Устройство для очистки и рециркуляции выхлопных газов

Изобретение относится к области очистки выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Устройство для очистки и рециркуляции выхлопных газов содержит выхлопной трубопровод автомобиля 1, реактор 2, соединенный своим входом с выходом выхлопного трубопровода 1, а выходом подсоединенный к тракту рециркуляции, и воздухозаборник 3 с фильтром 4, подсоединенным к всасывающему коллектору двигателя автомобиля 5. В реакторе установлены разрядники 6 с искровыми промежутками 7 и направляющие ребра 8 для подачи выхлопных газов к искровым промежуткам 7. Толщина направляющих ребер 8 выбирается значительно меньшей поперечных размеров реактора 2. Питание разрядников 6 осуществляется с помощью индукционных катушек 11, подключенных к импульсному генератору 12. Генератор 12 соединен с аккумулятором 13. При использовании изобретения обеспечивается повышение эффективности очистки выхлопных газов от токсичных соединений и увеличение количества рециркулируемых очищенных газов. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к автомобильному транспорту и может быть использовано для очистки выхлопных газов от токсичных соединений и рециркуляции очищенных выхлопных газов

Известно устройство для рециркуляции отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от токсичных компонентов по патенту РФ №2251016, МПК F02M 25/06, 2004 г. Указанное устройство содержит канал рециркуляции, связывающий входной и выходной трубопроводы двигателя автомобиля, и клапан рециркуляции, установленный в канале рециркуляции. Во внутренней полости клапана размещен сажесборник, представляющий собой путанку из керамических микроволокон и предназначенный для улавливания токсичных компонентов.

Недостатком устройства по патенту РФ №2251016 является недостаточная степень очистки отработавших выхлопных газов, подаваемых по каналу рециркуляции к двигателю, от токсичных компонентов, что обусловлено использованием для этих целей только сажесборника.

Известна выхлопная система, содержащая катализатор восстановления оксидов азота и контур рециркуляции выхлопных газов (патент РФ №2584084, МПК F01N 3/20, 2016 г.). Недостатками известного устройства являются его сложность, что увеличивает пространство, необходимое для монтажа устройства на автомобиле; использование для очистки от токсичных веществ дорогостоящих компонентов - палладия и оксида церия, а также недостаточная степень очистки выхлопных газов от токсичных веществ.

В качестве ближайшего аналога заявляемого устройства принято устройство для очистки и циркуляции выхлопных газов по патенту РФ №154119, МПК F01N 3/02, 2015 г. Упомянутое устройство содержит выхлопной трубопровод для сбора и выброса газа, импульсный генератор, соединенный с индукционными катушками, реактор, соединенный своим входом с выходным торцом выхлопной трубы, и тракт рециркуляции очищенных выхлопных газов. Реактор содержит разрядники с искровыми промежутками, расположенными внутри корпуса реактора. Разрядники установлены в корпусе реактора с наклоном относительно его оси и соединены с соответствующими индукционными катушками по числу разрядников.

В корпусе реактора перед разрядниками размещена шайба с отверстиями, расположенными напротив искровых промежутков разрядников. В отверстиях шайбы, число которых равно числу разрядников, закреплены пластины, направляющие струи выхлопных газов к искровым промежуткам разрядников.

Тракт рециркуляции содержит трубопровод, связывающий выход реактора с всасывающим коллектором двигателя автомобиля, и включает средства удаления из газового потока сажи. Коллектор двигателя автомобиля также связан через фильтр с воздухозаборником.

Устройство, принятое в качестве ближайшего аналога, имеет следующие недостатки.

Размещение направляющих пластин в отверстиях шайбы обеспечивает подачу к искровым промежуткам разрядников только части всего потока выхлопных газов, которое можно примерно оценить как отношение суммы площадей всех отверстий шайбы к площади поперечного сечения реактора. Однако, как установлено заявителем, такое конструктивное решение на практике приводит к расщеплению не всего объема токсичных соединений, содержащихся в выхлопных газах, в частности СО и NO₂ на С, N₂ и О₂, поскольку ограничение объема выхлопных газов, направляемых в области искровых промежутков разрядников, не позволяет эффективно осуществить указанный процесс расщепления по всей площади поперечного сечения реактора. Как следствие, снижается эффективность очистки выхлопных газов от токсичных соединений и уменьшается количество рециркулируемых очищенных газов, подаваемых по тракту рециркуляции к двигателю автомобиля. Последний фактор уменьшает экономию топлива за счет рециркуляции очищенных газов.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения - повышение эффективности очистки выхлопных газов от токсичных соединений и увеличение количества рециркулируемых очищенных газов.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки и рециркуляции выхлопных газов, содержащем выхлопной трубопровод для сбора и выброса газа; импульсный генератор, связанный с аккумулятором и подсоединенный к индукционным катушкам; реактор, соединенный своим входом с выхлопным трубопроводом, и тракт рециркуляции, содержащий трубопровод, вход которого подсоединен к выходу реактора, а выход подключен к всасывающему коллектору двигателя автомобиля, и средства удаления из газового потока сажи; и воздухозаборник, подсоединенный через фильтр к всасывающему коллектору двигателя, при этом реактор содержит, по крайней мере, первые разрядники, установленные в корпусе реактора с наклоном относительно его оси и соединенные с индукционными катушками, причем искровые промежутки разрядников находятся в полости реактора, и размещенные в полости реактора средства направления выхлопных газов к искровым промежуткам первых разрядников, упомянутые средства направления выхлопных газов к искровым промежуткам первых разрядников выполнены в виде направляющих пластинчатых ребер, соединенных с корпусом реактора и расположенных между искровыми промежутками соседних первых разрядников напротив зазоров между ними.

Указанный технический результат достигается также тем, что толщина d направляющих пластинчатых ребер выбирается из условия

d<<D,

где D - поперечный размер реактора.

Указанный технический результат достигается также тем, что устройство для очистки и рециркуляции выхлопных газов содержит вторые разрядники, размещенные в корпусе реактора за первыми разрядниками наклонно по отношению к оси реактора и связанные с индукционными катушками, причем искровые промежутки вторых разрядников расположены напротив зазоров между соседними первыми разрядниками.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг. 1 схематически изображено заявляемое устройство, на фиг. 2 иллюстрируется выполнение реактора и схема питания разрядников.

Устройство для очистки и рециркуляции выхлопных газов содержит выхлопной трубопровод автомобиля 1, реактор 2, соединенный своим входом с выходом выхлопного трубопровода 1, а выходом подсоединенный к тракту рециркуляции, фильтр 3 и воздухозаборник 4, подсоединенные к всасывающему коллектору двигателя 5.

Реактор 2 является средством очистки выхлопных газов от содержащихся в них токсичных соединений. Он включает, по крайней мере, первые разрядники 6, установленные в корпусе реактора 2 с наклоном относительно его оси, причем искровые промежутки 7 разрядников 6 находятся в полости реактора 2, и размещенные в полости реактора 2 средства направления выхлопных газов к искровым промежуткам 7, выполненные в виде направляющих пластинчатых ребер 8, соединенных с корпусом реактора 2 и расположенных между искровыми промежутками 7 соседних первых разрядников 6 напротив зазоров между разрядниками 6. Толщина d направляющих ребер 8 выбирается значительно меньшей поперечного размера D реактора 2 (который может составлять 60-70 мм, что способствует удобству монтажа реактора под днищем автомобиля), и может быть равна ~ 1 мм. Как следствие, толщина ребер d будет в несколько раз меньше зазора между соседними разрядниками.

Реактор 2, кроме первой ступени очистки, образованной разрядниками 6, может также содержать вторую ступень очистки, образованную вторыми разрядниками 9, которые размещены в корпусе реактора 2 за первыми разрядниками 6 также наклонно по отношению к оси реактора 2, причем искровые промежутки 10 вторых разрядников 9 расположены напротив зазоров между соседними первыми разрядниками 6.

Первая ступень очистки может содержать, например, четыре разрядника 6, а вторая ступень очистки - три разрядника 9. В общем случае, количество разрядников, установленных в реакторе 2, определяется мощностью и диаметром выхлопного трубопровода 1.

Число направляющих ребер 8 на входе первой ступени очистки на единицу меньше числа разрядников 6, т.е. если реактор 2 содержит N разрядников 6 в первой ступени очистки, то число направляющих ребер будет равно N - 1.

Угол наклона разрядников 6 и 9 к оси реактора 2 варьируется в зависимости от типа автомобиля.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения корпус реактора 2 имеет плоскую форму. Так, например, как показано на фиг. 2, в поперечном сечении реактор 2 может иметь форму, близкую к шестиугольной.

Питание разрядников 6 и 9 осуществляется с помощью подсоединенных к ним индукционных катушек 11, подключенных, в свою очередь, к импульсному генератору низкого напряжения 12. Число катушек 11 равно общему числу разрядников 6 и 9. Генератор 12 соединен с аккумулятором 13.

На фиг. 2 иллюстрируется подключение катушек 11 к двум крайним разрядникам первой и второй ступени очистки.

Тракт рециркуляции содержит трубопровод 14, соединенный входом с выходом реактора 2, а выходом подключенный к всасывающему коллектору двигателя автомобиля 5. В трубопроводе 14 установлены средства удаления из газового потока сажи, выполненные в виде коробки с фильтром 15.

Заявляемое устройство функционирует следующим образом.

С генератора 12 импульсный ток низкого напряжения поступает на индукционные катушки 11, а затем на искровые промежутки разрядников. Посредством направляющих ребер 8 струи выхлопного газа из трубопровода 1 подаются к искровым промежуткам 7 разрядников 6. Малая толщина направляющих ребер 8 по сравнению с поперечным размером реактора 2 (и величиной зазора между соседними разрядниками 6) обеспечивает подачу практически всего объема выхлопных газов к искровым промежуткам 7 разрядников 6. Кроме того, при наличии в устройстве второй ступени очистки направляющие ребра 8 способствуют поступлению струй выхлопного газа через зазоры между соседними разрядниками 6 первой ступени очистки к искровым промежуткам 10 разрядников 9 второй ступени очистки.

В искровых промежутках 7 разрядников 6 происходит процесс расщепления содержащихся в выхлопных газах токсичных соединений - СО, СО₂, NO₂ и СН_x. В результате ударного воздействия на молекулы СО, СО₂, NO₂ и СН_x электрического разряда, энергия которого больше энергии связи атомов в молекулах, происходит распад молекул на отдельные составляющие - С, О₂, N₂, Н₂, которые не относятся к токсичным компонентам выхлопных газов. Конструктивное выполнение и пространственное расположение направляющих ребер 8 способствует тому, что указанному выше процессу расщеплению подвергается практически весь объем токсичных соединений, присутствующих в выхлопных газах автомобиля. Небольшое количество молекул СО, СО₂, NO₂ и СН_x, не подвергшихся расщеплению в первой ступени очистки, будут расщеплены на С, О₂, N₂, Н₂ во второй ступени очистки.

С выхода реактора 2 поток газов поступает на вход трубопровода 14 тракта рециркуляции. В коробке 15 с помощью фильтра осуществляется очищение газов от сажи - угольных частиц. Далее поток очищенных газов с

выхода трубопровода 14 подается к всасывающему коллектору двигателя автомобиля 5, в который также поступает воздух из атмосферы, засасываемый с помощью воздухозаборника 3 и очищаемый в фильтре 3.

По сравнению с устройством, принятым в качестве ближайшего аналога, заявляемое устройство позволяет существенно увеличить объем очищаемых выхлопных газов и, в результате - повысить эффективность очистки выхлопных газов от токсичных соединений. Как следствие, увеличивается количество рециркулируемых очищенных газов и реализуется возможность дальнейшей экономии топлива.

1. Устройство для очистки и рециркуляции выхлопных газов, содержащее выхлопной трубопровод для сбора и выброса газа; импульсный генератор, связанный с аккумулятором и подсоединенный к индукционным катушкам; реактор, соединенный своим входом с выхлопным трубопроводом; тракт рециркуляции, содержащий трубопровод, вход которого подсоединен к выходу реактора, а выход подключен к всасывающему коллектору двигателя автомобиля, и средства удаления из газового потока сажи; и воздухозаборник, подсоединенный через фильтр к всасывающему коллектору двигателя, при этом реактор содержит по крайней мере первые разрядники, установленные в корпусе реактора с наклоном относительно его оси и соединенные с индукционными катушками, причем искровые промежутки разрядников находятся в полости реактора, и размещенные в упомянутой полости средства направления выхлопных газов к искровым промежуткам первых разрядников, отличающееся тем, что средства направления выхлопных газов к искровым промежуткам первых разрядников выполнены в виде направляющих пластинчатых ребер, соединенных с корпусом реактора и расположенных между искровыми промежутками соседних первых разрядников напротив зазоров между ними.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что толщина d направляющих пластинчатых ребер выбирается из условия

d<<D,

где D - поперечный размер реактора.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит вторые разрядники, размещенные в корпусе реактора за первыми разрядниками наклонно по отношению к оси реактора и связанные с индукционными катушками, причем искровые промежутки вторых разрядников расположены напротив зазоров между соседними первыми разрядниками.