ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02M35/02 

Изобретение относится к автотранспортной технике, а именно к системе воздухоснабжения и наполнения двигателя внутреннего сгорания, работающего в условиях с переменной запыленностью окружающей среды.

Широко известны воздухоочистители, снабженные одной или более ступенями предварительной очистки от крупных частиц пыли и ступенью окончательной тонкой очистки воздуха. Задержанная в предочистителе пыль выбрасывается автоматически через окна или не накапливается в бункере, из которого удаляется периодически путем ручной очистки или через автоматически действующий клапан. Эффективность работы предочистителя повышается при наличии системы отсоса пыли из бункера, действующей непрерывно и сообщенной с газовым эжектором, вентилятором системы охлаждения двигателя или отдельным вентилятором, имеющим, например, электропривод. Установка отдельного вентилятора усложняет конструкцию воздухоочистителя, однако позволяет создавать центробежную очистку при малых расходах воздуха, поступающего в двигатель, в том числе при его работе на холостом ходу.

Ступень тонкой очистки воздуха сухим способом содержит картонный (или иного вида) фильтрующий элемент, который размещается концентрично корпусу воздухоочистителя или эксцентрично по отношению к его оси с образованием в корпусе зазора в виде сужающегося спирального канала, в котором совершается сепарация с выходом твердых частиц наружу через прорези в стенке корпуса. Фильтрующий элемент обладает, как правило, высокой пылеемкостью при относительно небольшом росте газосопротивления и длительно не нуждается в обслуживании или замене. С другой стороны, фильтрующий элемент с высокой пылеемкостью представляет потенциальную опасность, если пылевые частицы токсичны, например радиоактивны.

Для улучшения работы фильтрующего элемента, предотвращения забивания пор и облегчения регенерации фильтрующего материала иногда используют эффект трибоэлектричества, обеспечивающий предварительную коагуляцию частиц. Коагулятор может быть выполнен в виде конуса и установлен во входном патрубке воздухоочистителя с образованием кольцевого зазора постоянного сечения.

Повышенную эффективность предочистителя имеет воздухоочиститель с кольцевым фильтрующим элементом, инерционной решеткой и каналом отсоса пыли.

Однако взятый в качестве прототипа этот воздухоочиститель не содержит элементов для регулирования интенсивности сепарационного процесса в предочистителе в зависимости от расхода воздуха двигателем при работе на переменных режимах и различной запыленности атмосферы.

Цель изобретения заключается в повышении эффективности очистки воздуха в переменных условиях, то есть на неустановившихся режимах работы двигателя и в условиях с переменной запыленностью окружающей среды.

Для достижения поставленной цели в воздухоочистителе двигателя внутреннего сгорания, содержащем цилиндрический корпус с входным патрубком, выходным окном в днище и каналом отсоса пыли, инерционную решетку с обтекателем, размещенным в полости входного патрубка, а также фильтрующий элемент, установленный концентрично корпусу, инерционная решетка выполнена дугообразной с подвижными упругими плечами, имеющими опоры в виде эксцентриков, и консольными концами в виде лепестков, отогнутыми в сторону цилиндрической стенки корпуса, причем решетка закреплена в центральной части по оси входного патрубка со смещением в сторону фильтрующего элемента, а обтекатель закреплен на продольной перегородке, установленной перед инерционной решеткой вертикально, причем входной патрубок охвачен кольцевой пылесборной камерой, сообщенной отверстиями в стенке патрубка с кольцевым каналом на участке обтекателя и соединенной с каналом отсоса пыли через отдельный патрубок с регулирующей заслонкой.

Кроме того, участок входного патрубка, содержащий отверстия в стенке, выполнен с вогнутой поверхностью со стороны обтекателя.

Пылесборная камера и входной патрубок выполнены разъемными.

Новым существенным признаком предлагаемой разработки по сравнению с прототипом является использование обтекателя совместно с входным патрубком воздухоочистителя в качестве первой ступени предочистителя, обеспечивающей частичный вывод крупных частиц из потока до его поступления в корпус на инерционную решетку. Причем для усиления эффекта сепарации и очистки пылесборная камера снабжена отдельным патрубком, соединенным с основным каналом отсоса пыли в корпусе воздухоочистителя.

Благодаря конусообразной форме обтекателя профилируются конфузорный и диффузорный участки кольцевого канала, изменена также форма стенки, которая выполнена с вогнутой поверхностью в полости входного патрубка. Такая геометрия стенки изменяет траекторию потока и обеспечивает инерционный выход крупных частиц пыли из потока в отверстия стенки, снижает рикошеты частиц на поверхности.

При относительно чистом атмосферном воздухе регулирующая заслонка перекрывает патрубок отсоса пыли, в связи с чем снижается гидравлическое сопротивление входного патрубка. В предельном случае пылесборная камера снимается и отверстия в стенке используются для подсоса дополнительной порции воздуха в патрубок.

Другим новым признаком разработки являются саморегулирование и периодическое регулирование сепарационного процесса во второй ступени предочистителя, т. е. на инерционной решетке и за ней, в зависимости от режимов и условий работы двигателя внутреннего сгорания.

Саморегулирование обеспечивается автоматическим изменением положения утоненных консольных концов (лепестков) дугообразной инерционной решетки под действием переменного расхода воздуха во входной полости, образованной инерционной решеткой и цилиндрической стенкой корпуса воздухоочистителя. Увеличение или снижение расхода воздуха двигателем сопровождается увеличением или уменьшением динамического напора потока и статического давления на поверхности стенок, приводящих во взаимодействии с упругим напряжением консольных утоненных концов решетки к их деформации и перемещению в новое равновесное положение. Происходит изменение проходных сечений на срезах консольных концов, благодаря чему поддерживается практически постоянной скорость струйного течения на выходе из них, определяющая сепарацию и перемещение частиц пыли по цилиндрической стенке в канал отсоса. Такое утверждение относится по меньшей мере к рабочему диапазону (0,6-1,0)n_ном, где n_ном - номинальная частота вращения вала двигателя.

Регулирование интенсивности сепарационного процесса, т.е. настройка второй ступени предочистителя, производится периодически и достигается перемещением упругих плеч (ветвей) инерционной решетки путем вращения эксцентриков, которые служат опорами решетки. Например, уменьшение поперечного сечения воздушных каналов с целью усиления центробежного эффекта и улучшения сепарации частиц на решетке выполняется, если двигатель работает преимущественно в среде, содержащей мелкодисперсную пыль с большой адгезией, малой плотностью или повышенной токсичностью.

На фиг. 1 схематично изображен воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху со снятой крышкой; на фиг. 3- узел I на фиг. 2; на фиг. 4 - вариант входного патрубка.

Воздухоочиститель выполнен плоским и содержит цилиндрический корпус 1 с радиальным входным патрубком 2 переменного сечения, выходным окном 3 в днище и каналом отсоса пыли 4. В конце диффузорного участка патрубка 2 установлен обтекатель 5, входная и выходная части которого выполнены коническими, придающими обтекателю форму, близкую к каплевидной. Обтекатель 5 закреплен на продольной перегородке 6, установленной вертикально в патрубке 2 и разделяющей его выходную часть на два одинаковых канала. Благодаря обтекателю 5 в полости входного патрубка 2 образован кольцевой канал 7 конфузорно-диффузорного вида, сообщенный отверстиями 8 с кольцевой пылесборной камерой 9, плотно охватывающей патрубок снаружи. Камера 9 снабжена пылеотсасывающим патрубком 10 с регулирующей заслонкой 11.

В корпусе 1 установлена дугообразная инерционная решетка 12, имеющая перфорацию с дефлекторами 13. Решетка размещена симметрично оси входного патрубка 2, но эксцентрично корпусу 1 и закреплена в нем центральной частью с помощью распорок 14 или другим способом. Подвижные плечи инерционной решетки 12 прижаты силой упругости к поверхности двух опор в виде эксцентриков 15 и образуют со стенками корпуса 1 входные конфузорные каналы 16. Эксцентрики закреплены в днище корпуса 1 с возможностью вращения относительно своих осей, а утоненные концы 17 инерционной решетки 12 имеют свободу перемещения, отогнуты в сторону цилиндрической стенки корпуса и образуют с ней конически сужающиеся сопловые каналы.

В центральной части корпуса 1 концентрично размещен кольцевой фильтрующий элемент 18, закрепленный в корпусе с помощью крышки 19, стяжной шпильки 20 и с использованием уплотнительных колец. Канал отсоса пыли 4 и патрубок 10 соединены общим трубопроводом 21 для эвакуации пыли.

Вариант входного патрубка 2 воздухоочистителя (фиг. 4) содержит участок постоянного сечения, на котором образован кольцевой желоб (зиг или тор) 22 с отверстиями 8 и коаксиально установлена пылесборная камера 9 съемной конструкции. Камера 9 изготовлена из эластомера, удерживается на патрубке благодаря развальцовке желоба 22 и в простейшем случае может быть выполнена без регулирующей заслонки 11.

Воздухоочиститель работает следующим образом.

На установившемся режиме работы двигателя запыленный воздушный поток поступает во входной патрубок 2, движется прямолинейно и замедленно в его диффузорной части, но благодаря обтекателю 5 изменяет направление и ускоряется на конфузорном участке кольцевого канала 7. Крупные частицы пыли отбрасываются силами инерции к периферии канала, испытывают рикошеты на стенке и вместе с частью воздуха при открытой заслонке 11 отсасываются через отверстия 8 в пылесборную камеру 9, а затем с помощью пылеотсасывающего патрубка 10 и трубопровода 21 выводятся за пределы воздухоочистителя. Улавливанию частиц способствует вогнутая форма поверхности входного патрубка 2 в месте перехода его диффузорной части к участку постоянного сечения, где расположены отверстия 8.

В диффузорной части кольцевого канала 7 воздушный поток замедляется и разделяется перегородкой 6 на два симметричных потока, которые с помощью инерционной решетки 12 направляются в криволинейные конфузорные каналы 16 корпуса 1. Под действием сил инерции основная масса пыли выходит на цилиндрическую стенку корпуса 1 и вместе с потоком движется ускоренно в направлении консольных концов 17, а часть воздуха, дополнительно очищенного с помощью дефлекторов 13, направляется в отверстия инерционной решетки 12 и далее на фильтрующий элемент 18. Одновременно под действием напора запыленного потока, пониженного давления в полости перед фильтрующим элементом 18 и сил упругости подвижные консольные концы 17 занимают промежуточное равновесное положение и формируют криволинейные сопловые каналы, проходные сечения которых обеспечивают дополнительный струйный разгон частиц и движение их в канал ососа пыли 4. Срыв вихрей с утоненных консольных концов 17 сопровождается вибрациями, улучшающими сепарационный процесс. Основная масса воздуха, содержащая тонкие фракции пыли, изменяет направление движения с тангенциального на радиальное и практически равномерно распределяется на большей части поверхности фильтрующего элемента 18. Пройдя окончательную очистку в элементе 18, воздушный поток направляется через выходное окно 3 во всасывающую систему двигателя.

При переходе на режим с пониженным расходом воздуха двигателем ослабляется действие сил аэродинамического давления на консольные подвижные концы 17 инерционной решетки 12, которые благодаря упругости уменьшают проходные сечения сопловых каналов и тем самым автоматически поддерживают струйный разгон частиц пыли, их эффективную сепарацию из воздушного потока.

При работе двигателя с повышенным расходом воздуха возрастает аэродинамическое воздействие на консольные концы 17, приводящее к перемещению и деформации их с увеличением проходных сечений сопловых каналов, поддерживающих умеренное струйное истечение без заметного роста гидравлического сопротивления.

Эффективность работы инерционной решетки 12 регулируется путем предварительного поворота эксцентриков 15 относительно осей и перемещения ее плеч, определяющих размеры проходных сечений каналов 16 и положение консольных концов 17. Настройка решетки 12 производится как при выборе воздухоочистителя для двигателей с различными параметрами, так и в зависимости от условий эксплуатации.

Если запыленность атмосферного воздуха невысокая, заслонка 11 полностью закрыта, при этом снижается гидравлическое сопротивление входного патрубка 2, возрастает расход воздуха и работает только вторая ступень предочистителя. Пылесборная камера 9 благодаря перфорации в виде отверстий 8 выполняет роль демпфера по снижению уровня шума, исходящего из цилиндров двигателя через выходное окно 3, а также излучаемого вибрациями консольных концов 17.

Вариант входного патрубка 2 (фиг. 4) с кольцевым желобом 22 отличается снижением рикошетов твердых частиц на поверхности стенки и увеличенным выбросом их в отверстия 8. Желоб 22 служит также для вывода конденсата, вносимого потоком влажного воздуха из атмосферы. При низкой запыленности воздуха пылесборная камера 9 может быть использована или снята вообще с целью дополнительного подсоса воздуха, в том числе нагретого, через отверстия 8 в патрубок 2. Благодаря разборной конструкции облегчается техническое обслуживание первой ступени предочистителя.

Предлагаемый воздухоочиститель с наличием органов регулирования и саморегулирования обладает повышенной эффективностью работы в переменных условиях. Воздухоочиститель снижает пылевую нагрузку на фильтрующий элемент тонкой очистки и увеличивает его срок службы, позволяет оптимизировать величину гидросопротивления предочистителя и осуществлять его настройку в целях унификации воздухоочистителя для двигателей с близкими параметрами. Кроме того, за счет возможности форсирования работы предочистителя улучшаются условия техники безопасности, если пыль, оседающая на фильтрующем элементе, токсична.

Воздухоочиститель предназначен для двигателей транспортного назначения, работающих на переменных режимах в условиях с переменной запыленностью и при наличии пыли с различными свойствами.

Использование: автотракторная техника, а именно системы воздухоснабжения двигателя внутреннего сгорания, работающего на неустановившихся режимах в условиях с переменной запыленностью окружающей среды. Сущность изобретения: воздухоочиститель в виде цилиндрического корпуса с входным патрубком и каналом отсоса пыли, содержащий инерционную решетку с обтекателем и кольцевой фильтрующий элемент, выполнен с предочистителем регулируемой двухступенчатой конструкции. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндрический корпус с входным патрубком, днище с выходным окном и каналом отсоса пыли, инерционную решетку с обтекателем, размещенным в полости входного патрубка, и фильтрующий элемент, установленный концентрично с корпусом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, инерционная решетка выполнена дугообразной с подвижными упругими плечами, снабженными опорами в виде эксцентриков и консольными концами в виде лепестков, отогнутых в сторону цилиндрической стенки корпуса, причем инерционная решетка закреплена в своей центральной части по оси входного патрубка со смещением в сторону фильтрующего элемента, а вертикально перед инерционной решеткой установлена продольная перегородка, на которой закреплен обтекатель, причем входной патрубок охвачен кольцевой пылесборной камерой, сообщенной отверстиями в стенке входного патрубка на участке обтекателя с кольцевым каналом и соединенной с каналом отсоса пыли через отдельный патрубок с регулирующей заслонкой. 2. Воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что участок входного патрубка с отверстиями в стенке выполнен с вогнутой поверхностью со стороны обтекателя. 3. Воздухоочиститель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пылесборная камера и входной патрубок выполнены разъемными.