ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F02M35/22 F02M35/08 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателестроении в устройствах для очистки воздуха, снабженных ионизаторами.

Известен воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с входным и выходным патрубками, последний из которых сообщен с впускным трактом двигателя, а первый снабжен коронирующим электродом на входе, подключенным к источнику тока, фильтрующий элемент, размещенный в корпусе между верхней и нижней опорами, герметизирующими его внутреннюю полость, сообщенную с выходным патрубком, эжектирующее устройство для отсоса пыли из корпуса и соединенный с массой осадительный электрод, выполненный в виде сетки, размещенный вокруг фильтрующего элемента и соединенный с одной из опор, причем опоры выполнены упругими, а полость фильтрующего элемента сообщена с выходным патрубком при помощи переходного элемента, жестко соединенного с опорой и телескопически связанного с выходным патрубком [1]
Недостатком известного устройства является ограниченная возможность применения, поскольку известный воздухоочиститель сохраняет работоспособность только в случае его вертикальной установки. Телескопическое соединение переходного элемента с выходным патрубком имеет низкую эксплуатационную надежность и не исключает возможность попадания пыли во входной патрубок, а оттуда в двигатель. Заряженные частицы пыли в известном устройстве оседают не только на осадительном электроде, но и на фильтрующем элементе. Вертикальные колебания не могут обеспечить полную очистку, так как остающиеся частицы пыли вновь захватываются воздушным потоком и уносятся на фильтрующий элемент, а механические силы, отрывающие частицы пыли, намного меньше электрических сил, удерживающих частицы на фильтрующем элементе. Вследствие высокой скорости воздушного потока и возможности соприкосновения частиц пыли со стенкой корпуса величина заряда, получаемого частицами пыли, уменьшается.

Известен также воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с верхней и нижней крышками, соединенными болтом, входной радиальный и осевой выходной патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, положительный электрод, соединенный с изолированным от корпуса источником постоянного тока, и соединенный с массой отрицательный электрод, выполненный в виде перфорированного кольца, снабженного на наружной стороне токопроводящими иглами и расположенного вокруг фильтрующего элемента, а положительный электрод выполнен в виде С-образной пластины с сепарационными окнами и расположен между корпусом и отрицательным электродом [2]
Недостатком известной конструкции является увеличенное начальное гидравлическое сопротивление воздухоочистителя из-за наличия дополнительного положительного электрода, расположенного между фильтрующим элементом и корпусом, а также из-за наличия токопроводящих игл, расположенных вокруг фильтрующего элемента. К недостаткам известной конструкции следует отнести также высокую трудоемкость изготовления фильтрующего элемента и низкую эффективность зарядки частиц пыли, так как их зарядка происходит в межэлектродном пространстве, уменьшенном за счет наличия дополнительного электрода. В результате этого увеличивается скорость воздушного потока и уменьшается время нахождения частицы пыли в электрическом поле. При этом часть пыли попадает на фильтрующий элемент и снижает его рабочий ресурс. В процессе эксплуатации воздухоочистителя токопроводящие иглы забиваются вследствие попадания в воздухоочиститель частиц органического происхождения (например, растительных остатков) и не исключается возможность электродов в результате действия дипольного момента указанных частиц. В известном устройстве имеет место неравномерное распределение пыли в днище, так как скорость воздушного потока вокруг фильтрующего элемента у входного патрубка выше, чем на противоположной стороне фильтрующего элемента. В результате этого происходит замыкание электродов слоем пыли. Другим фактором, влияющим на неравномерность распределения пыли, является наличие электрического поля между корпусом воздухоочистителя и дополнительным положительным электродом, вследствие чего частицы пыли оседают на положительном электроде и удерживаются в пространстве между ними и фильтрующим элементом, а не равномерно между положительным электродом и корпусом. Недостатком является также большая трудоемкость обслуживания воздухоочистителя, так как кроме обслуживания фильтра необходимо также продувать корпус, чтобы освобождать его от пыли, скапливающейся в днище.

Из известных наиболее близким к описываемому по технической сущности является воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с днищем, крышку, входной радиальный и выходной осевой патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, основной положительный кольцевой электрод с сепарационными окнами, расположенными между фильтрующим элементом, и основной отрицательный электрод, выполненный из ворсистого мелковолокнистого материала, расположенный на наружной поверхности фильтрующего элемента и внутренней поверхности входного патрубка вокруг пластины, и основной источник тока, подключенный к клеммам основных электродов, кроме того воздухоочиститель снабжен дополнительным отрицательным электродом, установленным на внутренней поверхности фильтрующего элемента, дополнительным положительным электродом, выполненным в форме полого конуса с перфорацией, установленным основанием на внутренней поверхности крышки, и дополнительный источник тока, положительная клемма которого соединена с положительной клеммой основного источника тока, а отрицательная с выходным патрубком, причем все электроды изолированы от выходного патрубка. Дополнительный отрицательный электрод воздухоочистителя также выполнен из ворсистого мелковолокнистого материала [3]
Недостатком известной конструкции воздухоочистителя является ее сложность, высокое начальное гидравлическое сопротивление и большая трудоемкость обслуживания, связанная с необходимостью разборки воздухоочистителя и периодической очисткой пылесборника, наличие дополнительного источника тока. Указанные недостатки снижают эффективность работы известного воздухоочистителя и ограничивают его функциональные возможности.

Техническая задача изобретения повышение эффективности работы воздухоочистителя при расширении функциональных возможностей.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с крышками, пылесборник, входной и выходной патрубки, положительный, отрицательный и дополнительный коронирующий электроды, соединенные с изолированным от корпуса источником постоянного тока и кольцевой фильтрующий элемент, снабженный расположенным вокруг него предварительным фильтром из токопроводящего мелковолокнистого материала, соединенным с отрицательной клеммой источника тока, в соответствии с заявляемым изобретением он снабжен соединенной с входным патрубком впускной трубой, коронирующий электрод размещен в последней и изолирован от корпуса, входной патрубок расположен тангенциально относительно корпуса и снабжен завихрителем из диэлектрического материала, на входе во впускную трубу установлен дополнительный фильтр, пылесборник расположен на внешней поверхности корпуса, сообщен отверстиями с его полостью и снабжен устройством для удаления пыли, кольцевой фильтрующий элемент изолирован от корпуса и соединен с клеммой источника тока того же знака, что и клемма коронирующего электрода, а отрицательный электрод выполнен в виде перфорированного кольца, расположенного между фильтрующим элементом и предварительным фильтром.

На фиг. 1 заявляемый воздухоочиститель, общий вид; фиг. 2 то же, сечение по А-А фиг. 1.

Воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус 1 с крышками 2, пылесборник 3, входной 4 и выходной 5 патрубки, кольцевой фильтрующий элемент 6, положительный электрод, являющийся корпусом 1, отрицательный электрод 7. Положительный и отрицательный электроды соединены с изолированным от корпуса 1 источником постоянного тока 8, причем отрицательный электрод 7 выполнен в виде перфорированного кольца, расположенного вокруг фильтрующего элемента 6. Воздухоочиститель содержит также дополнительный коронирующий электрод 9, который размещен во впускной трубе 10, соединенной с входным патрубком 4, изолирован от корпуса 1 и подключен к источнику постоянного тока 8. Входной патрубок 4 установлен тангенциально относительно корпуса 1 и снабжен завихрителем 11 из диэлектрического материала. На свободном конце впускной трубы 10 установлен дополнительный предварительный фильтр 12. На внешней поверхности корпуса 1 размещен соединенный отверстиями 13 с его внутренней полостью пылесборник 3, снабженный устройством для удаления пыли 14. Кольцевой фильтрующий элемент 6, изолированный от корпуса 1 и соединенный с потенциалом источника тока 8 того же знака, что и потенциал коронирующего электрода 9, снабжен предварительным фильтром 15, выполненным из токопроводящего мелковолокнистого материала и размещенным на внешней поверхности отрицательного электрода 7, выполненного в виде перфорированного кольца. Дополнительный коронирующий электрод 9 изолирован от связанной с корпусом 1 впускной трубы 10 при помощи изоляторов 16. Кольцевой фильтрующий элемент 6 (показан на фиг. 2 с местным разрезом) изолирован от корпуса 1 при помощи изоляторов 17. Дополнительный предварительный фильтр 12 содержит завихритель потока 8 и пылесборные щели 19.

При работе воздухоочистителя в системе питания двигателя воздухом последний за счет разрежения, создаваемого насосным действием поршней, поступает в дополнительный предварительный фильтр 12, выполненный, например, в виде моноциклона. Крупные частицы пыли, проходя через завихритель потока 18 дополнительного предварительного фильтра 12, закручивается и, в результате действия центробежных сил, удаляются из моноциклона в атмосферу через пылевыборочные щели 19. В качестве дополнительного предварительного фильтра 12 могут быть использованы также, например мультициклон, вращающийся воздухосборник, воздухозаборная сетка, инерционная решетка и т.п. Пылевоздушный поток далее поступает в ионизатор впускную трубу 10 с размещенными в ней игольчатым коронирующим электродом 9, изолированным от трубы 10 изоляторами 16 и соединенным с источником постоянного тока 8. При подаче на коронирующий электрод 9 высокого напряжения между ним и стенкой трубы 10 образуется неоднородное электрическое поле и происходит коронный электрический разряд. В результате коронного разряда образуются ионы, которые движутся от коронирующего электрода 9 к стенке трубы 10. Частицы пыли (сажи), касаясь коронирующего электрода 9 и встречая на своем пути ионы, адсорбируют их, заряжаются и, под действием сил поля и центробежных сил (в случае использования инерционного дополнительного предварительного фильтра), движутся к внутренней стенке трубы 10. Однако из-за высокой скорости воздушного потока они не оседают на внутренней стенке трубы 10, а поступают во входной патрубок 4 корпуса 1 воздухоочистителя. Из входного патрубка 4 воздух поступает в осадитель корпус 1 воздухоочистителя с изолированным с помощью изоляторов 17 от него фильтрующим элементом 6, соединенным с потенциалом источника постоянного тока 8 того же знака, что и коронирующий электрод 9 ионизатора.

Поскольку впускная труба 10 по отношению к корпусу 1 установлена тангенциально, то пылевоздушный поток закручивается вокруг фильтрующего элемента 6. С целью увеличения закрутки на выходе из входного патрубка 4 установлен завихритель 11 из диэлектрического материала. На заряженные в ионизаторе (впускной трубе 10 с коронирующим электродом 9) пылевые частицы в межэлектродном пространстве осадителя (корпуса 1 с изолированным фильтрующим элементом 6) действует центробежная сила и сила, обусловленная действием электрического поля на заряженные частицы, направленные к стенке корпуса 1 воздухоочистителя, а также сила воздушного потока, направленная к фильтрующему элементу 6. Кроме того, в результате размещения входного патрубка 4 по отношению к фильтрующему элементу 6 в его начале, вокруг фильтрующего элемента 6 формируется закрученный поток, затухающий к его концу. В результате действия указанных сил частицы пыли стремятся оттолкнуться от фильтрующего элемента 6 и осесть на стенку корпуса 1. Часть пыли, осевшая на корпусе 1, сносится затем воздушным потоком через пылесборные отверстия 13 в пылесборник 3, а другая часть попадает на предварительный фильтр 15, размещенный на перфорированном отрицательном электроде 7 фильтрующего элемента 6, где дополнительно заряжается и, отталкиваясь от него, снова попадает в закрученный ионизированный поток воздуха, а затем уносится к крышке 2 корпуса 1, откуда также попадает в пылесборник 3. Частицы пыли волокнистой структуры, попадая в межэлектродное пространство, ориентируются в результате действия дипольного момента от фильтрующего элемента 6 к корпусу 1, переносятся закрученным потоком к пылевыбросным отверстиям 13, через которые попадают в пылесборник 3. Пройдя предварительный фильтр 15, перфорированный отрицательный электрод 7 и фильтрующий элемент 6, очищенный поток воздуха через выходной патрубок 5 попадает во впускной коллектор двигателя (на фиг. не показан). Частицы пыли из пылесборника 3 попадают в устройство для удаления пыли 14, через которое удаляются, например, с помощью соединенного с ним пылесбросного клапана или эжектора (на фиг. не показаны). В процессе коронного разряда в ионизаторе и осадителе выделяются ионы, которые оказывают положительное воздействие на процесс смесеобразования и сгорания, так как являются окислителем. Кроме того, в случае удаления пыли из пылесборника 3 с помощью эжектора, часть ионизированного воздуха поступает в выхлопную трубу, что положительно сказывается на составе отработавших газов, уменьшая их токсичность.

Осадитель может работать также и при отключенном от источника постоянного тока 8 состоянии. В этом случае зарядка предварительного фильтра 15 и отрицательного электрода 7 будет происходить за счет действия ионов воздуха, проходящих через предварительный фильтр 15, и их адсорбции на металлической перфорированной сетке отрицательного электрода 7. В результате этого между заряженным предварительным фильтром 15 и корпусом 1 также будет создаваться неоднородное электрические поле.

Реализация воздухоочистителя обеспечивает снижение трудоемкости его технического обслуживания в 2-5 раз в зависимости от условий эксплуатации (почва, климат) и увеличение ресурса фильтрующего элемента.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус с крышками, пылесборник, входной и выходной патрубки, положительный и дополнительный коронирующий электроды, соединенные с изолированным от корпуса источником постоянного тока, и кольцевой фильтрующий элемент, снабженный расположенным вокруг него предварительным фильтром из токопроводящего мелковолокнистого материала, соединенным с отрицательной клеммой источника тока. Кроме того, он снабжен соединенной с входным патрубком впускной трубой, коронирующий электрод размещен в последней и изолирован от корпуса, а входной патрубок расположен тангенциально относительно корпуса и снабжен завихрителем из диэлектрического материала. На входе во впускную трубу установлен дополнительный фильтр, пылесборник расположен на внешней поверхности корпуса, сообщен отверстиями с его полостью и снабжен устройством для удаления пыли, кольцевой фильтрующий элемент изолирован от корпуса и соединен с клеммой источника тока того же знака, что и клемма коронирующего электрода. Отрицательный электрод выполнен в виде перфорированного кольца, расположенного между фильтрующим элементом и предварительным фильтром. 2 ил.

Воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с крышками, пылесборник, входной и выходной патрубки, положительный, отрицательный и дополнительный коронирующий электроды, соединенные с изолированным от корпуса источником постоянного тока, и кольцевой фильтрующий элемент, снабженный расположенным вокруг него предварительным фильтром из токопроводящего мелковолокнистого материала, соединенным с отрицательной клеммой источника тока, отличающийся тем, что он снабжен соединенной с входным патрубком впускной трубой, коронирующий электрод размещен в последней и изолирован от корпуса, входной патрубок расположен тангенциально относительно корпуса и снабжен завихрителем из диэлектрического материала, на входе во впускную трубу установлен дополнительный предварительный фильтр, пылесборник расположен на внешней поверхности корпуса, сообщен отверстиями с его полостью и снабжен устройством для удаления пыли, кольцевой фильтрующий элемент изолирован от корпуса и соединен с клеммой источника тока того же знака, что и клемма коронирующего электрода, а отрицательный электрод выполнен в виде перфорированного кольца, расположенного между фильтрующим элементом и предварительным фильтром.