УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ШУМА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к системам очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и может быть использовано в выпускной системе, преимущественно дизельного двигателя, для снижения дымности выхлопа и уровня шума.
Известно устройство для очистки от сажи отработавших газов и уменьшения шума дизелей, состоящее из электроцентробежного фильтра, содержащего осадительную камеру с расположенным в ней коронирующим электродом, входной канал, содержащий ионизирующие электроды, выходной канал и бункер сбора частиц сажи. (1)
Недостатком такой конструкции является высокая скорость отработавших газов, проходящих через электроды ионизатора, которая значительно уменьшает число заряженных частиц сажи. Применение в конструкции электроцентробежного фильтра, образующего осадительную камеру циклона, не будет способствовать процессу эффективного осаждения сажи на стенках камеры, так как основная доля частиц выхлопа дизелей имеет размеры меньше 5 мкм, и очень малую массу, что является основным критерием эффективной работы циклонов. Наличие сужающегося участка на выходе из циклона и отсутствие электрического потенциала на бункере сбора частиц приводит к уносу значительной части сажи в атмосферу с потоком отработавших газов.
Известна конструкция электрического фильтра для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, принятая в качестве прототипа предлагаемого устройства, содержащая впускной и выпускной каналы, фильтрованную поверхность, выполненную из металлической сетки, состоящую
из двух цилиндров на которых установлены коронирующие электроды. Ниже уровня этих электродов расположена третья часть коронирующих электродов. Сажесборник состоит из двух цилиндров в зазоре между которыми установлен осадительный электрод. Некоронирующий электрод выполнен в виде металлического кольца и установлен в пространстве между концами всех коронирующих электродов на одинаковом расстоянии от них. Коронирующий и некоронирующий электроды, а также осадительный электрод сажесборника подключены к источнику высоковольтного питания. (2)
Основным недостатком такой конструкции является то, что сажесборник располагается в зоне входного канала, где большая скорость потока отработавших газов, при этом большая часть заряженных частиц сажи будет уноситься им в атмосферу. Недостатком также является отсутствие элементов конструкции, снижающих возможность загрязнения поверхности коронирующих электродов от частиц сажи и других отложений, что может привести к нарушению режима горения коронного разряда, а следовательно к снижению степени очистки отработавших газов двигателя.
Задача на решение которой направлена полезная модель и технический результат от ее использования заключается в повышении степени очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от выбросов сажи при снижении уровня шума его работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки отработавших газов от сажи и снижения уровня шума двигателя внутреннего сгорания, содержащего впускной и выпускной каналы, подключенные к источнику высоковольтного питания коронирующий и некоронирующий электроды и сажесборник, некоронирующий электрод выполнен в форме цилиндра, внутри которого соосно расположен коронирующий электрод в виде стержня и наклонные лопатки, установленные на штангах, на передних концах которых, за впускным каналом по ходу движения отработавших газов, закреплен диск с продувочными отверстиями. При этом сажесборник
расположен в зоне выпускного канала отработавших газов и выполнен в виде цилиндра с внутренней поперечной перегородкой с отверстиями.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез устройства по очистке отработавших газов от сажи и снижению уровня шума двигателя внутреннего сгорания, а на фиг.2 - разрез А-А.
Устройство состоит из замкнутого стального корпуса 2, вваренного в штатную трубу глушителя 1 двигателя и образующего две зоны 3 и 4. Зона ионной обработки 3 отработавших газов содержит диск 15, расположенный за впускным каналом 1 по ходу движения отработавших газов, имеющий четыре продувочных отверстия. Коаксиально диску 15 располагается некоронирующий электрод 14, выполненный в виде цилиндра и изолированный от корпуса диэлектрическими втулками 11. Коронирующий электрод 13 в виде металлического стержня установлен соосно с некоронирующим электродом 14, и изолирован от корпуса устройства диэлектрическим стаканом 12. Диск 15 выполнен равным диаметром с диэлектрическом стаканом 12 и крепится к нему с помощью четырех соединительных штанг 16, имеющих по одной наклонной лопатке 17 на каждой.
Зона осаждения сажи 4 содержит бункер 5 прямоугольной формы, закрывающийся крышкой 8 через уплотнительную прокладку 7. Внутри бункера располагается сажесборник 9, который установлен на диэлектрическом стакане 12 и выполнен в форме цилиндра с центральной перегородкой, в которой имеются четыре отверстия 10. Сажесборник через диэлектрическую втулку 11, совместно с электродами 13 и 14 подключается к источнику высоковольтного питания 18. В нижней части бункера 5 имеется выпускной канал 6, через который очищенные от сажи отработавшие газы двигателя выходят в атмосферу.
Для увеличения времени нахождения газов в зоне горения коронного разряда, с целью повышения числа заряженных частиц сажи, на соединительных штангах, крепящих диск к диэлектрическому стакану, установлены
наклонные лопатки, а торец диэлектрического стакана выполнен диаметром равным диаметру диска. Для лучшего перемешивания отработавших газов и уменьшения газодинамического сопротивления выхлопу двигателя, наклонные лопатки располагаются в разных плоскостях относительно друг друга и установлены на разном расстоянии от диска. Для улавливания частиц сажи в конструкции устройства имеется бункер, образующий зону осаждения. Внутри бункера размещен сажесборник, выполненный в виде цилиндра с центральной перегородкой, в которой имеются четыре отверстий. При этом достигается большая площадь осаждения частиц сажи при незначительном газодинамическом сопротивлении выхлопу двигателя. Для повышения степени очистки устройства, за счет снижения скорости газов в зоне осаждения, бункер выполнен большим объемом по сравнению с объемом зоны ионной обработки отработавших газов. В целях бесперебойного горения коронного разряда, а, следовательно, стабильности работы всего устройства в диске сделаны четыре продувочных отверстия, при выходе из которых струя выхлопных газов создает область повышенного давления в зоне расположения коронирующего электрода, снижая тем самым вероятность загрязнения его сажей и другими отложениями. Наличие в конструкции устройства диска, диэлектрического стакана, наклонных лопаток и бункера, содержащего выпускной канал, который располагается перпендикулярно движению основного потока отработавших газов, вызывает неоднократное изменение направления движения последних и уменьшает скорость их истечения в атмосферу, а, следовательно, значительно снижает шумность работы двигателя.
Устройство работает следующим образом. Отработавшие газы через впускной канал 1 поступают в зону ионной обработки 3. Ввиду того, что диск 15 располагается за впускным каналом, происходит заметное снижение скорости выхлопных газов, что является необходимым условием для эффективного протекания процесса электрической зарядки частиц сажи. При подаче высокого напряжения к коронирующему электроду 13 между ним и некоронирующим электродом 14 зажигается коронный разряд, в результате чего
межэлектродный промежуток будет заполнен в основном отрицательно заряженными ионами газа. Отработавшие газы двигателя ионизируются в поле отрицательной короны, т.е. частицы сажи приобретают отрицательный заряд (вследствие адсорбции на них отрицательных ионов). Это обусловлено тем, что подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных. Наличие диска 15 и наклонных лопаток 17 способствует завихрению поступающей в зону струи выхлопных газов, уменьшает поступательную скорость их движения и соответственно увеличивает время их пребывания в зоне горения коронного разряда. Кроме этого, происходит возбуждение нейтральных атомов и молекул отработавших газов, т.е. образование дополнительных активных центров, увеличивающих число заряженных частиц сажи, а, следовательно, повышается степень очистки устройства.
Потоком отработавших газов частицы сажи поступают в зону осаждения 4, где происходит дальнейшее снижение скорости потока, вследствие увеличения объема бункера 5. Учитывая, что сажесборник 9 располагается в зоне выпускного канала и подключен к положительному полюсу высоковольтного источника питания 18, частицы сажи будут осаждаться на нем, а очищенные отработавшие газы двигателя выходить в атмосферу через выпускной канал 6. По мере накопления сажи на поверхности сажесборника необходимо производить его очистку. Для этого в конструкции предусмотрена съемная крышка 8 бункера 5, с помощью которой диск 15 вместе со штангами 14 и диэлектрическим стаканом 12, с закрепленным на нем сажесборником 9, вынимаются наружу, и очищаются от сажи и других отложений. В процессе движения потока отработавших газов, внутри устройства происходит неоднократное изменение направления движения последних, что в значительной степени уменьшает скорость их истечения в атмосферу и снижает уровень шума работы двигателя.
Разработанная конструкция устройства позволяет увеличить степень очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от выбросов
сажи по сравнению с ближайшими аналогами и понизить уровень шума его работы.
Источники информации
1. Патент Р.Ф. №2105164 кл. F 01 N 3/02, 1998 г.
2. Авторское свидетельство СССР №1714169 А1 кл. F 01 N 3/08, 1992 г.