Воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: машиностроение, преимущественно двигателестроение, в частности устройства для очистки воздуха. Сущность изобретения: в воздухоочистителе, содержащем цилиндрический корпус с днищем, верхнюю и нижнюю крышки, соединенные между собой, входной радиальный и выходной осевой патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, ионизатор установлен в трубопроводе подачи воздуха и выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров - электродов, жестко соединенных между собой со стороны одного из торцов с помощью уплотнительного кольца из изолирующего материала, образуя пылеприемную камеру, а со стороны другого торца, на внутреннем цилиндре - электроде, неподвижно установлена конусная насадка из изолирующего материала, обращенная вершиной в противоположную сторону от уплотнительного кольца, причем наружный цилиндр - электрод снабжен с внешней стороны слоем изоляции, а пылеприемные окна расположены по периметру наружного цилиндра - электрода над уплотнительным кольцом. 2 ил.

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

Двигатели внутреннего сгорания находят широкое применение в различных отраслях промышленности - автомобильной, тракторной, авиационной, а также в сельском хозяйстве, железнодорожном, речном транспорте и т. д.

Наибольшее распространение в настоящее время получили поршневые двигатели по способу смесеобразования, разделяющиеся на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием, т. е. карбюраторные и дизельные.

В систему питания этих двигателей обязательно входят устройства для фильтрации (очистки) от пыли воздуха, поступающего в карбюраторы или дизель. Пыль содержит мельчайшие кристаллы кварца, обладающие большой твердостью. Кристаллы кварца, оседая на смазанных поверхностях деталей двигателя, вызывают интенсивный износ этих деталей.

На большинстве грузовых автомобилей установлены инерционно-масляные воздухоочистители с двухступенчатой очисткой. В корпус воздухоочистителя до определенного уровня залито масло. При работе двигателя воздух проходит через кольцевую щель между крышкой и корпусом воздухоочистителя и, соприкасаясь с поверхностью масла, резко изменяет направление движения. Вследствие этого наиболее крупные частицы пыли, находящиеся в воздухе, остаются в масле. Далее воздух проходит через набивки фильтрующего элемента, где задерживаются мелкие частицы пыли, а очищенный воздух поступает в карбюратор. Таким образом, первой ступенью очистки воздуха является масляная ванна, а второй - промаслянная набивка фильтрующего элемента.

В воздухоочистителе двигателей большинства легковых автомобилей воздух проходит через сменный бумажный фильтрующий элемент, обернутый снаружи слоем нейлоновой ваты.

Однако степень очистки воздуха с помощью известных фильтров довольно низка.

Известны попытки не только повысить степень очистки воздуха, поступающего в карбюратор, но и при этом дополнительно озонировать его, что способствует обогащению топливно-воздушной смеси и ее наиболее полному сгоранию.

Так, например, известен 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 отрицательный электрод, соединенный с массой, при этом отрицательный электрод выполнен 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.

Известный воздухоочиститель устанавливается на горловине карбюраторных двигателей или на фланце впускного коллектора для дизелей и работает следующим образом.

При движении автомобиля воздух поступает в воздухозаборник и проходит между игольчатым электродом и заряженной положительно пластиной с пылеуловительными окнами. Частицы пыли заряжаются отрицательно, а затем притягиваются к пластине, скапливаются и сваливаются в пылесборник. Это позволяет снизить загрязнение фильтра на 40-50% , а в конечном итоге увеличивает срок службы фильтрующих элементов вдвое и способствует экономии 5-7% топлива в рабочих режимах.

Ионизация воздуха позволяет облегчить запуск двигателя, а озон - активный окислитель, улучшает сжигание топлива, одновременно уменьшая токсичность выхлопа.

По сравнению с серийно выпускаемыми промышленностью известный воздухоочиститель бесспорно обладает целым рядом преимуществ.

Однако степень очистки при его использовании все-таки довольно низка для существующих реальных условий работы легковых и грузовых автомобилей из-за незначительной площади как самого фильтрующего элемента, так и непосредственно обусловленной ею (т. е. соизмеримой) площадью перфорации отрицательного электрода.

Кроме того, процент озонирования воздуха, поступающего в воздухоочиститель, довольно низок, так как во-первых, отрицательный электрод подвержен смещению во время вибрации, возникающей при движении автомобилей, во-вторых, в местах расположения сепарационных окон на положительном электроде, вернее в кольцевом пространстве между ними и кончиками иголок отрицательного электрода озон вообще не образуется.

Помимо этого низка надежность работы высоковольтного блока, так как расстояние от кончиков иголок отрицательного электрода до внутренней поверхности положительного электрода также вследствие вибрации не остается постоянным, может возникнуть дуга, в результате чего высоковольтный блок может выйти из строя, при этом известно, что озон выделяется в основном при тлеющем разряде, а не при коронном.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки и надежности работы высоковольтного блока.

Поставленная цель достигается тем, что в воздухоочистителе, содержащем цилиндрический корпус с днищем, верхнюю и нижнюю крышки, соединенные между собой, входной радиальный и выходной осевой патрубки, кольцевой фильтрующий элемент, ионизатор, состоящий из положительного электрода, соединенного с изолированным от корпуса источником тока, отрицательного перфорированного электрода с токоприемными иглами, расположенного внутри положительного электрода, и пылеприемные окна, ионизатор установлен в трубопроводе подачи воздуха и выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндров-электродов, жестко соединенных между собой со стороны одного из торцев с помощью уплотнительного кольца, образуя пылеприемную камеру, а со стороны другого торца на внутреннем цилиндре - электроде неподвижно установлена конусная насадка из изолирующего материала, обращенная вершиной в сторону, противоположную уплотнительному кольцу, причем наружный цилиндр-электрод снабжен с внешней стороны слоем изоляции, а пылеприемные окна расположены по периметру наружного цилиндра-электрода над уплотнительным кольцом.

Выполнение положительного и отрицательного электродов в виде жестко соединенных цилиндров, расположенных в трубопроводе подачи воздуха, позволяет значительно увеличить площадь фильтрации. В этом случае она будет обусловлена не геометрическими размерами кольцевого фильтрующего элемента, а мощностью (литражем) двигателя.

При этом также увеличивается процент озонирования поступающего атмосферного воздуха и практически он ничем не ограничен, а обусловлен только лишь тепловым режимом работы ДВС и правилами техники безопасности при его эксплуатации.

Установка конусной насадки (рассекателя) на внутреннем цилиндре способствует снижению аэродинамического сопротивления поступающего атмосферного воздуха, препятствует его турбулизации в кольцевом пространстве между электродами и увеличивает мощность двигателя.

Расположение пылеприемных окон по периметру наружного цилиндра значительно упрощает очистку воздухоочистителя от загрязнений.

На фиг. 1 изображен общий вид воздухоочистителя, продольный разрез; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1.

Воздухоочиститель состоит из цилиндрического корпуса 1, имеющего входной радиальный патрубок 2, днище 3 с осевым выходным патрубком 4, верхнюю 5 и нижнюю 6 крышки, закрепленные болтом 7 с гайкой 8, кольцевой фильтрующий элемент 9 с эластичными прокладками 10 и 11. Входной радиальный патрубок 2 соединен при помощи уплотнительного кольца 12 с озонатором 13.

Озонатор 13 (см. фиг. 2) состоит из перфорированного цилиндра 14, являющегося отрицательным, соединенным через клемму 15 с минусом источника тока (на чертеже не показан). С наружной стороны цилиндр 14 снабжен множеством токопроводящих игл 16. При этом сам перфорированный цилиндр 14 изготовлен также из токопроводящего материала, например из бронзы. Коаксиально отрицательному электроду 14, с наружной его стороны, расположен положительный цилиндр-электрод 17, который соединен с ним посредством уплотнительного кольца 18 из изолирующего материала, так что образует в кольцевом пространстве 19 между ними пылеприемную камер 20 с пылеприемными окнами 21. Наружная поверхность положительного электрода 17 покрыта слоем изоляции 22. Положительный электрод 17 соединен через клемму 23 с плюсом источника тока. Во внутреннем цилиндре-электроде 14 со стороны, противоположной расположению уплотнительного кольца 18, запрессована конусная насадка 24 из изолирующего материала, например из дерева, при этом конусная насадка обращена вершиной конуса навстречу поступающему в воздухоочиститель атмосферному воздуху.

Воздухоочиститель работает следующим образом.

Атмосферный воздух поступает в кольцевое пространство 19 между двумя электродами 14 и 17, предварительно взаимодействуя с конусной насадкой 24, в результате чего аэродинамическое сопротивление воздуха значительно снижается. Воздух, проходя между электродами 14 и 17, подвергается воздействию электрического поля высокого напряжения от источника постоянного тока. При этом все частички загрязнений интенсивно электризуются. Кроме того, воздух в кольцевом пространстве 19 ионизируется отрицательными ионами, которые интенсивно стекают в зонах максимальной напряженности электрического поля, а именно на концах игл 16, при этом образуется значительное количество озона.

Отрицательно наэлектризованные крупные и мелкие частички пыли и других загрязнений под действием кулоновских электростатических сил и сил инерции притягиваются к положительному электроду 17 и оседают на его внутренней поверхности, где рекомбинируют и оседают на уплотнительное кольцо 18, выполняющее роль днища пылеприемной камеры 20. Мелкие частички пыли, на которые полученный в кольцевом пространстве 19 электростатический заряд и силы инерции не оказали достаточного воздействия и не отразили их к положительному электроду 17, дополнительно контактируют с поверхностью кольцевого фильтрующего элемента 9 и оседают на нем.

Таким образом очищенный и ионизированный воздух с добавкой озона поступает через фильтрующий элемент 9 во впускной тракт двигателя. При этом на фильтрующем элементе 9 задерживаются особо мелкие частички пыли, составляющие незначительный процент от общего количества загрязнений, что увеличивает срок службы фильтрующего элемента 9 до его замены. Скопившуюся в пылеприемной камере 20 пыль удаляют через пылеприемные окна 21 сжатым воздухом.

Технико-экономические преимущества предложенного воздухоочистителя заключатся в повышении эффективности очистки путем увеличения площади фильтрации, повышении процента озонирования поступающего воздуха, что облегчает запуск двигателя, улучшает сгорание топлива, уменьшает токсичность выхлопа.

(56) Патент Великобритании N 2084244, кл. F 02 M 27/04, 1982.

Формула изобретения

ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий отрицательный и положительный электроды, выполненные в виде двух коаксиально расположенных цилиндров, жестко соединенных между собой с образованием зазора между ними, уплотнительным кольцом, и преобразователь энергии, причем последний соединен с коаксиально расположенными цилиндрами, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, преобразователь энергии выполнен в виде источника постоянного тока, причем отрицательно заряженный цилиндр выполнен перфорированным, а его наружная поверхность снабжена равномерно расположенными токопроводящими иглами, причем коаксиально расположенные цилиндры соединены по одному из торцов при помощи уплотнительного кольца, образуя пылеприемную камеру с окнами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2