Способ и устройство для уменьшения вредных компонентов и загрязняющих примесей в выхлопных газах двигателя

Способ и устройство для уменьшения вредных компонентов и загрязняющих примесей в выхлопных газах двигателя

Реферат

 

Предложенные способ и устройство используются для уменьшения вредных компонентов в выхлопных газах, образующихся в двигателе внутреннего сгорания. В одном варианте реализации настоящего изобретения озон, образующийся под влиянием ультрафиолетового излучения, имеющего длину волны, равную 185 нм, вводят во впуск двигателя внутреннего сгорания для обеспечения более полного восстановления горючего, повышения эффективности и уменьшения содержания вредных компонентов. В другом варианте реализации настоящего изобретения озон вводят в поток рабочего газа, а затем выхлопные газы обрабатывают в каталитическом преобразователе, что приводит к дополнительному уменьшению вредных компонентов, по сравнению с каталитическим преобразователем, если бы для обработки выхлопных газов был использован лишь он один. В следующем варианте реализации настоящего изобретения предложены способ и устройство для уменьшения вредных компонентов в выхлопных газах, образующихся при горении горючего, посредством введения гидроксида в поток выхлопного газа двигателя в верхнем потоке каталитического преобразователя и обработки выхлопных газов с помощью каталитического преобразователя. 6 с. и 47 з.п.ф-лы, 13 ил., 2 табл.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для уменьшения вредных компонентов и загрязняющих примесей в выхлопных газах двигателя.

Как хорошо известно из уровня техники, двигатель внутреннего сгорания забирает атмосферный воздух, который смешивается с горючим для сжигания в камере сгорания или цилиндре, и образующиеся в результате этого выхлопные газы выводятся. Зажигание смеси воздуха с горючим в цилиндре происходит обычно от зажигающего устройства, такого, например, как свеча зажигания или подобного устройства или в результате адиабатического сжатия при температуре выше температуры воспламенения горючего.

В некоторых двигателях внутреннего сгорания, таких, например, как бензиновые двигатели, широко используемые в настоящее время, воздух поступает через канал воздухозаборника или через впускной канал, который передает атмосферный воздух в карбюратор, или через приспособление для впрыска горючего, где воздух смешивается с горючим для получения смеси воздух/горючее. Затем смесь воздух/горючее поступает через впускной коллектор в камеру сгорания или цилиндр двигателя. В двигателях дизельного типа и некоторых двигателях с искровым зажиганием, таких как двигатели, использующие приспособление для впрыска горючего в цилиндр, воздух и горючее смешиваются в камере сгорания или в цилиндре двигателя.

После сгорания смеси воздух/горючее образовавшиеся выхлопные газы выталкиваются из камеры сгорания в выхлопной коллектор. Затем выхлопные газы могут поступать через, по крайней мере, одну выхлопную трубу в каталитический нейтрализатор, где происходит удаление вредных компонентов.

Понятие потока воздуха к любой камере, включая поток смеси воздух/горючее, здесь и далее относится именно к газовому потоку предкамерного горения, а понятие образовавшегося выходящего оттуда выхлопного потока здесь и в дальнейшем относится к выхлопному газовому потоку посткамерного горения. Как принято в настоящем изложении, понятие газовых потоков предкамерного и посткамерного горения вместе в дальнейшем будет относиться к потоку рабочего газа.

Двигатели внутреннего сгорания, работающие с регулируемым горением горючего, образуют выхлопные газы, содержащие продукты полного сгорания диоксида углерода (CO₂) и воду (H₂O), а также вредные компоненты, образующиеся в результате неполного сгорания, такие как монооксид углерода (CO₂), являющийся ядовитым для человека, а также несгоревшие углеводороды (HC). Кроме того, вследствие очень высоких температур, возникающих при горении углеводородных горючих, и последующего быстрого охлаждения, образуется дополнительный вредный компонент оксид азота (NO_x).

Количество вредных компонентов зависит от многих рабочих параметров двигателя, но, главным образом, на него оказывает влияние соотношение воздух/горючее в цилиндре сгорания так, что условия, способствующие восстановлению монооксида углерода и несгоревших углеводородов (обедненная рабочая смесь при стехиометрических и высоких температурах горения) вызывает повышенное образование NO_x, а условия, способствующие снижению образования NO_x (смесь богатого горючего и обедненного горючего), вызывают увеличение содержания СО и несгоревшего углеводорода в выхлопных газах двигателя. Так как в современных каталитических нейтрализаторах восстановление NO_x эффективнее всего при отсутствии кислорода, несмотря на то, что снижение содержания CO и HC требует кислорода, препятствуя образованию этих выделений, необходимо, чтобы двигатель работал при стехиометрическом соотношении воздух/горючее, так как при таких условиях можно использовать трехцелевые катализаторы (ТЦК), то есть три вредных компонента могут быть уменьшены одновременно. Тем не менее, при работе двигателя внутреннего сгорания значительное, в экологическом отношении, количество CO, HC и NO_x выбрасывается в атмосферу.

Несмотря на то, что присутствие вредных компонентов в выхлопных газах у двигателей внутреннего сгорания признано с 1901 года, необходимость контроля выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания в Соединенных Штатах возникла с выходом Clean Air Act в 1970 г. Производители двигателей применяли множество технологий с целью выполнения требований Clean Air Act. Было доказано, что каталитический способ представляет собой самую эффективную пассивную систему.

Автомобилестроители в большинстве случаев применяли каталитические преобразователи для осуществления катализа. Цель состоит в необходимости окисления CO и HC до CO₂ и H₂O и восстановлении NO/NO₂ до N₂. Автомобильные каталитические преобразователи выброса обычно установлены под корпусом автомобиля и расположены в выхлопном газовом потоке двигателя, как раз перед глушителем, представляющим собой чрезвычайно вредный участок, вследствие экстремальных температур, а также неожиданных структурных и вибрационных нагрузок в условиях вождения.

Почти все автомобильные каталитические преобразователи имеют корпуса, представляющие собой монолитные пористые структуры, обычно изготовленные из кордиерита, низкотемпературной вспененной керамики, с высокой прочностью и сопротивлением к растрескиванию в условиях термического удара. Пористая конструкция и подобранная геометрия обеспечивают относительно низкий перепад давления и большую геометрическую поверхность зоны, которая усиливает контролируемые реакции массопереноса. Пористая структура помещена в стальной контейнер и защищена от вибрации упругим материалом.

Адгезионное тонкослойное покрытие, обычно выполненное из гамма-стабилизированного оксида алюминия с введенными в него каталитическими компонентами, покрывает стенки пористой структуры. ТЦК технология одновременной нейтрализации всех трех вредных компонентов включает в себя использование благородных металлов Pt и Rh, причем Rh больше всего способствует восстановлению NO_х хотя он способствует также окислению СО наряду с Pt. Недавно взамен или в комбинации с Pt и Rh был применен менее дорогостоящий Pd. Обычно активный катализатор содержит примерно от 0,1 до 0,15% благородных металлов, главным образом, платины (Pt), палладия (Pd) или родия (Rh).

Так как выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания колеблются от слабо обогащенных до слабо обедненных, в тонкослойное покрытие добавляют кислородзапасающее вещество, которое адсорбирует кислород на обедненной стадии цикла и высвобождает его для взаимодействия с избыточным СО и HC при обогащенном потоке. Чаще всего для этой цели применяют CeO₂, вследствие его подходящей окислительно-восстановительной способности.

Недавно вышедшая в 1990 году поправка с Clean Air Act требует дальнейшего значительного снижения количеств вредных примесей, выбрасываемых в атмосферу двигателями внутреннего сгорания. Для выполнения этих требований были предложены ограничения по использованию автомобилей и грузовиков, таких как транспорт для совместной доставки служащих, переезды HOV, возросшего использования массы транзитных перевозок, а также железнодорожных перевозок и другие подобные акции.

Одна из альтернатив усовершенствования использования автомобилей и грузовиков состоит в уменьшении выбросов посредством увеличения производительности двигателя внутреннего сгорания. Это имеет ограниченный эффект, поскольку, как показывают исследования, основное загрязнение исходит лишь от небольшой части автомобилей на дорогах, причем эти автомобили оказываются более старыми моделями с относительно неэффективными двигателями и стареющими каталитическими преобразователями, которые непременно создают массу загрязнений. До тех пор пока не будет достигнута повышенная производительность устройства, которое можно усовершенствовать при разумных затратах, маловероятно, что такие усовершенствования будут реализованы в других автомобилях и, таким образом, будет обеспечено адекватное решение проблемы.

Кроме того, хотя в последние годы были сделаны значительные достижения в уменьшении количества вредных компонентов в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания в автомашинах, таких как легковые автомобили и грузовики, дальнейшее уменьшение количества вредных компонентов в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания остается большой, сложной и дорогостоящей технологической проблемой, даже если выхлопы выпускаемых сегодня автомобилей и грузовиков не противоречат нормам, предложенным Environmental Protection Agency.

В качестве решения проблемы увеличения производительности двигателя внутреннего сгорания было предложено в Патентах США N 1333836 и 1725661 устройство для получения озона в сочетании с воздухозаборником карбюратора. Озон, будучи высоко эффективным окислителем, увеличивает полноту сгорания горючего в двигателе, уменьшая при этом вредные примеси в выхлопных автомобильных газах, а также увеличивает производительность. Эти вышеупомянутые известные приспособления для получения озона дорогостоящи, не могут быть легко установлены в новом двигателе при производстве и не могут модифицировать существующий двигатель.

В Патенте США N 4195606 на имя Wallis, Jr. с соавторами рабочий газ для двигателя внутреннего сгорания обрабатывают с целью активирования молекул кислорода до его смешивания с горючим посредством фотохимической активации кислорода ультрафиолетовым излучением гермицидной лампы с частотой примерно равной 2537 ангстрем (253,7 нанометров). Однако, в патенте Wallis, Jr. с соавторами, как подтверждает производитель ламп, в результате действия гермицидной лампы образуется не озон. Таким образом, Wallis с соавторами подчеркивает, что предпочтительный уровень заключен в пределе между 2000 и 3000 ангстрем (от 200 до 300 нанометров), который не включает в себя длину волны от 100 до 200 нанометров, при которой образуется озон под действием лампы, генерирующей озон, согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения. При длине волны выше 200 нанометров озон фотодиссоциирует, так что, если даже озон присутствует, его концентрация уменьшается при применении ультрафиолетового света с длиной волны, превышающей 200 нанометров.

Вместо снижения выхлопных газов посредством увеличения производительности двигателя внутреннего сгорания или посредством уменьшения использования автомобилей следующей альтернативой может быть увеличение эффективности катализа, такого как в каталитическом преобразователе. Эффективность преобразования отработавших газов в каталитическом преобразователе определена отношением массового удаления отдельного компонента в процентах к массовому расходу этого компонента в каталитическом преобразователе. Эффективность преобразования отработавших газов в каталитическом преобразователе представляет собой функцию многих параметров, включая изменение свойств, температуру, стехиометрию, присутствие любого яда для катализатора (такого, как свинец, сера, углерод и фосфор), тип катализатора и время пребывания выхлопных газов в каталитическом преобразователе.

Попытки увеличить производительность каталитических преобразователей не были достаточно успешными. Несмотря на то, что современные ТЦК каталитические преобразователи помогают, они дороги и по-прежнему оставляют все еще значительное количество вредных компонентов, выбрасываемых в атмосферу при каталитической обработке выхлопных газов. Эти преобразователи могут создавать проблемы в отношении требований по выбросам в будущем, и они имеют ограничения по эксплуатационным показателям и времени жизни. Каталитические преобразователи имеют недостаток, заключающийся в том, что их эффективность остается низкой до достижения системой рабочей температуры.

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства уменьшения загрязняющих примесей в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания, использующего горючее, такое как бензин, метанол или дизельное топливо, в котором применена энергия излучения для превращения кислорода воздуха в озон в верхнем потоке воздушного впускного клапана двигателя для обеспечения более полного сгорания горючего и улучшения производительности, без необходимости существенных изменений в двигателе внутреннего сгорания или в каталитическом преобразователе.

Другая задача настоящего изобретения состоит в создании способа и устройства уменьшения загрязняющих примесей в автомобильных газах или в выхлопных газах грузовиков, которые экономичны в использовании и изготовлении, просты по своей структуре и эксплуатации, а также легко устанавливаются в новом или усовершенствованном двигателе, в двигателях существующих автомобилей.

Следующая задача настоящего изобретения состоит в создании способа и устройства уменьшения вредных компонентов в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания, имеющего каталитический преобразователь, путем повышения эффективности преобразования отработавших газов в каталитическом преобразователе без необходимости существенных изменений в двигателе внутреннего сгорания или в каталитическом преобразователе.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в обеспечении более полного сгорания горючего для снижения уровня вредных компонентов в выхлопных газах и повышении производительности двигателя и эффективности использования горючего. В отличие от работы каталитических преобразователей, установленных в выхлопных трубах, дополнительная энергия должна выделяться внутри двигателя как следствие процесса сгорания.

Другая задача настоящего изобретения состоит в использовании в устройстве для уменьшения загрязняющих примесей в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания ультрафиолетового излучения для получения озона, использованного для усиления сгорания в двигателе внутреннего сгорания без образования дополнительных количеств оксидов азота.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в создании относительно недорогого способа снижения загрязнения посредством усовершенствования этого двигателя и комбинаций катализатора в уже находящихся в эксплуатации на дорогах машинах, более всего способствующих загрязнению, и которые, вероятнее всего, должны быть проверены на токсичность, а также возможность легкой установки в новых системах двигателей.

Следующей задачей настоящего изобретения является повышение производительности каталитического преобразователя путем добавления озона с целью изменения состава газов, поступающих в каталитический преобразователь в реальное время без необходимости запаса специальных химических добавок в машине.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение выбросов, достигнутое с помощью добавления радикалов гидроксила и других промежуточных компонентов со свободным радикалом и окислителей, таких как O, H, HO₂, H₂О₂, с целью изменения состава выхлопных газов, без необходимости держать в машине специальные химические добавки.

Задачей настоящего изобретения является также обеспечение его применения в ряде различных типов двигателей внутреннего сгорания, включая, но не ограничиваясь ими, газотурбинные двигатели, а также поршневые двигатели, включая автомобили, грузовики, стационарные электростанции, моторные лодки, мотоциклы, моторные велосипеды, газонокосилки, пилы с цепным приводом или лопастные вентиляторы, которые могут работать на различных видах горючего, такого как бензин, продукты на основе бензина, дизельное топливо, спирт, природный газ и любое другое горючее, для которого можно использовать каталитический преобразователь с целью понижения концентрации, по крайней мере, одного вредного компонента. Кроме того, настоящее изобретение может не только модифицировать существующие двигатели, но и быть реализованным во вновь спроектированных двигателях.

Указанные выше задачи решаются в устройстве для уменьшения загрязняющих примесей в выхлопных газах двигателя, согласно изобретению, содержащем, по меньшей мере, один источник света для получения энергии излучения с длиной волны, превращающей кислород воздуха, введенного в двигатель, в озон, трансформатор для приведения в действие, по меньшей мере, одного источника света, и соединитель для соединения трансформатора с электрической системой двигателя, при этом количество энергии излучения достаточно для образования озона в воздухе в количестве, достаточном для увеличения эффективности сжигания горючего в двигателе, с уменьшением, таким образом, количества углеводородов и монооксида углерода в выхлопных газах.

Источник света может представлять собой лампу излучения ультрафиолетового света. Лампа излучения ультрафиолетового света может представлять собой парортутную дуговую лампу, излучающую свет, длиной волны, равной примерно 185 нанометрам.

Целесообразно, чтобы, по меньшей мере, один источник света был приспособлен излучать ультрафиолетовый свет с длиной волны меньше примерно 200 нанометров, который превращает кислород воздуха, введенный в двигатель, в озон.

Желательно, чтобы устройство дополнительно содержало датчик озона для определения содержания озона в выхлопных газах двигателя и контроллер для выключения, по меньшей мере, одного источника света при обнаружении заданного количества озона в выхлопных газах двигателя и для включения, по меньшей мере, одного источника света при обнаружении более низкого по сравнению с заданным содержания озона в выхлопных газах двигателя.

Устройство может дополнительно содержать датчик для определения, по меньшей мере, одного рабочего параметра двигателя и контроллер для регулирования количества озона, полученного с помощью генерируемого лампой ультрафиолетового света посредством регулирования напряжения и электрического тока, подаваемых на лампу, с помощью преобразователя напряжения в соответствии с параметрами двигателя, определенными датчиком. Датчик может быть приспособлен определять, по меньшей мере, один из набора параметров, включающих скорость двигателя, нагрузку на двигатель, температуру и позицию дроссельного клапана.

В устройстве двигатель может представлять собой двигатель внутреннего сгорания и, по меньшей мере, один источник света может быть расположен вверх по течению от обычного автомобильного впускного коллектора.

Устройство может дополнительно содержать несколько источников света для получения энергии излучения, превращающей кислород воздуха в озон со степенью превращения ниже требуемой для полного сгорания в двигателе, датчик для определения различных рабочих параметров двигателя и контроллер для непрерывного управления первым источником света при работе двигателя и избирательного управления дополнительными источниками света, исходя из рабочего параметра двигателя, определяемого датчиком, при этом контроллер способен выключать дополнительные источники света при рабочем параметре двигателя ниже заданного уровня и включать дополнительные источники света при рабочем параметре двигателя, по меньшей мере, на заданном уровне, при этом озон повышает эффективность сжигания горючего в двигателе, снижая, таким образом, количество углеводородов и монооксида углерода в выхлопных газах. Контроллер может быть приспособлен включать каждый дополнительный источник света при отличии от заданного рабочего параметра двигателя.

Вышеуказанные задачи решаются также в способе уменьшения загрязняющих примесей в выхлопных газах двигателя, согласно изобретению, содержащем генерирование энергии излучения от источника ультрафиолетового света для превращения кислорода воздуха в озон во впускном отверстии для воздуха двигателя и пропускание воздуха через впускное отверстие для воздуха при наличии энергии излучения для превращения кислорода воздуха в озон, для обеспечения более полного сгорания горючего и повышенной эффективности.

Энергию излучения можно генерировать с помощью парортутной дуговой лампы, излучающей свет с длиной волны, равной примерно 185 нанометрам.

Способ может также содержать определение рабочих параметров двигателя и регулирование интенсивности энергии излучения в соответствии с рабочими параметрами двигателя.

Интенсивность ультрафиолетового света можно регулировать посредством дополнительных источников ультрафиолетового света.

Вышеуказанные задачи решаются также в устройстве для уменьшения вредных компонентов, образующихся при сгорании горючего в двигателе, согласно изобретению, содержащем камеру сгорания, имеющую газовый поток предкамерного горения, идущий к камере сгорания, и газовый поток посткамерного горения выхлопных газов из камеры сгорания, каталитический преобразователь для обработки выхлопных газов для уменьшения количества, по меньшей мере, одного вредного компонента, образующегося в результате, по меньшей мере, одного неполного сгорания горючего и оксидов азота, по меньшей мере, одно приспособление для добавления озона в, по меньшей мере, один из газовых потоков предкамерного горения и посткамерного горения для дальнейшего снижения, таким образом, количества, по меньшей мере, одного вредного компонента в выхлопных газах, обработанных каталитическим преобразователем.

Приспособление для добавления озона способно производить озон путем превращения кислорода в озон.

Приспособление для добавления озона может включать лампу излучения ультрафиолетового света, имеющего длину волны, равную 100-200 нанометрам. Лампа излучения ультрафиолетового света может представлять собой парортутную дуговую лампу, излучающую свет, длиной волны, равной примерно 185 нанометрам.

Газовый поток предкамерного горения может содержать воздух, и лампа излучения ультрафиолетового света может быть расположена в газовом потоке предкамерного горения.

Стенки, прилегающие к лампе излучения ультрафиолетового света, могут являться отражающими ультрафиолетовый свет, образующий озон. Стенки, прилегающие к лампе излучения ультрафиолетового света, могут содержать алюминий.

Приспособление для добавления озона может быть расположено на расстоянии от газового потока предкамерного горения, и газового потока посткамерного горения, и озон может поступать в, по меньшей мере, один из газовых потоков предкамерного горения и посткамерного горения.

Приспособление для добавления озона может включать электростатический разрядный генератор озона.

Камера сгорания может быть расположена в двигателе внутреннего сгорания.

Указанные задачи решаются также способом повышения эффективности превращения каталитического преобразователя для обработки выхлопных газов для снижения концентрации, по меньшей мере, одного вредного компонента, образующегося при сгорании горючего в двигателе, имеющем камеру сгорания с газовым потоком предкамерного горения, идущим к камере сгорания, и газовым потоком посткамерного горения выхлопных газов из камеры сгорания, при котором, согласно изобретению, используют, по меньшей мере, один источник ультрафиолетового света для превращения кислорода воздуха в озон, добавляют озон в, по меньшей мере, один из газовых потоков предкамерного горения и посткамерного горения в, по меньшей мере, одной точке вверх по течению от каталитического преобразователя для снижения концентрации, по меньшей мере, одного вредного компонента, образующегося при сгорании и обрабатывают газовый поток выхлопных газов с помощью, по меньшей мере, одного каталитического преобразователя.

Энергию излучения генерируют с помощью лампы излучения ультрафиолетового света с длиной волны, составляющей примерно 185 нанометров.

Указанные задачи решаются также устройством для уменьшения вредных компонентов, образующихся при сгорании горючего, согласно изобретению, содержащим камеру сгорания с газовым потоком предкамерного горения, идущим к камере сгорания, и газовым потоком посткамерного горения выхлопных газов из камеры сгорания, приемник с большой площадью поверхности, расположенный в газовом потоке посткамерного горения, и приспособление для добавления гидроксильных радикалов в, по меньшей мере, один из газовых потоков предкамерного горения и посткамерного горения перед выходом с большой площади поверхности приемника.

Приемник с большой площадью поверхности может представлять собой каталитический преобразователь.

Гидроксильный радикал ОН и другие свободные радикалы и окислители, такие как О, H, H₂O и H₂O₂ могут быть введены в поток рабочего газа двигателя сгорания для уменьшения вредных компонентов и загрязняющих примесей, таких как CO и HC. Было замечено, что ОН в присутствии кислорода может быстро вступать в реакцию с СО, образуя CO₂. Также было замечено, что ОН в присутствии кислорода может быстро вступать в реакцию с углеводородами (HC), образуя формальдегид или другие подобные промежуточные продукты, которые, кроме того, затем вступают в реакцию с ОН, образуя ₂О, CO₂ и ОН. Более того, очевидно, что в результате последовательности реакций скорее не потребляется, а регенерируется ОН.

В случае СО на следующих стадиях реакции СО преобразуется в CO₂ и регенерируется ОН на следующих стадиях реакции: СО + ОН ---> CO₂ + H H + O₂ ---> CO₂ HO₂ + h ---> ОН + O Последний процесс диссоциации гидропероксила в гидроксил может иметь место или в результате поглощения ультрафиолетового фотона или в результате теплового разложения.

В случае с HC, типичная серия реакций может иметь следующие стадии: HC + OH ---> HCHO HCHO + OH ---> H₂O + HCO HCO + O₂ ---> CO₂ + HO В зависимости от видов HC могут иметь место разветвленные реакции, и другие промежуточные продукты со свободными радикалами и окислители, такие как О, H, HO₂, H₂O₂, могут быть образованы и вступать в реакцию непосредственно или через продукты других реакций, таких как: O + O₂ ---> O₃ или H₂O₂ + h ---> 2OH Особенно важным является то, что, как предполагается, OH должен быть регенерирован в ходе реакций, то есть OH действует, как катализатор, и что последовательность реакций быстро развивается вследствие ярко выраженной природы реакций со свободным радикалом.

Предполагается, что присутствие OH и других промежуточных продуктов со свободным радикалом и окислителей, таких как О, H, H₂O₂ и HO₂ в выхлопных газах в двигателе сгорания приводит в присутствии необходимого кислорода к высокоэффективному каталитическому разложению CO и углеводородов на не вредные газообразные CO₂ и водяной пар. ОН и другие соответствующие свободные радикалы и окислители, образовавшиеся в ходе реакций, могут действовать как катализаторы самостоятельно или в сочетании с обычной каталитической активностью частиц благородных металлов (Pt, Pd, Rh и их комбинации) в каталитическом преобразователе.

Предполагается, что впрыск ОН в поток рабочего газа приводит к быстрому каталитическому воздействию на CO и HC в ламинарном потоке выхлопного газа. Предполагается, что реакционная активность OH является во многом следствием каталитической активности, связанной с превращением CO в CO₂ и углеводородов - в CO₂ и H₂O, имеющим место в газовой фазе и на большой площади зоны с тонким поверхностным слоем каталитического преобразователя. Таким образом, в ограниченной зоне вблизи входа в каталитический преобразователь протекает большинство реакций с превращением СО и HC в CO₂ и H₂О. Поскольку CO и HC окислены в газовой фазе и каталитическом преобразователе с тонкослойным покрытием, что существенно способствует завершению окисления СО и HC вблизи входа в каталитический преобразователь, основная масса благородного металла каталитической поверхности освобождается от участия в этих протекающих реакциях. Например, участки с благородным металлом в преобразователе больше не нужны для катализа менее реакционно-активных разновидностей углеводорода, таких как метан, этан, этен, бензол и формальдегид. В результате этого более эффективная каталитическая активность участков с благородным металлом может быть направлена на восстановление оксидов азота до азота и других не загрязняющих газов.

Предполагается, что воздействие гидроксильных радикалов может иметь место по всему объему выхлопного газа и по всей поверхности зоны каталитического преобразователя, то есть по всей большой области тонкослойного покрытия. Это способствует осуществлению более эффективного уменьшения вредного компонента, чем в каталитическом преобразователе, работающем традиционным способом. При этом новом методе каталитической конверсии восстановление может снизить содержание оксида азота до уровня ниже традиционно предельно допустимого содержания. В качестве альтернативы, более низкое содержание благородного металла или применение менее дорогостоящих металлов или их оксидов можно использовать для снижения содержания продуктов окисления азота до уровней ниже допустимых.

Несколько различных вариантов способа и устройства могут быть использованы для реализации гидроксильного варианта настоящего изобретения. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения ОН получают в генераторе при использовании излучения парортутной лампы (Hg) и впуска атмосферного воздуха, который кондиционируют с целью обеспечения в нем достаточно высокого содержания водяного пара, и предпочтительно примерно 100% насыщения. Предполагают, что в случае воздуха с высоким содержанием водяного пара есть две альтернативные равноправные ветви реакции получения OH. В первом случае, это прямая фотодиссоциация воды на OH и H путем поглощения фотонов с длиной волны, равной 185 нм. Для достижения такой высокой влажности водяной пар может поступать из источника нагретой воды или он может поступать из потока выхлопного газа двигателя.

Другая реакция, предпочтительная при более низком, но все еще достаточно высоком содержании водяного пара, состоит в том, что ультрафиолетовое излучение с длиной волны 185 нм, исходящее от лампы, воздействует на воздух, образуя атомарный кислород (О) и озон (O₃). Озон получают по трехступенчатой реакции с участием атомарного кислорода, молекулярного кислорода и любого другого молекулярного компонента воздуха, такого, например, как азот (N₂), кислород (O₂), вода (H₂O) или аргон. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны, равной 253,7 нм, разрушает озон фотодиссоциацией на молекулярный кислород (O₂) и метастабильный атом кислорода (O). Если воздушный поток, входящий в генератор, имеет достаточное содержание водяного пара, то, как предполагают, метастабильный атомарный кислород (O) вступает в комбинацию с молекулами воды, образуя перекись водорода: O + H₂O ---> H₂O₂ Кроме того, ультрафиолетовое излучение с длиной волны, равной 253,7 нм, фотодиссоциирует на две молекулы гидроксильного радикала.

Таким образом, генератор впрыскивает озон, атомарный кислород, перекись водорода и гидроксильные радикалы в двигатель, например, через впускной коллектор. Предполагается, что любая перекись водорода, введенная таким образом, будет диссоциирована до гидроксила при условии высокой температуры в двигателе. Гидроксил, который находится в щелевых участках камеры сгорания, должен выдерживать процесс горения в двигателе и воздействовать на CO и HC, остающиеся в выхлопном потоке, образуя CO₂ и H₂O в соответствии с вышеприведенными реакциями.

Генератор, образующий гидроксильные радикалы, может содержать, по меньшей мере, одну лампу излучения ультрафиолетового света с длиной волны в пределах примерно от 100 до 300 нанометров, и генератор с тлеющим разрядом, впускной канал для воздуха и средство кондиционирования воздуха внутри генератора, образующего гидроксильные радикалы, для обеспечения достаточного содержания водяного пара в воздухе, облегчающего образование гидроксильных радикалов.

Генератор, образующий гидроксильные радикалы, может иметь внутренние поверхности, соответствующим образом отражающие ультрафиолетовый свет, имеющий длину волны в пределах примерно от 100 до 300 нм.

Средство кондиционирования воздуха может иметь впускной канал для подачи воды в генератор, образующий гидроксильные радикалы. Впускной канал для подачи воды может быть сообщен с газовым потоком посткамерного горения.

Устройство может дополнительно содержать контейнер для хранения воды, сообщенный с впускным каналом для подачи воды. Устройство может быть приспособлено подавать воду из внешнего источника к контейнеру для хранения воды в жидком виде или подавать воду посредством конденсации водяного пара в выхлопных газах камеры сгорания.

Устройство может также дополнительно содержать средство для поддержания хранящейся в контейнере воды при температуре, превышающей температуру внутри генератора, образующего гидроксильные радикалы, для подачи водяного пара в этот генератор.

Устройство может содержать впускной канал для подачи воздуха, сообщенный с контейнером для хранения воды. Впускной канал для подачи воздуха может иметь конструкцию, обеспечивающую барботаж воздуха, поступившего в генератор, образующий гидроксильные радикалы через воду, содержащуюся в контейнере для хранения.

Генератор, образующий гидроксильный радикал, может также содержать электролитическую ячейку сверхвысокого напряжения и лампу излучения ультрафиолетового света с длиной волны примерно от 100 до 300 нм.

Электролитическая ячейка сверхвысокого напряжения используется для получения озона в дополнение к кислороду и водяному пару, с последующим ультрафиолетовым облучением с длиной волны, предпочтительно, от 200 до 300 нм, для получения атомарного кислорода фотодиссоциацией, которая в присутствии входящего потока воздуха, обогащенного водяным паром, инициирует образование перекиси водорода, с последующим образованием гидроксила посредством ультрафиолетовой диссоциации перекиси водорода. Такое устройство, использующее парортутную лампу в качестве источника ультрафиолетового излучения, может быть очень компактным вследствие высокой эффективности при длине волны 253,7 нм и высокой поглощающей способности озона и перекиси водорода при воздействии ультрафиолетового света такой длины волны.

Целесообразно, чтобы приспособление для добавления гидроксильных радикалов было расположено на расстоянии, по меньшей мере, от одного из газовых потоков предкамерного горения и посткамерного горения и было выполнено в виде генератора, образующего гидроксильные радикалы, имеющего, по меньшей мере, одну лампу излучения ультрафиолетового света с длиной волны, равной примерно 100-300 нм, генератор с тлеющим разрядом, впускной канал для подачи воздуха, средство кондиционирования воздуха для обеспечения достаточного содержания водяного пара в воздухе, облегчающего образование гидроксильных радикалов, и выпускной канал для вв