ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02M35/22 

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к двигателестроению.

Известен воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с верхней и нижней крышками со средствами крепления, входной радиальный и осевой выходной патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, положительный электрод, выполненный в виде С-образной пластины с сепарационными окнами и соединенный с изолированным от корпуса источником постоянного тока, отрицательный электрод, соединенный с массой и выполненный в виде перфорированного кольца, снабженного на наружной стороне токопроводящими иглами и расположенного вокруг фильтрующего элемента [1] .

Однако этот воздухоочиститель не обеспечивает эффективную очистку воздуха от пыли, что создает абразивный износ двигателя. Он недостаточно эффективно электризует воздух, что приводит к конденсации бензовоздушной смеси на стенках выпускного тракта и в цилиндрах двигателя, а это увеличивает износ двигателя и расход топлива. Кроме того, воздухоочиститель производит недостаточное количество озона, что не обеспечивает полное сгорание бензовоздушной смеси, а это увеличивает износ двигателя и расход топлива.

Известен воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с днищем, верхнюю и нижнюю крышки, входной радиальный и выходной осевой патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, положительный электрод, выполненный в виде С-образной пластины с сепарационными окнами, отрицательный электрод с токопроводящими иглами и перфорациями, седлообразную пластину и дополнительный отрицательный электрод из ворсистого мелковолокнистого материала, установленный на стенках входного патрубка вокруг седлообразной пластины [2] .

Такой воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания не обеспечивает достаточно эффективную очистку воздуха от пыли, что создает абразивный износ двигателя. Он недостаточно эффективно электризует воздух, что приводит к конденсации бензовоздушной смеси на стенках впускного тракта и в цилиндрах двигателя, а это увеличивает износ двигателя и расход топлива.

Кроме того, недостаточное количество производимого им озона, не обеспечивает полное сгорание бензовоздушной смеси, а это увеличивает износ двигателя и расход топлива.

Цель изобретения: повышение эффективности очистки.

Поставленная цель достигается тем, что в воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с днищем, верхнюю и нижнюю крышки, входной радиальный и выходной осевой патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, положительный электрод, выполненный в виде С-образной пластины с сепарационными окнами, отрицательный электрод с токопроводящими иглами и перфорациями, седлообразную пластину и дополнительный отрицательный электрод из токопроводящего ворсистого мелковолокнистого материала, установленный на стенках входного патрубка вокруг седлообразной пластины, дополнительно введен второй отрицательный электрод из токопроводящего ворсистого мелковолокнистого материала, установленный на внутренней поверхности кольцевого фильтрующего элемента, и второй положительный электрод, который выполнен из токопроводящего материала в форме полого конуса с перфорациями, установлен основанием на внутренней поверхности верхней крышки, соединен с С-образным положительным электродом и седлообразной пластиной и подключен через обмотку реле тока к положительным клеммам двух источников тока. Отрицательный электрод с токопроводящими иглами и перфорациями соединен с дополнительным отрицательным электродом из токопроводящего ворсистого мелковолокнистого материала и с вторым отрицательным электродом, установленным на внутренней поверхности кольцевого фильтрующего элемента, и подключен к отрицательной клемме первого источника тока. Отрицательная клемма второго источника тока подключена к массе двигателя, причем напряжение второго источника тока подключено через контакты реле тока и больше напряжения первого источника тока, а верхняя крышка и цилиндрический корпус воздухоочистителя с днищем выполнены из электроизоляционного материала.

Применение второго отрицательного электрода из токопроводящего ворсистого мелковолокнистого материала, установленного на внутренней поверхности кольцевого фильтрующего элемента и второго положительного электрода, выполненного из токопроводящего материала в форме полого конуса с перфорациями и установленного основанием на внутренней поверхности верхней крышки, выполненной из электроизоляционного материала, позволяет без изменений размеров и формы стандартного воздухоочистителя для двигателя внутреннего сгорания увеличить площадь контактирования воздуха с положительными и отрицательными электродами, что обеспечивает более полную электризацию загрязнений, например пыли, содержащихся в воздухе, и более полную очистку воздуха от загрязнений. При этом второй положительный и второй отрицательный электроды образуют каскад тонкой очистки воздуха от особо мелких частичек пыли, которые проникают через фильтрующий элемент и попадают через перфорации внутрь корпуса второго положительного электрода, что повышает эффективность очистки воздуха и снижает абразивный износ двигателя.

Применение второго положительного электрода позволяет повысить электризацию воздуха за счет устранения рекомбинации зарядов отрицательных ионов воздуха на фильтрующем элементе и корпусе воздухоочистителя благодаря размещению электродов второго каскада электризации воздуха внутри фильтрующего элемента, а это значительно снижает конденсацию бензовоздушной смеси на стенках впускного тракта и в цилиндрах двигателя, что снижает износ двигателя и расход топлива. Двухкаскадная электризация воздуха для приготовления бензовоздушной смеси с повышенным напряжением выходного каскада обеспечивает более интенсивное взаимодействие отрицательных зарядов частиц горючей смеси и деталей двигателя внутреннего сгорания, что дополнительно снижает конденсацию бензовоздушной смеси, а это снижает износ двигателя и расход топлива.

Кроме того, двухкаскадная электризация воздуха для приготовления горючей смеси с повышенным напряжением выходного каскада обеспечивает производство большого количества озона, что повышает полноту сгорания бензовоздушной смеси, а это снижает образование нагара, износ двигателя и расход топлива.

На фиг. 1 изображен воздухоочиститель, общий вид; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез; на фиг. 3 показано крепление и подключение положительного электрода воздухоочистителя; на фиг. 4 - крепление и подключение отрицательного электрода воздухоочистителя.

Цилиндрический корпус 1 воздухоочистителя имеет входной радиальный патрубок 2, днище 3 с осевым выходным патрубком 4, верхнюю 5 и нижнюю 6 крышки. Верхняя крышка 5 закреплена на корпусе 1 посредством пружинящих защелок 7. Внутри корпуса 1 установлен кольцевой фильтрующий элемент 8 с упругой прокладкой 9. Вокруг фильтрующего элемента 8 расположен отрицательный электрод 10, выполненный в форме кольца и изготовленный из токопроводящего ворсистого мелковолокнистого материала, например волокнистого углеграфита, ворсистые окончания которого расположены с наружной стороны и образуют множество токопроводящих игл 11.

Между корпусом 1 и отрицательным электродом 10 расположен положительный электрод 12, выполненный в виде С-образной пластины и снабженный сепарационными окнами 13. Положительный электрод 12 закреплен на изоляторах 14 и соединен через клемму изоляторов 15 с положительной клеммой И1 первого 16 и клеммой И2 второго источника тока 17. Положительный электрод 12 также соединен с седлообразной пластиной 18, которая установлена внутри входного патрубка 2 вдоль его оси и проводником 19 соединяется с контактным кольцом 20, установленным на верхней крышке 5. Верхняя крышка 5 изготовлена из электроизоляционного материала и снабжена выступами 21 разъемного соединения, например байонетного разъема. Внутри выступов 21 байонетного разъема установлен второй положительный электрод, выполненный из токопроводящего материала в форме полого конуса 22 с перфорациями 23 в средней части, который контактирует с токопроводящим контактным кольцом 20. На стенках входного патрубка 2 вокруг седлообразной пластины 18 установлен дополнительный отрицательный электрод 24 из токопроводящего ворсистого мелковолокнистого материала, а на внутренней поверхности кольцевого фильтрующего элемента 8 установлен второй отрицательный электрод 25 из токопроводящего ворсистого мелковолокнистого материала, иглы 26 которого направлены к центру фильтрующего элемента 8.

Отрицательный электрод 10, дополнительный отрицательный электрод 24 и второй отрицательный электрод 25 соединены шайбой 27, которая расположена под фильтрующим элементом 8 и прижимается к отрицательным электродам 10, 24, 25 за счет упругих сил прокладки 9, установленной между верхней крышкой 5 и фильтрующим элементом 8. Шайба 27 выполнена из токопроводящего материала и снабжена проводником 28, подключенным к отрицательной клемме -И1 первого источника тока 16. Отрицательная клемма И2 второго источника тока 17 подключена к массе двигателя, причем напряжение второго источника тока 17 выше напряжения первого источника тока 16, а цилиндрический корпус 1 воздухоочистителя с днищем 3 и верхняя крышка 5 выполнены из электроизоляционного материала.

В днище 3 и в нижней крышке 6 выполнены перфорационные окна 29 и 30, которые при работе воздухоочистителя не перекрывают друг друга. В общей цепи источников тока 16 и 17 установлено реле тока 31, контакты 32 которого коммутируют параллельное или последовательное включение источников тока 16 и 17 к электродам воздухоочистителя.

Воздухоочиститель работает следующим образом.

Атмосферный воздух нормальной температуры, влажности и запыленности поступает во входной патрубок 2 воздухоочистителя и, проходя между седлообразной пластиной 18 и дополнительным отрицательным электродом 24, подвергается воздействию электрического поля высокого напряжения от первого источника постоянного тока 16. При этом все частички загрязнений интенсивно электризуются. Кроме того, воздух в патрубке 2 ионизируется отрицательными ионами, которые стекают с игольчатых окончаний ворсистого материала электрода 24, также образуется озон.

Отрицательно наэлектризованные крупные и средние частички пыли и других загрязнений поступают в цилиндрический корпус 1 фильтра, где под действием кулоновских электростатических сил и сил инерции, возникающих при обтекании воздухом С-образной пластины 12, притягиваются к ней и, проходя через сепарационные окна 13, оседают на днище 3. Мелкие частички пыли, на которые электростатический заряд в патрубке 2 и силы инерции в корпусе 1 не оказали достаточного воздействия, дополнительно контактируют с отрицательным электродом 10 и также притягиваются под действием электростатических кулоновских сил к положительному С-образному электроду, на котором заряды рекомбинируют и пыль оседает на днище 3. Кроме того, воздух в цилиндрическом корпусе 2 дополнительно ионизируется отрицательными ионами, которые стекают с остриев игл 11 окончаний ворсистого материала электрода 10, также дополнительно образуется озон.

Очищенный и ионизированный воздух с добавками озона поступает через фильтрующий элемент 8 во впускной тракт двигателя. При этом на фильтрующем элементе 8 задерживаются мелкие частички пыли, но также задерживается часть отрицательных ионов воздуха, заряды которых частично рекомбинируют на поверхности фильтрующего элемента 8. Кроме того, через фильтрующий элемент 8 проникает часть особо мелких частичек пыли, которые могут создать абразивный износ двигателя. Однако особо мелкие частички пыли, проникшие через фильтрующий элемент 8, проходят через слой токопроводящего ворсистого материала второго отрицательного электрода 25, установленного на внутренней поверхности фильтрующего элемента 8. При этом происходит интенсивная отрицательная электризация особо мелких частичек пыли, которые под действием кулоновских электростатических сил притягиваются к второму положительному электроду из токопроводящего материала в форме полого конуса 22. Воздушная масса обтекает конус 22 и частички пыли, притянувшиеся к конусу, перемещаются по его поверхности и попадают через перфорации 23 в его внутреннюю полость, где заряды рекомбинируют и пыль оседает внутри конуса 22, что значительно повышает эффективность очистки воздуха. Кроме того, воздух внутри фильтрующего элемента 8 интенсивно ионизируется отрицательными ионами, которые стекают с остриев игл 26 окончаний ворсистого материала второго отрицательного электрода 25, также дополнительно и интенсивно образуется озон. Суммарный ток источников 16 и 17 на данном режиме не превышает заданный порог срабатывания реле тока 31, поэтому его контакты 32 остаются в указанном исходном положении параллельного включения источников тока 16 и 17.

Воздух, дополнительно очищенный от особо мелких частичек пыли, отрицательно ионизированный до величины потенциала источника тока 16 и со значительными добавками озона поступает во впускной тракт двигателя. Большое содержание отрицательных ионов воздуха, полученных на втором отрицательном электроде 25, позволяет получить также отрицательно ионизированную бензовоздушную смесь, которая поступает во впускной коллектор и цилиндры двигателя. Поскольку масса двигателя по отношению к второму отрицательному электроду 25 находится под еще большим отрицательным потенциалом второго источника тока 17, то отрицательно электризованная горючая смесь за счет кулоновских сил отталкивается от более отрицательно заряженных стенок впускного коллектора двигателя, стенок цилиндров двигателя и камер сгорания, что значительно снижает конденсацию горючей смеси на деталях двигателя, а это снижает износ двигателя за счет сохранения смазки на деталях и снижает ресход топлива, особенно при запуске и прогреве холодного двигателя.

Кроме того, рассмотренная двухкаскадная электризация воздуха для приготовления горючей смеси с повышенным напряжением выходного каскада обеспечивает большую производительность озона, который является активным окислителем и значительно повышает полноту сгорания горючей смеси на различных режимах работы двигателя, а это дополнительно снижает образование нагара, износ двигателя и расход топлива.

На режиме запуска и прогрева холодного двигателя, когда холодный воздух имеет влажность выше допустимого значения, суммарный ток ионизации источников 16 и 17 превышает заданный порог срабатывания реле тока 31, которое переключает контактами 32 источники тока 16 и 17 на последовательное включение, тогда суммарный ток ионизации снижается, а отрицательное напряжение массы двигателя относительно электродов 10, 24, 25 возрастает, что устраняет конденсацию холодной горючей смеси на стенках впускного тракта, в цилиндрах и камерах сгорания двигателя.

По мере прогрева двигателя температура воздуха повышается, а его влажность понижается, что ведет к снижению тока ионизации, поэтому реле тока 31 возвращается в исходное положение и включает контактами 32 источники тока 16 и 17 на параллельную работу, когда на электродах 10, 25, 24 образуется максимальное количество озона и отрицательных ионов воздуха.

На режимах движения автомобиля по дорогам без покрытия в воздухоочиститель может поступать воздух с пылью, превышающей допустимые пределы, тогда суммарный ток электризации частичек пыли может превысить заданный порог срабатывания реле тока 31, которое переключает контактами 32 источники тока 16 и 17 на последовательное включение. Тогда суммарный ток электризации снижается, что предохраняет источники тока 16 и 17 от повреждений, но положительное напряжение электрода 12 относительно массы двигателя значительно возрастает, что значительно снижает коэффициент пропуска пыли в двигатель за счет более интенсивного налипания отрицательно загрязненных частичек пыли на положительном электроде 12.

По мере снижения запыленности воздуха ток электризации пылевых частичек снижается, поэтому реле тока 31 возвращается в исходное положение и включает контактами 32 источники тока 16 и 17 на параллельную работу, когда на электродах 10, 24, 25 образуется максимальное количество озона и отрицательных ионов воздуха.

Скопившаяся на днище 3 пыль и другие загрязнения удаляются через перфорированные окна 29, которые совмещаются с окнами 30, расположенными в нижней крышке 6 за счет ее поворота относительно корпуса 1 фильтра. Края крышки 6 установлены в выемки корпуса 1, которые удерживают нижнюю крышку 6 на корпусе 1 фильтра и создают лабиринтное уплотнение, препятствующее подсосу атмосферного воздуха под крышку 6 и его попаданию внутри фильтра. Скопившиеся во внутренней полости конуса 22 особо мелкие частички пыли удаляются путем снятия верхней крышки 5 вместе с конусом 22 с корпуса 1 фильтра за счет пружинящих защелок, а затем путем отделения конуса 22 от крышки за счет байонетного разъема выступов 21. Внутреннюю поверхность конуса 22 очищают и устанавливают в корпус фильтра в обратной последовательности. Подключение проводника 19, соединяющего конус 22 с положительным электродом 12, выполнено также разъемным, например, в виде штеккерного соединения.

Испытания опытного образца воздухоочистителя с применением в качестве отрицательных электродов ворсистого мелковолокнистого углеграфита марки НТМ-200 по ТУ16.538.357-80 на двигателе М-412, показали повышение качества очистки воздуха, снижения износа деталей двигателя и расхода топлива.

Суммарный положительный эффект, полученный при испытаниях опытного образца устройства, достаточно высок, так как складывается не только из повышения эффективности очистки воздуха, уменьшения абразивного износа двигателя и расхода топлива, но и из увеличения срока работы фильтрующего элемента за счет применения второго каскада тонкой очистки воздуха, улучшения запуска холодного двигателя за счет двухкаскадной ионизации и озонирования воздуха, снижения токсичности выхлопных газов за счет более полного сгорания горючей смеси и повышения электробезопасности устройства за счет использования корпуса фильтра и его крышек из электроизоляционного материала. Кроме того, использование деталей фильтра из электроизоляционного материала позволило снизить на них рекомбинацию отрицательных ионов воздуха, что дополнительно повысило их концентрацию и эффективность работы воздухоочистителя. В качестве электроизоляционного материала для воздухоочистителя можно использовать различные виды пластмасс, которые в отличии от металла не подвержены воздействию коррозии, имеют меньшую массу и стоимость.

(56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1071796, кл. F 02 M 35/022, опублик. 1984.

2. Авторское свидетельство СССР N 1373852, кл. F 02 M 5/022, опублик. 1988.

Назначение: воздухоочистители для двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус (1) с выходным радиальным патрубком, днище (3) с осевым выходным патрубком (4), верхнюю (5) и нижнюю (6) крышки, кольцевой фильтрующий элемент (8) с упругой прокладкой (9), вокруг которого расположен отрицательный электрод (10), положительный электрод (12), выполненный в виде С - образной пластины, закрепленный на изоляторах (14) и соединенный через клемму изоляторов (15) с положительной клеммой дополнительного (16) и основного (17) источников тока, седлообразную пластину, соединенную с положительным электродом (12) и установленную внутри входного патрубка вдоль его оси, второй положительный электрод (22), выполненный в форме полого конуса с перфорациями (23) и установленный основанием на внутренней поверхности верхней крышки (5), дополнительный отрицательный электрод (24), установленный на стенках входного патрубка вокруг седлообразной пластины, второй отрицательный электрод (25), установленный на внутренней поверхности кольцевого фильтрующего элемента (8). 1 з. п. ф-лы. 4 ил.

1. ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндрический корпус с днищем, верхнюю и нижнюю крышки, входной радиальный и выходной осевой патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, положительный электрод, выполненный в виде С-образной пластины с сепарационными окнами, соединенный с седлообразной пластиной, отрицательный электрод с токопроводящими иглами и перфорациями, дополнительный отрицательный электрод из токопроводящего ворсистого мелковолокнистого материала, установленный на стенках входного патрубка вокруг седлообразной пластины и основной источник тока, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки, он снабжен дополнительным источником тока, реле тока с обмоткой и контактами, на внутренней поверхности кольцевого фильтрующего элемента установлен второй отрицательный электрод из токопроводящего ворсистого мелковолокнистого материала, и соединен с отрицательным электродом и дополнительным отрицательным электродом и подключен к отрицательной клемме дополнительного источника тока, а на внутренней поверхности верхней крышки установлен своим основанием второй положительный электрод, выполненный из токопроводящего материала в форме полого конуса с перфорациями и соединен с положительным электродом и подключен через обмотку реле тока к положительным клеммам основного и дополнительного источников тока, причем основной источник тока подключен через контакты реле тока, а верхняя крышка и цилиндрический корпус с днищем выполнены из электроизоляционного материала. 2. Воздухоочиститель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала дополнительного отрицательного электрода и второго отрицательного электрода применен волокнистый углеграфит, а в качестве электроизоляционного материала верхней крышки и цилиндрического корпуса с днищем использована пластмасса.