ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B01D27/00 B01D46/00 

Изобретение относится к области фильтрования, а именно к фильтрам, составленным из нескольких соединенных между собой фильтрующих элементов или частей таких элементов, и может быть использовано для очистки воздуха двигателей внутреннего сгорания, в особенности автомобильных двигателях.

Известен фильтр для очистки воздуха, содержащий прикрепленный к двигателю корпус с крышкой и установленный в корпусе фильтрующий элемент, выполненный в виде концентрично расположенных внешнего и внутреннего цилиндров, между которыми помещена многолучевая бумажная (картонная) Штора (в виде "гармошки"), эластичные крышки верхнюю и нижнюю из самозатвердевающего герметика, жестко установленные на перфорированных цилиндрах, и нетканого фильтровального синтетического полотна (оболочка из синтетической ваты) [1]
Положительным качеством в этом фильтре является то, что для увеличения пылеемкости применен нетканый синтетический материал, который выполняет роль элемента предварительной очистки воздуха. Фильтр по конструкции достаточно компактен. Однако, как указано в прототипе, "очищать и восстанавливать фильтрующий элемент завод не рекомендует, так как при этом возможно повреждение фильтрующего картона, а следовательно, появляется вероятность абразивного износа цилиндров двигателя".

Показав определенные эксплуатационные качества, фильтр все же не в полной мере удовлетворяет потребителя. Возникает потребность в повторном использовании фильтрующего элемента, в еще большем увеличении срока его службы и качества очистки. Эти преимущества решаются в предлагаемом техническом решении.

Указанная цель достигается тем, что фильтрующий элемент снабжен текстильными ткаными лентами, сработанными из термостойких капроновых нитей, одна из которых снаружи наложена на нетканое фильтровальное полотно, а другая помещена между многолучевой бумажной шторой и боковой поверхностью внутреннего перфорированного цилиндра, при этом нетканое фильтровальное полотно выполнен из лавсановых волокон и льняных волокон при следующем соотношении компонентов:
льняное волокно (30 40)%
лавсановое волокно (60 70)%
Изобретение поясняется чертежом, где изображен общий вид фильтра в разрезе. Фильтр состоит из корпуса 1, имеющего патрубок для поступления воздуха, и отверстия в основании корпуса для отвода очищенного воздуха в картер двигателя, крышки 2. Основной частью фильтра является помещенный в корпусе фильтрующий элемент 3, состоящий из двух концентрически расположенных перфорированных металлических цилиндров 4 и 5, между которыми помещена многолучевая бумажная штора 6. Фильтр имеет эластичные крышки верхнюю 7 и нижнюю 8, жестко закрепленные на перфорированных цилиндрах, нетканое фильтровальное полотно 9 из лавсановых и льняных волокон, размещенное по наружной поверхности внешнего цилиндра 4, и двух текстильных тканых лент 10 и 11 из термостойких капроновых нитей, одна из которых 10 наложена на нетканое фильтровальное полотно 9, а другая 11 помещена между многолучевой бумажной шторой 6 и внутренним перфорированным цилиндром 5.

Фильтр работает следующим образом.

Воздух под известным давлением нагнетается в полость фильтра, образованную корпусом 1 и крышкой 2, проходит фильтрующий элемент 3, последовательно минуя первую тканую ленту 10, как экран-отражатель крупных фракций пыли, нетканое фильтровальное волокно 9, как вторую ступень очистки, внешний перфорированный металлический цилиндр 4, многолучевую бумажную штору 6, как элемент тонкой очистки, вторую тканую ленту 11, в основном, как защитный экран бумажной шторы, и внутренний перфорированный металлический цилиндр 5, очищается и попадает в карбюратор для образования воздушно-бензинной смеси.

Фильтрующий элемент, фактически с тремя степенями очистки, обладает поверхностно-глубинной фильтрацией, что обеспечивает высокую тонкость очистки воздуха, повышая качество фильтрации воздуха, и способствует увеличению срока его службы.

Первая ступень очистки достигается применением текстильной тканой ленты из термостойких капроновых нитей, которая выполняет одновременно роль как бы экрана-отражателя и фильтра грубой очистки. Приводим показатели тканой ленты.

Ширина тканой ленты, мм (ширина не ограничена) 70±2
Материал 100% термостойкий капрон
Толщина ленты, мм до 0,3
Число нитей, 1 см основа 35±1,5, уток 18x 2±1
Линейная плотность нити (номер) основа 23,5 текс (42,55), уток 11 текс (90,0)
Переплетение полотняное
Поверхностное заполнение ткани, 85,5
Количество пор, 1 см² (количество перекрытий основных и уточных нитей) 630
Площадь поры, мм² 0,023
Важным показателем при соединении этой и подобной тканей фильтровальной ленты является то, чтобы соотношение величины поверхностного заполнения тканой ленты к количеству перекрытий (пор) основных и уточных нитей в тканой ленте находилось в пределах 1:(6-8).

Применение в ленте термостойких термофиксированных капроновых нитей, полученных из полиамидных волокон, вызвано тем, что нити и лента обладают рядом полезных свойств необходимых для их эксплуатации. Капроновое термостабилизированное волокно сохраняет 80-85% прочности, без термостабилизатора только 20-25%
Термостабилизаторы защищают полимер от действия кислорода воздуха и предотвращают деструкцию полимера. По стойкости к изгибу и истиранию его волокно превосходит натуральные и химические волокна всех видов. Капроновые элементарные нити имеют в сечении почти круглую форму: поверхность гладкая, с очень мелкими трещинками и порами. Выбранное волокно в силу своего строения позволяет обеспечить лучшую их сцепляемость друг с другом в комплексной нити, а основным и уточным нитям в элементах строения ленты, что положительно, так как достигается необходимость связанность основных и уточных нитей, а соответственно и постоянный размер пор. Лента, в меру упругая, способна отражать крупные фракции пыли, но в то же время волокна ленты обладают способностью удерживать мельчайшие ее частицы.

Поверхностное заполнение тканой ленты рекомендуется в пределах от 80% до 90% Если величина поверхностного заполнения будет ниже 80% то ткань может иметь "рыхлую" структуру со слабой связностью нитей и недостаточной каркасностью, с изменяющейся величиной пор, что будет способствовать снижению эксплуатационных характеристик, что недопустимо. Если поверхностное заполнение будет выше 90% то могут встретиться трудности при выработке ткани на лентоткацком станке и неоправданному увеличению расхода сырья, что неприемлемо.

Выше мы отмечали, что фильтровальное нетканое полотно в этих условиях эксплуатации быстро забивается пылью; загрязняется и снижает свои функциональные возможности. Этому также в некоторой степени способствует природа лавсанового волокна (хотя оно является общепризнанным в этом качестве). Волокно в поперечном сечении имеет круглую, гладкую форму, и на 1 см длины может иметь от 3 до 5 извитков. К недостаткам полиэфирного волокна-лавсана, относятся: высокая гидрофобность (низкая способность поглощать влагу), повышенная загрязняемость изделий, склонность к образованию пиллинга, увеличение степени кристаллизации волокна, что вызывает его старение, сопровождающееся уменьшением устойчивости волокна к многократным деформациям. За счет приведенных качеств, а также однородности волокна, его формы снижается капиллярность полотна, увеличивается его сжимаемость, хотя упругие свойства волокна достаточно высоки. Чтобы исключить эти недостатки, в нетканое фильтровальное полотно, выполненное из лавсана, введены льняные волокна, при следующем соотношении компонентов,
льняное волокно 30- 40
лавсановое волокно 60-70
Для разработки нетканого полотна использовано льняное короткое волокно длиной до 20 мм и поперечником 12-20 мкм. Элементарные волокна льна имеют сильно вытянутую веретенообразную форму, закрытые концы их заострены, каждое волокно посредине имеет узкий канал, элементарные волокна льна имеют слоистое строение. Высокая ориентация структурных элементов относительно оси в льняном элементарном волокне объясняет более высокую прочность льна. В поперечном сечении элементарные волокна льна имеют неправильную округлую, а чаще пятиугольную форму. Наличие в волокнах льна лигнина придает ему жесткость, например, в хлопковом волокне лигнин отсутствует. Льняное волокно способно поглощать жидкости при непосредственном соприкосновении с ней и выдерживать температуру эксплуатации 125^oC.

Таким образом, для разработки нетканого полотна объединены преимущества лавсанового волокна эластичность, извитость, высокая стойкость к действию кислот и окислителей, бактерий и микроорганизмов, с жесткостью, упругостью и веретенопрямолинейностью льняного волокна.

В качестве исходного льняного волокна используются отходы вторичные материальные ресурсы льняной промышленности, в частности гребенные очесы, короткое волокно.

Используя известное технологическое оборудование, с учетом усиленной очистки от сорных примесей и костры, выпускается иглопробивное нетканое фильтровальное волокно поверхностей плотностью 300-330 г/м² толщиной 6,0-6,5 мм, причем волокна равномерно распределяются по площади и глубине полотна таким образом, что в местах соединения и стыковки жестких льняных волокон образующих как бы лабиринты, пустоты и поры, всегда присутствуют извитые эластичные лавсановые волокна, тем самым выравнивая структуру полотна и сообщая ему обозначенные свойства.

Как мы говорили выше, наилучшее использование положительных качеств льняного и лавсанового волокна определено в заявляемых нами диапазонах. Если соотношение компонентов будет выходить за граничные значения, например, льняного волокна будет 25% а лавсанового 75% то может снизиться срок службы нетканого полотна, т. к. лавсановая составляющая значительно загрязняется, сжимается, забивается пылью и будет затруднять процесс фильтрации. Если же в соотношении компонентов льняная составляющая будет равна 45% а лавсановая 55% то затруднительно вырабатывать полотно заданной толщины и равноты, так как в нетканом материале в значительном количестве присутствует жесткая льняная составляющая и некоторое количество костры, которая препятствует получению ровноты и равномерной плотности полотна, а это в конечном итоге отрицательно скажется на качественных условиях фильтрации. Многолучевая бумажная штора 6 выполняет функцию тонкой очистки воздуха и может изготавливаться из бумаги для фильтрования воздуха (технические условия по ГОСТ 20358-78), при этом имея гофры разнообразной конфигурации и высоты как по отдельности, так и в комплексе.

Таким образом, разработанная на базе заявляемого технического решения система фильтров позволяет их использовать с описанной целью для двигателей автомобилей "ВАЗ", "Москвич" и "КАМАЗ", двигателей компрессоров, для двигателей мотоциклов, мопедов и др. и способствует увеличению ресурса фильтров до замены на 30-40%

Использование: автомобильная и другая промышленности. Сущность изобретения - фильтрующий элемент состоит из слоев материала: текстильной тканой ленты из термостойких капроновых нитей, нетканого фильтровального полотна из лавсановых и льняных волокон при соотношении компонентов: льняное волокно - (30-40)%, лавсановое волокно - (60-70)% и многолучевой бумажной шторы. При этом обеспечивается увеличение срока службы и улучшение фильтрации. 1 ил.

Фильтр для очистки воздуха в двигателях внутреннего сгорания, содержащий прикрепленный к двигателю корпус с крышкой и установленный в корпусе фильтрующий элемент, выполненный в виде концентрично расположенных внешнего и внутреннего перфорированных цилиндров, между которыми помещена многолучевая бумажная штора, верхней и нижней эластичных крышек, жестко установленных на торцах перфорированных цилиндров, и нетканого фильтровального синтетического полотна, размещенного по наружной поверхности внешнего цилиндра, отличающийся тем, что фильтрующий элемент снабжен текстильными ткаными лентами, выполненными из термостойких капроновых нитей, одна из которых расположена снаружи на нетканом фильтровальном полотне, а другая между многолучевой бумажной шторой и боковой поверхностью внутреннего перфорированного цилиндра, при этом нетканое фильтровальное полотно выполнено из лавсановых и льняных волокон при следующем соотношении компонентов,
Льняное волокно 30 40
Лавсановое волокно 60 70.