ПЕРВИЧНЫЙ ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ УБОРОЧНАЯ МАШИНА
ICE PRIMARY AIR CLEANER, ICE AND AGRICULTURAL HARVESTER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству первичного воздухоочистителя для двигателя внутреннего сгорания, устройству двигателя внутреннего сгорания и сельскохозяйственной уборочной машине.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатель внутреннего сгорания самодвижущегося транспортного средства или машины для процесса сгорания должен обеспечиваться чистым воздухом. Это особенно справедливо, когда транспортное средство или машина используются в сельскохозяйственной среде при уборке урожая, где в окружающем воздухе содержатся большие количества пыли и растительного материала, создаваемые уборочными машинами, и требуется эффективное устройство первичной очистки воздуха и фильтрации. Для комбайна предшествующего уровня техники это обычно делалось с помощью одиночного большого циклонного первичного воздухоочистителя и пористого фильтра, установленного после циклонного первичного воздухоочистителя, чтобы обеспечить заключительную стадию фильтрации воздуха, необходимого для двигателя внутреннего сгорания.
Циклонный первичный воздухоочиститель, также называемый фильтром вихревого типа, содержит создающий вихрь впускной канал и взаимодействующий с ним выпускной канал. Оба канала могут быть цилиндрическими или отчасти коническими и их оси выровнены относительно друг друга. Впускное отверстие выпускного канала меньше, чем выпускное отверстие впускного канала, и располагается в непосредственной близости от выпускного отверстия впускного канала. Каналы проходят в камере фильтрации, которая отделена от впускного отверстия впускного канала и от выпускного отверстия выпускного канала. Из этой камеры фильтрации отделенный материал вытягивается внешним источником через аспирационный канал, также называемый продувочным каналом.
В процессе работы нефильтрованный воздух поступает во впускной канал, где в поток воздуха вносится вихревое движение. Более тяжелый материал, содержащийся в потоке, будь то текучая среда или грязь, центробежной силой вихревого движения отбрасывается радиально в направлении наружу к стенкам впускного канала. Таким образом, поток разделяется на более легкую часть в центре впускного канала и более тяжелую часть около стены впускного канала. Пока во впускном канале присутствует нефильтрованный воздух, более тяжелая отделенная часть потока протекает мимо впускного отверстия выпускного канала меньшего размера и попадает в камеру фильтрации, в то время как более легкая отфильтрованная часть поступает в выпускной канал и протекает через него. Материал из камеры фильтрации отсасывается через продувочный канал в поток выхлопных газов двигателя.
Проблема этого устройства первичного воздухоочистителя состоит в том, что единый большой циклонный фильтр во многих случаях недостаточно эффективен, чтобы произвести достаточную предварительную фильтрацию пыли из потока воздуха. Это приводит в результате к тяжелой нагрузке пылью элемента воздушного фильтра. Поэтому срок службы этого элемента фильтра уменьшается, и когда фильтр засоряется, воздушный поток к двигателю ограничивается и двигатель теряет мощность. Затем фильтр должен либо быть заменен на новый, либо подвергнуться продувке сжатым воздухом, что отнимает много времени и является грязной работой. Для некоторых зерновых культур и условий фильтр должен проходить техническое обслуживание таким образом с частотой один раз в день. Для большинства пользователей это недопустимо.
В DE 10336206 A было предложено использовать блок, содержащий несколько циклонных предварительных воздухоочистителей, установленных параллельно, в результате чего два таких блока устанавливаются последовательно до и после турбонагнетателя для выполнения первичной очистки воздуха горения для двигателя сельскохозяйственного транспортного средства. Этот документ не раскрывает, как производится вытяжка через вытяжные каналы циклонных фильтров.
Таким образом, существует необходимость в устройстве первичного воздухоочистителя для двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающего эффективную очистку воздуха.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить эффективное устройство первичного воздухоочистителя для двигателя внутреннего сгорания.
Указанная техническая задача решается в предложенном изобретении.
В одном аспекте предложенное изобретение относится к устройству первичного воздухоочистителя для двигателя внутреннего сгорания, имеющего впускное отверстие для воздуха и выхлопной канал, при этом устройство первичного воздухоочистителя содержит:
сетчатый фильтр, имеющий проницаемые для воздуха отверстия с размером, позволяющим задерживать грязь, при этом сетчатый фильтр имеет выходную поверхность и входную поверхность;
кожух у выходной поверхности сетчатого фильтра;
вентилятор, установленный в кожухе и выполненный с возможностью обеспечения потока воздуха через отверстия сетчатого фильтра;
первый циклонный фильтр, имеющий впускное отверстие для воздуха, выпускное отверстие для воздуха и продувочный канал;
причем впускное отверстие для воздуха первого циклонного фильтра расположено у выходной поверхности сетчатого фильтра, а продувочный канал соединен с кожухом; и
второй циклонный фильтр, имеющий впускное отверстие для воздуха, выпускное отверстие для воздуха и продувочный канал, причем впускное отверстие для воздуха второго циклонного фильтра соединено с выпускным отверстием для воздуха первого циклонного фильтра, а выпускное отверстие для воздуха второго циклонного фильтра соединено с впускным отверстием для воздуха двигателя внутреннего сгорания.
Предпочтительно вентилятор выполнен с возможностью обеспечения воздушного потока через отверстия сетчатого фильтра, который задерживает крупные частицы грязи, при этом воздух сгорания для двигателя поступает из воздушного потока после сетчатого фильтра и проходит во впускное отверстие для воздуха первого циклонного фильтра, отделяющего из воздуха более тяжелые частицы, которые отсасываются через продувочный канал первого циклонного фильтра во внутреннюю часть кожуха посредством вакуума, создаваемого вентилятором, а воздух из выпускного отверстия для воздуха первого циклонного фильтра поступает во впускное отверстие для воздуха второго циклонного фильтра, удаляющего мелкую пыль из воздуха, который из выпускного отверстия для воздуха второго циклонного фильтра подается во впускное отверстие для воздуха двигателя внутреннего сгорания.
Продувочный канал второго циклонного фильтра предпочтительно соединен с трубой Вентури, которая присоединена к выхлопному каналу двигателя.
Второй циклонный фильтр предпочтительно содержит множество циклонных фильтров, установленных параллельно.
Устройство первичного воздухоочистителя может дополнительно содержать:
пористый воздушный фильтр, установленный между выпускным отверстием для воздуха второго циклонного фильтра и впускным отверстием для воздуха двигателя внутреннего сгорания;
турбонагнетатель, установленный между выпускным отверстием для воздуха второго циклонного фильтра и впускным отверстием для воздуха двигателя внутреннего сгорания;
охладитель нагнетаемого воздуха, установленный между турбонагнетателем и впускным отверстием для воздуха двигателя внутреннего сгорания; и
пористый воздушный фильтр, установленный между выпускным отверстием для воздуха второго циклонного фильтра и турбонагнетателем.
Предпочтительно первый циклонный фильтр содержит цилиндрический корпус с тангенциально и в осевом направлении ориентированным впускным отверстием для воздуха, проходящим по осевой длине корпуса, радиально расширяющуюся трубу, установленную соостно внутри корпуса, определяя выпускное отверстие для воздуха первого циклонного фильтра, и тангенциально и в осевом направлении ориентированный продувочный канал, расположенный диаметрально напротив впускного отверстия для воздуха и проходящий по части осевой длины корпуса.
Во втором аспекте предложенное изобретение относится к устройству двигателя внутреннего сгорания, которое содержит:
двигатель внутреннего сгорания с впускным отверстием для воздуха и выхлопным каналом;
сетчатый фильтр, имеющий проницаемые для воздуха отверстия с размером, позволяющим задерживать грязь, при этом сетчатый фильтр имеет выходную поверхность и входную поверхность;
кожух у выходной поверхности сетчатого фильтра;
вентилятор, установленный в кожухе и выполненный с возможностью обеспечения потока воздуха через отверстия сетчатого фильтра;
первый циклонный фильтр, имеющий впускное отверстие для воздуха, выпускное отверстие для воздуха и продувочный канал, причем впускное отверстие для воздуха первого циклонного фильтра расположено у выходной поверхности сетчатого фильтра, а продувочный канал открыт в направлении кожуха; и
второй циклонный фильтр, имеющий впускное отверстие для воздуха, выпускное отверстие для воздуха и продувочный канал, причем впускное отверстие для воздуха второго циклонного фильтра соединено с выпускным отверстием для воздуха первого циклонного фильтра, а выпускное отверстие для воздуха второго циклонного фильтра соединено с впускным отверстием для воздуха двигателя внутреннего сгорания.
Предпочтительно во время работы вентилятор обеспечивает воздушный поток через отверстия сетчатого фильтра, который задерживает крупные частицы грязи, при этом воздух сгорания для двигателя поступает из воздушного потока после сетчатого фильтра и проходит во впускное отверстие для воздуха первого циклонного фильтра, отделяющего из воздуха более тяжелые частицы, которые отсасываются через продувочный канал первого циклонного фильтра во внутреннюю часть кожуха посредством вакуума, создаваемого вентилятором, а воздух из выпускного отверстия для воздуха первого циклонного фильтра поступает во впускное отверстие для воздуха второго циклонного фильтра, удаляющего мелкую пыль из воздуха, который из выпускного отверстия для воздуха второго циклонного фильтра подается во впускное отверстие для воздуха двигателя внутреннего сгорания.
Согласно данному аспекту также предпочтительно продувочный канал второго циклонного фильтра соединен с трубой Вентури, которая соединена с выхлопным каналом двигателя, второй циклонный фильтр содержит множество циклонных фильтров, установленных параллельно.
Предпочтительно пористый воздушный фильтр установлен между выпускным отверстием для воздуха второго циклонного фильтра и впускным отверстием для воздуха двигателя внутреннего сгорания, и турбонагнетатель установлен между выпускным отверстием для воздуха второго циклонного фильтра и впускным отверстием для воздуха двигателя внутреннего сгорания.
Предпочтительно охладитель нагнетаемого воздуха установлен между турбонагнетателем и впускным отверстием для воздуха двигателя внутреннего сгорания, а пористый воздушный фильтр установлен между выпускным отверстием для воздуха второго циклонного фильтра и турбонагнетателем.
Первый циклонный фильтр предпочтительно содержит цилиндрический корпус с тангенциально и в осевом направлении ориентированным впускным отверстием для воздуха, проходящим по осевой длине корпуса, радиально расширяющуюся трубу, установленную соосно внутри корпуса, определяя выпускное отверстие для воздуха первого циклонного фильтра, и тангенциально и в осевом направлении ориентированный продувочный канал, расположенный диаметрально против впускного отверстия для воздуха и проходящий по части осевой длины корпуса.
В еще одном аспекте предложенное изобретение относится к сельскохозяйственной уборочной машине, которая содержит:
двигатель внутреннего сгорания с впускным отверстием для воздуха и выхлопным каналом;
сетчатый фильтр, имеющий проницаемые для воздуха отверстия с размером, позволяющим задерживать грязь, при этом сетчатый фильтр имеет выходную поверхность и входную поверхность;
кожух у выходной поверхности сетчатого фильтра;
вентилятор, установленный в кожухе и выполненный с возможностью обеспечения потока воздуха через отверстия сетчатого фильтра;
первый циклонный фильтр, имеющий впускное отверстие для воздуха, выпускное отверстие для воздуха и продувочный канал, причем впускное отверстие для воздуха первого циклонного фильтра расположено у выходной поверхности сетчатого фильтра, а продувочный канал соединен с кожухом; и
второй циклонный фильтр, имеющий впускное отверстие для воздуха, выпускное отверстие для воздуха и продувочный канал, причем впускное отверстие для воздуха второго циклонного фильтра соединено с выпускным отверстием для воздуха первого циклонного фильтра, а выпускное отверстие для воздуха второго циклонного фильтра соединено с впускным отверстием для воздуха двигателя внутреннего сгорания.
Во время работы, вентилятор, установленный внутри кожуха, обеспечивает поток воздуха через отверстия сетчатого фильтра. Крупная грязь, а также крупные части растений, такие как солома, задерживаются сетчатым фильтром. Воздух горения для двигателя берется из грубо фильтрованного потока воздуха, прошедшего через сетчатый фильтр, и поступает во впускное отверстие для воздуха первого циклонного фильтра, который предпочтительно является одиночным циклонным фильтром. Первый циклонный фильтр отделяет более тяжелые частицы (такие как крупная пыль, мякина, ости ячменя, частицы соломы и т.д.) из поступившего воздуха, которые отсасываются через продувочный канал первого циклонного фильтра во внутреннюю часть кожуха посредством вакуума, создаваемого вентилятором, и, в конечном счете, выбрасываются из машины потоком воздуха вентилятора. Воздух из выпускного отверстия для воздуха первого циклонного фильтра поступает во впускное отверстие для воздуха второго циклонного фильтра, который предпочтительно содержит группу более мелких циклонов, оптимизированных для удаления более мелких частиц пыли. Второй циклонный фильтр удаляет мелкую пыль и воздух на выходе второго циклонного фильтра, наконец, подается ко впускному отверстию для воздуха двигателя внутреннего сгорания, непосредственно или через пористый воздушный фильтр и/или турбонагнетатель, и, как вариант, через охладитель нагнетаемого воздуха. По продувочному каналу второго циклонного фильтра воздух может отсасываться в выхлоп двигателя или к отдельному соответствующему вентилятору.
Преимущество изобретения состоит в том, что воздух сгорания для двигателя эффективно очищается. Техническое обслуживание или замена воздушного фильтра требуются только с большими интервалами или не требуются вообще. Дополнительно, можно согласовать вакуумирование для отсасывания по продувочному каналу с каждым циклонным фильтром. Кожух и продувочный канал первого циклонного фильтра и соединение между ними могут подгоняться по размерам для оптимальных требований по вакууму и расходу. Аналогично может быть сделано со вторым циклонным фильтром. Таким образом, каждый циклонный фильтр может быть оптимизирован независимо.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - схематичный вид сбоку на сельскохозяйственную машину и, в частности, на сельскохозяйственный комбайн.
Фиг.2 - вид сверху на сельскохозяйственную машину, показанную на Фиг.1.
Фиг.3 - схематичный вид устройства первичного воздухоочистителя, соответствующего настоящему изобретению.
Фиг.4 - вид в перспективе варианта осуществления первого циклонного фильтра.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На Фиг.1 показано схематичное изображение сельскохозяйственной машины 10. В показанном варианте осуществления сельскохозяйственная машина 10 представлена в форме сельскохозяйственного комбайна. Хотя изобретение описывается как входящее в комбайн, предполагается, что настоящее изобретение может использоваться с другими типами сельскохозяйственных машин, такими как силосоуборочные комбайны, хлопкоуборочные машины и самоходные прессы-подборщики.
Сельскохозяйственная машина 10 в форме комбайна содержит несущую конструкцию 12. Силовая установка 14, которая может содержать шины и/или траки, имеющие сцепление с землей, установлена на несущей конструкции 12 и выполняет функции приведения в движение и рулевого управления. Уборочная платформа 16 используется для сбора урожая и направления урожая к приемной камере 18 молотилки. Собранный урожай с помощью приемной камеры 18 молотилки направляется к молотильному барабану 20. Молотильный барабан 20 направляет собранный урожай вверх через входную переходную секцию 22 на осевой блок 24 обработки урожая.
Осевой блок 24 обработки урожая расположен между обшивками боковых стенок сельскохозяйственной машины 10 и поддерживается ими. Осевой блок 24 обработки урожая содержит корпус 26 осевого ротора и осевой ротор 28, расположенный в корпусе 26 осевого ротора. Собранный урожай поступает в корпус 26 осевого ротора через входную переходную секцию 22. Осевой ротор 28 имеет приемную часть, молотильную часть и отделяющую часть. Корпус 26 осевого ротора имеет соответствующую приемную секцию, молотильную секцию и отделяющую секцию.
Обе части блока обработки урожая, молотильная часть и отделяющая часть, снабжены устройствами захвата урожая. Молотильная секция корпуса 26 осевого ротора снабжена вогнутой частью, а отделяющая секция снабжена решеткой. Зерно и мякина, освобожденные от стеблей урожая, проваливаются через вогнутую часть и решетку. Вогнутая часть и решетка препятствуют прохождению материала урожая, большего по размеру, чем зерно или мякина, в систему 30 чистки.
Зерно и мякина, проваливающиеся через вогнутую часть и решетку, направляются к системе 30 очистки, которая удаляет мякину из зерна. Чистое зерно затем направляется элеватором 32 чистого зерна к фонтанному шнеку 34. Фонтанный шнек 34 направляет зерно в зерновой бункер или шахту 36. Зерно удаляется из зернового бункера 36 выгружающим шнеком 38.
По мере того, как отходы урожая, например, солома, стебли, мякина, пыль и т.д., достигают конца блока 24 обработки урожая, они удаляются через выпускное отверстие к молотильному барабану 40. Молотильный барабан 40 продвигает отходы урожая в заднюю часть комбайна. Вслед за молотильным барабаном 40 по ходу движения может быть установлен измельчитель соломы (не показан). Работа сельскохозяйственной машины 10 управляется из кабины 42 оператора.
Со ссылкой на схематические чертежи на фиг.2 и 3, сельскохозяйственная машина 10 содержит двигатель 44 внутреннего сгорания, который обеспечивает механическую энергию, необходимую для выполнения операций приведения в движение и сбора урожая. Как показано также на Фиг.2 и 3, обеспечивается комплект 46 элементов системы охлаждения с каналом связи с двигателем 44 для подачи жидкости. Комплект 46 элементов системы охлаждения содержит радиатор 48 и обычно также содержит маслоохладитель гидросистемы и, например, компрессор системы кондиционирования воздуха. Радиатор 48 устанавливается внутри кожуха 50. Вентилятор 52 с большим числом лопастей приводится во вращение двигателем 44 и расположен внутри отверстия, сделанного в кожухе 50. Двигатель 44 может приводить в движение вентилятор 52 механически или косвенно посредством гидравлического двигателя или электродвигателя. Вращающийся сетчатый фильтр 58, имеющий отверстия с размером, достаточным для пропускания через него воздуха, но задержания крупной грязи, установлен на кожухе 50 перед впускным отверстием радиатора 48. Сетчатый фильтр 58 является плоским круглым сетчатым фильтром, имеющим плетеную проволочную сетку. Средство для чистки сетчатого фильтра 58, включая щетки, дефлекторы и вакуумные камеры, могут быть предусмотрены во входной поверхности и/или выходной поверхности сетчатого фильтра 58.
В пределах внутренней части кожуха 50, ниже радиатора 48 предусмотрен один первый циклонный фильтр 54. Первый циклонный фильтр 54 показан более подробно на Фиг.4. Он содержит цилиндрический корпус 56 с тангенциально и по оси ориентированным впускным отверстием 60 для воздуха, проходящим по всей осевой длине корпуса 56, радиально расширяющуюся трубу 62, установленную соостно внутри корпуса 56, и тангенциально и по оси ориентированный продувочный канал 64, расположенный диаметрально противоположно впускному отверстию 60 для воздуха и проходящий только по части осевой длины корпуса 56. Впускное отверстие 60 для воздуха первого циклонного фильтра 54 связано каналом 66 с пространством 68 внутри кожуха 50, определяемым между поверхностью сетчатого фильтра 58 до и после поверхности радиатора 48. Труба 62 определяет выпускное отверстие 66 первого циклонного фильтра 54. Продувочный канал 64 первого циклонного фильтра 54 соединен через канал 70 с пространством 72 внутри кожуха 50, определенным между выходной поверхностью радиатора 48 и вентилятором 52. Ось корпуса 56 проходит параллельно входной поверхности радиатора 48 и, таким образом, ортогональна к воздушному потоку, создаваемому вентилятором 52.
Труба 62 через трубопровод 74 присоединена к впускному отверстию 78 второго циклонного фильтра 76, который содержит группу 80 циклонных фильтров. Группа 80 циклонных фильтров содержит множество циклонных фильтров, установленных параллельно. Каждый из них снабжен дефлекторами 82 во входном отверстии, корпусами 84 фильтрации и выпускными отверстиями 86, по размеру меньшими, чем корпус 84 фильтрации. Соответствующая конструкция второго циклонного фильтра 76 описана в патенте США 6932849 и в DE 10336206 A, содержание которых включается сюда путем ссылки. Корпуса 84 фильтров продуваются через продувочный канал 88, соединенный трубой 90 с выпускной трубой 92 Вентури. Выпускные отверстия 86 открыты в общее выпускное отверстие 94 для воздуха второго циклонного фильтра 76.
Выпускное отверстие 94 для воздуха второго циклонного фильтра 76 соединено трубой 96 с корпусом 98, содержащим пористый воздушный фильтр. Выпускное отверстие корпуса 98 воздушного фильтра соединено с впускным отверстием для воздуха турбонагнетателя 100, выпускное отверстие для воздуха которого соединено с впускными каналами 102 двигателя 44, при необходимости, через охладитель 104 нагнетаемого воздуха, помещенный в воздушном потоке, создаваемом вентилятором 52. Двигатель 44 содержит выпускные каналы 106, которые связаны с отверстием выпуска газов турбонагнетателя 100. Выпускное отверстие турбонагнетателя 100 соединено трубой 92 Вентури с глушителем 108, имеющим выпуск 110 в окружающую среду.
Во время работы, двигатель 44 вращается и обеспечивает подачу энергии на сельскохозяйственную машину 10, чтобы выполнять операции по сбору урожая и движению. Дополнительно, двигатель приводит в действие вентилятор 52, который, в свою очередь, обеспечивает вакуум внутри кожуха 50 и засасывает окружающий воздух через отверстия сетчатого фильтра 58. Сетчатый фильтр 58 отсеивает крупные частицы грязи, такие как листья и солому. Воздушный поток вентилятора 52 проходит между ребрами радиатора 48 и охладителя 104 нагнетаемого воздуха, если он предусмотрен. Дополнительно, воздушный поток вентилятора 52 обтекает двигатель 44 и затем, наконец, выпускается в окружающую среду. Элемент уплотнения стенки 112 предотвращает утечку воздуха между первым циклонным фильтром 54 и радиатором 48.
Часть воздуха, проходящего через сетчатый фильтр 58, подается через канал 66 из пространства 68 в впускное отверстие 60 для воздуха первого циклонного фильтра 54. Благодаря тангенциальному расположению впускного отверстия 60 для воздуха, поток воздуха принудительно направляется по винтовой траектории внутри цилиндрического корпуса 56. Более тяжелые частицы, главным образом, крупная пыль, мякина и т.д., центробежной силой прижимаются к стенке корпуса 56 и отсасываются в продувочный канал 64, откуда они отсасываются вакуумом, создаваемым вентилятором 52 через канал 70 и пространство 72. Предварительно очищенный воздух подается через выпускное отверстие 66 для воздуха и трубопровод 74 в впускное отверстие 78 для воздуха второго циклонного фильтра 76, который, в свою очередь, удаляет из воздуха мелкую пыль. Второй циклонный фильтр 76 продувается через трубу 90 и трубу 92 Вентури в поток выхлопных газов двигателя 44. В выпускном отверстии 94 для воздуха второго циклонного фильтра 76 обеспечивается относительно чистый воздух. Предварительно очищенный воздух поступает из выпускного отверстия 96 для воздуха к впускным каналам 102 двигателя 44 через фильтр 98, турбонагнетатель 100 и необязательный охладитель 104 нагнетаемого воздуха. Выхлопные газы двигателя 44 приводят в движение турбонагнетатель 100 и выбрасываются в окружающую среду через трубу 92 Вентури и глушитель 108.
После ознакомления с описанным предпочтительным вариантом осуществления станет очевидным, что, не отходя от объема изобретения, как оно определено в прилагаемой формуле изобретения, в нем могут быть сделаны различные изменения.