Комбинированный сажевый фильтр для дизельных двигателей внутреннего сгорания

Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована для очистки отработавших газов в дизельных двигателях внутреннего сгорания.
Известен сажевый фильтр, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, уловитель твердых частиц и перфорированные стержни, залитые раствором катализатора и покрытые фильтрующим тканевым материалом, в конструкцию которого введена перегородка, расположенная между стержнями и выходным патрубком перпендикулярно потоку отработавших газов, в которой выполнены отверстия, при этом стержни направлены навстречу потоку отработавших газов и своими основаниями закрывают отверстия в перегородке, причем фильтрующий материал, покрывающий стержни, расположен на пути отработавших газов между уловителем твердых частиц и стержнями [Патент РФ, МПК F01N 3/02. Сажевый фильтр / Медведев Ю.С., Подчинок В.М., Савченко В.А., Гордивский В.Н. - RU 2175392 С2; заявлено 05.01.2000; опубл. 27.10.2001].
Известно устройство для очистки отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания, содержащее корпус с установленным в нем фильтрующим патроном, периодически регенерируемым посредством выжигания сажи. Патрон выполнен с несквозными каналами для потока газа. По потоку газов перед фильтрующим патроном установлены воздуходувка и испарительная горелка, выполненная с возможностью нагрева фильтрующего патрона, управляющее устройство для испарительной горелки и воздуходувки. На корпусе нанесен теплоизоляционный слой. Внутри входной части корпуса установлены направляющие лопатки и выравнивающая решетка. Фильтрующий патрон установлен в корпусе на электромагнитном штоке и плотно прижат к сужающейся входной части корпуса с помощью возвратной пружины. Во входной и выходной частях корпуса установлены датчики давления управляющего устройства[Патент РФ, МПК F01N 3/025. Устройство для очистки отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания / Бояренок А.Г. - RU 2677745 С1; заявлено 19.12.2017; опубл. 21.01.2019].
Недостатком данных устройств является конструкционная сложность устройства и наличие перфорированных стержней, залитых раствором катализатора, которые быстро выходят из строя вследствие загрязнения сажистыми частицами.
Известен комбинированный сажевый фильтр, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, размещенными в нем последовательно по потоку газов уловитель твердых частиц, выполненный из пористого материала, и перфорированные полые стержни, залитые раствором катализатора и покрытые фильтрующим тканевым материалом, уловитель твердых частиц выполнен в форме шара, нижняя половина которого погружена в раствор для регенерации, а на границе "жидкость-газ" установлена перегородка [Патент РФ, МПК F01N 3/02. Комбинированный сажевый фильтр / Медведев Ю.С. - RU 2202698 С2; заявлено 25.04.2001; опубл. 20.04.2003].
Недостатком этого устройство, взятого в качестве прототипа, является то, что перфорированные стержни, залитые раствором катализатора, быстро выходят из строя, вследствие загрязнения сажевыми частицами и наличия расходных материалов типа растворов регенерации.
Целью создания полезной модели является создание конструкции сажевого фильтра исключающего использование расходных материалов.
Техническим результатом полезной является снижение газодинамического сопротивления фильтра, повышения степени очистки и продление срока службы фильтра.
Поставленная цель достигается устройством комбинированного сажевого фильтра для очистки отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания, содержащее входной патрубок первичного потока отработавших газов, выходной патрубок, входное закручивающие устройство, сопловой аппарат, корпус, электрическую спираль регенератора, гребенку, фильтр тонкой очистки, каталитический нейтрализатор, ресивер - распределитель соплового аппарата, впускной патрубок вторичного потока отработавших газов, отбойную шайбу.
Указанные признаки являются существенными для достижения цели и получения технического результата предполагаемой полезной модели.
В результате симбатного применения входного закручивающего устройства и соплового аппарата поток отработавших газов приобретает мощное вихревое движение, в ходе которого на частицы сажи, содержащиеся в отработавших газах, начинают воздействовать центробежные силы, стремящиеся отбросить частицы к стенкам корпуса.
Фильтр тонкой очистки представляет собой цилиндрический корпус, наполненный гофрированным фильтрующим элементом, полученным комбинацией тканного фильтрующего слоя из тонких проволок, выполненных из коррозионностойкой хромоникелевой стали.
При этом для улучшения задерживания частиц сажи менее 1 мкм выбрана комбинация двух типов сеток - полотняного переплетения и саржевого одностороннего переплетения.
Осуществление технического результата достигается устройством комбинированного сажевого фильтра для очистки отработавших газов дизельных двигателей внутреннего сгорания (Фиг. 1), содержащее входной патрубок первичного потока отработавших газов (1), выходной патрубок (2), входное закручивающее устройство (3), сопловой аппарат (4,5), корпус (6), электрическую спираль регенератора (7), гребенку (8), фильтр тонкой очистки (9), каталитический нейтрализатор (10), ресивер - распределитель соплового аппарата (11), впускной патрубок вторичного потока отработавших газов (12), отбойную шайбу (13).
Работа устройства осуществляется следующим образом: основной первичный поток отработавших газов поступает через систему выпуска дизельного двигателя на входной патрубок (1) сажевого фильтра. Вторичный поток отработавших газов, проходя через входной патрубок (12) ресивера - распределителя соплового аппарата (11), поступает в сужающиеся сопла (4, 5) ресивера - распределителя соплового аппарата (11), при этом одновременно приобретает высокую скорость и закручивается.
Одновременно с этим входящий через входной патрубок (1) основной первичный поток отработавших газов проходит через лопатки входного закручивающего устройства (3) и также закручивается, в ходе чего на частицы сажи, содержащиеся в отработавших газах, начинают воздействовать центробежные силы, стремящиеся отбросить частицы к стенкам корпуса (6).
Вращающийся поток отработавших газов последовательно проходит через гребенку (8), при этом частицы сажи размером 3…5 мкм под действием центробежной силы задерживаются в ней, скорость потока отработавших газов падает, и очищенные газы последовательно поступают на вход в фильтр тонкой очистки (9) и каталитический нейтрализатор (10).
В каталитическом нейтрализаторе (10) происходит каталитическое окисление мелкодисперсных частиц сажи, за счет снижения температуры окисления сажи от 600°С до 300…400°С. В этом режиме предлагаемый фильтр работает как дожигатель сажи и нейтрализатор газовых токсичных компонентов (СО, СН и т.д.).
В результате догорания сажи проходные сечения в фильтре тонкой очистки (9) увеличиваются до своих исходных размеров, вследствие чего снижается газодинамическое сопротивление фильтра.
После очистки отработавших газов от мелкодисперсных частиц сажи и твердых веществ очищенные отработанные газы поступают через выпускной патрубок 2 на выход в атмосферу.
С определенной периодичностью электрическая спираль регенератора (7) подключается к электрической сети 220 В, и в течение 2…3 часов происходит выжигание сажевых частиц. Таким образом осуществляется стационарная регенерация сажесборника фильтра.
При необходимости регенерация может быть выполнена с использованием бортовой электросети автомобиля или при питании от передвижных электростанций.
Размеры фильтра могут ограничиваться размерами подкапотного пространства, а также особенностями установки сажевого фильтра на конкретном дизельном двигателе.