Способ восстановления сажеулавливающего фильтра дизельного двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК F01N3/00 

Изобретение относится к двигателест- роению, а именно к восстановлению сажеу- лавливающих фильтров дизельных двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повыше- ние мощности и КПД.

На фиг. 1 показано устройство для восстановления сажеулавяивающего фильтра; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - установка сажеулавливающего фидьтра в резонансном резервуаре.

Установка для восстановления сажеулавливающего фильтра содержит выхлопной трубопровод 3 двигателя внутреннего сгорания 1с турбиной 2. два резонатора Гельмгольца 5 и 6. выполненных в виде резонансных резервуаров 9. соединенных между собой резонансной трубой 4. Выхлопной трубопровод 3 через диффузор 8 тангенциально сообщен с корпусным эле- ментом 7 и с резонансной трубой 4. Резонаторы 5 и 6 выполнены одинаковыми. В каждом резонаторе 5 и 6 установлена горелка 12 с топливом 13 и воздушным 14 клапанами, .элементами- управления (электромагнитами) 16 и 17 и свеча 18 зажигания. Сажеулавливающие фильтры 10 с фильтрующими элементами 11 сообщены с резонансными резервуарами 9 или,как показано на фиг. 3, могут быть размещены внутри резонансных резервуаров 9, причем резонансная труба 4 может быть соединена с боковой поверхностью резонансных резервуаров через диффузоры 1.9. Элементы управления (электромагниты) 16 и 17 через электронные переключатели 15 связаны с системой управления. Резонансные резервуары 9 имеют,выпускной трубопровод 20.

Способ восстановления сажеулавлива- ющего фшин-рэ осуществляется следующим образом.

Поступающий от двигателя внутреннего сгорания 1 поток отработавшего газа распределяется в корпусном элементе 7 по вы- полненным одинаковой длины участкам резонансной трубы 4. От резонансной трубы 4 нагруженный сажей поток отработавшего газа попадает двумя параллельными потоками через резонансные резервуары 9 к сажеулавливающим фильтрам 10, в которых находятся фильтрующие элементы 11, которые отфильтровывают сажу из отработавшего газа. В результате осаждения сажи увеличивается аэродинамическое сопротив- ление сажеулавливающего фильтра 10. так что увеличивается противодавление в выпускном трубопроводе 3.

С помощью не показанного здесь устройства регистрируется повышение давления и вырабатывается сигнал, который приводит в действие систему с целью сжигания скопившейся в фильтрующих элементах 11 сажи. Это может осуществляться с помощью электроники, которая здесь более подробно не поясняется.

Приданном решении проблемы предусмотрены две работающие периодически в противофазе горелки 12. При этом работа в противофазе означает смещение фазы на 180° синусоидальных (временных) давлений внутри обоих резонансных резервуаров 9. Подачу топлива и воздуха и воспламенение для одного параллельного потока отработавших осуществляют в период прекращения подачи топлива во втором параллельном потоке, резонансные колебания в параллельных потоках возбуждают в противофазе с равными амплитудами, продолжительность подачи топлива производят равной периоду собственной частоты колебаний резонаторов 5 и 6. Частоту резонансных колебаний потока отработавших газов при температуре выше температуры воспламенения сажи обеспечивает меньше 0,7 частоты порядка вспышек в цилиндрах двигателя.

Последнее может быть реализовано с помощью электронноуправляемой, так называемой, известной системы периодического регулирования соотношения электромагнитов 16 простым образом с помощью электронных переключателей 15. Соответствующий фазе запуск введенного переключателем 15 процесса распыления может выводиться известным способом из роста давления в соответствующем резонансном резервуаре 9.

Воспламенение топливовоздушной смеси осуществляется с помощью обеих задействованных во время фазы сжигания сажи свечей зажигания 18 высокого напряжения (рабочая частота от 50 до 100 Гц). От соответствующей фазы синхронизации напряжения зажигания свечей зажигания 18 с соответствующим процессом распыления горелок 12 отказались. Более того, они остаются на период процесса удаления в задействованном состоянии,чтобы использовать затем имеющиеся в расположении длительные фазы искрообразовэ- ния с целью сжигания сажи на поверхности изолятора свечи зажигания (обеспечение электрической готовности).

Геометрические размеры резонансных резервуаров 9, как и резонансной трубы 4, необходимо выбирать такими, чтобы с учетом максимальной скорости звука в отработавшем газе (случай полной нагрузки) резонансная частота имеет значение не более 0,7 частоты порядка вспышек в цилиндрах двигателя. Тем самым переменные давления отработавшего газа двигателя не в состоянии возбудить резонатор, напротив, они демпфируются желательным образом.

Упомянутое выше достижение суммарного равенства максимальных значений пе- ременного давления в резонансных резервуарах 9 служит для сведения к нулю проистекших от периодической работы обеих горелок 12 резонансных переменных давлений в зоне корпусного элемента 7 (одновременное противопоставление знаков и суммарное равенство к любому моменту времени). Таким образом обеспечено то, что в зоне корпусного элемента 7 преобладают исключительно кинетические компоненты энергии резонаторов 5 и 6 в форме синусоидально модулированного объемного тока. Отсюда одновременно также следует что даже при максимальных переменных давлениях в резонансных резервуарах 9 не следует опасаться никаких их обратных воздействий на выхлопной трубопроводЗ и тем самым на газообмен двигателя внутреннего Сгорания 1.

Корпусной элемент 7 (фиг. 2) концент- рично окружает резонансную трубу 4. Отработавший газ через выпускной трубопровод 3 и диффузор 8 тангенциально нагнетается в корпусной элемент 7. Благодаря диффузору 8 и тангенциальному нагнетанию кинетическая энергия отработавшего газа по возможности без потерь преобразуется в потенциальную энергию давления.

Особенно предпочтительное расположение фильтрующих элементов 11 непосредственно в резонансных резервуарах 9 показано на фиг. 3. Фильтрующий элемент 11 расположен внутри резонансного резервуара 9. Отработавший газ, как изображено Из фиг. 1. подается по резонансной трубе.4.

По причинам симметрии на фиг. 3 вновь Изображен только один резонансный резервуар 9. Поступающий от резонансной трубы 4 отработавший газ подается сбоку через второй диффузор 19 в резонансный резервуар 9. Диффузор предназначен для преобразования по возможности без потерь кинетической энергии в потенциальную энергию давления. Через выпускной трубопровод 20 отводится очищенный от сажи отработавший газ. Благодаря расположению фильтрующего элемента 11 в резонансном резервуаре 9 осуществляется более эффективный контакт нагретых отработав- газов с фильтром без потерь тепла через стенки сажеулавливающёго фильтра 10. Тем самым создаются лучшие краевые условия для восстановления фильтра 10 в результате сжигания сажи.

Форму.ла изобретения

1. Способ восстановления сажеулавли5 вающего фильтра дизельного двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в постоянной подаче отработавших газов в резонаторы, периодической подаче топли- вовоздушной смеси в резонатор Гельмголь0 ца, подаче электрической искры в поток топливовоздушной смеси, воспламенении топл.ивовоздушной смеси в резонаторе, возбуждении резонансных колебаний потока отработавших газов, нагревании потока от5 работавших газов выше температуры воспламенения сажи, последующей подаче потока отработавших газов в сажеулавлива- ющий фильтр и выжигании сажи в последнем, отличающийся тем, что. с целью

0 повышения мощности и КПД, поток отработавших газов перед подачей в резонаторы разделяют на два параллельных потока, возбуждение резонансных колебаний проводят в каждом из параллельных потоков

5 отработавших газов, причем подачу топливо- воздушной смеси и ее воспламенение для одного из параллельных потоков осуществляют в период прекращения подачи топлива во втором параллельном потоке, резонанс0 ные колебания е параллельных потоках возбуждают в противофззе с равными амплитудами, продолжительность подачи

топлива производят равной периоду собственной частоты колебаний резонаторов, а

5 частоту резонансных колебаний потока отработавших газов при температуре-выше температуры воспламенения сажи обеспечивают меньше 0,7 частоты порядка вспышек в цилиндрах дизельного двигателя.

02. Способ по п. 1,отличающийся тем, что в каждый из параллельных потоков отработавших газов подают одинаковое регулируемое количество топлива.

3. Способ по п. 1,отличающийся 5 тем, что электрическую искру подают постоянно в период выжигания сажи.

4. Устройство для восстановления сажеулавливающёго фильтра дизельного двига теля внутреннего сгорания, содержащее 0 выхлопной трубопровод дизельного двигателя внутреннего сгорания, два резонатора Гельмгольца, выполненных в виде резонансных резервуаров и сообщенной с ними резонансной трубы, горелку с топливным и 5 воздушным клапанами, элементами управления и свечой зажигания, установленную в одном из резонаторов, сажеулавливающий фильтр, сообщенный с резонансным резервуаром одного из резонаторов, причем два резонансных резервуаров сообщены между

собой резонансной трубой и соединены с выхлопным трубопроводом, от л и ч а ю щ е- е с я тем, что. с целью повышен ия мощности и КПД, устройство снабжено дополнительной горелкой с топливным и воздушным клапанами, элементами управления и свечой зажигания, установленной во втором резонаторе и дополнительным сажеулавливаю- щим фильтром, сообщенным с резонансным резервуаром второго резонатора, п ричем выхлоп ной трубопровод сообщен с резонансной трубой симметрично относительно резонансных резервуаров, а резонаторы выполнены одинаковыми.

5. Устройство по п. 4, о т л и чаю щее- с я тем, что сажеулавливающие фильтры с фильтрующими элементами расположены

внутри резонансных резервуаров соосно с последними, причем резонансная труба сообщена с резонансными резервуарами через боковые поверхности последних, а соединения резонансной трубы с резонансными резервуарами выполнены.в виде диффузоров.

6. Устройство по пп. 4 и 5, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что снабжено корпусным элементом, установленным коаксиально относительно резонансной трубы, выхлопной трубопровод соединен с корпусным элементом тангенциально относительно последнего, а соединение выхлопного трубопровода с корпусным элементом выполнено в виде диффузора.

Использование: в устройствах восстановления сажеулавливающего фильтра дизельного двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: для выжигания сажи, которая осаждается в фильтре 10, предусмотрены два сочлененных резонатора Гельмголыда 5 и б, причем отработанный газ подается в резонансную трубу 4, в среднюю ее часть, двумя параллельными потоками. Благодаря зажиганию горелок 12 в колебательной системе создаются новые волны давления. При повышенном давлении в одном из резонансных резервуаров 9 температура в результате адиабатического процесса сжатия повышается так, что сажа в фильтре 10 воспламеняется, и фильтр 10 в результате выжигания сажи восстанавливается. Подачу топливовоздушной смеси и ее воспламенение для одного из параллельных потоков через горелку 12 осуществляют в период прекращения подачи топливовоздушной смеси во вторую горелку 12 во втором параллельном потоке, резонансные колебания в резонаторах 5, б осуществляют в параллельных потоках в противофазе с равными амплитудами, продолжительность подачи топлива производят равной периоду собственной частоты колебаний.резонаторов 5 и 6, а частоту резонансных колебаний потока отработавших газов при температуре воспламенения сажи обеспечивают меньше 0,7 частоты порядка вспышек в цилиндрах двигателя. 2 с.и 4 з.п. ф-лы, 3 ил. СП I 00 GJ 00 О СО SQ СлЗ Фиг.1

Фиг.г

7

-фФиг.З