Воздухоочиститель двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение, в частности системы впуска двигателей внутреннего сгорания и воздухоочистители. Сущность изобретения: воздухоочиститель содержит корпус 2, крышку 4, входное 3 и выходное 5 отверстия для прохода воздуха, фильтрующий элемент 6, расположенный между ними и образующий соответственно зоны неочищенного 7 и очищенного воздуха. В зоне очищенного воздуха 8 расположена подвижная диафрагма 12. Подвижная диафрагма выполнена многослойной, причем один из слоев 16 выполнен из материала, поглощающего пары бензина. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к системам улавливания паров бензина двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Существуют воздухоочистители ДВС поглотители паров топлива (авт.св. СССР N 941661, кл. МКИ F 03 M 35/14 1982). Недостатком этого устройства является низкая эффективность поглощения паров т.к. они свободно могут выходить из патрубка 2 воздухоочистителя 7 в атмосферу, что увеличивает токсичность ДВС. Более совершенная конструкция по заявке Японии N 44-33860 от 30.04.89, кл. F 02 M 35/02, тоже имеет недостаток связанный с увеличением гидравлического сопротивления при прохождении воздуха через заслонку 7 и адсорбент 4, что ухудшает мощностные показатели ДВС коме того, адсорбент расположен в зоне неочищенного воздуха воздухоочистителя, что приведет к быстрому его засорению и выходу из строя.

Устройство по заявке Великобритании N 1275845 (кл. F 02 M 25.08 1972), где адсорбирующий слой нанесен на поверхность фильтрующей шторы фильтрующего элемента, так же имеет недостаток повышенное сопротивление воздуху при прохождении его через слой абсорбента в воздухоочиститель, что ухудшает мощностные показатели ДВС.

Прототипом является патент США N 4224044 от 23.09.80, кл. B 01 D 50/00, в котором описан воздухоочиститель ДВС содержащий корпус, крышку, входное и выходное отверстие для прохода воздуха, фильтрующий элемент, расположенный между ними, образующий соответственно зоны не очищенного и очищенного воздуха, подвижную диафрагму, расположенную в зоне очищенного воздуха, имеющую возможность закрывать или открывать фильтрующий элемент от выходного отверстия.

Недостатком этого устройства является низкая его эффективность в следствии задержания малого количества паров топлива т.к. при не работающем ДВС и перекрытии диафрагмой 42 паров в атмосферу через патрубок 21 воздухоочистителя 10, часть испарившегося топлива, находящегося в системе впуска, будет занимать объем равный объему системы впуска, а именно: впускные каналы головки цилиндров, впускная труба, проточная часть смесеобразующего устройства, часть воздухоочистителя согласно патенту, между стенками диафрагмы 42 и дополнительный объем 47, причем количество паров будет зависеть от температуры в системе впуска, имеющейся на момент остановки ДВС. При повышении температуры в системе впуска, что характерно для ДВС после его остановки и дальнейшем интенсивном испарении топлива, находящегося в системе впуска, увеличения давления паров в указанном устройстве, а значит и его количества не происходит, т. к. система впуска в особенности многоцилиндрового ДВС не герметична, в следствии перекрытия клапанов газораспределительного механизма, что увеличивает токсичность ДВС, т.к. часть паров выйдет через систему выпуска в атмосферу.

Загрязнение окружающей среды выбросами ДВС привлекают в последние годы все более пристальное внимание из-за возросшей угрозы здоровью человека и окружающей среды. Контролируемыми на сегоднешний день токсическими компонентами выделяемыми ДВС с отработавшими газами в атмосферу являются окись углерода (CO), углеводороды (CH), окислы азота (NO_X). На ряду с выделением углеводородов (CH) с отработавшими газами, значительное количество их попадает в атмосферу в результате испарения топлива из системы впуска воздуха ДВС, которое обусловлено повышенной температурой воздуха в подкапотном пространстве транспортного средства и деталей системы питания и впуска воздуха, нагревающихся от ДВС и системы выпуска отработавших газов.

Относительные величины выделения токсических веществ для карбюраторного ДВС представлены в таблице.

Из таблицы следует, что основным источником загрязнения окружающей среды являются выхлопные газы. Вместе с тем необходимо учитывать, что при испарении углеводородов (CH) из системы питания и впуска воздуха и выделения их с картерными газами через систему впуска воздуха, в атмосферу поступает 45% общего количества выделяемых карбюраторным ДВС углеводородов. В связи с этим в разных странах, в том числе и в России введены и год от года ужесточаются нормы по испарению углеводородов (CH) из ДВС, что обуславливает применение в конструкции ДВС устройств позволяющих улавливать углеводороды, и в последствии использовать их в качестве топлива.

Задача изобретения уменьшение токсичности ДВС путем повышения эффективности поглощения паров бензина, образующихся во впускной системе ДВС.

Задача решается тем, что в воздухоочистителе, содержащем корпус, крышку, входное и выходное отверстие для прохода воздуха, фильтрующий элемент расположенный между ними, образующий соответственно зоны не очищенного и очищенного воздуха, подвижную диафрагму, расположенную в зоне очищенного воздуха, имеющую возможность закрывать или открывать фильтрующий элемент от выходного отверстия, подвижная диафрагма выполнена многослойной, причем один из слоев выполнен из материала, поглощающего пары топлива.

На фиг. 1 изображена система впуска ДВС; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1 (воздухоочиститель); на фиг.3 подвижная диафрагма (вид сверху); на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.5 элемент на фиг.1 (в увеличенном масштабе); на фиг. 6 сечение В-В на фиг.4; на фиг.7 элемент на фиг.6 (в увеличенном масштабе) Воздухоочиститель 1 (фиг.1) содержит корпус 2, с входным отверстием 3, крышку 4, с выходным отверстием 5, (корпус 2 и крышка 4 соединены между собой, соединительные элементы не показаны). Между корпусом 2 крышкой 4 установлен фильтрующий элемент 6, образующий зоны не очищенного 7 и очищенного 8 воздуха. Фильтрующий элемент 6 имеет уплотнитель 9 для герметизации стыка корпуса 2 и крышки 4 и фильтрующую штору 10. (фиг.2, 5). Корпус 2 имеет воздухозаборный патрубок 11. В зоне очищенного воздуха 8 расположена подвижная диафрагма 12, представляющая собой заслонку в виде прямоугольного параллелепипеда с осью вращения 13, (фиг.2 4), кроме того подвижная диафрагма 12 имеет каркас 14 и уплотнитель 15.

Внутри каркаса 14 с одной стороны и осью 13 с другой, расположен слой 16 (фиг.3,4,6,7) материала, поглощающего пары топлива, представляющий собой жесткий пресс-брикет в виде прямоугольного параллелепипеда, имеющего пористую структуру. Подвижная диафрагма 12 имеет кронштейн 17 (фиг.2) для крепления тяги 18, соленоида 19. Соленоид 19 электрически соединен с замком зажигания 20 и аккумуляторной батареей 21 (фиг.1). Крышка 4 воздухоочистителя 1 имеет ложемент 22 (фиг.2, 5) для установки и фиксации оси 13 подвижной диафрагмы 12.

Входное отверстие 5 крышки 4 с помощью соединительного элемента 23 соединено с воздухоприемником 24 смесеобразующего устройства 25. (фиг.1). Смесеобразующее устройство 25 имеет проточную часть 26, поплавковую камеру 27, поплавок 28, запорное устройство 29, магистраль подвода топлива 30. Поплавковая камера 27 соединена с воздухоприемником 24 воздушным каналом 31, а с проточной частью 26 каналом подвода топлива 32. В проточной части 26 смесеобразующего устройства 25 соединено с впускной трубой 34, имеющую внутренние стенки 35. Впускная труба 34 соединена с головкой блока цилиндров 36 ДВС, имеющую впускные каналы 37 и впускные клапаны 38 газораспределительного механизма. Впускные клапаны 38 открывают вход топливу и воздуху (рабочей смеси) в цилиндры 39, имеющие поршни 40 с днищем 41. Система вентиляции картерных газов, (не показана) встроенная в головку блока цилиндров 36 соединена с воздухоприемником 24 трубопроводом 42.

На фиг. 1 позиции 12 (а) и 12 (б) показывают соответственно положение подвижной диафрагмы 12, открывающей проход воздуха из входного отверстия 3 корпуса 2 воздухоочистителя 1 в выходное отверстие 5, крышки 4 и закрывающей проход воздуха между указанными отверстиями 3 и 5.

Устройство работает следующим образом: При работе ДВС и соответственно включенном замке зажигания 20, аккумуляторная батарея 21 соединяется с соленоидом 19, который с помощью тяги 18 действует на кронштейн 17 подвижной диафрагмы 12, представляющей собой заслонку в виде прямоугольного параллелепипеда с осью вращения, что необходимо для ее работоспособности, связанной с стремлением к минимальным габаритам в данном устройстве, и вращает ее вокруг оси 13, которая своими концами устанавливается в ложементы 22 крышки 4 воздухоочистителя 1, в положение, когда появляется воздушное сообщение между входным отверстием 3 корпуса 2 воздухоочистителя 1 и выходным отверстием 5 крышки 3 (фиг.1, положение 12, а).

Воздух из атмосферы, в результате движений поршней 40 в цилиндрах 39, засасывается через воздухозаборный патрубок 11, далее проходит во входное отверстие 3 корпуса 2 и попадает в зону не очищенного воздуха 7, фильтруется, проходя через фильтрующую штору 10 фильтрующего элемента 6 и попадает в зону очищенного воздуха 8 крышки 4 воздухоочистителя 1, откуда беспрепятственно, т.к. подвижная диафрагма 12 находится в положении 12а, проходит в выходное отверстие 5 крышки 4. Далее очищенный воздух проходит через соединительный элемент 23 в воздухоприемник 24 смесеобразующего устройства 25 и в проточную часть 26. Смесеобразующее устройство 25 содержит поплавковую камеру 27 для топлива, уровень которого устанавливает поплавок 28 с помощью запорного устройства 29, способного дозировать топливо, поступающее из магистрали подвода топлива 30. Поплавковая камера 27 смесеобразующего устройства 25 соединена воздушным каналом 31 с воздухоприемником 24 для уравнивания давления, и каналом 32 подвода топлива с узким сечением проточной части 26 смесеобразующего устройства 25, где топливо соединяется с воздухом, образуя топливную смесь (рабочую смесь).

Рабочая смесь проходит через драссельную заслонку 33, определяющую нагрузку ДВС и впускную трубу 34. Часть рабочей смеси осаждается на стенки 35 в виде пленки, которая тоже движется в направлении каналов 37, головки блока цилиндров 36. Рабочая смесь и пленка проходят каналы 37, омывают впускные клапаны 38 газораспределительного механизма и попадают в цилиндры 39 и на их стенки, а также на днище 41, поршня 40, где в последствии сгорают при рабочем ходе ДВС совершая работу. Картерные газы, поступающие из системы вентиляции карьера, встроенной в головку блока цилиндров 36 проходят в воздухоприемник 24 по трубопроводу 42, смешиваются с воздухом и впоследствии попадают также в цилиндры 39, где и сгорают.

При остановке ДВС и соответственно выключении замка зажигания 20, аккумуляторная батарея 21 отключается от соленоида 19, который с помощью тяги 18 и кронштейна 17 воздействуют на подвижную диафрагму 12, которая, вращаясь на оси 13, установленную в ложементе 22 крышки 3, занимает положение, разделяющее герметично входное отверстие 3 и выходное отверстие 5 (см. фиг.1,2,5, положение 12б). Герметичность достигается с помощью уплотнителя 15, подвижной диафрагмы 12, воздействующего на уплотнитель 9 фильтрующего элемента 6.

Топливо, находящее в поплавковой камере 27 смесеобразующего устройства 15, а также топливная пленка, находящаяся на дроссельной заслонке 33, стенке 35 впускной трубы 34, впускном канале 37 головки цилиндров 36, впускных клапанах 38, стенках цилиндров 39, днище 41 поршней 40, под воздействием окружающего воздуха положительная) начинает интенсивно испаряться и двигаться за счет повышения давления паров топлива и воздуха, вместе с частью воздуха, в противоположном направлении описанному ранее движению воздуха и рабочей смеси когда ДВС работал (движение паров и воздуха обозначены стрелками фиг 1).

А именно: пары топлива и часть расширившегося воздуха в следствии нагрева от ДВС двигаются из какого-либо цилиндра 39 при открытом впускном клапане 38, из впускных каналов 37, из впускной трубы 34, из проточной части 26 смесеобразующего устройства 25, проходят в зазорах между дроссельной заслонкой 33 и стенками проточной части 26 (фиг.1), а также из воздушного 31 и топливного 32 каналов поплавковой камеры 27.

Вся сумма испарившегося топлива под воздействием избыточного давления далее попадает в воздухоприемник 24. куда попадают и картерные газы из системы вентиляции картера встроенной в головку блока цилиндров 36, по трубопроводу 42, проходит по соединительному элементу 23, через выходное отверстие 5 крышки 3 и попадает в зону очищенного воздуха 8 воздухоочистителя 1. Далее на пути выхода паров и части расширившегося воздуха через фильтрующий элемент 6, входное отверстие 3, корпуса 2 и воздухозаборный патрубок 11 в атмосферу стоит подвижная диафрагма 12 (фиг. 1,2,5, положение 12б), выполненная в виде прямоугольного параллелепипеда, у которой большая грань в плане повторяет контур уплотнителя 9 фильтрующего элемента 6, что необходимо для создания надежного уплотнения и предотвращения прохода паров топлива мимо материала, поглощающего пары топлива 16 подвижной диафрагмы 12, который имеет пористую структуру и выполнен в виде пресс брикета, а геометрически представляет собой прямоугольный параллелепипед и повторяет контур подвижной диафрагмы 12.

Пористая структура материала, поглощающего пары топлива 16 (фиг. 3,4,6,7) необходима для повышения эффективности (количества) поглощаемых паров, а пресс-брикет создает компактность конструкции подвижной диафрагмы и ее простоту за счет того, что спрессованный материал поглощающий пары топлива 16 не сыпется (не разделяется на мелкие части, пыль) при движениях подвижной диафрагмы 12 и при вибрациях ДВС, что важно, т.к. в противном случае необходимы дополнительные конструктивные элементы, предотвращающие попадание мелких частей и пыли материала, поглощающие пары топлива в цилиндры ДВС и приводящие к образивному его износу в следствие расположения подвижной диафрагмы 12 в зоне очищенного воздуха 8 воздухоочистителя 1.

Материал, поглощающий пары топлива 16 (пресс-брикет) подвижной диафрагмы, 12 находится между двумя другими материалами, представляющими собой несущий каркас 14 (фиг. 3,4,7) из пластмассы, впрессованный в материал, поглощающий пары топлива 16. Несущий каркас 14 подвижной диафрагмы 12 способен пропускать воздух и пары топлива,(т.к. выполнен в виде решетки (фиг.3)). Пары топлива, картерные газы и часть расширившегося воздуха подойдя к подвижной диафрагме 12 (фиг. 1,2,5 положение 12б), проходят через каркас 14, далее пары топлива и углеводороды картерных газов остаются (поглощаются) в материале 16 за счет эффекта адсорбции, а воздух беспрепятственно проходит через этот материал 16 и через каркас 14, т.к. он выполнен в виде решетки.

Далее воздух проходит через фильтрующий элемент 6, входное отверстие 3, воздухозаборный патрубок 11 в атмосферу. Суммарное количество углеводородов топлива поглощаемых материалов 16 подвижной диафрагмы 12, зависит от размеров, массы материала 16, в данном случае от толщины пресс брикета.

При повторном пуске ДВС воздух из атмосферы проходит через воздухозаборный патрубок 11. фильтрующий элемент 6. подвижную диафрагму 12 (положение 12б) и материал, поглощающий пары топлива 16, захватывает (продувает) углеводороды, находящиеся в этом материале, и вместе с ними впоследствии попадает в цилиндры 39 ДВС где и сгорают при рабочем ходе. Так происходит регенерация (десорбция) материала, поглощающего пары топлива 16. Процесс регенерации произойдет за короткий промежуток времени, так как через материал, поглощающий пары топлива, пройдет большое количество воздуха, требуемое для работы ДВС. Процессы адсорбции и десорбции подробно описаны в литературе (например, Кипле Х. Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение, Химия, 1984).

Таким образом, происходит эффективное поглощение углеводородов, образующихся в системе вентиляции картерных газов ДВС после его остановки за счет минимального их выхода через систему выпуска ДВС в атмосферу, что уменьшает токсичность ДВС благодаря использованию многослойной подвижной диафрагмы, один из слоев которой представляет собой материал, поглощающий пары топлива.

Одновременно подвижная диафрагма не увеличивает сопротивление воздуху в воздухоочистителе при работе ДВС, что в свою очередь не ухудшает мощность показателей ДВС.

Совокупность этих преимуществ и создает положительный эффект.

Формула изобретения

1. Воздухоочиститель двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус, крышку, входное и выходное отверстие для прохода воздуха, фильтрующий элемент, расположенный между ними, образующий соответственно зоны неочищенного и очищенного воздуха, подвижную диафрагму, расположенную в зоне очищенного воздуха, имеющую возможность закрывать или открывать фильтрующий элемент от выходного отверстия, отличающийся тем, что подвижная диафрагма выполнена многослойной, причем один из слоев выполнен из материала, поглощающего пары топлива.

2. Воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что подвижная диафрагма выполнена в виде заслонки, имеющей форму прямоугольного параллелепипеда, консольно установленной на оси вращения.

3. Воздухоочиститель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что материал, поглощающий пары топлива, представляет собой жесткий пресс-брикет в виде прямоугольного параллелепипеда, имеющего пористую структуру.

4. Воздухоочиститель по пп.1 3, отличающийся тем, что по обе стороны от слоя материала, поглощающего пары топлива, находятся слои материалов, прозрачных для воздуха и паров топлива.

5. Воздухоочиститель по пп.1 4, отличающийся тем, что слои материалов, пропускающих пары топлива и воздуха, выполнены в виде каркаса и впрессованы в слой материала, поглощающего пары топлива.

6. Воздухоочиститель по пп.1 5, отличающийся тем, что крышка корпуса воздухоочистителя имеет ложемент для установки оси подвижной диафрагмы.

7. Воздухоочиститель по пп. 1 6, отличающийся тем, что большая грань подвижной диафрагмы в плане повторяет контур уплотнителя фильтрующего элемента.

8. Воздухоочиститель по пп.1 7, отличающийся тем, что подвижная диафрагма по краям снабжена уплотнителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8