Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания

(19) (11 1 МЗ/О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР) и я фм. щ а тай РЕТЕН ринципиальная электрическая ка управления(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 1763685, кл. Р 01 й 3/08, 1989, 1992.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБО;ТАВЩИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ57) Использование: для очистки выхлопныхгазов двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство содержиткорпус с патрубками, трубку с перфорациейи наружными винтовыми поверхностями,емкость с жидкостью, испаритель с рассекателем, источник высокого напряжения,электроды катализатора спирального вида,фильтрующий элемент, поддон корпуса,контур температурной стабилизации с тепИзобретение относится к устройстваочистки выхлопных газов двигателей внуреннего сгорания от вредных примесей,Цель изобретения - повышение эффетивности. На фиг, 1 приведена исхема устройства; на фиг. 2 -принципиальная схема блоустройства,Устройство состоит из кожуха 1, выполненного в виде кольцевого параболического рефлектора инфракрасного излучения, снаружи покрытого теплоизоляцией, Кожух 1 снабжен входным патрубком 2 и соединен с корпусом 3, который имеет выходной патрубок 4 на прижимной крышке 5, Под крышкой 5 в корпусе 3 установлен сменный фильтрующий элемент 6, выполненный из боросилилообменником, термостатом и радиатором, а также датчик температуры катализатора, которым являются электроды и датчик температуры жидкости, подключенные к входам блока управления, выходы которого подключены к алекродам катализатора и обмотке электромагнитного клапана, установленного между вентилем емкости и полым испарителем, а источник тока высокого напряжения подключен через выходы блока управления к электродам катализатора и электродам электроосмотического осушителя сменного фильтрующего элемента, а кожух корпуса выполнен в виде кольцевого параболического рефлектора инфракрасно- ф го излучения и на внешней поверхности снабжен теплоизоляционным покрытием. 1 з,п. ф-лы,2 ил,катной или базальтовой ваты, Корпус 3 выполнен из пластмассы и снабжен в нижнейакаай части герметичным поддоном 7 для жидко- Ю сти, которая поступает из сменного фильт- ф рующего элемента 6 через перфорации 8 в ф нижней стенке корпуса 3. Корпус 3, фильт- ( рующий элемент 6 и поддон 7 установлены в кольцевых выемках крышки 5 и стального кожуха 1, которые фиксируются стяжками 9 с упругими элементами 10.Внутри кожуха 1 на керамических клем- бд мвх 11 установлен испаритель 12 с рассека-телем 13 отработавших газов, выполненный из жаропрочного материала, на котором нанесены покрытия катализатором, например, из никельхромового сплава в виде спиральных элементов 14. Первые концы . всех электродов 14 соединены между собой5055 и подключены к нижней клемме 11, а вторые концы соединены между собой кольцом 15 и подключены к верхней клемме 11. Внутри полого испарителя 12 установлен датчик 16 температуры жидкости, выполненный в виде терморезистора, а датчиком температуры катализатора являются электроды 14, которые подключены к первому входу блока управления 17 мерез верхнюю клемму 11, а датчики 16- к второму входу блока управления 17. Первый выход блока 17 подключен к электродам 14 катализатора через нижнюю клемму 11, а второй выход - к обмотке управляемого электромагнитного клапана 18, который установлен между полостью испарителя 12 и вентилем 19 емкости 20 с жидкостью, например водой. Вентиль 19 кинематически связан с педалью 21 управления подачей топлива в двигатель внутреннего сгорания, Внутренняя полость испарителя 12.соединена переходником 22 .с контуром 23 температурной стабилизации пара, который состоит иэ теплообменника 24, расположенного внутри корпуса контура 23, наружная поверхность которого содержит винтовые поверхности 25, Контур 23 снабжен термостатом 26, вход которого соединен с выходом теплообменника 24, а выход - с входом охлаждающего радиатора 27, выход которого соединен с входом теплообменника 24. Внутренняя полость корпуса 23 соединена с трубой 28, которая снабжена перфорациями и наружными винтовыми поверхностями 29. Труба 28 установлена в кольце 30, которое закреплено в выходном патрубке 4 на дистанционных шпильках 31. Внутренняя полость герметичного поддона 7 соединена трубопроводом 32 с входом жидкостного фильтра 33, выход которого соединен с входом емкости 20. Источник тока высокого напряжения 34 подключен через третий выход блока управления 17 к электродам катализатора 14 и через четвертый выход блока управления 17 к электродам 35 электроосмотического осушителя 36 сменного фильтрующего элемента 6, При этом положительный полюс источника тока подключен к внутреннему сетчатому электроду 35, а отрицательный полюс - к наружному сетчатому электроду 35 на сменном фильтрующем элементе 6.Блок управления 17 состоит из мостовой схемы 37, вкоторую включены электроды 14 катализатора, одновременно являющиеся датчиком температуры катализатора и первым входом блока управления, а также резистор 38 и конденсаторы 39, 40, В одну диагональ мостовой схемы 37 подключен генератор 41 переменного тока, а во вторую диагональ - детектор, выполненный на диодах 42 и 43, Выход детектора подключен к входу усилителя 44, выход которогоподключен через резисторы 45 и 46 к управляющим электродам тиристоров 47 и 48, ко 5 торые коммутируют цепи питанияисточника тока низкого напряжения к электродам 14 катализатора и являются первымвыходом блока управления 11, Для селекции сигналов постоянного и переменного10 токов на электродах 14 катализатора подключены конденсаторы 49 и 50. Датчик 51температуры жидкости выполнен в видетерморезистора, подключен к управляющему электроду транзистора 52 вместе с дели 15 телем напряжения на резисторах 53 и 54 иявляется вторым входом блока управления17. Выход транзистора 52 подключен к управляющему электроду третьего тиристора55, который коммутирует обмотку управле 20 ния 56 электромагнитного клапана 18 и является вторым выходом блока управления17, Источник тока 34 высокого напряженияподключен через четвертый тиристор 51,выход которого является третьим выходом25 блока управления к электродам 14 катализатора и через делитель высокого напряженияна резисторах 58 и 59, выход которого является четвертым выходом блока управления- к электродам 35 электроосмотического30 осушителя 36 сменного фильтрующего элемента 6, Ток низкого напряжения поступаетна обмотку управления 56 электромагнитного клапана 18 и на транзистор 52 через выключатель 60,35 Устройство работает следующим образом.На режиме запуска и прогрева холодного двигателя электроды 14 катализатора, выполненные из никельхромового сплава,40 имеют низкую температуру и низкое сопротивление переменному току, который протекает в мостовой схеме 37 от генератора 41.Поэтому баланс мостовой схемы 37 нарушен и через детектирующий диод 42 на не 45 инвертирующий вход усилителя 44поступают положительные импульсы, амплитуда которых больше, чем амплитуда отрицательных импульсов, поступающих с мостовой схемы 37 через диод 43 на инвертирующий вход усилителя 44. На выходе усилителя 44 формируются положительные импульсы, которые поступают на управляющие электроды тиристоров 41, 48 и 51. Тиристоры 47 и 48 с анодным управлением полностью открываются и коммутируют низкое напряжение +12 В и - 12 В к электродам 14 катализатора, которые нагреваются постояннымтоком до рабочей температуры, Тиристор 57 с катодным управлением закрыт и отключает высокое напряжение источника 34 от электродов 14, исключая короткое замыкание источников тока. Постоянный ток электродов 14 не нарушает работу генератора 41, детекторов 42, 43 и усилителя 44 за счет использования разделительных конденсаторов 49 и 50. На нагретом катализаторе протекает окислительно-восстановительная реакция, когда окись углерода окисляется до углекислого газа, а окислы азота восстанавливаются до атомарного азота, что значительно повышает эффективность устройства на данном режиме,Поскольку температура выхлопных газов на данном режиме недостаточна для интенсивного парообразования жидкости в испарителе 12, то необходимы дополнительные ограничения подачи жидкости из емкости 20 через вентиль 19 в испаритель 12 для предотвращения затопления корпуса 1 жидкостью и ее перерасхода. Сопротивление терморезистора 51, помещенного в испаритель 12 при низких температурах велико, поэтому с делителя напряжения 53 и 54 на базу транзистора 52 через включенный тумблер 60 поступает положительный потенциал, который закрывает транзистор 52. Поэтому нэ управляющий электрод тиристора 55 с анодным управлением поступает через резистор 54 отрицательный уоовень, который ограничивает ток тиристорэ 55 через обмотку управления электромагнитного клапана 18. Количество жидкости, поступающей в испаритель 12, не превышает количества испарившейся жидкости при текущих значениях ее температуры, Значительно снижается расход жидкости, а также расход электроэнергии на нагревание катализатора, поскольку инфракрасное излучение выхлопных газов и электродов 14 катализатора концентрируется параболическим рефлектором 1 корпуса нэ поверхности катализатора, Теплоизоляционное покрытие внешней поверхности корпуса 1 дополнительно снижает тепловые потери, поэтому температура катализатора 14 и жидкости в испэрителе 12 быстро достигает рабочих значений.На последующих режимах работы прогретого двигателя на различных нагрузках водитель воздействует на педаль 21 управ ления подачей топлива в двигатель, изменяя количество сжигаемого топлива и величину поступающих в устройство выхлопных газов. Пропорционально этой величине изменяется подача жидкости черезвентиль 19, кинематически связанный с педалью 21. При этом управляющий электромагнитный клапан 18 дополнительных ограничений не вносит, так как полностью открыт током через тиристор 55. В свою очередь, тиристор 55 открыт положительным уровнем транзистора 52, который открыт отрицательным потенциалом делителя5 напряжения 53, 54, поскольку сопротивление терморезистора 51 значительно снижается при высоких температурах жидкости.Таким образом, расход жидкости и парообразовэние поддерживаются автоматически10 в заданных оптимальных пределах,Выхлопные газы нагревают электроды14 катализатора до рабочей температуры,что ведет к увеличению их сопротивленияпеременному току, Мостовая схема 37 воз 15 вращается в состояние балланса, на выходеусилителя 44 формируются отрицательныеимпульсы, которые поступают на управляющие электроды тиристоров 47, 48, 57, Тиристоры 47 и 8 полностью закрываются и20 отключают источник постоянного тока низкого напряжения от электродов 14 катализатораТиристор 57 полностью открывается икоммутирует высокое напряжение источника 34 между катализатором 14 и корпусом 1,25 Наложение электрического поля на электроды катализатора дополнительно повышаетэффективность окислительно-восстановительной реакции на них и степень очисткивыхлопных газов,ЗО Пар из испарителя 12 поступает черезпереходник 22 в контур 23 температурнойстабилизации и заполняет его внутреннююполость, взаимодействуя с поверхностьютеплообменника 24. Теплообменник заполнен охлаждающей жидкостью с температу 3 рой кипения выше 110 С и через термостат26 подключен к охлаждающему радиатору27, который отводит избыток тепла для утилизации на транзисторе или в атмосферу,Термостат 26 автоматически регулирует по 40 ток жидкости, циркулирующей в контуре 23таким образом, что ее температура стабилизируется на границе конденсации пэровжидкости в туман. Винтовые поверхности25 отводят избыток тепла выхлопных газовф 5 через контур 23 температурной стабилизации также в атмосферу или для утилизациитепла на транспорте. Поэтому температуравыхлопных газов, поступающих в корпус 3,не превышает 100-110 С наряду с темпера 50 турой пара,Мягкий пар, находящийся на границеконденсации, заполняет весь внутреннийобьем сменного фильтрующего элемента 6и взаимодействует с различными примеся 5 ми выхлопных газов, находящихся во всехагрегатных состояниях и являющихся цент. рами конденсации пара. Образование конденсата сопровождается получениемдостаточно крупных конгломератов, нэ которые оказывают воздействия центробеж5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ные силы при спиральном движении газов с примесями между винтовыми поверхностями 29. Под действием центробежных сил капли конденсата с примесями и механическими включениями движутся к поверхности фильтрующего элемента 6, на котором оседают и далее проникают вглубь пористого элемента 6 под действием сил инерции, осмотических и капиллярных сил, По мере продвижения выхлопных газов к выходному патрубку 4 их температура снижается ниже 100 С, что приводит к полной конденсации пара на поверхности фильтрующего элемента 6 и частично на винтовых поверхностях 29, с которых капли жидкости улавливаются стенками кольца 30 и возвращаются в корпус 3. Через выходной патрубок 4 в атмосферу удаляются очищенные выхлопные газы, которые не испытывают динамического торможения в данном выпускном тракте и не снижают мощность двигателя. Жидкость из фильтрующего элемента 6 и кольца 30 через перфорации 8 в нижней стенке корпуса 3 поступает в поддон 7, откуда через трубопровод 32 подается на вход жидкостного фильтра 33, а затемв емкость 20 для замкнутой циркуляции вустройстве.Для более полного и равномерного заполнения фильтрующего элемента 6 примесями конденсата используются электрокинетические воздействия злектроосмоса, заключающиеся в движении твердых частиц взвесей и жидкости в электрическом поле. Для этого с помощью сетчатых электродов 35, установленных на внутренней и наружной поверхностях сменного фильтрующего элемента 6, подается разность потенциалов, которая задается делителем напряжения на резисторах 58 и 59 с выхода источника тока высокого напряжения 34. Ионы примесей и жидкости перемещаются в капиллярах фильтра от анода к катоду в соответствии с эффектом Рейса,поэтому положительный полюс подключен к внутреннему сетчатому электроду 35, а отрицательный полюс - к наружному сетчатому электроду 35 на фильтрующем.элементе 6, Тогда ионы примесей движутся от внутренней части фильтра к наружной и равномерно заполняют весь его объем в процессе эксплуатации, что значительно увеличивает полезную емкоСть фильтра и его ресурс до замены, Кроме того, электроды 35 образуют электроосмотический осушитель 36 сменного фильтрующего элемента 6, поскольку способствуют движению не только частичек примесей, но и самой жидкости к наружным стенкам фильтра 6. Таким образом, создается принудительная циркуляция конденсата жидкости через фильтр 6, что значительно повышает эффективность очистки выхлопных газов, увеличивает полезную емкость фильтра и снижает расход жидкости.При эксплуатации устройства в зимнее время без добавок антифризов за несколько минут до установки транспортного средства на стоянку водитель выключает тумблер 60, прекращая подачу воды в утсройство. Тогда жидкость полностью удаляется из сменного фильтрующего элемента 6, поддона и со- бирается в емкости 20, которая находится в утепленном месте, например кабине водителя.После длительной эксплуатации устройства производят замену фильтрующего элемента 6 через съемную крышку 5 с кольцом 30. Использованный фильтрующий элемент 6 содержит смолистые отложения, сажу и другие вредные и канцерогенные вещества, поэтому сдается на переплавку или изолируется от окружающей среды.Формула изобретения1, Устройство для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с входным и выходным патрубками и перфорированной трубой с наружными винтовыми поверхностями, емкость с жидкостью, полый испаритель с рассекателем, выполненным из жаропрочного диэлектрического материала, источник высокого нап ряжения, электроды катализатора, выполненные спиральными и. размещенные на рассекателе, сменный фильтрующий элемент с электродами, герметичный поддон корпуса, соединенный через жидкостный фильтр с емкостью, и контур температурной стабилизации, включающий последовательно соединенные теплообменник, термостат и радиатор, расположенный между перфорированной трубой и испарителем с рассекателем, о тл ича ющееся тем,что, с целью повышения эффективности, оно дополнительно содержит электромагнитный клапан с обмоткой управления, датчик температуры катализатора, датчик температуры жидкости и блок управления с двумя входами и четырьмя выходами, причем датчик температуры катализатора подключен к первому входу блока управления, датчик температуры жидкости - к второму входу блока управления, первый выход которого подключен к электродам катализатора, а второй выход - к обмотке управления электромагнитного клапана, установленного между емкостью и полым испарителем, а источник высокого, напряжения подключен через третий и четвертый выходы блока управления соответственно к электродам катализатора и сменного фильтрующего элемента, корпус вокруг испарителя с рассекателем выполнен в виде параболического рефлектора инфракрасного излучения и снаружи покрыт теплоизоляцией. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок управления выполнен на мостовой схеме с генератором переменного тока, усилителем, четырьмя тиристорами, транзистором, делителем напряжения, детектором ицепями питания источника низкого напряжения, в схему включены электроды катализатора, выполненные в виде датчика температуры катализатора и первого входа блока управления, одна диагональ схемы подключена к генератору переменного тока, а вторая диагональ через детектор - к входу усилителя, выход которого соединен с управляющими электродами двух тиристоров, коммутирующих цепи питания источника тока низкого напряжения к электродам катализатора и выполненных в виде первого выхода блока управления, дат чик температуры жидкости выполнен в видетерморезистора, установленного в полоМ испарителе и подключенного к управляю- щему электродутранзистора, выполненного в виде второго входа блока управления, вы ход транзистора подключен к управляющему электроду третьего тиристора, коммутирующего обмотку управления электромагнитного клапана и выполненного в виде второго выхода блока управления, а 15 источник высокого напряжения подключен. через четвертый тиристор, выполненный ввиде третьего выхода блока управления, к электродам катализатора и через делитель напряжения, выполненный в виде четверто го выхода блока управления, - к электродамсменного фильтрующего элемента.1814692 оставитель Н.Егин ехред М,Моргентал Корректор М.Кул актор оизводс ельский комбинат "Патент", г, Ужгор-и Заказ 1843 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5