Глушник-нейтралізатор

1. Глушник-нейтралізатор, що вміщує розташовані в спільному корпусі з вхідним та вихідним патрубками розпилювач газового потоку на вході, споряджений засобом запалення аерозолю з залишків пального та токсичних включень, повітряним ежектором сажовий фільтр з допалювачем незгорілих компонентів у вигляді перфорованої стаканоподібної деталі, яка забезпечена електропідігрівом, і розташований за ними по потоку газів каталітичний реактор, який відрізняється тим, що порожнина згадуваної стаканоподібної деталі сполучена з вхідним патрубком через розпилювач газового потоку. 2. Глушник-нейтралізатор за п. 1, який відрізняється тим, що розпилювач потоку виконано зі щільно сполучених з корпусом та між собою так, що утворена внутрішня порожнина, тарільчатих деталей з перфораціями для проходження газу. A (54) ГЛУШНИК-НЕЙТРАЛІЗАТОР 30646 та реактора. Сажовловлювач складається з фільтра грубої очистки і виконаний з'ємним. Фільтр грубої очистки виконано у вигляді перфорованого вхідного патрубка, на якому закріплені в спільному кожусі перегородки, утворюючі систему сполучених між собою порожнин, через які та перфоровану звичайку потік газу спрямовується в реактор та порожнину фільтра тонкої очистки, виконаного з повітряним ежек-тором. Глушник-нейтралізатор є металоємким, призводить до накопичення сажі у фільтрі грубої очистки та швидкому закупорюванню фільтра тонкої очистки, низькою ефективністю знешкодження токсичних компонентів за відсутністю надійних умов допалення: підвищеної температури, засобів примусового запалення, що призводить до обмеженого ресурсу між термінами технічного обслуговування. Прототипом до сажового фільтра з допалювачем може бути пристрій по патенту США 4662172 [4] "Система очистки відпрацьованих газів ДВЗ", в якому на вході в корпус роз-ташована камера згоряння допалювача, утворена двома стаканоподібними деталями, одна з яких перфорована. Деталі введеш одна в одн у, утворюючи замкнутий простір, в якому розташовані електроди свічки запалення і куди примусово подається пальне, тобто утворюють камеру для підготування горючого аерозолю, який через перфорацію, уже підпалений, втягується в потік відпрацьованих газів, що обтікає камеру і в якому проходить допалення незгорілих компонентів. Таке рішення ускладнює пристрій зайвими деталями, що утворюють камеру, а перфорація не використовується як елемент для затримки сажі. Відоме широке використання для елементів гасіння звукових хвиль в глушниках та фільтрах, що несуть каталізатори знешкодження токсичних компонентів відпрацьованих газів, кераміки та металокераміки [1, c. 77]. "Глушник, об'єднаний з каталітичним реактором для ДВЗ, та модульні діафрагмові сегменти для глушника" по єврозаявці 0530493 [5], які щільно розташовані в спільному металевому корпусі та між собою так, що утворюють порожнини, які виконують функції реакторів та глушника. Недоліком пристрою є його вага та габарити за рахунок кількості керамічних діафрагм та нерівномірність умов роботи: за рахунок довжини реактора перші діафрагми більш вразливі на закупорювання. Такий глушник може використовуватись тільки для двигунів, працюючих на якісному високооктановому пальному. Прототипом до реактора може бути відомий по патенту Російської Федерації 2013111 [6] "Пристрій для очистки відпрацьованих газів ДВЗ", в якому у ви хлопній трубі встановлено фільтр з кераміки у вигляді циліндру, внутрішня порожнина якого сполучена через розпилювач з водяною місткістю. Нейтралізатори з використанням рідини в якості фільтру грубої очистки не набули широкого застосування через їх велику вагу та габарити, складність в обслуговуванні через трудомісткість і часту періодичність обслуговування, через труднощі, що виникають при негативних температурах [1, с. 71]. Використання в поєднанні з рідиною призводять до закупорювання, послабляють термокаталітичну дію кераміки в допаленні незгорілих компонентів, так як знижують температуру відпрацьованих газів при проходженні через рідину. В основу винаходу "Глушник-нейтралізатор" поставлено задачу шляхом поєднання в спільному корпусі з суміщенням деяких їх функцій відомих елементів сажового фільтра, допалювача незгорілих компонентів відпрацьованих газів та каталітичного реактора за допомогою нових ознак та розташування забезпечити зменшення ваги, габаритів та металоємкості, спрощення конструкції та підвищення ступеня очистки відпрацьованих газів при використанні низькооктанового пального. Глушник-нейтралізатор на вході спільного корпуса з вхідним і вихідним патрубками має стаканоподібну перфоровану деталь, яка обладнана електропідігрівачем або сама деталь суміщає функцію електропідігрівача, засіб підпалення аерозолю із залишків пального та незгорілих компонентів, повітряний ежектор та каталітичний реактор. Стаканоподібна перфорована деталь з вхідним патрубком сполучена через розпилювач, який частково гасить звукові коливання і, придаючи турбулентність газовому потоку, створює передумови для запалення аерозолю, тобто порожнина перфорованої деталі виконує функцію камери згоряння, не потребуючи додаткових конструктивних заходів. Виконання допалювача у вигляді двох тарільчатих перфорованих деталей, щільно з'єднаних між собою та корпусом з утворенням внутрішньої порожнини підсилює ефект глушіння звукових коливань, змішування компонентів потоку, надходячих до камери згоряння, та подрібнення сажових включень, що сприяє їх кращому вигорянню. В двигуна х, обладнаних високовольтною електросистемою, в якості підпалювача аерозолю використана іскрова свічка запалення. Розташування свічки запалення в розпилювачі спрощує технологію виконання її кріплення та технічного обслуговування глушника в цілому. Каталітичний реактор глушника-нейтралізатора виконано у вигляді трубоподібної пористої металокерамічної або керамічної деталі, яка може бути обладнана електророзігрівачем і мати спеціально вибрані відомі додаткові каталітичні покриття або включення, з розпилювачем потоку на вході в робочу порожнину. Торці керамічного фільтру щільно закріплені на двох перегородках, які відокремлюють порожнину його розташування в корпусі від порожнин розташування сажового фільтра з допалювачем та вихідного патрубка. Перегородки суміщають призначення розмежовуючих елементів, несучих елементів, на яких закріплюється керамічний фільтр, та функціональних: розпилювача потоку та каналів відводу очи щених газів. Це забезпечує компактність всьому глушнику та технологічність виготовлення його корпуса. Сполучення внутрішньої порожнини керамічного фільтра з порожниною розташування сажового фільтра, температура в якій нижче, ніж в першій, пом'якшує вимоги до теплоізоляції та термостійкості деталей корпуса, спрощуючи його конструкцію. Виконання розпилювача керамічного фільтра у вигляді стакано- або трубоподібної деталі, закріп 2 30646 леної по вхідному отвору в перегородці і займаючої всю довжину порожнини забезпечує рівномірне розподілення потоку по поверхні фільтра, поліпшуючи не тільки умови окислення та руйнування молекул токсичних речовин, а і подовжуючи терміни роботи між обслуговуваннями глушника. В сполученні ознаки забезпечують компактність, незначну металоємкість та вагу глушника, прийнятну ступінь з боку вимог екологічної безпеки знешкодження відпрацьованих газів, технологічність виготовлення та зручність в експлуатації, придатність для використання з будь-яким пальним. На фігурі схематично зображено варіант глушника-нейтралізатора для двигуна, обладнаного високовольтною електросистемою, з розрізами умовно визначених функціональних частин пристрою: сажового фільтра з допалювачем та каталітичного реактора. Корпус глушника-нейтралізатора складено з трьох частин по кількості умовновизначених складових пристрою: частина 1 обмежує порожнину розташування сажового фільтра з допалювачем, частина 2 - каталітичний реактор, частина 3 - вихідну порожнину корпуса 4. Сажовий фільтр з допалювачем складається зі стаканоподібної деталі 5, яка має перфорацію 6 на боковій поверхні. Деталь 5 несе на собі електропідігрівачі 7, наприклад, у вигляді елементів розжарювання, які підключено до електросистеми низької напруги засобу, що обслуговується глушником (підключення не зображено). Якщо деталь 5 виготовлена з матеріалів, яким властива здатність розжарювання від струм у, електропідігрівачі не потрібні. Деталь 5 жорстко з'єднана з розпилювачем 8, що складається з двох тарільчатих деталей 9 і 10 з перфораціями 11 і 12 у вигляді довільно розташованих на кінцях деталей 9 і 10 отворів. Перфорація 11 займає поверхню деталі 9, яка не виходить за межі діаметра деталі 5, перфорація 12 - за межі діаметра вхідного патрубка 13, з якою щільно з'єднана деталь 10. Деталі 9 і 10 своїми фланцями щільно з'єднані між собою, утворюючи внутрішню порожнину. В розпилювач вмонтовано іскрову свічку запалення 14, яку підключено до високовольтної системи обслуговуваного глушником засобу (підключення не зображено). Електроди її в порожнині деталі 5, а тіло - в деталях 9 і 10 по нарізці. В розпилювачі 8 виконано ежектор 15 підсмоктування атмосферного повітря для підтримування стійкого горіння в порожнині деталі 5, яка виконує функцію камери згоряння 1 (або) в частині корпуса 1 виконано повітряний ежектор 16 того ж призначення. Складова пристрою "сажовий фільтр з допалювачем" перегородкою 17 відокремлена від каталітичного реактора, який вміщує в собі керамічний або металокерамічний пористий фільтр 18, проникливий для газоподібних речовин, трубоподібної форми. Торці фільтра 18 щільно закріплені в гніздах 19, одне з яких закріплено на перегородці 17, а друге - на перегородці 20, яка відокремлює складову ''каталітичний реактор" від вихідної порожнини 3, обмеженої частиною корпуса 4. Фільтр 18 може включати в свій склад відомі каталітичні речовини для знешкодження токсичних компонентів у відпрацьованих газах двигуна. Зга дувані вище каталітичні речовини можуть бути нанесені на робочу поверхню реактора (в розглядуваному випадку - на внутрішню поверхню фільтра 18) у вигляді шару 21 з суміщенням функції електророзігрівача для підсилення окислювальних та відновлюючих процесів (підключення шару 21 до електросистеми та виконання фільтра 18 з вмонтованими електронагрівачами не зображене за їх широкою відомістю та багатоваріантністю). В порожнині фільтра 18 розташовано розпилювач 22, виконаний у вигляді перфорованої трубоподібної деталі, закріпленої по вхідному отвору в перегородці 17. Якщо розпилювач 22 виконано із матеріалів, здатних до розжарювання, а фільтр 18 має каталітичні включення, шар 21 втрачає сенс. Перегородка 20 виконана з вікнами 23 для проходження очищених газів у порожнину, обмежену частиною корпуса 3, що з'єднана з вихідним патрубком 24 і має форму напівсфер з переходом одна в одну для отримання ефекту гасіння звукових коливань. Працює глушник-нейтралізатор наступним чином. Під час підготовки двигуна до пуску електропідігрівачі 7 сажового фільтра та електророзігрівач 21 обов'язково включають, що дозволяє скоротити термін входження пристрою в режим ефективної очистки відпрацьованих газів. При досягненні необхідної температури, приміром 200...300 градусів за Цельсієм, в порожнині, обмеженій частиною корпуса 1, а також в залежності від якості пального, на якому працює двигун, та температури навколишнього середовища, електропідігрівачі 7 можуть бути примусово або автоматично відключені, якщо підігрівачі 7 у двигуна без високовольтної електросистеми не правлять одночасно підпалювача аерозолю в порожнині деталі 5. Потік відпрацьованих газів працюючого двигуна по вхідному патрубку 13 потрапляє на першу тарільчату деталь 10 розпилювача 8. Почергово проходження через отвори 12, порожнину між деталями 9 і 10 та отвори 11 викликає спершу підвищення тиску, за ним - розпилення, далі - розширення, знову - розпилення потоку. Внаслідок цього ламінарність потоку руйнується і в порожнину деталі 5 потік потрапляє турбулентним, вихри якого перемішують наявні компоненти, руйнують ланцюги сажі, створюють аерозоль, який легко запалити без подачі пального ззовні, крім того гасять частково звукові коливання. Від підігрівачів 7 або іншого калільного елементу, а в зображеному на фігурі випадку від іскріння свічки запалення 14, яка отримує високовольтні імпульси від електророзподільника системи запалення двигуна, аерозоль з залишками пального, сажі, окису вуглеці, вуглеводнів, альдегідів, окисів азоту загоряється. Палаючий потік газів через перфорацію 6 деталі 5, якій властиво, особливо при видовженій формі її, затримувати важкі тверді включення і, перш за все сажу, розповсюджується по всій порожнині, обмеженій частиною корпуса 1. Повітря, необхідне для підтримання стійкого горіння, підсмоктується через ежектори 15, 16. На цьому етапі в процесах, що проходять в складовій глушника-нейтралізатора "сажовий фільтр з допалювачем", вигоряє основна маса сажі, вуглеводнів та альдегідів, частково окис вугле 3 30646 цю перетворюється у вуглекислий газ, а температура в цій зоні швидко досягає оптимальних робочих значень і підтримується на протязі роботи двигуна. Із порожнини глушника, обмеженою частиною корпуса 1, палаючий потік газів через вхідний отвір в перегородці 17 потрапляє на розпилювач 22 і через його перфорацію рівномірно розподіляється по електрокаталітичному шару 21, на якому за рахунок електророзігріву та властивості кераміки не тільки утримувати, а й підвищува ти температуру, вона вище, ніж в попередній зоні. Під час переміщення потоку допалювання важких включень та сажі продовжується. На шарі 21 за рахунок каталізаторів та температури відбувається руйнування окисів азоту, окислення окису вуглецю та остаточне допалення сажі. Допалення в просторі та часі від порожнини деталі 5 до каталітичного шару 21 запобігає закупорювання керамічного фільтра, що дозволяє його експлуатацію від обслуговування до обслуговування засобу в цілому. Через шар 21 потік розповсюджується по лабіринту мікронних пор фільтра 18. Швидкість потоку помітно падає, звукові коливання гасяться, остаточно знешкоджуються окис вуглецю і залишки окисів азоту, якщо керамічний фільтр має відповідні каталітичні включення. Проходження потоку через керамічний фільтр 18 остаточно знешкоджує токсичні компоненти у відпрацьованих газах, які утворились не тільки в двигуні, а і в наслідок допалення в глушнику. Після фільтра 18 потік спрямовується через порожнину між зовнішньою поверхнею фільтра 18 і частиною корпуса 2, через вікна 23 перегородки 20 в порожнину, обмежену частиною корпуса 3. Завдяки повороту потоку після фільтра 18, проходженню через вікна 23 та формі частини корпуса 3 звукові хвилі гасяться до передбаченого відповідними вимогами рівня перед входженням у вихідний патрубок 24. Технічне обслуговування глушника виконується роз'єднанням вхідного патрубка 13 від вихлопної труби двигуна і зануренням його без розбирання в миючі засоби. Джерела інформації. 1. Варшавский И.Л., Малов Р.В. Как обезвредить отработавшие газы автомобиля. - Транспорт 1968. - С. 71, 77, 89-92. 2. А.с. СРСР № 1590578 F01N3/00 07.09.1990. Реферативний часопис "Винаходи країн світу". М.: ВНДІПІ, 1990. - Вип. 88. - № 12. - С. 12. 3. А.с. СРСР № 1746000 F01N3/10, 30.07.1992. Реферативний часопис "Винаходи країн світу". М.: ВНДІПІ, 1992. - Вип. 64. - № 10. - С. 13. 4. Патент США № 4662172 F01N3/02, 05.05.1987. Реферативний часопис "Винаходи країн світу". - М.: ВНДІПІ, 1988. - Вип. 88. - № 2. С. 43. 5. Єврозаявка № 0530493 F01N3/28, 10.03.1993. Реферативний часопис "Винаходи країн світу". - М.: ВНДІПІ, 1994. - Вип. 64. - № 7. С. 14. 6. Патент Російської Федерації № 2013111 В01D50/00, F01N3/04, 30.05.1994. Офіційний бюлетень РФ. - М.: ВНДІПІ, 1994. - № 10. - С. 15. 4 30646 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5