двухступенчатый сажевый фильтр отработавших газов дизеля

Формула изобретения

Двухступенчатый сажевый фильтр отработавших газов дизеля, содержащий корпус ротационной камеры с входным и выходным патрубками, завихритель, сажесборник с дожигающим устройством и дополнительный фильтрующий элемент, причем корпус ротационной камеры имеет двойные стенки, в полость между которыми вложен слой теплоизолятора, отличающийся тем, что сажесборник с дожигающим устройством заключен в стакан, имеющий возможность продольного перемещения внутри цилиндра по направляющим, за сажесборником с дожигающим устройством внутри цилиндра расположен управляющий возвратный механизм, состоящий из пружины и штока, а дополнительный фильтрующий элемент расположен в полости между цилиндром и корпусом фильтра и снабжен электронагревателем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для очистки отработавших газов (ОГ) в выпускных системах дизелей.

Известно устройство очистки ОГ дизеля от твердых частиц (патент РФ № 2183751, МПК F 01 N 3/022 от 20.06.02), содержащее ротационную камеру сгорания с входным и выходным патрубками, завихритель, сажесборник с дожигающим устройством, дополнительный фильтрующий элемент, причем корпус ротационной камеры имеет двойные стенки, в полость между которыми вложен слой теплоизолятора.

Недостатками этого устройства являются повышение расхода топлива в процессе эксплуатации, вызванного увеличением противодавления ОГ на режимах средних и полных нагрузок дизеля, вследствие быстрого закоксовывания каналов сажевого фильтра, а также повышенная трудоемкость процесса очистки сажесборника от твердых частиц.

Технический результат направлен на обеспечение более эффективной очистки ОГ от сажевых частиц, снижение расхода топлива и потерь мощности на различных режимах работы дизеля, увеличение срока службы фильтра и его ресурса до очередного обслуживания.

Технический результат достигается тем, что двухступенчатый сажевый фильтр отработавших газов дизеля, содержащий корпус ротационной камеры с входным и выходным патрубками, завихритель, сажесборник с дожигающим устройством и дополнительный фильтрующий элемент, причем корпус ротационной камеры имеет двойные стенки, в полость между которыми вложен слой теплоизолятора, при этом сажесборник с дожигающим устройством заключен в стакан, имеющий возможность продольного перемещения внутри цилиндра по направляющим, за сажесборником с дожигающим устройством внутри цилиндра расположен управляющий возвратный механизм, состоящий из пружины и штока, а дополнительный фильтрующий элемент расположен в полости между цилиндром и корпусом фильтра и снабжен электронагревателем.

Отличительными признаками от прототипа является то, что сажесборник с дожигающим устройством заключен в стакан, имеющий возможность продольного перемещения внутри цилиндра по направляющим, за сажесборником с дожигающим устройством внутри цилиндра расположен управляющий возвратный механизм, состоящий из пружины и штока, а дополнительный фильтрующий элемент расположен в полости между цилиндром и корпусом фильтра и снабжен электронагревателем.

Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез двухступенчатого сажевого фильтра и его работа при включенной первой ступени очистки; фиг.2 - продольный разрез и работа фильтра при включенных двух ступенях очистки; фиг.3 и 4 - поперечные разрезы А-А и В-В.

Сажевый фильтр состоит из корпуса ротационной камеры 1 с входным патрубком 17 и диффузором 18, а также выходным патрубком 19 и конфузором 20, внутри которой в ее цилиндрической части расположен завихритель 2, выполненный в виде крыльчатки. В ротационной камере 1 расположен сажесборник 3, выполненный из легированной стали и «путанки» из тонкой металлической проволоки, с размещенным внутри него каталитическим дожигающим устройством 4. Каталитическое дожигающее устройство 4 представляет собой металлический цилиндр 5, внутри которого выполнены сквозные продольные каналы 6. На поверхности каналов 6 нанесен каталитический керамический слой на основе оксида алюминия гамма-модификации с добавлением оксидов Cu, Cr, Ni, Co и оксидов редкоземельных металлов. Между завихрителем 2 и сажесборником 3 имеется цилиндрическая сепарирующая полость 7. Сажесборник 3 с каталитическим дожигающим устройством 4 заключен в цилиндрический стакан 15 (фиг.4), имеющий возможность продольного перемещения внутри цилиндра 8 по выполненным на его внутренней поверхности четырем направляющим 23. Для перемещения по направляющим 23, стакан 15 сажесборника 3 имеет соответственно четыре продольных паза. За сажесборником 3 с каталитическим дожигающим устройством 4 внутри цилиндра 8 расположен управляющий возвратный механизм, состоящий из пружины 10, упорной металлической пластины 9 с отверстием для направляющего штока 11 (фиг.1, 3). В полости между цилиндром 8 и корпусом фильтра 1 коаксиально расположен неподвижный дополнительный фильтрующий элемент 12, который фиксируется в полости 13 упорными пластинами 14 (фиг.1, 4). Дополнительный фильтрующий элемент 12 выполнен из керамической «путанки», в которой размещен электронагреватель 22, в виде нихромовой (электрической) спирали, работающий от электрической сети автомобиля. Включение электронагревателя 22 обеспечивается блоком управления 24 по сигналу датчика давления 21. Кроме того, корпус ротационной камеры 1 имеет двойные стенки со слоем теплоизолятора 16 из минеральной ваты (керамических волокон).

Фильтр работает следующим образом. Отработавшие газы, включающие твердые частицы, поступают в ротационную камеру 1 через входной патрубок 17 и, проходя через крыльчатку 2, закручиваются. В цилиндрической сепарирующей полости 7 твердые частицы разделяются по массе. Более тяжелые (крупные) частицы поступают в периферийную область полости 7, а затем улавливаются сажесборником 3. Более мелкие частицы поступают в каталитическое дожигающее устройство 4, расположенное в приосевой части ротационной камеры 1. Там они проходят через сквозные продольные каналы 6 и контактируют с каталитическим керамическим слоем. При этом происходит окисление частиц сажи до монооксида углерода, что обеспечивается с одной стороны химическим и фазовым составом каталитического слоя, а с другой стороны протяженностью каналов 6. Очищенные от твердых частиц газы выходят через выходной патрубок 19 (фиг.1).

При работе двигателя на режимах средних нагрузок, то есть при увеличении расхода ОГ, их давление в полости 7 возрастает и начинает преодолевать усилие пружины 10 управляющего возвратного механизма, при этом стакан 15 сажесборника 3 перемещается внутри цилиндра 8, открывая доступ к дополнительному фильтрующему элементу 12. При этом ОГ делятся на два параллельных потока, одна часть которых очищается в подвижном сажесборнике 3 с каталитическим дожигающим устройством 4, а другая часть газов, где преобладают более крупные сажевые частицы закрученные завихрителем 2 поступает в полость 13, а затем, очищаясь в дополнительном фильтре 12, проходит в выходной патрубок 19 (фиг.2).

При работе двигателя на режимах полных нагрузок расход газов увеличивается, давление в полости 7 возрастает, и стакан 15 сажесборника 3 перемещается еще больше, увеличивая доступ к дополнительному фильтру 12.

При превышении давления ОГ в полости 7, до критического значения, характеризующего степень засорения фильтрующих элементов, срабатывает датчик 21 и блок управления 24 включает электронагревательный элемент 22, который обеспечивает прогрев дополнительного фильтра 12 до температуры 550-600°С, необходимой для выгорания сажи, что способствует частичной регенерации дополнительного фильтра 12, а также сажесборника 3 с каталитическим дожигающим устройством. Наличие двойных стенок у ротационной камеры сгорания позволяет значительно снизить потери тепла в окружающую среду.

Таким образом, данная конструкция двухступенчатого сажевого фильтра позволяет увеличивать площадь его проходного сечения при повышенном расходе и давлении ОГ на средних и полных нагрузках двигателя, что позволяет минимизировать суммарное гидравлическое сопротивление фильтра и производить качественную очистку ОГ на всех режимах работы дизеля при минимальных потерях мощности и расходе топлива, а также способствует продлению срока службы фильтра и снижению трудоемкости обслуживания.