Класифікація пристроїв для очищення відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння від части (стр. 3 из 5)
Недоліками даного способу є складність реалізації, значні енерговитрати і велика матеріалоємність, оскільки об'єм сажі, яка сепарується, є досить великий через її низьку густину. Термічне ж розкладання сажі економічно недоцільне й приводить до збільшення обсягу окису вуглецю.
2.2. Спосіб плазмового допалювання
Відомі плазмові способи й пристрої допалювання відпрацьованих газів, шляхом пропущення відпрацьованих газів через факел низькотемпературної плазми. Прикладом даного способу може служити пристрій зображений на рисунку 4 [4].
Рис.4. Плазмовий допалювач відпрацьованих газів:
1– камера допалювання; 2 – ділянка у вигляді труби Вентурі з термостійкого матеріалу; 3 – канал для підводу повітря; 4 – паливна форсунка; 5 – електрод.
Даний пристрій реалізує плазмовий спосіб очищення працює наступним чином.
Потік відпрацьованих газів, проходить ділянку 2, при цьому його швидкість зростає за рахунок зменшення прохідного перерізу. За ділянкою 2 відбувається зрив потоку і його турбулізація. Турбулизований відпрацьований газ попадає в струмінь низькотемпературної повітряної плазми, яка генерується електродами 5, у цю ж зону додатково подається паливо через форсунки 4. Низькотемпературна повітряна плазма й паливо в результаті реакції між собою являється генераторами активних часток, які, змішуючись із турбулизованими відпрацьованими газами, приводять до активізації горіння продуктів неповного згоряння відпрацьованих газів, у тому числі й частинок сажі.
Крім того, подача палива через форсунки 4 приводить до підвищення температурного рівня процесу у всій камері 1 допалювання, а отже, до більш інтенсивного впливу продуктів плазмохімічних реакцій на продукти неповного згоряння відпрацьованих газів.
Реакції, що відбуваються при змішанні низькотемпературної повітряної плазми з додатковим паливом, приводять до утворення надрівноважних концентрацій атомів і радикалів, а також великої кількості продуктів неповного перетворення вуглеводнів. Наявність таких частинок у зоні хімічних реакцій дозволяє різко інтенсифікувати процес нейтралізації відпрацьованих газів.
Утворення заряджених і хімічно активних частинок відбувається в турбулізованому потоці відпрацьованих газів, що сприяє інтенсивному розподілу центрів хімічної реакції по об'єму потоку, а також збільшує швидкість реакції й сприяє більш повному її протіканню, тобто підвищує ефективність нейтралізації відпрацьованих газів.
Недоліками даного способу є значні енерговитрати при використанні додаткового палива, несприятливі температурні режими вихлопної труби при її перегріві плазмою. Крім того, зростає обсяг окислювача, що призводить до збільшення об’ємів відпрацьованих газів.
2.3. Електрофільтрування
Відомі способи й пристрої электрофільтрування відпрацьованих газів ДВЗ [5] шляхом впливу електричним полем на електрично заряджені частки (тверді та рідкі) відпрацьованих газів з їхнім електростатичним осадженням на спеціальні електроди з наступним систематичним видаленням осаду. Даний спосіб покладений в основу пристрою зображеного на рисунку 5, який реалізує даний спосіб наступним чином.
Рис. 5. Пристрій для електрофільтрування відпрацьованих газів ДВЗ:
1 – ДВЗ; 2 – відпрацьовані гази; 3 – камера; 4 – блок тиристорного запалювання; 5 та 6 – електроди; 7 – генератор; 8 – впорскувач аерозолі; 9 – аерозоль; 10 – пластина; 11 – відстійна ємність; 12 – сітка.
Очищення відпрацьованих газів, у пристрої реалізується так.
Відпрацьовані гази 2 від двигуна 1 надходять у камеру 3, у якій від електродів 5 й 6 обробляються електричними імпульсами високої напруги від блоку 4 тиристорного запалювання, потім водяною аерозолю 9 від впорскувача 8. Обробку відпрацьованих газів 2 електричними імпульсами й подачу в них водяної аерозолі здійснюють із частотою запалювання паливної суміші у двигуні 1. Шпаруватість обробки відпрацьованих газів 2 електричними імпульсами регулюють задаючим генератором 7. Вологу з розчиненими в ній домішками конденсують на пластині 10 і збирають у відстійній ємності 11, сажу збирають на сітці 12 поблизу електродів 5 та 6 і систематично видаляють, а очищені вихлопні гази випускають у навколишнє середовище.
Недоліками способу є низька надійність через труднощі забезпечення надійної електроізоляції різноіменно заряджених пластин електрофільтру в умовах осадження сажі та кіптяви на внутрішній поверхні пластин і високих температур, а також значне додаткове використання електричної енергії мережі автомобіля.
Відомі також способи очищення відпрацьованих газів від сажі шляхом її электротермічного розкладання. Однак даний спосіб є енергозатратним і неприйнятний для автотранспорту з йогонизькою потужністю електрогенератора.
2.4. Комбіновані системи очищення
Особливої уваги вимагають комбіновані системи очищення відпрацьованих газів ДВЗ. Прикладом такого пристрою може служити пристрій, що комбінує в собі сажовий каталітичний фільтр, каталітичний блок відновлення оксидів азоту й каталітичний блок окислювання оксиду вуглецю й вуглеводнів, запатентований в Російській Федерації [6]. На малюнку 6 зображені поздовжній і поперечний розрізи даного пристрою.
Рис. 6. Комбінований пристрій очищення відпрацьованих газів ДВЗ:
1 – корпус; 2 – вхідний патрубок; 3 – вихідний патрубок; 4 – кремнеземна тканина; 5 – торець; 6 – перфорована ділянка; 7 – перфорована перегородка; 8 – сажовий фільтр грубого очищення; 9 – електронагрівальний елемент; 10 – оболонка; 11 – порожнина; 12 – сажовий фільтр тонкого очищення; 13 – каталітичний блок відновлення оксидів азоту; 14 – каталітичний блок окислювання оксиду вуглецю й вуглеводнів; 15 – вогнегасний фільтр; 16 – резонаторна камера.
Цікавим моментом у конструкції пристрою є те, що на внутрішню поверхню корпуса й у сажових фільтрах грубого та тонкого очищення даного, а також на поверхні каталітичного блоку відновлення оксидів азоту й каталітичного блоку окислювання оксиду вуглецю й вуглеводнів нанесено каталізатори, які виконані на основі складного оксиду CuxCo2+yCo3+2ySrzZr0,5zTi1-(0,5x+2y+z)О2.
Робота даного пристрою для очищення відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння здійснюються таким чином.
Відпрацьовані гази ДВЗ надходять по трубі вхідного патрубка 2. Ударяючись о внутрішню поверхню торця 5 корпуса 1, і змінивши напрямок руху, газовий потік надходить через перфоровану ділянку 6 труби вхідного патрубка 2, каталітичний сажовий фільтр 8 грубого очищення й отвори в перфорованій перегородці 7 у внутрішній простір корпуса 1, де розташовані оболонки 10. При цьому великі й середні частинки сажі затримуються каталітичним сажовим фільтром грубого очищення 8, де відбувається їхнє каталітичне окислювання.
При русі газового потоку усередині порожнини 11 внаслідок зміни напрямку потоку й зіткнення газів з каталізатором на кремнеземній тканині 4, нанесеної на внутрішню поверхню корпуса 1, частинки сажі осідають на каталізаторі й каталітично окисляються до оксидів вуглецю.
Ще раз змінивши напрямок руху, газовий потік проходить через каталітичний сажовий фільтр 12 тонкого очищення, що завершує очищення газів від часток сажі, після чого він проходить через пористий каталітичний блок 13 відновлення оксидів азоту, а потім і через пористий каталітичний блок 14 окислювання оксиду вуглецю й вуглеводнів. Після цього газовий потік проходить через вогнегасний фільтр 15, що виключає проскакування полум'я й забезпечує пожежну безпеку пристрою, надходить у резонаторну камеру 16, у якій за рахунок розширення газів знижується температура й швидкість газового потоку. Резонаторна камера 16 у сукупності з іншими елементами пристрою забезпечує зниження акустичних коливань газового потоку, що через вихідний патрубок 3 викидається в атмосферу.
Варто відзначити, що кількість оболонок 10 в конструкції може змінюватись в залежності від об’єму відпрацьованих газів ДВЗ.
При запуску холодного двигуна, при роботі двигуна в умовах негативних температур, а також для регенерації каталітичних елементів пристрою для очищення відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння передбачене включення електронагрівального елемента 9, установленого усередині сажового фільтра грубого очищення 8. Після виходу двигуна на оптимальний тепловий режим або завершення циклу регенерації каталітичних елементів електронагрівальний елемент 9 вимикають.
Були проведені експериментальні дослідження показників роботи пристрою для очищення відпрацьованих газів, двигунів внутрішнього згоряння марок Д2500.И, ДТ2500.И, Д4000.И, ДТ4000.И, у процесі яких вимірялися питомі викиди токсичних компонентів, таких як СО, СНх, NOx і дисперсних частинок (сажі).
Витримка по викидах сажі з результатів експериментальних досліджень пристрою представлена в таблиці 1, де наведені порівняльні дані для зазначених двигунів при їхній роботі без пристрою для очищення відпрацьованих газів та із запропонованим пристроєм. З таблиці видно, що показники викиду сажі в відпрацьованих газах двигунів внутрішнього згоряння із встановленим на них пристроєм для очищення, значно покращенні в порівнянні із викидами сажі відпрацьованих газів, які не фільтрувалися даним пристроєм.
Таблиця 1
Результати випробувань комбінованого пристрою очищення відпрацьованих газів ДВЗ