MD1572Z

MD1572Z - Device for recirculation and cleaning of exhaust gases from solid fractions and toxic gases of internal combustion engine

Info

Publication number: MD1572Z
Application number: MDS20190088A
Authority: MD
Inventors: Олег ПЕТРОВ
Original assignee: Технический университет Молдовы
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2022-05-31
Also published as: MDS20190088U2; MD1572Y

Abstract

The invention relates to exhaust systems used in motor vehicles, in particular to devices for recirculation and cleaning of exhaust gases from solid fractions and toxic gases of internal combustion engine.The device, according to the invention, comprises a chamber (4), the inlet of which is connected to an exhaust manifold of the internal combustion engine, and the outlet - to the inlet of a filter element (1), connected to an intake manifold of the internal combustion engine. The chamber (4) is equipped with nozzles directed tangentially to the inner wall of an energy separation chamber (8) of a vortex tube (2), formed of a metal corona-forming electrode (7), made in the form of a spiral, and a metal pulse electrode (9), attached to the end a conductive rod (6) covered with an insulating layer, which communicates with a conical valve (5) driven by a coil (11) and placed at the hot end of the vortex tube (2), on which is installed a chamber, connected to a muffler. The conductive rod (6) is connected to a high-voltage pulse current converter (10), connected to a storage battery, to which the coil (11) is also connected by means of a control unit (12) of the internal combustion engine. The filter element (1) is equipped with electric heating elements (13), connected via a relay (14) to the storage battery.

Description

Invenţia se referă la sisteme de evacuare, utilizate în autovehicule, şi anume la dispozitive pentru recircularea şi epurarea gazelor de eşapament de fracţii solide şi gaze toxice ale motorului cu ardere internă. În special, prezenta invenţie se referă la sisteme de recuperare şi evacuare a gazelor de eşapament, care se răcesc şi apoi o parte din ele sunt recirculate înapoi către motorul cu ardere internă pentru a reduce emisiile de oxid de azot. Mai precis, prezenta invenţie se referă la sisteme de evacuare, care îndepărtează particulele şi, cel mai important, nanoparticulele şi gazele toxice din gazele de eşapament pentru a reduce poluarea mediului înconjurător. Invenţia poate fi utilizată pentru fabricarea motoarelor cu ardere internă noi, precum şi pentru modernizarea motoarelor cu ardere internă aflate în exploatare. The invention relates to exhaust systems used in motor vehicles, namely to devices for recirculating and purifying exhaust gases from solid fractions and toxic gases of the internal combustion engine. In particular, the present invention relates to exhaust gas recovery and exhaust systems, which are cooled and then a part of them is recirculated back to the internal combustion engine to reduce nitrogen oxide emissions. More specifically, the present invention relates to exhaust systems, which remove particles and, most importantly, nanoparticles and toxic gases from exhaust gases to reduce environmental pollution. The invention can be used for the manufacture of new internal combustion engines, as well as for the modernization of internal combustion engines in operation.

Este cunoscut un dispozitiv de neutralizare a gazelor de eşapament pentru motorul cu ardere internă, care conţine un corp cilindric cu turbion de evacuare şi un arzător de evacuare. Pentru a reduce toxicitatea gazelor de evacuare şi pentru a spori eficienţa motorului cu ardere internă, turbionul este executat în formă de melc pentru răsucirea fluxului de gaze, şi este format din două virole cilindrice, amplasate concentric de-a lungul axei sale, unde virola interioară serveşte pentru direcţionarea aerului atmosferic care pătrunde prin orificiile laterale de la capătul ei, iar virola exterioară este dotată cu o îngustare sub un unghi de 45° la ieşire pentru creşterea debitului de gaze şi amestecul lor cu aerul [1]. An exhaust gas neutralization device for an internal combustion engine is known, which comprises a cylindrical body with an exhaust swirler and an exhaust burner. In order to reduce the toxicity of the exhaust gases and to increase the efficiency of the internal combustion engine, the swirler is made in the shape of a snail to twist the gas flow, and is formed by two cylindrical ferrules, concentrically located along its axis, where the inner ferrule serves to direct the atmospheric air entering through the side holes at its end, and the outer ferrule is equipped with a narrowing at an angle of 45° at the outlet to increase the gas flow rate and their mixing with air [1].

Dezavantajele dispozitivului cunoscut constau în lipsa modalităţii de neutralizare a gazelor toxice ce conţin: aldehide, monoxid de carbon şi hidrocarburi, întrucât temperatura flăcării este mai mică de 550° C. În plus, incapacitatea de utilizare a aprinderii în spaţii închise necesită consum de combustibil suplimentar. De asemenea, creşterea volumului gazelor de eşapament ale motorului cu ardere internă măreşte costul oxidantului. The disadvantages of the known device are the lack of a way to neutralize toxic gases containing: aldehydes, carbon monoxide and hydrocarbons, since the flame temperature is less than 550° C. In addition, the inability to use ignition in closed spaces requires additional fuel consumption. Also, the increase in the volume of exhaust gases of the internal combustion engine increases the cost of the oxidizer.

Mai este cunoscut un dispozitiv de răcire a gazului de recirculare pentru vehicul, care constă dintr-o carcasă, în care sunt amplasate mai multe conducte. Conductele de admisie şi de evacuare a apei sunt amplasate pe partea exterioară a carcasei, totodată un convertor catalitic este amplasat la capetele de intrare a conductelor pentru gazele de eşapament [2]. There is also known a recirculation gas cooling device for a vehicle, which consists of a housing, in which several pipes are located. The water inlet and outlet pipes are located on the outside of the housing, while a catalytic converter is located at the inlet ends of the exhaust gas pipes [2].

Dezavantajele dispozitivului cunoscut constau în greutatea şi dimensiunea mare a dispozitivului, iar complexitatea de funcţionare reduce fiabilitatea motorului cu ardere internă, deoarece fracţiile lichide şi solide ale gazelor de eşapament afectează schimbătorul de căldură, totodată suprafeţele interioare necesită de a fi curăţite periodic de funingine. The disadvantages of the known device consist in the weight and large size of the device, and the complexity of operation reduces the reliability of the internal combustion engine, since the liquid and solid fractions of the exhaust gases affect the heat exchanger, while the internal surfaces need to be periodically cleaned of soot.

De asemenea este cunoscut un sistem de recirculare a gazelor de eşapament pentru un motor cu ardere internă, care constă dintr-o conductă de derivaţie cu un element de închidere reglabil. Intrarea conductei de derivaţie comunică cu conducta de evacuare a gazelor de eşapament al motorului cu ardere internă, iar ieşirea ei comunică cu conducta de admisie a motorului cu ardere internă. Conducta de derivaţie este detaşabilă, fixată prin piuliţe de unire, iar conducta de evacuare, amplasată de-a lungul fluxului de gaze de eşapament, este dotată cu o ţeavă de căldură despărţitoare, dispusă secvenţial la răcire cu aer sau lichid printr-un separator pentru îndepărtarea umidităţii, ultimul fiind amplasat în faţa unui element de blocare reglabil [3]. Also known is an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine, which consists of a bypass pipe with an adjustable closing element. The inlet of the bypass pipe communicates with the exhaust gas discharge pipe of the internal combustion engine, and its outlet communicates with the intake pipe of the internal combustion engine. The bypass pipe is removable, fixed by union nuts, and the exhaust pipe, located along the exhaust gas flow, is equipped with a separating heat pipe, sequentially arranged for air or liquid cooling through a separator for removing moisture, the latter being located in front of an adjustable blocking element [3].

Dezavantajele sistemului cunoscut constau în lipsa posibilităţii de purificare a gazelor de eşapament de fracţii lichide şi solide, în special, de particulele de funingine şi benzopirină, formate în timpul funcţionării motorului cu ardere internă. La recircularea gazelor de eşapament către motorul cu ardere internă, particulele de funingine de fracţie mare influenţează negativ asupra elementelor constitutive ale grupului cilindru-piston al motorului cu ardere internă. În plus, fracţiile lichide şi solide ale gazelor de eşapament se depozitează pe supapa sistemului, ceea ce conduce la funcţionarea nesigură a acestei supape. De asemenea, sistemul nu asigură răcirea gazelor de eşapament, care recirculă în camera de ardere a motorului cu ardere internă. The disadvantages of the known system are the lack of the possibility of purifying exhaust gases from liquid and solid fractions, in particular, from soot and benzopyrene particles formed during the operation of the internal combustion engine. When recirculating exhaust gases to the internal combustion engine, large-fraction soot particles negatively affect the constituent elements of the cylinder-piston group of the internal combustion engine. In addition, liquid and solid fractions of exhaust gases are deposited on the valve of the system, which leads to the unreliable operation of this valve. Also, the system does not provide cooling of exhaust gases, which are recirculated into the combustion chamber of the internal combustion engine.

Mai este cunoscut un sistem de recirculare cu tub vortex a gazelor de eşapament cu amortizor de zgomot, care constă dintr-un dispozitiv de admisie a aerului, conectat la un carburator. Sistemul conţine un amortizor, dotat cu un mecanism de filtrare, amplasat în interiorul camerei amortizorului, ce facilitează separarea gazelor de eşapament ale motorului din fluxul de gaze fierbinţi. Mecanismul de filtrare conţine un element filtrant, care filtrează particule solide şi alţi poluanţi. Gazul de eşapament al motorului este admis în jurul circumferinţei camerei de eşapament cilindrice, astfel încât gazul de eşapament se va roti în interiorul camerei, în care este amplasat un element conic pentru separarea şi direcţionarea fluxurilor de gaze. Fluxul de gaze reci este direcţionat către dispozitivul de admisie a aerului prin conducta de recirculare a gazelor, fixată la intrarea tobei de eşapament, astfel încât aerul răcit sub presiune este direcţionat către carburator pentru a îmbunătăţi performanţa şi eficienţa motorului. Fluxul de gaze fierbinţi filtrat este evacuat în mediul înconjurător prin ieşirea tobei de eşapament [4]. A vortex tube exhaust gas recirculation system with a muffler is also known, which consists of an air intake device connected to a carburetor. The system contains a muffler, equipped with a filter mechanism, located inside the muffler chamber, which facilitates the separation of engine exhaust gases from the hot gas flow. The filter mechanism contains a filter element, which filters solid particles and other pollutants. The engine exhaust gas is admitted around the circumference of the cylindrical exhaust chamber, so that the exhaust gas will rotate inside the chamber, in which a conical element is located for separating and directing the gas flows. The flow of cold gases is directed to the air intake device through the gas recirculation pipe, fixed to the inlet of the muffler, so that the cooled air under pressure is directed to the carburetor to improve engine performance and efficiency. The filtered hot gas flow is discharged into the environment through the exhaust muffler outlet [4].

Dezavantajele acestui sistem constau în următoarele. Experimentele practice au demonstrat că în tubul vortex acţionează o forţă centripetă, astfel particulele solide separate din gazul de eşapament pătrund în conducta de recirculare a gazelor, conectată la conducta de admisie a motorului cu ardere internă. Aceste particule solide afectează elementele constructive şi accelerează uzura unităţii cilindru-piston a motorului cu ardere internă. The disadvantages of this system are as follows. Practical experiments have shown that a centripetal force acts in the vortex tube, so that solid particles separated from the exhaust gas enter the gas recirculation pipe, connected to the intake pipe of the internal combustion engine. These solid particles damage the structural elements and accelerate the wear of the cylinder-piston unit of the internal combustion engine.

Cea mai apropiată soluţie tehnică este un dispozitiv de captare a particulelor solide ale gazelor de eşapament, direcţionate în conducta de recirculare, care conţine cel puţin un element parţial permeabil gol, care prin peretele său permeabil la gaz delimitează conducta de recirculare de conducta de evacuare a gazelor de eşapament. Astfel, dispozitivul dat blochează întoarcerea particulelor de carbon sau funingine către motorul cu ardere internă, evitând pătrunderea particulelor de fum negru din gazul de eşapament, care au un efect negativ asupra motorului cu ardere internă [5]. The closest technical solution is a device for capturing solid particles of exhaust gases, directed into the recirculation pipe, which contains at least one partially permeable hollow element, which by its gas-permeable wall delimits the recirculation pipe from the exhaust gas outlet pipe. Thus, this device blocks the return of carbon or soot particles to the internal combustion engine, avoiding the penetration of black smoke particles from the exhaust gas, which have a negative effect on the internal combustion engine [5].

Dezavantajele dispozitivului cunoscut constau în faptul că este posibilă purificarea de particule solide numai a gazelor de eşapament care pătrund în sistemul de recirculare, dar nu şi a gazelor de eşapament emise în atmosferă. Dispozitivul nu permite regenerarea elementului parţial permeabil. Înafara de aceasta, gazele din fluxul de recirculare nu se răcesc, iar fluxul de gaze de eşapament direcţionate la catalizatorul de oxidare din conducta de evacuare a motorului cu ardere internă, nu se încălzeşte. The disadvantages of the known device are that it is possible to purify solid particles only from exhaust gases entering the recirculation system, but not from exhaust gases emitted into the atmosphere. The device does not allow regeneration of the partially permeable element. In addition, the gases in the recirculation flow are not cooled, and the exhaust gas flow directed to the oxidation catalyst from the exhaust pipe of the internal combustion engine is not heated.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în: The problem that the invention solves is:

- purificarea fluxului de gaze de evacuare a motorului cu ardere internă de gaze toxice, aşa ca aldehide, dioxide de sulf, oxide de azot şi de fracţii lichide şi solide (funingine şi benzopirină), în special cu dimensiuni mai mici de 50 nm; - purification of the exhaust gas flow of the internal combustion engine from toxic gases, such as aldehydes, sulfur dioxide, nitrogen oxides and liquid and solid fractions (soot and benzopyrene), especially with dimensions smaller than 50 nm;

- arderea gazelor toxice şi fracţiilor solide (funingine şi benzopirină) cu dimensiuni mai mici de 50 nm în camera de ardere a motorului cu ardere internă; - combustion of toxic gases and solid fractions (soot and benzopyrene) with dimensions smaller than 50 nm in the combustion chamber of the internal combustion engine;

- capturarea unei fracţii solide (funingine şi benzopirină) de gaze de evacuare mai mari de 50 nm, folosind un element filtrant; - capture of a solid fraction (soot and benzopyrene) of exhaust gases larger than 50 nm, using a filter element;

- răcirea şi reglarea fluxului recirculat de gaze de evacuare, îndreptat către colectorul de admisie al motorului cu ardere internă; - cooling and regulating the recirculated exhaust gas flow directed to the intake manifold of the internal combustion engine;

- creşterea temperaturii gazelor de eşapament direcţionate către colectorul de admisie; - increase in the temperature of the exhaust gases directed to the intake manifold;

- regenerarea elementului filtrant printr-un flux invers de aer încălzit în colectorul de admisie al motorului cu ardere internă. - regeneration of the filter element by a reverse flow of heated air in the intake manifold of the internal combustion engine.

Dispozitivul pentru recircularea şi epurarea gazelor de eşapament de fracţii solide şi gaze toxice ale motorului cu ardere internă, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine o cameră, intrarea căreia este unită printr-o conductă de evacuare a gazelor de eşapament cu un colector de evacuare al motorului cu ardere internă, iar ieşirea ei este unită cu intrarea unui element filtrant prin intermediul unei diafragme plasate la capătul rece al unui tub vortex, elementul filtrant fiind unit printr-o conductă de recirculare a gazelor cu un colector de admisie al motorului cu ardere internă. Camera este dotată cu duze direcţionate tangenţial peretelui interior al unei camere de separare a energiei a tubului vortex, format dintr-un electrod de ionizare metalic, executat în formă de spirală, şi un electrod de impulsuri metalic, fixat de capătul unei tije conductoare acoperită cu un strat izolant, care comunică cu o valvă conică acţionată de o bobină şi plasată pe capătul cald al tubului vortex, pe care este montată o cameră, unită cu o tobă de eşapament. Tija conductoare este conectată la un convertor de creştere a tensiunii de impuls, conectat la o baterie de acumulatoare, la care este conectată şi bobina prin intermediul unei unităţi de comandă a motorului cu ardere internă. Elementul filtrant este dotat cu elemente de încălzire electrice, conectate prin intermediul unui releu la bateria de acumulatoare, releul fiind unit cu unitatea de comandă a motorului cu ardere internă. The device for recirculating and purifying exhaust gases of solid fractions and toxic gases of the internal combustion engine, according to the invention, eliminates the above-mentioned disadvantages by containing a chamber, the inlet of which is connected through an exhaust gas exhaust pipe to an exhaust manifold of the internal combustion engine, and its outlet is connected to the inlet of a filter element by means of a diaphragm placed at the cold end of a vortex tube, the filter element being connected through a gas recirculation pipe to an intake manifold of the internal combustion engine. The chamber is equipped with nozzles directed tangentially to the inner wall of an energy separation chamber of the vortex tube, consisting of a metal ionization electrode, made in the form of a spiral, and a metal pulse electrode, fixed to the end of a conductive rod covered with an insulating layer, which communicates with a conical valve operated by a coil and placed on the hot end of the vortex tube, on which a chamber is mounted, connected to a muffler. The conductive rod is connected to a pulse voltage increase converter, connected to a battery, to which the coil is also connected by means of an internal combustion engine control unit. The filter element is equipped with electric heating elements, connected by means of a relay to the battery, the relay being connected to the internal combustion engine control unit.

Avantajele tehnice ale invenţiei constau în utilizarea unui element filtrant pentru a capta particulele nocive nu numai din fluxul de gaze de eşapament pentru recirculare, dar şi din fluxul de gaze de eşapament de evacuare din motorul cu ardere internă. The technical advantages of the invention consist in the use of a filter element to capture harmful particles not only from the exhaust gas flow for recirculation, but also from the exhaust gas flow from the internal combustion engine.

Totodată, dispozitivul asigură epurarea gazelor de eşapament de gaze toxice şi particule mici, sub 50 nm, şi de a le direcţiona prin elementul filtrant pentru ardere în camera de ardere a motorului cu ardere internă. At the same time, the device ensures the purification of exhaust gases from toxic gases and small particles, below 50 nm, and directs them through the filter element for combustion in the combustion chamber of the internal combustion engine.

În plus, dispozitivul propus permite regenerarea elementului filtrant cu aer încălzit din colectorul de admisie şi controlul fluxului gazelor de eşapament prin schimbarea poziţiei valvei conice. In addition, the proposed device allows the regeneration of the filter element with heated air from the intake manifold and the control of the exhaust gas flow by changing the position of the conical valve.

De asemenea, dispozitivul propus permite reducerea parţială a temperaturii gazelor de eşapament direcţionate către conducta de recirculare a gazelor, şi creşterea parţială a temperaturii gazelor de eşapament direcţionate către conducta de evacuare. Also, the proposed device allows for a partial reduction in the temperature of the exhaust gases directed to the gas recirculation pipe, and a partial increase in the temperature of the exhaust gases directed to the exhaust pipe.

Invenţia se explică prin desene din fig. 1 şi 2, care reprezintă: The invention is explained by the drawings in Fig. 1 and 2, which represent:

- fig. 1, vederea în ansamblu a dispozitivului pentru recircularea şi epurarea gazelor de eşapament de fracţii solide şi gaze toxice ale motorului cu ardere internă; - Fig. 1, overall view of the device for recirculating and purifying exhaust gases of solid fractions and toxic gases of the internal combustion engine;

- fig. 2, secţiunea A-A din fig. 1. - fig. 2, section A-A of fig. 1.

Elemente menţionate în desene: Elements mentioned in the drawings:

1 - elementul filtrant pentru captarea particulelor solide cu dimensiuni mai mari de 50 nm din gazele de eşapament; 1 - filter element for capturing solid particles with dimensions larger than 50 nm from exhaust gases;

2 - tubul vortex; 2 - vortex tube;

3 - diafragma, amplasată la capătul rece al tubului vortex; 3 - diaphragm, located at the cold end of the vortex tube;

4 - camera, dotată cu duze direcţionate tangenţial peretelui interior al camerei de separare a energiei a tubului vortex; 4 - chamber, equipped with nozzles directed tangentially to the inner wall of the energy separation chamber of the vortex tube;

5 - valva conică, amplasată la capătul cald al tubului vortex; 5 - conical valve, located at the hot end of the vortex tube;

6 - tija conductoare, acoperită cu un strat izolant; 6 - conductive rod, covered with an insulating layer;

7 - electrodul de ionizare metalic; 7 - metal ionization electrode;

8 - camera de separare a energiei a tubului vortex; 8 - energy separation chamber of the vortex tube;

9 - electrodul de impulsuri metalic; 9 - metal pulse electrode;

10 - convertorul de creştere a tensiunii de impuls; 10 - pulse voltage boost converter;

11 - bobina; 11 - coil;

12 - unitatea de comandă a motorului cu ardere internă, care controlează bobina valvei conice şi releul de conectare a elementelor de încălzire electrice la bateria de acumulator; 12 - internal combustion engine control unit, which controls the cone valve coil and the relay for connecting the electric heating elements to the battery;

13 - elementele de încălzire electrice (bujiile incandescente) pentru încălzirea fluxului recirculat; 13 - electric heating elements (glow plugs) for heating the recirculated flow;

14 - releul de conectare a elementelor de încălzire electrice; 14 - relay for connecting electric heating elements;

15 - fluxul axial turbionar inversat de gaze de eşapament reci; 15 - inverted axial vortex flow of cold exhaust gases;

16 - fluxul tangenţial turbionar de gaze de eşapament fierbinţi. 16 - the tangential swirling flow of hot exhaust gases.

Dispozitivul pentru recircularea şi epurarea gazelor de eşapament de fracţii solide şi gaze toxice ale motorului cu ardere internă conţine camera 4, intrarea căreia este unită prin conducta de evacuare a gazelor de eşapament cu colectorul de evacuare al motorului cu ardere internă, iar ieşirea ei este unită cu intrarea elementului filtrant 1 prin intermediul diafragmei 3 plasate la capătul rece al tubului vortex 2, elementul filtrant 1 fiind unit prin conducta de recirculare a gazelor cu colectorul de admisie al motorului cu ardere internă. Camera 4 este dotată cu duze direcţionate tangenţial peretelui interior al camerei de separare a energiei 8 a tubului vortex 2 pentru formarea fluxului tangenţial turbionar de gaze de eşapament fierbinţi 16 şi a fluxului axial turbionar inversat de gaze de eşapament reci 15. Tubul 2 este format din electrodul de ionizare 7 metalic, executat în formă de spirală, şi electrodul de impulsuri 9 metalic, fixat de capătul tijei conductoare 6 acoperită cu un strat izolant, care comunică cu valva conică 5 acţionată de bobina 11 şi plasată pe capătul cald al tubului vortex 2, pe care este montată camera, unită cu toba de eşapament. Tija conductoare 6 este conectată la convertorul de creştere a tensiunii de impuls 10, conectat la bateria de acumulatoare, la care este conectată şi bobina 11 prin intermediul unităţii de comandă 12 a motorului cu ardere internă. Elementul filtrant 1 este dotat cu elementele de încălzire electrice 13, conectate prin intermediul releului 14 la bateria de acumulatoare, releul 14 fiind unit cu unitatea de comandă 12 a motorului cu ardere internă. The device for recirculating and purifying exhaust gases of solid fractions and toxic gases of the internal combustion engine contains chamber 4, the inlet of which is connected through the exhaust gas discharge pipe to the exhaust manifold of the internal combustion engine, and its outlet is connected to the inlet of the filter element 1 through the diaphragm 3 placed at the cold end of the vortex tube 2, the filter element 1 being connected through the gas recirculation pipe to the intake manifold of the internal combustion engine. The chamber 4 is equipped with nozzles directed tangentially to the inner wall of the energy separation chamber 8 of the vortex tube 2 for the formation of the tangential vortex flow of hot exhaust gases 16 and the inverted axial vortex flow of cold exhaust gases 15. The tube 2 is formed by the metal ionization electrode 7, made in the form of a spiral, and the metal pulse electrode 9, fixed to the end of the conductive rod 6 covered with an insulating layer, which communicates with the conical valve 5 actuated by the coil 11 and placed on the hot end of the vortex tube 2, on which the chamber is mounted, connected to the muffler. The conductive rod 6 is connected to the pulse voltage increase converter 10, connected to the accumulator battery, to which the coil 11 is also connected via the control unit 12 of the internal combustion engine. The filter element 1 is equipped with electric heating elements 13, connected via relay 14 to the battery, relay 14 being connected to the control unit 12 of the internal combustion engine.

Dispozitivul pentru recircularea şi epurarea gazelor de eşapament de fracţii solide şi gaze toxice ale motorului cu ardere internă funcţionează în modul următor. The device for recirculating and purifying exhaust gases from solid fractions and toxic gases of the internal combustion engine operates in the following way.

Gazele de eşapament ale motorului cu ardere internă sunt distribuite din colectorul de evacuare al motorului cu ardere internă prin conducta de evacuare a gazelor de eşapament către duzele din camera 4, care direcţionează fluxul gazelor de eşapament tangenţial peretelui interior al camerei 8 a tubului vortex 2, astfel formându-se fluxul tangenţial turbionar de gaze de eşapament fierbinţi 16 de-a lungul electrodului de ionizare 7 metalic spre valva conică 5 din capătul cald al tubului 2. Ca rezultat, energia de separare în camera 8 a fluxului 16, răcindu-se, formează fluxul axial turbionar inversat de gaze de eşapament reci 15, care având aceeaşi direcţie de rotaţie turbulentă se deplasează în direcţie opusă, spre capătul rece al tubului 2 şi diafragma 3. Gazele toxice relativ mai grele, cum ar fi aldehide, dioxidul de sulf, oxidul de azot, precum şi fracţiile lichide şi solide din fluxul de gaze de eşapament, la fel şi funinginea şi benzopirina, sunt retrase de fluxul 15. Impulsurile de curent înalt de la convertorul de creştere a tensiunii de impuls 10 sunt distribuite către electrodul de impulsuri 9, fixat de capătul tijei conductoare 6 acoperită cu strat izolant, care comunică cu valva conică 5 acţionată de bobina 11 şi plasată pe capătul cald al tubului vortex 2. Tensiunea înaltă, distribuită către electrodul de impulsuri 9, efectuează o descărcare Corona pe marginea interioară a electrodului de ionizare 7, executat în formă de spirală, provocând câmpul electric dintre electrozii 7 şi 9, care încarcă fracţiile solide şi lichide şi le îndepărtează din fluxurile 15 şi 16. The exhaust gases of the internal combustion engine are distributed from the exhaust manifold of the internal combustion engine through the exhaust gas exhaust pipe to the nozzles in the chamber 4, which direct the flow of exhaust gases tangentially to the inner wall of the chamber 8 of the vortex tube 2, thus forming the tangential vortex flow of hot exhaust gases 16 along the metal ionization electrode 7 towards the conical valve 5 at the hot end of the tube 2. As a result, the energy of separation in the chamber 8 of the flow 16, cooling down, forms the inverted axial vortex flow of cold exhaust gases 15, which, having the same direction of turbulent rotation, moves in the opposite direction, towards the cold end of the tube 2 and the diaphragm 3. Relatively heavier toxic gases, such as aldehydes, sulfur dioxide, nitrogen oxide, as well as The liquid and solid fractions from the exhaust gas flow, as well as soot and benzopyrene, are withdrawn by the flow 15. The high current pulses from the pulse voltage increase converter 10 are distributed to the pulse electrode 9, fixed to the end of the conductive rod 6 covered with an insulating layer, which communicates with the conical valve 5 driven by the coil 11 and placed on the hot end of the vortex tube 2. The high voltage, distributed to the pulse electrode 9, performs a Corona discharge on the inner edge of the ionization electrode 7, made in the form of a spiral, causing the electric field between the electrodes 7 and 9, which charges the solid and liquid fractions and removes them from the flows 15 and 16.

Astfel, fluxul 15 este direcţionat prin diafragma 3 de la capătul rece al tubului vortex 2 către intrarea elementului filtrant 1. Elementul filtrant 1 captează fracţiile solide de funingine şi benzopirină cu dimensiuni mai mari de 50-100 nm, iar particulele solide şi fracţiile lichide mai mici, împreună cu gazele toxice răcite de fluxul 15, sunt trecute prin elementul filtrant prin conducta de recirculare a gazelor în colectorul de admisie al motorului cu ardere internă, unde sunt arse în camera de ardere a motorului cu ardere internă. Thus, the flow 15 is directed through the diaphragm 3 from the cold end of the vortex tube 2 to the inlet of the filter element 1. The filter element 1 captures the solid fractions of soot and benzopyrene with dimensions larger than 50-100 nm, and the solid particles and smaller liquid fractions, together with the toxic gases cooled by the flow 15, are passed through the filter element through the gas recirculation pipe into the intake manifold of the internal combustion engine, where they are burned in the combustion chamber of the internal combustion engine.

Deschiderea valvei conice 5 prin deplasarea tijei 6, acţionate de bobina 11, permite controlul volumului şi direcţiei de mişcare a fluxului de gaze de eşapament în camera de separare a energiei 8. Astfel, fluxul 15 este direcţionat către colectorul de admisie al motorului cu ardere internă pentru recirculare. Opening the conical valve 5 by moving the rod 6, actuated by the coil 11, allows control of the volume and direction of movement of the exhaust gas flow in the energy separation chamber 8. Thus, the flow 15 is directed to the intake manifold of the internal combustion engine for recirculation.

Pentru a regenera elementul filtrant 1, unitatea de comandă 12 a motorului cu ardere internă conectează elementele de încălzire electrice 13 prin releul 14, conectat la bateria de acumulatoare, după ce se deschide valva conică 5 complet, acţionată de bobina 11 şi se creează un flux de gaze fierbinţi, direcţionat de la colectorul de admisie al motorului cu ardere internă către elementul filtrant, care distruge particule solide (negru de fum, carbon), captate de elementul filtrant 1. To regenerate the filter element 1, the control unit 12 of the internal combustion engine connects the electric heating elements 13 through the relay 14, connected to the battery, after the conical valve 5 is fully opened, driven by the coil 11 and a flow of hot gases is created, directed from the intake manifold of the internal combustion engine to the filter element, which destroys solid particles (soot, carbon), captured by the filter element 1.

Argumentarea de către studiile experimentale cunoscute din presa deschisă a eficienţei preconizate a unui dispozitiv vortex pentru separarea energetică a gazelor toxice. Arguing by experimental studies known from the open press of the expected efficiency of a vortex device for the energetic separation of toxic gases.

În dispozitivul propus, se utilizează un tub vortex inventat în 1928 de studentul francez George Ranque şi studiat de Hilsch, care este numit Ranque-Hilsch Vortex Tube, în care se realizează efectul Ranque-Hilsch. Tubul vortex este cunoscut ca un dispozitiv de răcire neconvenţional fiind simplu şi sigur, care creează două fluxuri de gaze: fluxul tangenţial turbionar de gaze de eşapament fierbinţi 16 şi fluxul axial turbionar inversat de gaze de eşapament reci 15. Atunci când gazul este furnizat tangenţial peretelui cilindric interior al camerei 4 prin duze, camera 4 formează un flux circular care intră în camera de separare a energiei 8, în timp ce fluxul 15 cu turbulenţă dezvoltă o mişcare axială inversă în interiorul centrului acestei camere 8, unde se extinde şi absoarbe excesul de energie prin forţe vâscoase cu straturi de gaze periferice, astfel încât debitul axial invers al gazelor de evacuare este răcit. In the proposed device, a vortex tube invented in 1928 by the French student George Ranque and studied by Hilsch is used, which is called Ranque-Hilsch Vortex Tube, in which the Ranque-Hilsch effect is realized. The vortex tube is known as an unconventional cooling device being simple and safe, which creates two gas flows: the tangential swirling flow of hot exhaust gases 16 and the axial reversed swirling flow of cold exhaust gases 15. When the gas is supplied tangentially to the inner cylindrical wall of the chamber 4 through the nozzles, the chamber 4 forms a circular flow that enters the energy separation chamber 8, while the turbulent flow 15 develops a reverse axial movement inside the center of this chamber 8, where it expands and absorbs excess energy by viscous forces with peripheral gas layers, so that the reverse axial flow of the exhaust gases is cooled.

Gazul care iese din capătul cald al tubului vortex 2 poate fi în jur de 190°C, iar gazul care iese din capătul rece poate fi în jur de 50°C. Mecanismul de lucru al tubului vortex 2 poate fi observat fizic, dar este dificil de explicat, deoarece nu există o explicaţie ideală pentru acest fenomen. Paradoxul acestui efect este acela că forţele centrifuge într-un flux vortex rotativ sunt direcţionate către centrul conductei. După cum se ştie din fizică, straturile mai calde de gaz sau lichid au o densitate mai mică şi se ridică în sus, şi în cazul forţelor centrifuge, tind spre centrul fluidului, iar straturile cele mai reci având o densitate mai mare, tind spre periferie. Între timp, la o viteză mare a fluxului de rotaţie, totul se întâmplă invers [A.Ф. Гутсол, Эффект Ранка, Успехи физических наук, 1997, т. 167, № 6, pag. 665-687. http://www.mathnet.ru/links/fda6a1505595716c17ed9b1ff3d4c1d1/ufn1336.pdf]. Deoarece este imposibil să se explice efectul utilizat în soluţia tehnică propusă, prezenţa sa va fi demonstrată prin testele reale descrise în presa deschisă de cercetători din diferite ţări. The gas exiting the hot end of the vortex tube 2 can be around 190°C, and the gas exiting the cold end can be around 50°C. The working mechanism of the vortex tube 2 can be observed physically, but it is difficult to explain, since there is no ideal explanation for this phenomenon. The paradox of this effect is that the centrifugal forces in a rotating vortex flow are directed towards the center of the pipe. As is known from physics, the hotter layers of gas or liquid have a lower density and rise upwards, and in the case of centrifugal forces, they tend to the center of the fluid, and the colder layers having a higher density tend to the periphery. Meanwhile, at a high speed of the rotating flow, everything happens the other way around [A.F. Gutsol, Эффект Ранка, Успехи физических наук, 1997, т. 167, № 6, паг. 665-687. http://www.mathnet.ru/links/fda6a1505595716c17ed9b1ff3d4c1d1/ufn1336.pdf]. Since it is impossible to explain the effect used in the proposed technical solution, its presence will be demonstrated by real tests described in the open press by researchers from different countries.

Samira Mohammadi & Fatola Farhadi [Samira Mohammadi, Fatola Farhadi, Experimental and numerical study of the gas-gas separation efficiency in a Ranque-Hilsch vortex tube Separation and Purification Technology, Volume 138, 10 December 2014, pag. 177-185. https://kundoc.com/pdf-experimental-and-numerical-study-of-the-gasgas-separation-efficiency-in-a-ranque.html] au investigat experimental separarea gazelor în Ranque-Hilsch Vortex Tube pentru amestecul de gaz propan lichefiat N2, în care densitatea azotului este mai mică de două ori decât densitatea gazului propan lichefiat. Atunci când presiunea specifică a amestecului de gaze la intrarea tubului Ranque-Hilsch Vortex Tube este de 236,37 kPa (2,34 bar) şi fracţia molară a gazului propan lichefiat la intrare este de 22%, cea mai mare eficienţă de separare pentru gazul propan lichefiat din amestecul de gaz propan lichefiat, obţinut pentru gazul propan lichefiat este de 79% N2 la ieşirea din gazul fierbinte şi 21% la ieşirea din gazul rece CF=0,76, unde CF este fracţiunea fluxului de gaz rece la ieşirea la fluxul de gaz de intrare. Gazul propan lichefiat este un amestec de componente de hidrocarburi, cu 85%, care constă din C4+ - (izo-butan (C4H10)) cu o densitate de 2,51 kg/m³ şi N2 este azotul de 1,250 kg/m3. Samira Mohammadi & Fatola Farhadi [Samira Mohammadi, Fatola Farhadi, Experimental and numerical study of the gas-gas separation efficiency in a Ranque-Hilsch vortex tube Separation and Purification Technology, Volume 138, 10 December 2014, pp. 177-185. https://kundoc.com/pdf-experimental-and-numerical-study-of-the-gasgas-separation-efficiency-in-a-ranque.html] experimentally investigated the gas separation in a Ranque-Hilsch Vortex Tube for the liquefied propane gas mixture N2, in which the density of nitrogen is two times lower than the density of liquefied propane gas. When the specific pressure of the gas mixture at the entrance of the Ranque-Hilsch Vortex Tube is 236.37 kPa (2.34 bar) and the mole fraction of liquefied propane gas at the entrance is 22%, the highest separation efficiency for liquefied propane gas from the liquefied propane gas mixture, obtained for liquefied propane gas is 79% N2 at the exit of the hot gas and 21% at the exit of the cold gas CF=0.76, where CF is the fraction of the cold gas stream at the exit to the entrance gas stream. Liquefied propane gas is a mixture of hydrocarbon components, with 85%, consisting of C4+ - (iso-butane (C4H10)) with a density of 2.51 kg/m³ and N2 is nitrogen of 1.250 kg/m3.

În acest experiment, a fost obţinută o confirmare convingătoare a eficienţei separării gazelor pentru un amestec de gaze de densităţi diferite la o presiune a gazului la intrarea în Ranque-Hilsch Vortex Tube identică cu presiunea gazelor de eşapament a unui motor cu ardere internă, prin urmare, folosind tubul vortex este posibilă separarea gazelor toxice din fluxul de gaze de evacuare mai grele decât azotul, cu densitatea ρ(N2)=1,25 kg/m³, ponderea de eşapament 74-77% [В. В. Алферович, Токсичность двигателей внутреннего сгорания: учебно - методическое пособие для студентов специальности 1-37 01 01 «Двигателей внутреннего сгорания» дневной и заочной форм обучения: v 2 ch. 1: Анализ состава отработавших газов - Minsk: BNTU, 2016. pag. 54 https://ru.b-ok2.org/book/3634134/b7d799]: In this experiment, a convincing confirmation of the efficiency of gas separation for a mixture of gases of different densities at a gas pressure at the entrance to the Ranque-Hilsch Vortex Tube identical to the exhaust gas pressure of an internal combustion engine was obtained, therefore, using the vortex tube it is possible to separate toxic gases from the exhaust gas flow heavier than nitrogen, with a density of ρ(N2)=1.25 kg/m³, the exhaust fraction 74-77% [V. V. Alferovich, Toxicity of Internal Combustion Engines: a teaching and methodological manual for students of the specialty 1-37 01 01 «Internal Combustion Engines» daily and distance learning forms of study: v 2 ch. 1: Analysis of the composition of exhaust gases - Minsk: BNTU, 2016. pag. 54 https://ru.b-ok2.org/book/3634134/b7d799]:

- oxid de azot (NO2) - ponderea în flux este aprox. 0,5%, foarte toxic, ρ(NO2)=2,05 kg/m3; - nitrogen oxide (NO2) - the share in the flow is approximately 0.5%, very toxic, ρ(NO2)=2.05 kg/m3;

- hidrocarburi, cota de evacuare în jurul 0,2%. Compuşii de hidrocarburi au un efect carcinogen. Hidrocarbura aromatică de benzopiran este în special carcinogenă, ρ(C20H12) =1240 kg/m³ - toxic; - hydrocarbons, emission rate around 0.2%. Hydrocarbon compounds have a carcinogenic effect. Benzopyran aromatic hydrocarbon is especially carcinogenic, ρ(C20H12) =1240 kg/m³ - toxic;

- aldehide - proporţia din gazele de eşapament 0,005%. Densitatea aldehidei benzoale ρ(R-CHO) = 1041,5 kg/m3 - toxic; - aldehydes - proportion in exhaust gases 0.005%. Density of benzoic aldehyde ρ(R-CHO) = 1041.5 kg/m3 - toxic;

- dioxid de sulf (SO2) - ponderea în flux este aprox. 0,05%, toxic, ρ(SO2)=2,63 kg/m3. - sulfur dioxide (SO2) - the share in the flow is approximately 0.05%, toxic, ρ(SO2)=2.63 kg/m3.

În tubul vortex a dispozitivului propus, gazele toxice sunt eliminate din fluxul de gaze de evacuare şi trimise în camera de ardere a motorului cu ardere internă în regim de recirculare. In the vortex tube of the proposed device, toxic gases are removed from the exhaust gas flow and sent into the combustion chamber of the internal combustion engine in recirculation mode.

Pentru a demonstra eficienţa separării solide de gazele de evacuare în tubul Ranque-Hilsch Vortex Tube, utilizăm rezultatele experimentului realizat de Kap-Jong [R. Kap-Jong, K. Jung-soo, and C. In-Su, Experimental Investigation on Dust Separation Characteristics of a Vortex Tube. JSME International Journal, 47(1), pag. 29 - 36, 2004]. Ei investighează caracteristicile de separare a particulelor într-un tub cu turbulenţă contra curent, folosind pulbere de var (densitatea CaO este de 3,35 g/cm3) cu un diametru mediu al particulelor de 5 µm şi 14 µm. Rezultatele lor au arătat că, odată cu creşterea presiunii şi a debitului la intrare, eficienţa de separare pentru particulele de pulbere mai mari scade, dar creşte pentru particule de pulbere fine. Au constatat că eficienţa separării de 93% poate fi obţinută la o viteză de intrare de Vi=14,52 m/s. În acest experiment, se confirmă ferm despre eficienţa separării particulelor în tubul Ranque-Hilsch Vortex Tube în condiţii de turbulenţă contra curent. To demonstrate the efficiency of solid separation from exhaust gases in the Ranque-Hilsch Vortex Tube, we use the results of the experiment conducted by Kap-Jong [R. Kap-Jong, K. Jung-soo, and C. In-Su, Experimental Investigation on Dust Separation Characteristics of a Vortex Tube. JSME International Journal, 47(1), pp. 29 - 36, 2004]. They investigate the particle separation characteristics in a counter-current vortex tube using lime powder (CaO density is 3.35 g/cm3) with an average particle diameter of 5 µm and 14 µm. Their results showed that with increasing inlet pressure and flow rate, the separation efficiency for larger powder particles decreases, but increases for fine powder particles. They found that a separation efficiency of 93% can be achieved at an inlet velocity of Vi=14.52 m/s. In this experiment, the efficiency of particle separation in the Ranque-Hilsch Vortex Tube under countercurrent turbulence conditions is firmly confirmed.

Pentru a confirma aplicabilitatea lucrării la soluţia tehnică propusă vom calcula viteza gazelor de eşapament ale motorului diesel la intrare în dispozitivul propus. To confirm the applicability of the work to the proposed technical solution, we will calculate the speed of the diesel engine exhaust gases at the entrance to the proposed device.

Motor cu ardere internă diesel de putere medie PGE=138 CP (101,5 kW) cu diametrul tubului Vortex D=0,06 m (suprafaţa secţiunii St=2,83·10-3 m2), presiunea gazelor de evacuare care intră în conductă este HGE = 2,5 bar şi volumul de gaze de eşapament - Qeg=0,45 m3/s [Petrov O. Calculation of parameters of exhaust gas of the vehicle with the engine of the medium statistical capacity, Romania, Revista Ingineria automobilului, Nr. 49/ decembrie 2018, pag. 18-20. http://siar.ro/wp-content/uploads/2018/12/rIA-49_2018.pdf] în tubul Ranque-Hilsch Vortex Tube în prezenţa unui electrod de impulsuri cu diametrul dş =1cm (suprafaţa secţiunii transversale Sş = 78,5·10-6 m2) are viteza fluxului gazelor: Diesel internal combustion engine of medium power PGE=138 HP (101.5 kW) with Vortex tube diameter D=0.06 m (section area St=2.83·10-3 m2), exhaust gas pressure entering the pipe is HGE = 2.5 bar and exhaust gas volume - Qeg=0.45 m3/s [Petrov O. Calculation of parameters of exhaust gas of the vehicle with the engine of the medium statistical capacity, Romania, Revista Ingineria automobilului, No. 49/ December 2018, pp. 18-20. http://siar.ro/wp-content/uploads/2018/12/rIA-49_2018.pdf] in the Ranque-Hilsch Vortex Tube in the presence of a pulse electrode with diameter dş =1cm (cross-sectional area Sş = 78.5·10-6 m2) has the gas flow velocity:

vi=Qeg/(St- Sş)/Peg (1), vi=Qeg/(St-Sş)/Peg (1),

vi=0,45/(2,83·10-3-78,5·10-6)/2,5 vi=0.45/(2.83·10-3-78.5·10-6)/2.5

vi=65,42 (m/s). vi=65.42 (m/s).

Aşa cum s-a indicat mai sus, cu creşterea presiunii şi a debitului la intrare, eficienţa separării particulelor fine ale pulberilor creşte. În consecinţă, pentru particulele solide mai mici, cu o dimensiune de până la 1 micron, cu o viteză de curgere calculată vi = 51,8 m/s, eficienţa îndepărtării particulelor solide din debitul gazelor de evacuare va fi mai mare decât în experimentul efectuat de Kap-Jong şi colab [R. Kap-Jong, K. Jung-soo and C. In-Su, Experimental Investigation on Dust Separation Characteristics of a Vortex Tube. JSME International Journal, 47(1), p. 29-36, 2004]. As indicated above, with increasing inlet pressure and flow rate, the efficiency of fine dust separation increases. Consequently, for smaller solid particles, up to 1 micron in size, with a calculated flow velocity vi = 51.8 m/s, the efficiency of solid particle removal from the exhaust gas flow will be higher than in the experiment conducted by Kap-Jong et al. [R. Kap-Jong, K. Jung-soo and C. In-Su, Experimental Investigation on Dust Separation Characteristics of a Vortex Tube. JSME International Journal, 47(1), p. 29-36, 2004].

Pentru a demonstra eficienţa separării particulelor solide de la gazele de eşapament în tubul Ranque-Hilsch Vortex Tube cu ajutorul unui câmp electric, se calculează viteza de rulare a particulelor solide într-un câmp electric şi se compară cu timpul de rezidenţă a particulelor solide din tubul Ranque-Hilsch Vortex Tube. To demonstrate the efficiency of separating solid particles from exhaust gases in the Ranque-Hilsch Vortex Tube using an electric field, the rolling speed of solid particles in an electric field is calculated and compared with the residence time of solid particles in the Ranque-Hilsch Vortex Tube.

Se determină viteza de deplasare a fluxului de gaze de evacuare vS de-a lungul spiralei electrodului de impuls în tubul vortex Ranque-Hilsch Vortex Tube. Dacă există trei duze în tub, ni = 3, cu un diametru di = 0,02 m (suprafaţa secţiunii Si = 0,314·10-3 m2): Determine the velocity of the exhaust gas flow vS along the spiral of the impulse electrode in the Ranque-Hilsch Vortex Tube. If there are three nozzles in the tube, ni = 3, with a diameter di = 0.02 m (sectional area Si = 0.314·10-3 m2):

vS=Qeg/(ni · Si )/Peg (2), vS=Qeg/(ni · Si )/Peg (2),

vS=0,45/(3 · 0,314·10-3)/2,5 vS=0.45/(3 · 0.314·10-3)/2.5

vS=191,1 (m/s). vS=191.1 (m/s).

Acceptăm raportul L/D=9,3 [Abdolreza Bramo, Nader Pourmahmoud. A Numerical Study on the Effect of Length to Diameter Ratio and Stagnation Point on the Performance of Counter Flow Ranque-hilsch Vortex Tubees. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 4(10): 4943-4957, 2010. https://pdfs.semanticscholar.org/9d1d/c105de2414e4e124b8fae7fba0bbe6f2afd5.pdf]. Pentru diametrul camerei de separare a energiei tubului vortex - DC = 0,06 m, lungimea tubului din camera de separare a energiei Ranque-Hilsch Vortex Tube va fi: LC = 0,56 m. We accept the ratio L/D=9.3 [Abdolreza Bramo, Nader Pourmahmoud. A Numerical Study on the Effect of Length to Diameter Ratio and Stagnation Point on the Performance of Counter Flow Ranque-hilsch Vortex Tubees. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 4(10): 4943-4957, 2010. https://pdfs.semanticscholar.org/9d1d/c105de2414e4e124b8fae7fba0bbe6f2afd5.pdf]. For the diameter of the vortex tube energy separation chamber - DC = 0.06 m, the tube length in the Ranque-Hilsch Vortex Tube energy separation chamber will be: LC = 0.56 m.

Distanţa dintre electrozii de impulsuri şi de ionizare - H (m) cu înălţimea benzii metalice a electrodului de ionizare - hS=0,0025 m şi diametrul ştiftului DS=0,01 m va fi: The distance between the pulse and ionization electrodes - H (m) with the height of the metal strip of the ionization electrode - hS=0.0025 m and the pin diameter DS=0.01 m will be:

H=DC/2-(hS+DS/2) (3), H=DC/2-(hS+DS/2) (3),

H=0,06/2-(0,0025+0,01/2)=0,0225 (m) H=0.06/2-(0.0025+0.01/2)=0.0225 (m)

H=0,0225 (m). H=0.0225 (m).

În camera de separare a energiei 8 a tubului vortex 2 este introdus electrodul de ionizare 7 metalic, în formă de spirală cu treapta de 1 cm, care are 50 de tururi de la începutul camerei de separare a energiei 8. Atunci când lungimea camerei de separare a energiei 8, cilindrice este de L=0,56 m, lungimea spiralei va fi puţin mai mare decât LS=9,42 m, prin urmare fluxul de gaze de eşapament fierbinţi în acestă cameră se va deplasa în câmpul de descărcare Corona al electrodului de ionizare 7 negativ cu viteza de mişcare a fluxului turbulent al gazelor de eşapament vS în perioada de timp t: In the energy separation chamber 8 of the vortex tube 2, the metallic ionization electrode 7 is inserted, in the form of a spiral with a step of 1 cm, which has 50 turns from the beginning of the energy separation chamber 8. When the length of the cylindrical energy separation chamber 8 is L=0.56 m, the length of the spiral will be slightly greater than LS=9.42 m, therefore the flow of hot exhaust gases in this chamber will move in the Corona discharge field of the negative ionization electrode 7 with the speed of movement of the turbulent flow of exhaust gases vS in the time period t:

t=LS/vS (4), t=LS/vS (4),

t=9,42/191,1=0,049 (s). t=9.42/191.1=0.049 (s).

Particulele de eşapament pentru motorină constau din particule submicronice cu un diametru de obicei de la 30 la 500 nm (0,03-0,5 µm) [David B. Kittelson Measurement of Engine Exhaust Particle Size Center for Diesel Research University of Minnesota presented at University of California, Davis 17 February 2000. http://dept.me.umn.edu/centers/mel/reports/dbkucdavis.pdf], cu o concentraţie maximă între 100-200 nm (0,1-0,2 µm). Densitatea efectivă a particulelor de funingine generată într-un motor diesel scade odată cu creşterea mărimii particulelor, de la 1200 kg/m3 la 30 nm (0,05 µm) la 300 kg/m3 la 300 nm (0,3 microni) [M. Matti Maricq, Ning Xu. The effective density and fractal dimension of soot particles from premixed flames and motor vehicle exhaust. Journal of Aerosol Science Volume 35, Issue 10, October 2004, Pages 1251-1274 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021850204000850]. Diesel exhaust particulates consist of submicron particles with a diameter typically from 30 to 500 nm (0.03-0.5 µm) [David B. Kittelson Measurement of Engine Exhaust Particle Size Center for Diesel Research University of Minnesota presented at University of California, Davis 17 February 2000. http://dept.me.umn.edu/centers/mel/reports/dbkucdavis.pdf], with a maximum concentration between 100-200 nm (0.1-0.2 µm). The effective density of soot particles generated in a diesel engine decreases with increasing particle size, from 1200 kg/m3 at 30 nm (0.05 µm) to 300 kg/m3 at 300 nm (0.3 microns) [M. Matti Maricq, Ning Xu. The effective density and fractal dimension of soot particles from premixed flames and motor vehicle exhaust. Journal of Aerosol Science Volume 35, Issue 10, October 2004, Pages 1251-1274 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021850204000850].

Kap-Jong şi colab. [R. Kap-Jong, K. Jung-soo and C. In-Su, Experimental Investigation on Dust Separation Characteristics of a Vortex Tube. JSME International Journal, 47(1), p. 29-36, 2004], au realizat experimentul pentru corpurile solide cu o densitate de la două până la trei ori mai mare decât corpurile solide ale unui motor diesel, gazele de eşapament ne demonstrează că chiar şi cu o presiune relativ mică a gazelor de eşapament ale unui motor diesel, de ordinul a 2 - 2,5 bar şi secţiunea transversală a tubului Ranque-Hilsch Vortex Tube cu diametrul de 0,06 m din dispozitivul propus va fi suficient de eficient pentru a capta particule solide mai uşoare şi mai mici de 1 micron din fluxul de gaze de eşapament al motorului diesel. Kap-Jong et al. [R. Kap-Jong, K. Jung-soo and C. In-Su, Experimental Investigation on Dust Separation Characteristics of a Vortex Tube. JSME International Journal, 47(1), p. 29-36, 2004], conducted the experiment for solids with a density two to three times higher than the solids of a diesel engine exhaust gas, demonstrating that even with a relatively low pressure of the diesel engine exhaust gas, of the order of 2 - 2.5 bar and the cross-section of the Ranque-Hilsch Vortex Tube with a diameter of 0.06 m in the proposed device will be sufficiently efficient to capture lighter solid particles smaller than 1 micron from the diesel engine exhaust gas flow.

Pentru o extracţie mai completă a particulelor solide din gazele de eşapament în soluţia tehnică propusă este utilizat un câmp electric. Viteza câmpului electric generat în dispozitivul propus de convertorul de creştere a tensiunii de impuls este aproximativ invers proporţională cu rădăcina pătrată a distanţei faţă de electrodul de impuls şi poate fi calculată folosind formula Landenburg [Bochkarev V.V. Teoreticheskie osnovy technologicheskich protsesov ohrany okrujaiuschei sredy. - Tomsk: izd. TPU, - 2002. pag. 96 http://portal.tpu.ru:7777/SHARED/a/AMANANKOVA/Training%20activities/Processes%20and%20devices%20of%20environmental%20protection2/Tab/Бочкаре%20В.В.%20Теоретические%20осн.pdf], valabilă aproximativă pentru aer cu temperatură normală (m/sec): For a more complete extraction of solid particles from exhaust gases in the proposed technical solution an electric field is used. The speed of the electric field generated in the proposed device by the pulse voltage boost converter is approximately inversely proportional to the square root of the distance from the pulse electrode and can be calculated using the Landenburg formula [Bochkarev V.V. Theoretical foundations of technological processes for environmental protection. - Tomsk: izd. TPU, - 2002. p. 96 http://portal.tpu.ru:7777/SHARED/a/AMANANKOVA/Training%20activities/Processes%20and%20devices%20of%20environmental%20protection2/Tab/Бочкаре%20В.В.%20Теоретические%20осн.pdf], approximately valid for air at normal temperature (m/sec):

ve=5,34·10- 7·Е/ (5), ve=5.34·10- 7·Е/ (5),

unde: H - este distanţa dintre electrozii de impulsuri şi de ionizare, H=0,0225 m; where: H - is the distance between the pulse and ionization electrodes, H=0.0225 m;

E - forţa câmpului electric, V/m. E - electric field strength, V/m.

Luăm raza electrodului de impulsuri 9 (pinul metalic rotund) - r1=0,005 m, iar raza interioară a electrodului de ionizare 7 (spirală metalică) - r2=0,0275 m. Alegem convertorul de creştere a tensiunii de impuls 10 cu o tensiune de impuls de US=25 kW. Determinăm puterea câmpului electric Emax0 din camera de separare a energiei 8 conform formulei pentru calcularea câmpului electric al unui cablu coaxial: We take the radius of the pulse electrode 9 (round metal pin) - r1=0.005 m, and the inner radius of the ionization electrode 7 (metal spiral) - r2=0.0275 m. We choose the pulse voltage step-up converter 10 with a pulse voltage of US=25 kW. We determine the electric field strength Emax0 in the energy separation chamber 8 according to the formula for calculating the electric field of a coaxial cable:

Emax0=US/r1·ln(r2/r1) (6), Emax0=US/r1·ln(r2/r1) (6),

Emax0=25/(0,005ln(0,0275/0,005) Emax0=25/(0.005ln(0.0275/0.005)

Emax0 =25/( 0,005 · 1,7047)=2 933 (kW/m)=29 (kW/см). Emax0 =25/( 0.005 · 1.7047)=2 933 (kW/m)=29 (kW/cm).

Valoarea rezultată este mai mică decât valoarea admisă a puterii maxime a câmpului electric pentru aer sau fum Emax=30 kW/cm. The resulting value is lower than the maximum permissible value of the electric field power for air or smoke Emax=30 kW/cm.

Viteza câmpului electric ve(m/s) create în dispozitivul propus va fi, conform formulei: The electric field velocity ve(m/s) created in the proposed device will be, according to the formula:

ve=5,34 10-7·2 933·103/ ve=5.34 10-7·2 933·103/

ve=10,44 (m/s). ve=10.44 (m/s).

Când forţa câmpului electric în golul de descărcare dintre electrozii dispozitivului propus este Emax0=2 933 kW/m, iar fluxul de electroni cu o viteză ve=10,44 m/s va trece distanţa dintre electrozi în H=0,0225 m per te=0,0022 s. Prin urmare, când timpul de curgere al gazului de evacuare fierbinte prin camera de separare a energiei 8 în câmpul de descărcare Corona al electrodului negativ are mărimea de t=0,049 s, electronii pot încărca de 22,3 ori mai multe particule solide. Acest lucru va permite încărcarea calitativă a acestor particule din fluxul de gaze de evacuare fierbinţi în fluxul de gaze de evacuare reci. When the electric field strength in the discharge gap between the electrodes of the proposed device is Emax0=2 933 kW/m, and the electron flux with a velocity ve=10.44 m/s will pass the distance between the electrodes in H=0.0225 m per te=0.0022 s. Therefore, when the flow time of the hot exhaust gas through the energy separation chamber 8 in the Corona discharge field of the negative electrode is t=0.049 s, the electrons can charge 22.3 times more solid particles. This will allow qualitative charging of these particles from the hot exhaust gas stream into the cold exhaust gas stream.

Viteza particulelor solide încărcate vp derivă într-un câmp electric fără a ţine cont de proprietăţile lor dielectrice şi poate fi estimat prin metoda Vetoshkin A.G. [Vetoshkin A.G., Tarantseva K.R. - Технология защиты окружающей среды (теоретические основы), Пенза: Пензенский технологический институт, 2004. http://window.edu.ru/resource/888/36888/files/stup114.pdf]. The velocity of charged solid particles vp drifts in an electric field without taking into account their dielectric properties and can be estimated by the method of Vetoshkin A.G. [Vetoshkin A.G., Tarantseva K.R. - Технология защить измерительный среды (теоретические основы), Penza: Пензенский технологический институт, 2004. http://window.edu.ru/resource/888/36888/files/stup114.pdf].

Pentru particule mai mici de 1 micron: For particles smaller than 1 micron:

vp1=0,17·10-11·Е/µ0 (7), vp1=0.17·10-11·Е/µ0 (7),

unde: E - este puterea câmpului electric, Emax0=2 933 kV/m; where: E - is the electric field strength, Emax0=2 933 kV/m;

meg - este vâscozitatea dinamică a gazului de eşapament µ, acceptam pentru azot la 600°C µ0= 3665·10-8 Pa·s [Динамика вязкости газов и паров, Справочник по схожествам веществ и материалов, http://thermalinfo.ru/svojstva-gazov/gazy-raznye/dinamicheskaya-vyazkost-gazov-i-parov], deoarece cota de azot din gazul de eşapament este de aproximativ 77%. meg - is the dynamic viscosity of the exhaust gas µ, we accept for nitrogen at 600°C µ0= 3665·10-8 Pa·s [Динамика вязкости газов и паров, Справочник по схожествам весветчик и материалов, http://thermalinfo.ru/svojstva-gazov/gazy-raznye/dinamicheskaya-vyazkost-gazov-i-parov], since the share of nitrogen in the exhaust gas is approximately 77%.

vp1=0,17·10-11·2,933·106/3665·10-8 vp1=0.17·10-11·2.933·106/3665·10-8

vp1= 0,136(m/s). vp1= 0.136(m/s).

În consecinţă, în timpul t=0,071 s de expunere sub acţiunea unui câmp electric, particulele solide cu dimensiuni mai mari de 1 micron vor dobândi până la 80% din sarcină şi cu o viteză de derivaţie Vp1 = 0,136 m/s, trec din centrul fluxului de gaze fierbinţi H/4 = 0,0056 m de la debit fierbinte la debit rece cu timpul deplasării tD1=0,041 s de 1,7 ori. Consequently, during t=0.071 s of exposure under the action of an electric field, solid particles with dimensions larger than 1 micron will acquire up to 80% of the charge and with a drift velocity Vp1 = 0.136 m/s, pass from the center of the hot gas flow H/4 = 0.0056 m from hot flow to cold flow with a travel time tD1=0.041 s 1.7 times.

Pentru particule mai mari de 1 micron r=2 µm: For particles larger than 1 micron r=2 µm:

vp2=10-11·Е2r/µ0 (8), vp2=10-11·Е2r/µ0 (8),

vp2=10-11·(2,933·106)2·2·10-6/3665·10-8 vp2=10-11·(2.933·106)2·2·10-6/3665·10-8

vp2=4,69 (m/s). vp2=4.69 (m/s).

În consecinţă, în timpul t=0,071 s de expunere sub acţiunea unui câmp electric, particule solide cu dimensiuni mai mari de 1 micron cu o viteză de derivaţie Vp2=4,69 m/s, trec din centrul fluxului de gaze fierbinţi H/4=0,0056 m de la debit fierbinte la debit rece cu timpul deplasării tD2=0,0012 s de 59,2 ori. Consequently, during t=0.071 s of exposure under the action of an electric field, solid particles with dimensions larger than 1 micron with a drift velocity Vp2=4.69 m/s, pass from the center of the hot gas flow H/4=0.0056 m from hot flow to cold flow with the travel time tD2=0.0012 s 59.2 times.

Având în vedere turbulenţa fluxului vortex a gazelor de eşapament, se poate aştepta ca câmpul electric să se mărească în mod semnificativ cu o eficienţă de îndepărtare a particulelor solide cu dimensiuni mai mici de 1 micron faţă de fluxul gazelor de evacuare în plus faţă de ieşirea particulelor datorită efectului separării energiei de vârf a conductei Ranque-Hilsch Vortex Tube. Given the turbulence of the exhaust gas vortex flow, the electric field can be expected to increase significantly with a removal efficiency of solid particles smaller than 1 micron from the exhaust gas flow in addition to the particle output due to the peak energy separation effect of the Ranque-Hilsch Vortex Tube.

Rezultatele de Kap-Jong şi colab. [R. Kap-Jong, K. Jung-soo and C. In-Su, Experimental Investigation on Dust Separation Characteristics of a Vortex Tube. JSME International Journal, 47(1), p. 29-36, 2004] au arătat că, odată cu creşterea presiunii şi a debitului la intrarea tubului vortex, eficienţa de separare pentru particulele de pulbere mai mari de D=5 µm scade, dar creşte pentru particule de pulbere fine. Au constatat că eficienţa de separare de 93% poate fi obţinută la o viteză de intrare de Vi=14,52 m/s. The results of Kap-Jong et al. [R. Kap-Jong, K. Jung-soo and C. In-Su, Experimental Investigation on Dust Separation Characteristics of a Vortex Tube. JSME International Journal, 47(1), p. 29-36, 2004] showed that, with increasing pressure and flow rate at the entrance of the vortex tube, the separation efficiency for powder particles larger than D=5 µm decreases, but increases for fine powder particles. They found that a separation efficiency of 93% can be obtained at an entrance velocity of Vi=14.52 m/s.

vi=65,42 (m/s). vi=65.42 (m/s).

Rezultatele calculului au arătat validitatea utilizării unui câmp electric pentru îndepărtarea particulelor solide mari cu dimensiuni mai mari decât D = 5 µm din fluxul de gaze de eşapament dintr-un tub vortex. De atunci, Kap-Jong şi colab [R. Kap-Jong, K. Jung-soo and C. In-Su, Experimental Investigation on Dust Separation Characteristics of a Vortex Tube. JSME International Journal, 47(1), p. 29-36, 2004] au arătat că odată cu creşterea presiunii la intrarea în tubul vortex, prin urmare, creşte şi viteza de curgere peste Vi=14,52 m/s, eficienţa de separare a particulelor mai mari decât D=5 µm scade, iar eficienţa de separare a particulelor mai mici creşte. În acel moment, în soluţia tehnică propusă, cu o viteză a fluxului peste Vi=65,42 m/s, câmpul electric face posibilă îndepărtarea particulelor mari (r=2 µm) de peste 30 de ori mai eficient, cu dimensiunea mai mică decât D=1 µm. The calculation results showed the validity of using an electric field to remove large solid particles with dimensions larger than D = 5 µm from the exhaust gas flow in a vortex tube. Since then, Kap-Jong et al. [R. Kap-Jong, K. Jung-soo and C. In-Su, Experimental Investigation on Dust Separation Characteristics of a Vortex Tube. JSME International Journal, 47(1), p. 29-36, 2004] have shown that with increasing pressure at the entrance to the vortex tube, and consequently increasing the flow velocity above Vi=14.52 m/s, the separation efficiency of particles larger than D=5 µm decreases, and the separation efficiency of smaller particles increases. At that moment, in the proposed technical solution, with a flow velocity above Vi=65.42 m/s, the electric field makes it possible to remove large particles (r=2 µm) over 30 times more efficiently, with a size smaller than D=1 µm.

Să verificăm dacă apare descărcarea Corona pe electrodul de impulsuri la tensiunea selectată convertorului de creştere a tensiunii de tip impuls. Let's check if Corona discharge occurs on the pulse electrode at the selected voltage of the pulse-type boost converter.

Descărcarea Corona are loc la o anumită forţă de câmp. Această valoare se numeşte intensitate critică şi pentru polaritatea negativă a electrodului poate fi determinată prin formula empirică: Corona discharge occurs at a certain field strength. This value is called the critical intensity and for the negative polarity of the electrode can be determined by the empirical formula:

(9), (9),

unde r - este raza electrodului de ionizare, r=0,0275 m; where r - is the radius of the ionization electrode, r=0.0275 m;

β - este raportul dintre densitatea gazului în condiţiile de operare şi densitatea gazului în condiţiile standard (t=200С; р=1,013·105 Pa): β - is the ratio between the gas density under operating conditions and the gas density under standard conditions (t=200С; р=1.013·105 Pa):

β=(B+pr(273+20))/(1,013·105(273+t)) (10), β=(B+pr(273+20))/(1.013·105(273+t)) (10),

unde B - este presiunea barometrică, Pa; where B - is the barometric pressure, Pa;

pr - este vid sau presiunea absolută a gazelor, Pa; pr - is vacuum or absolute gas pressure, Pa;

β=(1,013·105+2,026·105(273+20))/(1,013·105(273+600)) β=(1.013·105+2.026·105(273+20))/(1.013·105(273+600))

β=8,94. β=8.94.

Formula (9) este destinată aerului, dar cu oarecare aproximativitate poate fi utilizată şi pentru gazele arse: Formula (9) is intended for air, but with some approximation it can also be used for flue gases:

Ecr=3,04(8,94+0,0311 )·106 Ecr=3.04(8.94+0.0311 )·106

Ecr=2 888 (kW/m). Ecr=2 888 (kW/m).

Deci, într-un tub vortex, forţa câmpului Emax0= 2 933 kW/m este mai mare decât forţa critică a câmpului Ecr=2 888 kW, prin urmare, sunt îndeplinite condiţiile pentru asigurarea unei descărcări Corona cu convertorul de creştere a tensiunii de impuls 10 utilizată. So, in a vortex tube, the field strength Emax0= 2 933 kW/m is greater than the critical field strength Ecr=2 888 kW, therefore, the conditions for ensuring a Corona discharge with the pulse voltage increase converter 10 used are met.

Să determinăm, de asemenea, energia necesară pentru încălzirea aerului cu bujii incandescente tipice pentru autovehicule, până la temperatura de aprindere a funinginii şi benzopirinei, pentru arderea acestuia. Let us also determine the energy required to heat the air with glow plugs typical for automobiles, to the ignition temperature of soot and benzopyrene, for its combustion.

Datele tehnice ale bujiilor incandescente de tip CY 55 [Замена свечей накалывания, Автоспецалист плюс Nr. 7, март 2014, Ежемесячный образовательный журнал Ассоциация EUROAUTO. http://www.autospecialist.info/wpcontent/uploads/2013/10/6nox14-ypox-26-Tex-o6cmpm4Barme-3amena-cBeiteii-naxam.pdf]: tensiune: U=11 V; rezistenţă: R=0,5 Ω. Patru bujii incandescente n=4 consumă energie: Technical data of CY 55 type glow plugs [Замена свечей накалывания, Автоспецалист плюс Nr. 7, March 2014, Monthly Educational Journal EUROAUTO Association. http://www.autospecialist.info/wpcontent/uploads/2013/10/6nox14-ypox-26-Tex-o6cmpm4Barme-3amena-cBeiteii-naxam.pdf]: voltage: U=11 V; resistance: R=0.5 Ω. Four n=4 glow plugs consume energy:

P=I2·R·n (11), P=I2 R n (11),

unde, curentul care trece prin bujia incandescenta: I=U/R=11V/0,5 Ω=22 A. where, the current passing through the glow plug: I=U/R=11V/0.5 Ω=22 A.

Р=222·0,5·4=968 (W). P=222·0.5·4=968 (W).

Funinginea se aprinde la 550°C. Acceptăm temperatura de încălzire a aerului pentru arderea funinginii cu o marjă de T2=600°C. Soot ignites at 550°C. We accept the air heating temperature for soot combustion with a margin of T2=600°C.

Atunci când căldura este transferată în aer de către suprafaţa incandescentă încălzită, aerul de curgere va fi încălzit ca într-un încălzitor electric, pentru a încălzi un metru cub de aer de curgere L1=1,0 m³/h, luând în considerare pierderile de energie în timpul transferului de căldură, folosim, ca o primă aproximaţie, formula [Calculul cantităţii de căldură pentru a încălzi aerul, online, http://tgvsa.com/ru/kalorufer.html; Инженерная помощь, Информационный портал http://helpeng.m/programs/ventilation/water heater.php]: When heat is transferred to the air by the heated incandescent surface, the flowing air will be heated as in an electric heater, to heat one cubic meter of flowing air L1=1.0 m³/h, taking into account energy losses during heat transfer, we use, as a first approximation, the formula [Calculation of the amount of heat to heat the air, online, http://tgvsa.com/ru/kalorufer.html; Инженерная помощь, Информационный портал http://helpeng.m/programs/ventilation/water heater.php]:

Q=L1·ρ·с·(Т2-Т1) (12), Q=L1·ρ·с·(Т2-Т1) (12),

unde ρ - este densitatea aerului, valoarea standard la nivelul mării în conformitate cu atmosfera standard internaţională este valoarea ρ = 1,225 kg/m³, care corespunde densităţii aerului uscat la 15°C şi presiunii de 101,33 kPa; where ρ - is the air density, the standard value at sea level according to the international standard atmosphere is the value ρ = 1.225 kg/m³, which corresponds to the density of dry air at 15°C and a pressure of 101.33 kPa;

c - este căldura specifică a substanţei în J/(kg·K). Capacitatea de căldură specifică în masă a aerului uscat este de 1 kJ/(kg·K)=0,24kcal/(kg·°C). c - is the specific heat of the substance in J/(kg K). The specific heat capacity by mass of dry air is 1 kJ/(kg K)=0.24kcal/(kg °C).

Q = 1 m³/h·1,225 kg/m³·0,24 kcal/(kg·°C)·(600°C-20°C) Q = 1 m³/h·1.225 kg/m³·0.24 kcal/(kg·°C)·(600°C-20°C)

Q =170,5 kcal/h. Q =170.5 kcal/h.

Deoarece 1 kcal=1,163 (W), puterea electrică necesară va fi P1=198,3 (W/h). Pentru încălzirea 1m3 de aer timp de 1 s, este necesară o putere Ql=713,9 (W). Cu puterea totală a bujiilor incandescente de Pb=968 W timp de 1 s, ele pot încălzi de la T1=20°C la T2=600°C Since 1 kcal=1.163 (W), the required electrical power will be P1=198.3 (W/h). To heat 1m3 of air for 1 s, a power of Ql=713.9 (W) is required. With the total power of the glow plugs of Pb=968 W for 1 s, they can heat from T1=20°C to T2=600°C.

L=Pb/Ql (13), L=Pb/Ql (13),

L=968/713,9=1,35 (m3/s). L=968/713.9=1.35 (m3/s).

La mersul în gol cu turaţia de 600 rot./min, un motor diesel în 4 timpi, cu o capacitate cilindrică de 2,0 cm3 absoarbe 150 m3 de aer. În cazul în care 20% din cantitatea de aer introdusă de un motor diesel la recircularea gazelor de eşapament, aceasta va ajunge la 0,5 m3/s, prin urmare combustia fiabilă a particulelor solide (funingine) în elementul filtrant 1 poate fi asigurată cu un număr mai mic de bujii incandescente. When idling at 600 rpm, a 4-stroke diesel engine with a cylinder capacity of 2.0 cm3 absorbs 150 m3 of air. If 20% of the air quantity introduced by a diesel engine is recirculated to exhaust gases, this will reach 0.5 m3/s, therefore reliable combustion of solid particles (soot) in filter element 1 can be ensured with a smaller number of glow plugs.

Informaţii care confirmă posibilitatea realizării invenţiei. Information confirming the possibility of realizing the invention.

Dispozitivul propus are dimensiuni comparabile cu dimensiunile conductelor sistemului de evacuare a gazelor de eşapament ale automobilului şi pot fi uşor încorporate în ansamblul motorului cu ardere internă. Tubul vortex utilizat, reprezintă un tub cilindric cu o cameră de separare a energiei 8 şi o cameră 4 cu duze, fixate rigid. În calitate de cablu de înaltă tensiune sunt utilizate firele de înaltă tensiune ale bujiilor. Există mulţi producători de tuburi vortex, în lume sunt produse astfel de tuburi în serie, de aceea costul variază între 30 şi 150 de dolari SUA. Este de aşteptat că fabricarea tubului pentru dispozitivul propus necesită aproximativ 50-100 de dolari SUA, luând în considerare costul de fabricare a conului dielectric al valvei conice, plasată pe capătul cald al tubului vortex 2 cu acţionare electrică, care permite reglarea fluxului gazelor de eşapament îndreptate către conducta de recirculare a gazelor. Convertorul de creştere a tensiunii de impuls poate fi confecţionat pe celebrul cronometru 555 (tip KR1006V1, un analog al modelului NE555) - unul dintre cele mai răspândite. Datorită construcţiei simple, dispozitivul nu necesită aproape nicio ajustare şi are o eficienţă înaltă. Programatorul este conectat în funcţie de circuitul generatorului de impulsuri şi de circuitul de reglare a frecvenţei şi este reglat la o frecvenţă de 27 kHz şi conectat la înfăşurarea anodică a unui transformator în linie diodă-cascadă, care produce o tensiune de alimentare a celui de-al doilea anod al kinescopului 25-30 kV. Alimentarea sursei de curent de impuls de înaltă tensiune este de 12 V la un curent de 2 A, această sarcină va fi aprovizionată de bateria de acumulatoare a automobilului, precum şi de elementele de încălzire electrice 13 (bujii incandescente). The proposed device has dimensions comparable to the dimensions of the exhaust gas system of the car and can be easily incorporated into the internal combustion engine assembly. The vortex tube used is a cylindrical tube with an energy separation chamber 8 and a chamber 4 with nozzles, rigidly fixed. As a high-voltage cable, high-voltage spark plug wires are used. There are many manufacturers of vortex tubes, such tubes are produced in series in the world, therefore the cost varies between 30 and 150 US dollars. It is expected that the manufacture of the tube for the proposed device requires approximately 50-100 US dollars, taking into account the cost of manufacturing the dielectric cone of the conical valve, placed on the hot end of the vortex tube 2 with an electric drive, which allows regulating the flow of exhaust gases directed to the gas recirculation pipe. The pulse voltage boost converter can be made on the famous 555 timer (type KR1006V1, an analogue of the NE555 model) - one of the most widespread. Due to its simple design, the device requires almost no adjustment and has high efficiency. The programmer is connected according to the pulse generator circuit and the frequency control circuit and is tuned to a frequency of 27 kHz and connected to the anode winding of a diode-cascade line transformer, which produces a supply voltage of the second anode of the kinescope 25-30 kV. The power supply of the high-voltage pulse current source is 12 V at a current of 2 A, this load will be supplied by the car battery, as well as electric heating elements 13 (glow plugs).

Convertorul de creştere a tensiunii de impuls 10 consumă aproape 30-35 W şi produce tensiunea la ieşire 25 - 30 kV. Electrodul de ionizare 7 este executat în formă de spirală introdusă în camera de separare a energiei 8 al tubului vortex 2 la o distanţă de 22,5 mm de la electrodul de impulsuri 9, executat în formă de ştift metalic rotund. The pulse voltage boost converter 10 consumes about 30-35 W and produces an output voltage of 25 - 30 kV. The ionization electrode 7 is made in the form of a spiral inserted into the energy separation chamber 8 of the vortex tube 2 at a distance of 22.5 mm from the pulse electrode 9, made in the form of a round metal pin.

Costul tranzistorului IRF630 nu depăşeşte 1 Euro, analogul KR1006V1 IC NE555 este de aproximativ 0,2 Euro. The cost of the IRF630 transistor does not exceed 1 Euro, the KR1006V1 IC NE555 analogue is about 0.2 Euro.

În total, punerea în aplicare a dispozitivului propus poate fi estimată la 60-100 de Euro. Prin urmare, costul aşteptat al dispozitivului pentru recircularea şi epurarea gazelor de eşapament de fracţii solide şi gaze toxice ale motorului cu ardere internă pentru autoturisme este comparabil cu costul unui filtru de particule al motorului diesel şi mai mic decât costul agentului de curăţire catalitic. În plus, utilizarea dispozitivului propus exclude supapa de recirculare a gazelor de eşapament (Exhaust Gas Recirculation EGR) din sistemul de recirculare a gazelor de eşapament, deoarece funcţia sa de a regla fluxul de gaze de evacuare în sistemul de recirculare este realizată de valva conică 5 acţionată de bobina 11. Un alt avantaj important este posibilitatea de a crea un debit de aer recirculat încălzit pentru regenerarea eficientă a elementului filtrant 1 de particule solide, fără a necesita înlocuirea elementului filtrant 1 sau utilizarea unui mod special de funcţionare a motorului cu ardere internă, aşa cum se face cu restabilirea activă a elementului filtrant 1, prin distrugerea particulelor solide (funingine, carbon) din elementul filtrant 1 unit prin conducta de recirculare a gazelor cu colectorul de admisie al motorului cu ardere internă la temperaturi înalte cu exces de aer. In total, the implementation of the proposed device can be estimated at 60-100 Euro. Therefore, the expected cost of the device for recirculation and purification of exhaust gases from solid fractions and toxic gases of the internal combustion engine for passenger cars is comparable to the cost of a diesel engine particulate filter and lower than the cost of the catalytic cleaner. In addition, the use of the proposed device excludes the exhaust gas recirculation valve (Exhaust Gas Recirculation EGR) from the exhaust gas recirculation system, since its function of regulating the flow of exhaust gases into the recirculation system is performed by the conical valve 5 driven by the coil 11. Another important advantage is the possibility of creating a heated recirculated air flow for efficient regeneration of the filter element 1 of solid particles, without requiring replacement of the filter element 1 or using a special mode of operation of the internal combustion engine, as is done with active regeneration of the filter element 1, by destroying solid particles (soot, carbon) in the filter element 1 connected through the gas recirculation pipe with the intake manifold of the internal combustion engine at high temperatures with excess air.

Principalul efect al dispozitivului propus este curăţirea profundă a gazelor de eşapament de particule solide (funingine şi benzopirina) până la particule cu un diametru mai mic de 50 nm, ceea ce reduce riscul de cancer, poluarea mediului, prin arderea gazelor toxice în camera de ardere a motorului cu ardere internă, precum şi reducerea emanării acestora. The main effect of the proposed device is the deep cleaning of exhaust gases from solid particles (soot and benzopyrene) down to particles with a diameter of less than 50 nm, which reduces the risk of cancer, environmental pollution, by burning toxic gases in the combustion chamber of the internal combustion engine, as well as reducing their emission.

Având în vedere cele expuse mai sus, dispozitivul dat poate fi realizat din punct de vedere tehnic şi utilizat în industrie, fiind capabil să recupereze costurile de implementare, adică satisface criteriul de aplicabilitate industrială. Considering the above, the given device can be technically realized and used in industry, being able to recover the implementation costs, i.e. it satisfies the industrial applicability criterion.

1. SU 213462 A1 1967.11.30 1. SU 213462 A1 1967.11.30

2. US 6460520 B1 2002.10.08 2. US 6460520 B1 2002.10.08

3. RU 2349782 A 2008.05.20 3. RU 2349782 A 2008.05.20

4. US 2012125300 A1 2012.05.24 4. US 2012125300 A1 2012.05.24

5. RU 2506447 A 2012.10.27 5. RU 2506447 A 2012.10.27

Claims

Device for recirculating and purifying exhaust gases of solid fractions and toxic gases of the internal combustion engine, which contains a chamber (4), the inlet of which is connected by an exhaust gas discharge pipe to an exhaust manifold of the internal combustion engine, and its outlet is connected to the inlet of a filter element (1) by means of a diaphragm (3) placed at the cold end of a vortex tube (2), the filter element (1) being connected by a gas recirculation pipe to an intake manifold of the internal combustion engine, at the same time the chamber (4) is equipped with nozzles directed tangentially to the inner wall of an energy separation chamber (8) of the vortex tube (2), formed by a metallic ionization electrode (7), made in the shape of a spiral, and a metallic pulse electrode (9), fixed to the end of a conductive rod (6) covered with an insulating layer, which communicates with a conical valve (5) operated by a coil (11) and placed on the hot end of the vortex tube (2), on which a chamber is mounted, connected to a muffler; the conductive rod (6) is connected to a pulse voltage increase converter (10), connected to a battery, to which the coil (11) is also connected by means of a control unit (12) of the internal combustion engine; the filter element (1) is equipped with electric heating elements (13), connected by means of a relay (14) to the battery, the relay (14) being connected to the control unit (12) of the internal combustion engine.