.

Однако, как показали последующие исследования, температуру, по достижении которой каталитически активный материал может начать катализ окисления моноксида углерода и углеводородов, можно значительно снизить, если существует возможность сохранять подложку этого каталитически активного материала практически сухой. Были разработаны покрытия, которые можно наносить по обычной технологии на покрытый керамическим слоем на основе γ-оксида алюминия сотовый элемент и которые действуют в качестве катализаторов окисления уже при температурах, существенно ниже 100^oС, в частности при 70-80^oС, если только сотовый элемент и керамическое покрытие остаются сухими. При этом для поддержания их в сухом состоянии можно использовать так называемые "ловушки для воды", т.е. водоуловители, содержащие материалы, которые способны в больших количествах улавливать и накапливать воду при температуре ниже определенного значения. Системы выпуска ОГ с подобными водоуловителями в различных вариантах их конструктивного исполнения и необходимые для этого материалы описаны, например, в WO 96/39576.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача скомбинировать известные из уровня техники компоненты, применяемые для нейтрализации ОГ, таким образом, чтобы обеспечить наиболее эффективную нейтрализацию ОГ, позволяющую снизить содержание вредных веществ в выбрасываемых в атмосферу ОГ до минимально возможного уровня. Особая цель при этом состоит в том, чтобы повысить эффективность нейтрализации ОГ в период пуска холодного двигателя и одновременно исключить установку в выпускном трубопроводе близко к двигателю компонентов, которые из-за такого их близкого расположения к двигателю подвергаются действию высоких нагрузок. Еще одна задача изобретения состоит в разработке наиболее простых по конструкции, но в то же время высокоэффективных систем нейтрализации ОГ, при этом входящие в состав этих систем сотовые элементы с электрическим подогревом должны потреблять меньше энергии по сравнению с известными системами. Кроме того, необходимо предложить соответствующий способ управления работой таких систем.

Указанные задачи решаются с помощью предлагаемых в изобретении системы нейтрализации ОГ двигателя внутреннего сгорания и способа управления работой такой системы.

Предлагаемая в изобретении система нейтрализации ОГ двигателя внутреннего сгорания имеет, по меньшей мере, следующие компоненты, расположенные в указанной последовательности в направлении течения потока ОГ: первый водоуловитель, сотовый элемент с электрическим подогревом и сотовый элемент с каталитически активным покрытием, которое служит, по меньшей мере, для катализа окисления, при этом сотовый элемент с электрическим подогревом и сотовый элемент с каталитически активным покрытием могут также полностью или частично образовывать единый конструктивный узел.

Предпочтительно в этой системе за сотовым элементом с каталитически активным покрытием расположить обратную заслонку, служащую для предотвращения проникновения влаги в систему при неработающем ДВС.

В этой же системе за сотовым элементом с каталитически активным покрытием может быть расположен второй водоуловитель.

В предлагаемой системе предпочтительно перед первым водоуловителем расположить трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ОГ, размеры и параметры которого были бы подобраны таким образом, чтобы он индивидуально или по меньшей мере в сочетании с остальными компонентами системы был способен обеспечить нейтрализацию ОГ при работе ДВС в режиме нормальной нагрузки.

При этом желательно, чтобы расстояние между выпускным отверстием ДВС и трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором ОГ составляло бы по меньшей мере 30 см, предпочтительно 80 см, а в качестве трехкомпонентного каталитического нейтрализатора ОГ использовался бы прежде всего каталитический нейтрализатор, расположенный под полом кузова.

В предлагаемой системе между ДВС и ее первым компонентом целесообразно иметь впускное отверстие для воздуха.

Предпочтительно перед сотовым элементом с электрическим подогревом, прежде всего за первым водоуловителем, расположить адсорбер углеводородов.

В предлагаемой системе по меньшей мере один из водоуловителей может иметь электрический подогрев.

Необходимо отметить, что в предлагаемой системе сотовым элементом с каталитически активным покрытием является трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ОГ с размерами и параметрами, достаточными для нейтрализации ОГ при работе двигателя в режиме полной нагрузки.

При этом сотовым элементом с электрическим подогревом является секция сотового элемента с каталитически активным покрытием.

Указанный сотовый элемент с электрическим подогревом предпочтительно установить непосредственно перед сотовым элементом с каталитически активным покрытием, предпочтительно с опорой на последний.

В предлагаемой системе перед первым водоуловителем может быть предусмотрено приспособление для отвода тепла от потока отработавших газов.

Способ управления работой предлагаемой системой заключается в том, что подогрев сотового элемента с электрическим подогревом начинают самое позднее в момент пуска ДВС.

В соответствии с изобретением работу ДВС в период пуска холодного двигателя сначала обеспечивают на обогащенной горючей смеси с избытком топлива, при этом через впускное отверстие для воздуха подают вторичный воздух до тех пор, пока ДВС не сможет работать на стехиометрической горючей смеси или на обедненной горючей смеси при соотношении топлива и воздуха меньше стехиометрического.

Причем переключение ДВС с работы на обогащенной горючей смеси на работу на стехиометрической горючей смеси или на смеси с соотношением топлива и воздуха меньше стехиометрического осуществляют в зависимости от температуры в предназначенном для работы в режиме нормальной нагрузки трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе ОГ, а именно, лишь по достижении в нем измеренной или вычисленной температурой достаточного для каталитической нейтрализации ОГ значения.

Следует отметить, что при осуществлении способа управления работой предлагаемой системы по меньшей мере первый водоуловитель выполняют с электрическим подогревом, который включают для осушения этого водоуловителя во время работы ДВС и/или после выключения ДВС.

Как более подробно описано ниже, такая система в зависимости от ее параметров может быть использована для выполнения двух различных функций. При сравнительно небольших размерах сотового элемента с электрическим подогревом и сотового элемента с каталитически активным покрытием эта система может быть установлена за обычной системой нейтрализации ОГ, например за трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. В этом случае такая система служит преимущественно для окисления моноксида углерода и углеводородов в период пуска холодного двигателя, в то время как расположенная перед ней - основная - система нейтрализации ОГ берет на себя функции по нейтрализации ОГ при работе двигателя в режиме нормальной нагрузки, при этом расположенная за указанной основной системой система обеспечивает самое большее лишь каталитическое превращение небольших остатков вредных веществ.

Водоуловитель сохраняет оба установленных за ним компонента сухими, благодаря чему каталитическая реакция становится возможна уже при температурах в 70-80^oС. Поскольку в период пуска холодного двигателя по системе выпуска ОГ протекает лишь незначительный поток отработавших газов, сотовый элемент с электрическим подогревом может достичь такой температуры гораздо быстрее и/или с меньшими затратами электроэнергии, чем в обычных системах без водоуловителя, в которых его необходимо нагревать до температуры по меньшей мере 250^oС. Обычно сотовый элемент с электрическим подогревом имеет по меньшей мере один слой окислительного покрытия, благодаря чему он сразу же по достижении необходимой для каталитической реакции температуры начинает катализировать экзотермические реакции окисления, которые в этом случае дополнительно резко повышают температуру ОГ, доводя температуру расположенного далее сотового элемента, который также имеет каталитическое покрытие, обладающее по меньшей мере окислительным действием, также до необходимого для протекания реакции уровня. Поэтому практически полное удаление из ОГ моноксида углерода и углеводородов начинается уже через несколько секунд. Размеры и параметры водоуловителя должны быть подобраны таким образом, чтобы он мог аккумулировать поступающий от ДВС водяной пар до тех пор, пока не начнется каталитическая реакция в сотовом элементе с электрическим подогревом и/или расположенном за ним сотовом элементе с каталитически активным покрытием. После этого водоуловитель может нагреваться потоком ОГ и снова отдавать накопленную воду, что не сказывается отрицательно на нейтрализации ОГ. Затем в ходе дальнейшей работы двигателя собственно система каталитической нейтрализации ОГ также достигает своей рабочей температуры, после чего она в основном берет на себя функции по нейтрализации ОГ. Устанавливаемая за ней система при этом не перегревается, а при определенных условиях даже снова несколько охлаждается.

Может оказаться целесообразным устанавливать водоуловитель и сотовый элемент с электрическим подогревом в транспортном средстве сравнительно далеко от двигателя с целью сохранения на низком уровне температурной нагрузки и предотвращения старения этой системы при работе в режиме нормальной нагрузки.

Следует отметить, что сотовый элемент с электрическим подогревом и сотовый элемент с каталитически активным покрытием могут образовывать единый конструктивный узел, т.е. в предельном случае необходимо наличие лишь одного сотового элемента с электрическим подогревом, имеющего достаточно большую поверхность с каталитически активным покрытием. Однако наиболее предпочтителен вариант, когда очень короткий сотовый элемент с электрическим подогревом устанавливают непосредственно перед сотовым элементом с каталитически активным покрытием с опорой на последний, как это описано, например, в WO 96/10127.

Для сохранения сухими сотового элемента с каталитически активным покрытием и/или сотового элемента с электрическим подогревом и в транспортном средстве с неработающим двигателем в простейшем случае можно предусмотреть в системе выпуска ОГ обратную заслонку для предотвращения проникновения влаги в систему при неработающем ДВС, которая открывается потоком ОГ, а при отсутствии потока ОГ находится в практически плотно закрытом положении.

Дополнительно или альтернативно этому можно также предусмотреть на конце выпускного трубопровода второй водоуловитель, способный при необходимости при неработающем двигателе улавливать в течение длительного периода времени проникающую в систему из воздуха влагу, предотвращая увлажнение расположенных перед ним сотовых элементов.

При использовании предлагаемой в изобретении системы в сочетании с обычным трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором ОГ последний более не требуется размещать вблизи двигателя, а можно устанавливать на расстоянии в 30 см и более от выпускного отверстия ДВС. Поскольку ДВС в период пуска холодного двигателя работает обычно на обогащенной горючей смеси, т.е. при соотношении топлива и воздуха выше стехиометрического, в какой-либо точке за ДВС необходимо предусмотреть подачу вторичного воздуха с целью обеспечить каталитическое превращение избыточного топлива. Поскольку этот вторичный воздух охлаждает движущийся от двигателя поток ОГ, его обычно вводили в точке между дополнительным каталитическим нейтрализатором ОГ, работающим в режиме пуска и прогрева двигателя (так называемый форкатализатор), и основным каталитическим нейтрализатором, чтобы обеспечить более быстрый прогрев этого дополнительного каталитического нейтрализатора. В предлагаемом в изобретении решении этот фактор не играет никакой роли, благодаря чему вторичный воздух можно впускать в какой-либо точке между ДВС и первым компонентом системы нейтрализации ОГ. В случае предъявления к нейтрализации ОГ в период холодного пуска двигателя особо высоких требований в какой-либо точке перед сотовым элементом с электрическим подогревом можно предусмотреть еще и адсорбер углеводородов, который на первоначальном этапе работы ДВС поглощает содержащиеся в ОГ углеводороды до тех пор, пока сотовый элемент с электрическим подогревом не нагреется до достаточно высокой температуры, необходимой для каталитической реакции. В предлагаемой согласно изобретению системе нейтрализации ОГ такой адсорбер углеводородов предпочтительно устанавливать перед сотовым элементом с электрическим подогревом, прежде всего за первым водоуловителем. Такие адсорберы углеводородов обычно представляют собой покрытые специальным цеолитом сотовые элементы типа тех, которые представлены в вышеописанном уровне техники.

Очень высокие температуры могут повреждать водоуловители, адсорберы углеводородов, а также в целом каталитически активные покрытия. Этот процесс называют также старением. Поскольку на работоспособность предлагаемой в изобретении системы не сказывается температура поступающего потока ОГ, вся эта система может быть расположена в транспортном средстве на сравнительно большом удалении от двигателя, что снижает риск старения ее компонентов. В том случае, если такое расположение невозможно, перед первым водоуловителем или при необходимости перед расположенным перед ним адсорбером углеводородов можно также предусмотреть приспособление для отвода тепла. В простейшем случае таким приспособлением могут служить выполненные в виде теплообменников выпускные трубопроводы. Однако возможно и принудительное охлаждение, которое в свою очередь может быть регулируемым или нерегулируемым. Это особенно целесообразно в том случае, когда перед предлагаемой в изобретении системой установлен обычный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ОГ, который при работе в режиме нормальной нагрузки за счет протекающих в нем экзотермических реакций дополнительно повышает температуру ОГ. В этом случае температуру ОГ предпочтительно снова снижать до их попадания в остальные компоненты системы.

Параметры предлагаемой в изобретении системы можно также подобрать таким образом, чтобы она могла сама без установки перед ней трехкомпонентного каталитического нейтрализатора ОГ полностью брать на себя все функции по нейтрализации ОГ, начиная с периода пуска холодного двигателя. Очевидно, что в этом случае сотовый элемент с каталитически активным покрытием, расположенный за сотовым элементом с электрическим подогревом, должен иметь достаточно большой объем, чтобы полностью обеспечить каталитическое превращение ОГ при работе двигателя в режиме нормальной нагрузки. В этом случае он должен иметь трехкомпонентное покрытие. Сотовый элемент с электрическим подогревом должен иметь по меньшей мере один слой каталитически активного покрытия, катализирующего реакцию окисления. Поэтому в предпочтительном для такого применения варианте предлагаемая система имеет следующие компоненты, расположенные в указанной последовательности в направлении течения потока ОГ: водоуловитель, каталитический нейтрализатор с электрическим подогревом, сотовый элемент с каталитически активным трехкомпонентным покрытием и при необходимости второй водоуловитель и/или обратную заслонку. Кроме того, в состав такой системы при необходимости может входить и адсорбер углеводородов.

Следует отметить, что такие компоненты, как сотовый элемент с электрическим подогревом и сотовый элемент с каталитически активным покрытием, могут иметь различное исполнение. Так, например, сотовый элемент с электрическим подогревом может опираться на расположенный за ним сотовый элемент или даже быть интегрирован в подобный сотовый элемент большего размера. Кроме того, сотовый элемент с каталитически активным покрытием может также быть выполнен из нескольких отдельных секций.

Согласно предлагаемому в изобретении способу подогрев сотового элемента с электрическим подогревом начинают самое позднее в момент пуска ДВС. В системах без адсорбера углеводородов подогрев можно было бы начинать уже за 1-5 с до пуска двигателя, чтобы с самого начала обеспечить полноту нейтрализации ОГ. Электрические схемы, своевременно включающие подогрев, например при открывании двери, при усаживании водителя на водительское сиденье или при вставлении ключа зажигания в замок-выключатель зажигания, известны. Поскольку температура, необходимая для начала каталитической реакции, у сухих сотовых элементов очень низка и составляет, например 70-80^oС, для подогрева требуется лишь незначительный промежуток времени и/или меньшая электрическая мощность. По этой причине существует достаточно большая свобода выбора параметров сотового элемента с электрическим подогревом.

Предлагаемая система позволяет наиболее простым путем обеспечить такой режим работы ДВС, который необходим для оптимального пуска холодного двигателя. В ДВС в период пуска холодного двигателя можно сначала подавать обогащенную горючую смесь, подавая при этом через впускное отверстие для воздуха вторичный воздух до тех пор, пока ДВС не сможет работать на стехиометрической горючей смеси или даже на обедненной горючей смеси. Следует отметить, что предлагаемая в изобретении система пригодна также для использования в качестве дополнительного компонента, применяемого с целью нейтрализации ОГ в период пуска холодного двигателя в системах выпуска ОГ двигателей, работающих на обедненных смесях. Переключение двигателя с работы на обогащенной смеси на работу на стехиометрической смеси или смеси с соотношением топлива и воздуха меньше стехиометрического предпочтительно осуществлять в зависимости от измеренной или вычисленной температуры в предназначенном для работы в режиме нормальной нагрузки трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе ОГ, а именно, лишь по достижении в нем температурой достаточного для каталитической нейтрализации ОГ значения.

При использовании водоуловителей в системе выпуска ОГ возможно возникновение таких условий и возможны такие режимы работы, при которых водоуловитель может достичь границы своей влагопоглотительной способности и потерять возможность выполнять свои функции, если не принять соответствующих дополнительных мер. Во избежание таких ситуаций водоуловитель целесообразно снабдить электрическим подогревом, который включается для осушения этого водоуловителя во время работы ДВС и/или после выключения ДВС.

Следует отметить, что для серусодержащих топлив, которые все еще применяются в настоящее время, во избежание повреждения или отравления компонентов системы нейтрализации ОГ может быть предусмотрена ловушка для серы, т. е. сотовый элемент с абсорбирующим серу покрытием. Такую ловушку предпочтительно устанавливать перед тем компонентом системы, который подвержен наибольшей опасности повреждения серой, но на таком удалении от двигателя, чтобы избежать термического повреждения этой ловушки. Наиболее целесообразно эту ловушку устанавливать, например, непосредственно перед первым водоуловителем системы.

Другие преимущества и отличительные особенности изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере двух вариантов его выполнения, которыми объем изобретения не ограничен, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано: на фиг. 1 - система нейтрализации ОГ с трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором ОГ и установленной за ней предлагаемой в изобретении системой, предназначенной для нейтрализации ОГ в период пуска холодного двигателя, и на фиг. 2 - предлагаемая в изобретении система, предназначенная для использования в период пуска холодного двигателя и при работе в режиме нормальной нагрузки.

На фиг.1 показана схема предлагаемой в изобретении системы нейтрализации отработавших газов (ОГ), выполненной по первому варианту. Поток ОГ, отходящих из двигателя 1 внутреннего сгорания (ДВС), проходит по выпускному трубопроводу 2а, 2b, 2c, 2e, 2f в направлении S. В трубопроводе предусмотрено впускное отверстие 3, служащее для подвода вторичного воздуха, предпочтительно в период пуска холодного двигателя. За этим отверстием следует трехкомпонентный каталитический нейтрализатор 4 ОГ, который при работе ДВС в режиме нормальной нагрузки обеспечивает нейтрализацию ОГ, окисляя моноксид углерода и углеводороды и восстанавливая оксиды азота. Далее в выпускном трубопроводе следует участок 2b, который предпочтительно имеет приспособления 11 для отвода тепла Q во избежание старения расположенных за ним компонентов под действием высоких температур. Далее следует первый водоуловитель 5, который аккумулирует всю содержащуюся в ОГ и вторичном воздухе влагу до тех пор, пока не начнется каталитическая реакция в расположенных за ним компонентах системы. Затем в выпускном трубопроводе может быть предусмотрен еще адсорбер 6 углеводородов, если выход углеводородов необходимо сократить до особо низкого уровня. После этого следует сотовый элемент 7 с электрическим подогревом и сотовый элемент 8 с каталитически активным покрытием. Сотовый элемент 7 с электрическим подогревом также предпочтительно имеет каталитически активное покрытие, которое по меньшей мере катализирует окисление, прежде всего окисление моноксида углерода. Сотовый элемент 8 с каталитически активным покрытием предпочтительно также служит для катализа окисления.

За ним в системе выпуска ОГ может быть дополнительно установлен второй водоуловитель 9, который при неработающем ДВС предотвращает проникновение влаги в систему выпуска ОГ через ее выпускное отверстие. Этой же цели может дополнительно или в качестве альтернативы служить и обратная заслонка 10.

Один из водоуловителей или они оба могут иметь также электрический подогрев, если во всей системе нейтрализации ОГ могут возникнуть условия, в которых при работе ДВС не может быть достигнуто полное осушение одного или обоих водоуловителей. Подобные ситуации могут возникать в определенных условиях при частых коротких периодах пуска холодного двигателя без последующих между ними более длительных периодов его работы в режиме нормальной нагрузки. В соответствии с рассматриваемым вариантом выполнения изобретения предлагаемая система, имеющая по меньшей мере один первый водоуловитель 5, сотовый элемент 7 с электрическим подогревом и сотовый элемент 8 с каталитически активным покрытием, используется в качестве дополнительной системы к обычному трехкомпонентному каталитическому нейтрализатору ОГ с целью повышения эффективности нейтрализации ОГ и в период пуска холодного двигателя. При этом сотовый элемент 7 с электрическим подогревом и сотовый элемент 8 с каталитически активным покрытием могут также образовывать и единый конструктивный узел и при необходимости вместе составлять лишь один единственный сотовый элемент с каталитически активным покрытием и электрическим подогревом. Предлагаемая система позволяет отказаться от применения катализатора, используемого в режиме пуска и прогрева двигателя, и предоставляет тем самым возможность устанавливать трехкомпонентный каталитический нейтрализатор ОГ на достаточном удалении от двигателя, что предотвращает воздействие на него исключительно высоких тепловых нагрузок. Кроме того, вторичный воздух можно подводить в любом месте перед компонентами системы нейтрализации ОГ.

На фиг. 2 показан второй вариант выполнения изобретения, причем в этом случае предлагаемая система полностью берет на себя все функции по нейтрализации ОГ без необходимости располагать ее близко к двигателю. Более того, даже предпочтительно удалять эту систему от двигателя настолько, чтобы она не подвергалась воздействию исключительно высоких температур отработавших газов. В соответствии с вариантом по фиг.2 поток ОГ от ДВС 1 проходит в направлении S по выпускному трубопроводу 12а, 12b, 12с, 12d, 12e. Впускное отверстие 3 для подачи вторичного воздуха расположено на первом участке 12а выпускного трубопровода. Первый водоуловитель 5 аккумулирует всю содержащуюся в ОГ влагу до тех пор, пока в расположенном за ним сотовом элементе 17 с электрическим подогревом и расположенном за последним сотовом элементе 18 с каталитически активным покрытием не начнется каталитическое превращение ОГ. И в этом случае ближе к концу выпускного трубопровода могут быть предусмотрены второй водоуловитель 9 и/или обратная заслонка 10, служащие для поддержания всей системы в сухом состоянии при неработающем двигателе. Равным образом в варианте выполнения по фиг.2 также может быть предусмотрен не показанный на чертеже адсорбер углеводородов. Важным в варианте выполнения по фиг.2 является то, что сотовый элемент 18 с каталитически активным покрытием имеет достаточно большие размеры для того, чтобы обеспечить полное каталитическое превращение вредных компонентов ОГ и при работе двигателя в режиме нормальной нагрузки. Таким образом, при этом речь идет об основном катализаторе, который расположен относительно далеко от двигателя и перед которым установлен сотовый элемент с электрическим подогревом, имеющий каталитически активное покрытие, которое катализирует по меньшей мере окисление. Очевидно, что должны быть предусмотрены и обычные измерительные системы для регулирования процесса нейтрализации ОГ и управления двигателем.

В обоих рассмотренных выше вариантах выполнения сотовый элемент с электрическим подогревом можно включать непосредственно при пуске ДВС или даже за несколько секунд до этого. В частности, при отсутствии расположенного перед ним адсорбера углеводородов его включение за 1-5 с до пуска ДВС может обеспечить нейтрализацию ОГ с самого начала работы двигателя.

Предлагаемое в настоящем изобретении решение наиболее пригодно для применения в системах выпуска ОГ транспортных средств, поскольку оно при использовании недорогих средств обеспечивает эффективную нейтрализацию ОГ с учетом даже самых строгих законодательных требований.

Формула изобретения

1. Система нейтрализации отработавших газов (ОГ) двигателя (1) внутреннего сгорания (ДВС), имеющая, по меньшей мере, следующие компоненты, расположенные в указанной последовательности в направлении (S) течения потока ОГ: первый водоуловитель (5), сотовый элемент (7; 17) с электрическим подогревом и сотовый элемент (8; 18) с каталитически активным покрытием, которое служит, по меньшей мере, для катализа окисления, при этом сотовый элемент (7; 17) с электрическим подогревом и сотовый элемент (8; 18) с каталитически активным покрытием могут также полностью или частично образовывать единый конструктивный узел.

2. Система по п. 1, в которой за сотовым элементом (8; 18) с каталитически активным покрытием расположена обратная заслонка (10), служащая для предотвращения проникновения влаги в систему при неработающем ДВС (1).

3. Система по п. 1 или 2, в которой за сотовым элементом (8; 18) с каталитически активным покрытием расположен второй водоуловитель (9).

4. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой перед первым водоуловителем (5) расположен трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (4) ОГ, размеры и параметры которого подобраны таким образом, чтобы он индивидуально или, по меньшей мере, в сочетании с остальными компонентами (7, 8) системы был способен обеспечить нейтрализацию ОГ при работе ДВС (1) в режиме нормальной нагрузки.

5. Система по п. 4, в которой расстояние между выпускным отверстием ДВС (1) и трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (4) ОГ составляет, по меньшей мере, 30 см, предпочтительно 80 см, при этом трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (4) ОГ является прежде всего каталитический нейтрализатор, расположенный под полом кузова.

6. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой между ДВС (1) и первым компонентом (4; 5) системы нейтрализации ОГ имеется впускное отверстие (3) для воздуха.

7. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой перед сотовым элементом (7) с электрическим подогревом, прежде всего за первым водоуловителем (5), расположен адсорбер (6) углеводородов.

8. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой, по меньшей мере, один из водоуловителей (5, 9) имеет электрический подогрев.

9. Система по п. 1, в которой сотовым элементом (18) с каталитически активным покрытием является трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (4) ОГ с размерами и параметрами, достаточными для нейтрализации ОГ при работе двигателя в режиме полной нагрузки.

10. Система по п. 9, в которой сотовым элементом (7; 17) с электрическим подогревом является секция сотового элемента (8; 18) с каталитически активным покрытием.

11. Система по п. 9, в которой сотовый элемент (7; 17) с электрическим подогревом установлен непосредственно перед сотовым элементом (8; 18) с катилитически активным покрытием, предпочтительно с опорой на последний.

12. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой перед первым водоуловителем (5) предусмотрено приспособление (11) для отвода тепла (Q) от потока отработавших газов.

13. Способ управления работой системы по любому из предыдущих пунктов, при котором подогрев сотового элемента (7; 17) с электрическим подогревом начинают самое позднее в момент пуска ДВС (1).

14. Способ по п. 13, при котором работу ДВС (1) в период пуска холодного двигателя сначала обеспечивают на обогащенной горючей смеси с избытком топлива, при этом через впускное отверстие (3) для воздуха подают вторичный воздух до тех пор, пока ДВС (1) не сможет работать на стехиометрической горючей смеси или на обедненной горючей смеси при соотношении топлива и воздуха меньше стехиометрического.

15. Способ по п. 14, при котором переключение ДВС (1) с работы на обогащенной горючей смеси на работу на стехиометрической горючей смеси или на смеси с соотношением топлива и воздуха меньше стехиометрического осуществляют в зависимости от температуры в предназначенном для работы в режиме нормальной нагрузки трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе (4; 18) ОГ, а именно лишь по достижении в нем измеренной или вычисленной температурой достаточного для каталитической нейтрализации ОГ значения.

16. Способ по пп. 13, 14 или 15, при котором, по меньшей мере, первый водоуловитель (5) выполняют с электрическим подогревом, который включают для осушения этого водоуловителя во время работы ДВС (1) и/или после выключения ДВС (1).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2