RU56965U1

RU56965U1 - DEVICE FOR CLEANING EXHAUST GASES AND REDUCING THE NOISE LEVEL OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: RU56965U1
Application number: RU2005139351/22U
Authority: RU
Inventors: Иван Борисович Тришкин; Николай Петрович Стражев
Original assignee: ФГОУ ВПО Рязанская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. П.А. Костычева
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2006-09-27

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использовано в выпускной системе, преимущественно дизельного двигателя, для снижения дымности выхлопа и уровня шума. Устройство содержит впускной 1 и выпускной 6 каналы, подключеные к источнику высоковольтного питания 18 коронирующий 13 и некоронирующий 14 электроды, причем некоронирующий электрод выполнен в форме цилиндра, внутри которого соосно расположен коронирующий электрод в виде стержня. За впускным каналом, по ходу движения отработавших газов, установлен диск 15 с продувочными отверстиями, который крепится к диэлектрическому стакану 12 с помощью четырех соединительных штанг 16, имеющих по одной наклонной лопатке на каждой. В зоне выпускного канала 6, в бункере 5, располагается сажесборник 9, выполненный в форме цилиндра с центральной перегородкой с отверстиями 10, при этом сажесборник изолирован от корпуса устройства диэлектрическим стаканом 12 и через диэлектрическую втулку 11 подключен к источнику высоковольтного питания 18. При прохождении выхлопных газов внутри устройства, в зоне расположения коронирующего электрода, происходит процесс электрической зарядки частиц сажи, присутствующих в выхлопе дизельного двигателя. В процессе движения, ионизированные отработавшие газы поступают в бункер, где заряженные частицы сажи за счет действия электрических сил осаждаются на сажесборнике, а очищенные газы двигателя через выпускной канал выходят в атмосферу. Предлагаемое устройство позволяет повысить степень очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от выбросов сажи по сравнению с ближайшими аналогами и заметно снизить уровень шума его работы.The utility model relates to the field of engineering and can be used in the exhaust system, mainly a diesel engine, to reduce exhaust smoke and noise. The device contains inlet 1 and outlet 6 channels connected to a source of high-voltage power 18 corona 13 and non-corona 14 electrodes, and the non-corona electrode is made in the form of a cylinder, inside of which the corona electrode in the form of a rod. Behind the inlet channel, in the direction of the exhaust gas movement, a disk 15 with purge holes is installed, which is attached to the dielectric cup 12 using four connecting rods 16 having one inclined blade on each. In the zone of the exhaust channel 6, in the hopper 5, there is a carbon black 9 made in the form of a cylinder with a central partition with holes 10, while the carbon black is isolated from the device’s body by a dielectric cup 12 and is connected to a high-voltage power supply 18 through a dielectric sleeve 11. gases inside the device, in the area of the location of the corona electrode, there is a process of electric charging of soot particles present in the exhaust of a diesel engine. During the movement, ionized exhaust gases enter the hopper, where charged soot particles are deposited on the soot collector due to the action of electric forces, and the cleaned engine gases exit into the atmosphere through the exhaust channel. The proposed device allows to increase the degree of purification of exhaust gases of the internal combustion engine from soot emissions in comparison with the closest analogues and significantly reduce the noise level of its operation.

Description

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.The utility model relates to the field of mechanical engineering, namely, to exhaust gas purification systems of an internal combustion engine and can be used in the exhaust system, mainly a diesel engine, to reduce exhaust smoke and noise level.

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)A device for cleaning soot from exhaust gases and reducing the noise of diesel engines, consisting of an electric centrifugal filter containing a precipitation chamber with a corona electrode located in it, an input channel containing ionizing electrodes, an output channel and a soot particle collection hopper. (one)

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.The disadvantage of this design is the high speed of the exhaust gases passing through the electrodes of the ionizer, which significantly reduces the number of charged soot particles. The use of an electric centrifugal filter in the design, which forms the cyclone precipitation chamber, will not contribute to the efficient deposition of soot on the chamber walls, since the main fraction of diesel exhaust particles is less than 5 microns in size and very small mass, which is the main criterion for the effective operation of cyclones. The presence of a tapering section at the outlet of the cyclone and the absence of electric potential at the particle collection hopper leads to the entrainment of a significant part of the soot into the atmosphere with an exhaust gas stream.

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 A known design of an electric filter for cleaning exhaust gases of an internal combustion engine, adopted as a prototype of the proposed device, containing inlet and outlet channels, a filtered surface made of metal mesh, consisting

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)of two cylinders on which the corona electrodes are installed. Below the level of these electrodes is a third of the corona electrodes. Soot collector consists of two cylinders in the gap between which a precipitation electrode is installed. The non-corona electrode is made in the form of a metal ring and is installed in the space between the ends of all the corona electrodes at the same distance from them. The corona and non-corona electrodes, as well as the carbon black collecting electrode, are connected to a high voltage power source. (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.The main disadvantage of this design is that the soot collector is located in the zone of the inlet channel, where there is a high flow rate of exhaust gases, while most of the charged particles of soot will be carried away into the atmosphere. The disadvantage is the lack of structural elements that reduce the possibility of contamination of the surface of the corona electrodes from soot particles and other deposits, which can lead to a violation of the combustion mode of the corona discharge, and therefore to a decrease in the degree of purification of engine exhaust gases.

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.The problem to which the utility model and the technical result of its use is directed is to increase the degree of purification of the exhaust gases of the internal combustion engine from soot emissions while reducing the noise level of its operation.

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 The specified technical result is achieved by the fact that in the device for cleaning exhaust gases from soot and reducing the noise level of the internal combustion engine containing inlet and outlet channels, corona and non-corona electrodes and carbon black, connected to a high-voltage power supply, the non-corona electrode is made in the form of a cylinder, inside of which coaxially located the corona electrode in the form of a rod and inclined vanes mounted on rods, at the front ends of which, behind the inlet channel in the direction of travel Exhaust gases with purge fixed disk apertures. In this case, the carbon black

расположен в зоне выпускного канала отработавших газов и выполнен в виде цилиндра с внутренней поперечной перегородкой с отверстиями.located in the area of the exhaust exhaust channel and is made in the form of a cylinder with an internal transverse partition with holes.

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.The utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of a device for purifying exhaust gases from soot and reducing the noise level of an internal combustion engine, and Fig. 2 is a section A-A.

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.The device consists of a closed steel casing 2, welded into a standard muffler pipe 1 of the engine and forming two zones 3 and 4. The zone of ion processing 3 of the exhaust gases contains a disk 15 located behind the inlet channel 1 in the direction of the exhaust gas, having four purge openings. Coaxial to the disk 15 is a non-corona electrode 14, made in the form of a cylinder and insulated from the housing by dielectric bushings 11. The corona electrode 13 in the form of a metal rod is mounted coaxially with the non-corona electrode 14, and is isolated from the device case by a dielectric cup 12. The disk 15 is made equal in diameter to the dielectric glass 12 and is attached to it using four connecting rods 16 having one inclined blade 17 on each.

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.The soot deposition zone 4 contains a rectangular hopper 5, which is closed by a cover 8 through a gasket 7. Inside the hopper there is a carbon black 9, which is mounted on a dielectric cup 12 and made in the form of a cylinder with a central partition in which there are four holes 10. The carbon black through a dielectric bushing 11, together with the electrodes 13 and 14, it is connected to a high-voltage power supply 18. At the bottom of the hopper 5 there is an exhaust channel 6, through which the exhaust gases of the engine cleaned from soot go to the atmosphere.

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 To increase the residence time of gases in the combustion zone of the corona discharge, in order to increase the number of charged soot particles, the connecting rods fixing the disk to the dielectric cup are installed

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.inclined blades, and the end face of the dielectric glass is made with a diameter equal to the diameter of the disk. In order to better mix the exhaust gases and reduce the gas-dynamic resistance of the engine exhaust, the inclined vanes are located in different planes relative to each other and are installed at different distances from the disk. To capture soot particles in the design of the device there is a hopper forming a deposition zone. Inside the hopper there is a soot collector made in the form of a cylinder with a central partition in which there are four holes. This achieves a large area of deposition of soot particles with a slight gas-dynamic resistance to engine exhaust. To increase the degree of purification of the device, by reducing the speed of gases in the deposition zone, the hopper is made larger in comparison with the volume of the zone of ion processing of exhaust gases. In order to ensure uninterrupted combustion of the corona discharge, and, therefore, the stability of the entire device, four purge openings are made in the disk, upon exiting from them, the exhaust gas stream creates an increased pressure region in the area where the corona electrode is located, thereby reducing the likelihood of contamination with soot and other deposits. The presence in the design of the device of a disk, a dielectric cup, inclined blades and a hopper containing an exhaust channel that is perpendicular to the movement of the main exhaust stream causes a repeated change in the direction of movement of the latter and reduces the rate of their outflow into the atmosphere, and, therefore, significantly reduces the noise of the engine .

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 The device operates as follows. The exhaust gases through the inlet channel 1 enter the ion processing zone 3. Due to the fact that the disk 15 is located behind the inlet channel, there is a noticeable decrease in the speed of exhaust gases, which is a necessary condition for the efficient process of electric charging of soot particles. When a high voltage is applied to the corona electrode 13, a corona discharge is ignited between it and the non-corona electrode 14, as a result of which

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.the interelectrode gap will be filled mainly with negatively charged gas ions. Engine exhaust gases are ionized in the field of the negative corona, i.e. soot particles acquire a negative charge (due to the adsorption of negative ions on them). This is due to the fact that the mobility of negative ions is higher than positive. The presence of the disk 15 and the inclined blades 17 contributes to the swirl of the exhaust gases entering the jet zone, reduces the translational speed of their movement and, accordingly, increases their time in the corona discharge zone. In addition, neutral atoms and molecules of the exhaust gases are excited, i.e. the formation of additional active centers that increase the number of charged soot particles, and, consequently, the degree of purification of the device increases.

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.The soot particles flow into the deposition zone 4, where there is a further decrease in flow rate due to an increase in the volume of the hopper 5. Considering that the soot collector 9 is located in the outlet channel area and is connected to the positive pole of the high-voltage power source 18, soot particles will be deposited on it , and the cleaned exhaust gases of the engine enter the atmosphere through the exhaust channel 6. As soot accumulates on the surface of the carbon black, it is necessary to clean it. For this, a removable cover 8 of the hopper 5 is provided in the design, with the help of which the disk 15 together with the rods 14 and the dielectric glass 12, with the soot collector 9 mounted on it, are taken out and cleaned of soot and other deposits. During the movement of the flow of exhaust gases, inside the device there is a repeated change in the direction of movement of the latter, which significantly reduces the rate of their outflow into the atmosphere and reduces the noise level of the engine.

Разработанная конструкция устройства позволяет увеличить степень очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания от выбросов The developed device design allows to increase the degree of purification of exhaust gases of an internal combustion engine from emissions

сажи по сравнению с ближайшими аналогами и понизить уровень шума его работы.soot compared to its closest counterparts and lower the noise level of its operation.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Р.Ф. №2105164 кл. F 01 N 3/02, 1998 г.1. Patent R.F. No. 2105164 class F 01 N 3/02, 1998

2. Авторское свидетельство СССР №1714169 А1 кл. F 01 N 3/08, 1992 г.2. Copyright certificate of the USSR No. 1714169 A1 class. F 01 N 3/08, 1992

Claims

1. A device for cleaning exhaust gases from soot and reducing the noise level of an internal combustion engine, comprising inlet and outlet channels, corona and non-corona electrodes and a carbon black connected to a high-voltage power source, characterized in that the non-corona electrode is made in the form of a cylinder, inside of which it is coaxially located a corona electrode in the form of a rod and inclined vanes mounted on rods, at the front ends of which, for the inlet channel in the direction of exhaust gas flow, is fixed for ck with purge holes.

2. The device according to claim 1, characterized in that the carbon black is located in the area of the exhaust exhaust channel and is made in the form of a cylinder with an internal transverse partition with holes.