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

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к двигателестроению, в частности к устройствам для очистки воздуха.

Известен воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, описанный в авт. св. СССР N 1071796, кл, F 02 M 35/022, з. 01.07.82. оп. 07.02.84, содержащий цилиндрический корпус с верхней и нижней крышками, соединенные 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 наружней стороне токопроводящими иглами и расположенного вокруг фильтрующего элемента, а положительный электрод выполнен в виде C-образной пластины с сепарационными окнами и расположен между корпусом и отрицательным электродом.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, описанный в авт. св. СССР N 1373852, кл. F 02 M 35/022, з. 06.02.86. оп. 15.02.88, содержащий цилиндрический корпус с днищем, соединенные между собой верхнюю и нижнюю крышки, входной радиальный и выходной осевой патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, положительный электрод, выполненный в виде C-образной пластины с сепарационными окнами и соединенный с изолированными от корпуса источником тока, отрицательный электрод с токопроводящими иглами и перфорациями, расположенный вокруг фильтрующего элемента и соединенный с массой, а также пластину, расположенную во входном патрубке вдоль его оси, и дополнительный отрицательный электрод, причем сторона пластины со стороны фильтрующего элемента имеет седлообразную форму и соединена с положительным электродом, образуя кольцо, а отрицательный и дополнительный электрод расположен на стенках входного патрубка пластины.

Основным недостатком вышеприведенных технических решений является недостаточная эффективность очистки поступающего воздуха из-за высокого начального аэродинамического сопротивления воздухоочистителя, которое объясняется наличием дополнительного положительного электрода, расположенного между фильтрующим элементом и корпусом, а также из-за наличия токопроводящих игл, расположенных вокруг фильтрующего элемента. Во втором приведенном техническом решении начальное аэродинамическое сопротивление еще более высокое из-за расположенных в его входном патрубке пластины и дополнительного электрода. Важным недостатком обеих конструкций является низкая 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 частиц пыли в электрическом поле. При этом часть пыли попадает на фильтрующий элемент и снижает его рабочий ресурс.

Следующим недостатком приведенных технических решений является то, что в процессе эксплуатации воздухоочистителя токопроводящие иглы забиваются вследствие попадания в воздухоочиститель частиц органического происхождения (например, растительных остатков) и не исключается возможность замыкания электродов в результате действия дипольного момента указанных частиц. В известных устройствах 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. Другие фактором, влияющим на неравномерность распределения пыли, является наличие поля между корпусом воздухоочистителя и дополнительным положительным электродом, вследствие чего частицы пыли оседают на положительном электроде и удерживаются в пространстве между ним и фильтрующим элементом, а не равномерно между положительным электродом и корпусом. Все эти недостатки снижают надежность работы устройства. Кроме того, к серьезным недостаткам вышеприведенных технических решений является большая трудоемкость технического обслуживания воздухоочистителей, так как, чтобы очистить пылесборник от пыли, необходимо разобрать всю конструкцию, а чтобы освободить воздухоочиститель от пыли, скапливающейся в днище, необходимо продувать корпус
Предлагаемое устройство позволяет решить техническую задачу, имеющую место в приведенных выше технических решениях, а именно обеспечивает такой технический результат, как повышение надежности работы воздухоочистителя за счет повышения эффективности очистки воздуха благодаря предварительной его очистке и за счет исключения возможности замыкания электродов и снижение трудоемкости обслуживания за счет исключения таких трудоемких операций при очистке воздухоочистителя, как продувание его корпуса и частая разборка всей его конструкции. Технический результат, заключающийся в повышении надежности работы воздухоочистителя и снижении трудоемкости его обслуживания, достигается тем, что воздухоочиститель двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с крышками, входной и выходной патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, положительный и отрицательные электроды, соединенные с изолированным от корпуса источником постоянного тока, причем отрицательный электрод выполнен в виде перфорированного кольца, расположенного вокруг фильтрующего элемента, дополнительный электрод и пылесборник, дополнительно снабжен предварительным очистителем воздуха, содержащим ионизатор, снабженный цилиндрическим корпусом, выполненным в виде перфорированной сетки, и электроциклон, содержащий завихритель воздуха, выполненный из диэлектрического материала, цилиндрический корпус и размещенный внутри него и выполненный в виде перфорированной сетки осадительный электрод, верхнюю и нижнюю крышки, соединенные между собой размещенным внутри ионизатора и электроциклона и выполненным в виде проходного болта дополнительным электродом, соединенным с источником тока и снабженный расположенными на нем поочередно изоляторами и дисками, причем края дисков выполнены заостренными, пылесборник с устройством для удаления пыли, размещенный на внешней поверхности нижней крышки и соединенный отверстием с внутренней полостью электроциклона, выходной патрубок, соединенный с выходным патрубком воздухоочистителя.

Таким образом, предлагаемая совокупность существенных признаков, приведенных в формуле изобретения, позволяет в отличие от прототипа повысить надежность работы воздухоочистителя за счет повышения эффективности очистки воздуха благодаря предварительной его очистке еще до попадания последнего во входной патрубок воздухоочистителя путем интенсивной ионизации всасываемого воздуха, путем придания центробежной скорости движению воздуха, что позволяет частицам пылевоздушного потока двигаться перпендикулярно внутренней поверхности осадительного электрода и, следовательно, его сепарации в отношении крупных частиц пыли, содержащихся в нем, которые, выделяясь, проходят через осадительный электрод и оседают на внутренней поверхности корпуса электроциклона, путем увеличения напряженности электрического поля и времени нахождения частиц в электрическом поле, в результате чего дополнительно заряжаются как крупные, так и мелкие частицы пыли и обеспечивается интенсивное их дальнейшее осаждение на внутренней поверхности корпуса электроциклона, и за счет исключения по сравнению с прототипом возможного замыкания электродов воздухоочистителя, так как крупные частицы ранее уже задержаны перфорированной сеткой цилиндрического корпуса ионизатора, а также снижение трудоемкости обслуживания по сравнению с прототипом за счет исключения такой трудоемкой операции, как продувание корпуса воздухоочистителя для освобождения его днища от скапливающейся там пыли.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что предложенная совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения не является явной из достигнутого технического уровня и, следовательно, предложенное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

При проведении поиска на новизну заявляемого объекта воздухоочистители для двигателей внутреннего сгорания по заявленной формуле из известного уровня техники не обнаружены, из чего можно сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым.

Анализ взаимодействия признаков предлагаемого устройства при его работе в производственных условиях позволяет сделать вывод о его промышленной применимости.

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

Заявляемый воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания содержит цилиндрический корпус 1 с крышками 2, пылесборник 3 с устройством для удаления пыли 4, входной 5 и выходной 6 патрубки, кольцевой фильтрующий элемент 7, положительный электрод, являющийся корпусом 1, отрицательный электрод 8. Положительный и отрицательный электроды соединены с изолированным от корпуса 1 источником постоянного тока 9, отрицательный электрод 8 выполнен в виде перфорированного кольца, расположенного вокруг фильтрующего элемента 7. Воздухоочиститель содержит также предварительный очиститель воздуха 10, содержащий ионизатор 11, снабженный цилиндрическим корпусом 12, выполненным в виде перфорированной сетки, и электроциклон 13, содержащий завихритель воздуха 14, выполненный из диэлектрического материала, цилиндрический корпус 15 с размещенным внутри него и выполненным в виде перфорированной сетки осадительным электродом 16, верхнюю 17 и нижнюю 18 крышки, соединенные между собой подключенным к источнику тока 9 и изолированным от корпусов ионизатора 11, электроциклона 13, воздухоочистителя дополнительным электродом 19, выполненным в виде проходного болта и снабженным размещенными на нем поочередно изоляторами 20 и дисками 21, причем края дисков выполнены заостренными, пылесборник 22 с устройством для удаления пыли 23, размещенный на внешней стороне нижней крышки 18 и соединенный отверстием 24 с внутренней полостью электроциклона 13, выходной патрубок 25, соединенный с входным патрубком 5 воздухоочистителя. Входной патрубок 5 установлен тангенциально относительно корпуса 1 и снабжен завихрителем 26, выполненным из диэлектрического материала. Кольцевой фильтрующий элемент 7, изолированный от корпуса 1 и соединенный с потенциалом источника тока 9 того же знака, что и потенциал дополнительного коронирующего электрода 19, снабжен предварительным фильтром 27, выполненным из токопроводящего мелковолокнистого материала и размещенным на внешней поверхности отрицательного электрода 8. Дополнительный коронирующий электрод 19 изолирован от корпуса предварительного очистителя изоляторами 28. Кольцевой фильтрующий элемент 7 изолирован от корпуса 1 при помощи изоляторов 29.

Работа заявляемого воздухоочистителя осуществляется следующим образом.

При работе воздухоочистителя в системе питания двигателя воздухом последний за счет разрежения, создаваемого насосным действием поршней, поступает через цилиндрический корпус 12, выполненный в виде перфорированной сетки ионизатора 11 предварительного очистителя 10. При подаче на дополнительный коронирующий электрод 19 высокого напряжения между ним и цилиндрическим корпусом 12, а также между ним и осадительным электродом 16 образуется неоднородное электрическое поле и происходит коронный электрический разряд. В результате коронного разряда образуются ионы, которые движутся от дополнительного электрода к цилиндрическому корпусу 12 навстречу пылевоздушному потоку и к осадительному электроду 16. Частицы пыли больше размеров отверстий в цилиндрическом корпусе 12 удерживаются на ней и за счет воздушного потока, электрического ветра и собственной массы постепенно удаляются с нее. Частицы пыли, соизмеримые с размерами отверстий в цилиндрическом корпусе 12 и меньше их, вместе с воздушным потоком поступают в ионизатор 11, где интенсивно заряжаются путем адсорбции ионов и непосредственного соприкосновения с дисками 20 дополнительного коронирующего электрода 19, которые с целью снижения гидравлического сопротивления выполнены, например, перфорированными с острыми краями или звездчато-игольчатыми. Далее ионизированный пылевоздушный поток поступает в электроциклон 13 через завихритель потока 14, выполненный из диэлектрического материала. Частицы пыли, проходя через завихритель потока 14 электроциклона, закручиваются между дополнительным электродом 19 и осадительным электродом 16, в результате одновременного действия центробежных и электростатических сил оседают на перфорированной сетке 16 и через отверстия в ней попадают в пространство между сеткой 16 и корпусом 15, где под действием сил тяжести оседают через отверстие 24 в пылесборник 22 и устройство для удаления пыли 23, через которое удаляются, например, с помощью соединенного с ним пылесбросного клапана или эжектора (на фиг. не показаны). Затем пылевоздушный поток поступает во входной патрубок 5 корпуса 1 воздухоочистителя. Из входного патрубка 5 воздух поступает в осадитель корпус 1 воздухоочистителя с изолированными с помощью изоляторов 28 от него фильтрующим элементов 7, соединенным с потенциалом источника тока 9 того же знака, что и коронирующий электрод 19 предочистителя. Поскольку впускной патрубок 5 по отношению к корпусу 1 установлен тангенциально, то пылевоздушный поток закручивается вокруг фильтрующего элемента 7. С целью увеличения скорости воздушного потока на выходе из входного патрубка 5 установлен завихритель 26 из диэлектрического материала. На заряженные в предочистителе (электроциклоне с изолятором) пылевые частицы в межэлектродном пространстве корпуса 1 и изолированного фильтрующего элемента 7 действует центробежная сила, обусловленная действием электрического поля на заряженные частицы, направленные к стенке корпуса 1 воздухоочистителя, а также сила воздушного потока, направленная к фильтрующему элементу 7. Кроме того, в результате размещения входного патрубка 5 по отношению к фильтрующему элементу 7 в его начале, вокруг фильтрующего элемента 7 формируется закрученный поток, затухающий к его концу. В результате действия указанных сил частицы пыли стремятся оттолкнуться от фильтрующего элемента 7 и осесть на стенку корпуса 1. Часть пыли, осевшая на корпусе 1, сносится затем воздушным потоком через отверстие в крышке 2 в пылесборник 3 и устройство для удаления пыли 4, а другая часть попадает на предварительный фильтр 27, размещенный на перфорированном отрицательном электроде 8 фильтрующего элемента 7, где дополнительно заряжается и, отталкиваясь от него, снова попадает в закрученный ионизированный поток воздуха, а затем тем же путем попадает в устройство для удаление пыли 4. Пройдя предварительный фильтр 26, перфорированный отрицательный электрод 8 и фильтрующий элемент 7, очищенный поток воздуха через выходной патрубок 6 попадает во впускной коллектор двигателя (на фиг. не показан). Частицы пыли из пылесборника 3 попадают в устройство для удаления пыли 4, через которое удаляются, например, с помощью соединенного с ним пылесбросного клапана или эжектора (на фиг. не показаны). В процессе коронного разряда в предварительном очистителе 10 и в межэлектродном пространстве корпуса 1 и фильтрующего элемента 7 выделяются ионы, которые оказывают положительное воздействие на процесс смесеобразования и сгорания, так как являются окислителем. Кроме того, в случае удаления пыли из пылесборника 3 или 23 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 9 состоянии. В этом случае зарядка предварительного фильтра 27 и отрицательного электрода 8 будет происходить за счет действия ионов воздуха, проходящих через предварительный фильтр 27, и их адсорбции на металлической перфорированной сетке отрицательного электрода 8. В результате этого между заряженным предварительным фильтром 26 и корпусом 1 также будет создаваться неоднородное электрическое поле.

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

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: пылевоздушный поток поступает через перфорированный корпус 12 в ионизатор 11. При этом частицы пыли, соизмеримые с размерами перфораций и меньше их, вместе с воздушным потоком поступают в ионизатор, где заряжаются от соприкосновения с дисками 21. Далее ионизированный поток поступает в электроциклон 13. Частицы пыли движутся вокруг электрода 16 и оседают на внутренней поверхности корпуса 15, с которой попадают в пылесборник 22 и 23. Пылевоздушный поток через выходной патрубок 25 и выходной патрубок 5, установленный тангенциально относительно корпуса 1, движется вокруг фильтрующего элемента 7. Заряженные частицы пыли под действием центробежной силы и сил электрического поля отталкиваются от фильтрующего элемента 7 и оседают на внутренней поверхности корпуса 1, откуда одна часть пыли удаляется, а другая часть снова попадает в ионизированный поток воздуха. 2 ил.

Воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндрический корпус с крышками, входной и выходной патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, положительный и отрицательный электроды, соединенные с изолированным от корпуса источником постоянного тока, причем отрицательный электрод выполнен в виде перфорированного кольца, расположенного вокруг фильтрующего элемента, дополнительный электрод и пылесборник, отличающийся тем, что воздухоочиститель дополнительно снабжен предварительным очистителем воздуха, содержащим ионизатор, снабженный цилиндрическим корпусом, выполненным в виде перфорированной сетки, и электроциклон, содержащий завихритель воздуха, выполненный из диэлектрического материала, цилиндрический корпус и размещенный внутри него и выполненный в виде перфорированной сетки осадительный электрод, верхнюю и нижнюю крышки, соединенные между собой размещенным внутри ионизатора и осадителя и выполненным в виде проходного болта дополнительным электродом, соединенным с источником тока и снабженным расположенными на нем поочередно изоляторами и дисками, причем края дисков выполнены заостренными, пылесборник с устройством для удаления пыли, размещенный на внешней поверхности нижней крышки и соединенный отверстием с внутренней полостью электроциклона, выходной патрубок, соединенный с входным патрубком воздухоочистителя.