воздухоочиститель для двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий цилиндрический корпус с пылесборным бункером, радиальный впускной и осевой выпускной патрубки, фильтрующий элемент цилиндрической формы с наружной и внутренней перфорированными обечайками и верхний и нижней торцевыми крышками, размещенный внутри корпуса концентрично с ним, отражатль, установленный в корпусе за впускным патрубком, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса очистки, он снабжен дополнительным фильтрующим элементом, выполненным в виде рукава, установленным на наружной обечайке и уплотненным по верхней торцевой крышке, причем со стороны пылесборного бункера между краем дополнительного фильтрующего элемента и нижней торцевой крышкой образована кольцевая щель.

2. Воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что суммарная площадь отверстий части наружной перфорированной обечайки, соответствующей кольцевой щели, равна площади проходного сечения впускного патрубка.

3. Воздухоочиститель по п.1, отличающийся тем, что рукав выполнен из эластичного материала и заужен с одной стороны.

4. Воздухоочиститель по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что в качестве эластичного материала рукава использовано нетканое искусственное волокно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к двигателестроению, в частности к воздухоочистителям для двигателей внутреннего сгорания.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является двухступенчатый воздухоочиститель, содержащий цилиндрический корпус с пылесборным бункером, радиальный впускной и осевой выпускной патрубки. В корпусе концентрично установлен фильтрующий элемент, снабженный картонной фильтрующей перегородкой, выполненной в виде многолучевой звезды, расположенной между внутренней и наружной перфорированными обечайками и по торцам уплотненной крышками. В корпусе за впускным патрубком установлен отражатель, обеспечивающий винтовое движение потока воздуха в кольцевом зазоре между корпусом и фильтрующим элементом. За счет этого происходит предварительная очистка воздуха от примесей и накапливание их в бункере. Окончательная очистка воздуха происходит при прохождении через картонную фильтрующую перегородку.

Недостатком известного решения является низкая эффективность предварительной центробежной ступени. Особенно плохо удаляются из потока мелкие частицы пыли, сажа, пары топлива и масла, которые особенно быстро засоряют картонную фильтрующую перегородку, т.к. не образуют рыхлую структуру, а создают плотный воздухонепроницаемый слой. Так, при работе на стандартной пыли с S_уд = 5600 г/см² пылеемкость картона составляет 0,05 г/см² поверхности, а при наличии сажи, отработавших газов, паров топлива и масла пылеемкость составляет 0,01-0,008 г/см² или снижается более чем в пять раз.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки.

Поставленная цель достигается тем, что воздухоочиститель снабжен дополнительным фильтрующим элементом, выполненным в виде рукава, установленным на наружной перфорированной обечайке и со стороны отводящего патрубка уплотненным на торцевой крышке, а со стороны бункера между нижним краем дополнительного элемента и торцевой крышкой образована кольцевая щель.

Эффективная площадь кольцевой щели, образованной между торцевой крышкой и нижней кромкой дополнительного фильтрующего элемента, равна площади подводящего патрубка воздухоочистителя.

Дополнительный фильтрующий элемент выполнен в виде рукава из нетканого искусственного волокна, с одной стороны диаметр которого уменьшен за счет стежков или эластичности, а высота меньше высоты основного фильтроэлемента.

Новым в заявляемом техническом решении является следующее:

воздухоочиститель снабжен дополнительным фильтрующим элементом, выполненным в виде рукава, установленного на наружной обечайке;

с верхней стороны дополнительный фильтрующий элемент уплотнен на торцевой крышке;

со стороны пылесборного бункера между нижним краем дополнительного фильтроэлемента и торцевой крышкой образована кольцевая щель;

эффективная площадь кольцевой щели равна площади подводящего патрубка воздухоочистителя;

дополнительный фильтрующий элемент выполнен в виде рукава из нетканого искусственного волокна, с одной стороны диаметр которого уменьшен за счет стежков или эластичности, а высота меньше высоты основного фильтроэлемента.

В известных решениях выполнения воздухоочистителей признаков, сходных с новыми признаками в заявляемом решении, не обнаружено, поэтому они являются существенными отличиями.

Перечисленные отличия позволяют повысить эффективность работы воздухоочистителя за счет повышения степени очистки предварительной центробежной ступенью, что увеличивает срок службы картонного фильтрующего элемента, а также за счет удаления на дополнительный фильтрующий элемент примесей, особенно сажи, паров топлива и масла, которые быстро засоряют основной фильтроэлемент, что позволяет увеличить его срок службы и повысить степень очистки воздуха, поступающего в цилиндры двигателя.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема воздухоочистителя; на фиг.2 - воздухоочиститель, общий вид; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.

Воздухоочиститель состоит из цилиндрического корпуса 1, крышки 2, основного картонного 3 и дополнительного 4 фильтрующих элементов.

Корпус 1 содержит радиальный впускной 5 и осевой выпускной 6 патрубки. Напротив впускного патрубка 5 установлен отражатель 7, выполненный в виде пластинки 8 с направляющей наклонной полкой 9 с кромкой 10 и образующий с корпусом 1 и его днищем 11 полость 12, ограниченную полкой 9 с двух сторон и открытую со стороны кромки 10. Полка 9 снабжена радиальной стенкой 13.

Внизу к корпусу 1 прикреплена защелками (не показаны) крышка 2, уплотненная прокладкой 14. Внутри крышки 2 имеется перегородка 15, в которой выполнена приемная щель 16. Перегородка 15 образует со стенками крышки 2 пылесборный бункер 17.

Внутри корпуса 1 концентрично закреплен цилиндрический основной фильтрующий элемент 3. Элемент 3 состоит из фильтрующей шторы 18, выполненной в виде многолучевой звезды из высокопористого картона, размещенной между внутренней 19 и наружной 20 перфорированными обечайками. По торцам к фильтрующей шторе 18 герметично прикреплены нижняя 21 и верхняя 22 торцевые крышки. Нижняя крышка 21 выполнена "глухой" и служит для крепления фильтрующего элемента 3 в корпусе 1 воздухоочистителя через уплотнительное резиновое кольцо 23. За счет такого выполнения крышек 21 и 22 фильтрующий элемент 3 может быть установлен в корпусе однозначно. Между лучами 24 фильтрующей шторы 18 и наружной обечайкой 20 образованы межлучевые каналы 25.

На наружную обечайку 20 основного фильтрующего элемента 3 установлен дополнительный фильтрующий элемент 4, выполненный из нетканого синтетического материала в виде рукава. При этом верхняя часть рукава заужена (за счет, например, стежков, эластичности) и его поверхность 26 располагается на верхней торцевой крышке 22, а высота дополнительного элемента меньше высоты основного фильтрующего элемента и его нижняя кромка 27 образует между нижней торцевой крышкой 21 кольцевую щель Б.

Между дополнительным элементом 4 и корпусом 1 образован кольцевой зазор 28.

Воздухоочиститель работает следующим образом.

При работе двигателя за счет разрежения, создаваемого в цилиндрах, запыленный воздух засасывается в воздухоочиститель через впускной патрубок 5, поступает в полость 12 отражателя 7, где изменяет направление движения, и, войдя со стороны открытой кромки 10, поступает в кольцевой зазор 28 и движется по касательной вокруг дополнительного фильтрующего элемента 4. Под действием центробежных сил частицы загрязнений с большей плотностью, чем воздух, перемещаются от центра к стенке корпуса 1. Легкие частицы пыли, сажа, пары топлива и масла, растительные примеси не отбрасываются центробежной силой, а с частью потока воздуха поступают на дополнительный фильтрующий элемент 4, в связи с тем, что последний выполнен из нетканого искусственного фильтровального полотна и является объемным очистителем, он хорошо удаляет такие частицы из потока, не образуя плотного слоя и препятствуя попаданию на картонную фильтрующую штору 18. Штора 18 является поверхностным очистителем и указанные частицы образуют плотный воздухонепроницаемый слой, вынуждая часто заменять элемент.

Одновременно за счет того, что между нижней кромкой 27 дополнительного фильтрующего элемента 4 и нижней торцовой крышкой 21 основного фильтрующего элемента 3 образована кольцевая щель Б для прохода воздуха, поток воздуха, двигаясь по пути наименьшего сопротивления, отклоняется в сторону перегородки 15 и, вращаясь по винтовой, достигает приемной щели 16, через которую пыль, отброшенная к стенке корпуса 1, собирается в бункер 17, очищаемый при техническом обслуживании фильтра.

Предварительно очищенный от мелкой пыли, сажи, паров топлива и масла (на дополнительном фильтрующем элементе) и от грубых частиц (предварительной центробежной ступенью очистки воздух поступает на картонный фильтрующий элемент, где происходит его окончательная очистка. Изменяя размеры щели Б для прохода воздуха, с одной стороны, можно изменять соотношение воздуха, проходящего к картонной шторе 18, минуя дополнительный фильтрующий элемент 4, а с другой, влиять на характер винтового движения воздушного потока в кольцевом зазоре 28. Щель Б играет роль регулируемого дросселя.

Оптимальными являются такие размеры щели Б, когда суммарная площадь открытых отверстий в наружной перфорированной обечайке 20 (эффективная площадь щели) равна площади патрубка 5.

В этом случае введение дополнительного фильтрующего элемента 4 не увеличивает общее гидравлическое сопротивление воздухоочистителя, а поток воздуха в кольцевом зазоре 28 отклоняется в сторону приемной щели 16 и, совершив один оборот вокруг, опускается вниз по отношению к патрубку 5, а затем, не ударяясь в радиальную стенку 13 отражателя 7, плавно скользит по наклонной полке 9 и второй виток не накладывается (не перемешивается) на первый, как и каждый последующий, поэтому поток воздуха в кольцевом зазоре 28 приобретает спокойный, невозмущенный характер, что способствует улучшению очистки воздуха от примесей.

Часть воздуха с минимального радиуса вращающего потока с частицами липкой пыли, сажи проходит через дополнительный фильтрующий элемент. Основной поток проходит через щель Б и поступает к шторе 18. При засорении нижней части шторы 18 по каналам 25, образованным лучами 24, поток воздуха распределяется по всей высоте фильтрующего элемента, вырабатывая весь ресурс.

При увеличении высоты щели Б, когда эффективная площадь становится больше площади подводящего патрубка, шаг винтового потока будет приближаться к кольцевому в зазоре 28, что приведет к его ударению в радиальную стенку 13 отражателя 7 и накладыванию соседних витков друг на друга. Все это ухудшает выделение частиц из потока и они попадают на дополнительный 4 и основной 3 фильтрующие элементы.

Увеличение щели приводит также к уменьшению поверхности дополнительного фильтрующего элемента 4 и к его быстрому засорению, тогда весь поток воздуха поступает на картонную штору 18, быстро ее забивая.

Уменьшение щели Б приводит к увеличению расхода воздуха через дополнительный элемент 4, что увеличивает сопротивление потоку воздуха, снижает продолжительность работы воздухоочистителя до предельного сопротивления, т. е. его рост в этом случае определяется засорением дополнительного элемента 4. Характер движения потока воздуха в зазоре 28 при этом изменяется в сторону неоптимального шага.

Таким образом, использование данного воздухоочистителя позволяет повысить степень очистки, снизить энергетические затраты на процесс очистки и увеличить продолжительность работы между обслуживаниями.

Экономический эффект от внедрения будет образовываться за счет снижения расхода топлива двигателя, увеличения срока службы фильтроэлементов и снижения износа деталей двигателя.