PL202209B1 - Urządzenie do redukcji stężenia cząstek stałych w spalinach silnika wysokoprężnego - Google Patents

Abstract

Urządzenie do redukcji cząstek stałych, według wynalazku, zawierające filtr, katalizator i palnik z iskrownikiem oraz cylindryczny kolektor (1), wypełniony porowatym złożem, stanowiący jednocześnie obudowę, umieszczonej w nim koncentrycznie rury wydechowej (2), wyposażone jest w zawirowacz (6). Zawirowacz (6) stanowi rura z ukośnymi szczelinami (7), wykonanymi na jej obwodzie, usytuowana na wlocie do rury wydechowej (2), za którą szeregowo umieszczone są filtr (8) i katalizator (9). Korzystnie szczeliny (7) zawirowacza (6) rozszerzają się do wnętrza rury wydechowej, zaś przekrój wzdłużny każdej ze szczelin ma kształt trójkąta, a krawędzie ścianek ze szczelinami wywinięte są do wnętrza rury wydechowej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do redukcji stężenia cząstek stałych w spalinach silnika wysokoprężnego, przeznaczone do stosowania w układzie wydechowym silnika, zwłaszcza częściowo zużytego.

Spaliny z silników wysokoprężnych zawierają duże ilości palnych cząstek stałych, powstających w wysokiej temperaturze, w cylindrach silnika. Oszacowano, ż e 90% emitowanych czą stek stał ych jest mniejszych niż 300 nm, a większość zawartych w nich składników jest kancerogenna.

Znany jest z patentu US nr 6.412,276 sposób redukcji stężenia cząstek stałych w spalinach silnika wysokoprężnego, polegający na osadzaniu cząstek stałych na filtrze i okresowym jego regenerowaniu przez wypalanie. Regeneracja filtra prowadzona jest w przepływie spalin silnikowych, które podczas tej operacji, mają temperaturę wyższą od temperatury zapłonu sadzy dieslowskiej. Regeneracja filtra zachodzi w czasie okresowego wypalania nagromadzonej na nim sadzy diesla, kosztem zwiększonej dawki paliwa zasilającego w tym czasie silnik. Cały proces sterowany jest automatycznie poprzez pomiar ciśnienia statycznego przed filtrem.

Cząstki sadzy mające rozmiary mniejsze od 10 um wymagają stosowania kosztownych filtrów o submikronowych porach.

Urządzenie do redukcji cząstek stałych, według wynalazku, zawierające filtr, katalizator i palnik z iskrownikiem wyposażone w cylindryczny kolektor, wypełniony porowatym złożem, odpornym na korozję, stanowiący jednocześnie obudowę, umieszczonej w nim koncentrycznie rury wydechowej, wyposażone jest w zawirowacz usytuowany na wlocie do rury wydechowej, zaopatrzony w ukośne szczeliny, za którym szeregowo usytuowane są filtr i katalizator. Korzystnie zawirowacz stanowi rura z ukośnymi szczelinami, wykonanymi na jej obwodzie i rozszerzającymi się do wnętrza rury wydechowej, przy czym przekrój wzdłużny każdej ze szczelin ma kształt trójkąta, a krawędzie ścianek ze szczelinami wywinięte są do wnętrza rury wydechowej.

Ponadto urządzenie ma wlot spalin z silnika, usytuowany po przeciwnej stronie do wlotu spalin do rury wydechowej. Palnik jest ciągle zasilany sprężonym powietrzem i okresowo olejem napędowym. Urządzenie umożliwia wypalanie, zanieczyszczających filtr cząstek stałych w czasie normalnej pracy silnika.

Korzystnie urządzenie wyposażone jest w czujnik ciśnienia, usytuowany przed filtrem.

Charakterystyczną i korzystną cechą urządzenia jest możliwość aglomeracji cząstek stałych do rozmiarów pozwalających na ich skuteczne zatrzymanie na filtrze o małym oporze hydraulicznym. Aglomeracja uzyskiwana jest dzięki dobranym rozmiarom kolektora, wypełnionego odpowiednim złożem porowatym. Rozwiązanie gwarantuje uzyskanie równomiernego rozkładu warstwy cząstek stałych na filtrze, dzięki dobranej geometrii szczelin na obwodzie rury wydechowej, dającej optymalną turbulencję strumienia spalin. Zaletą jest uzyskane w efekcie wydłużenie czasu pracy filtra oraz jego skuteczniejsza regeneracja. Dodatkowym korzystnym skutkiem rozwiązania jest zastosowanie okresowo działającego palnika zasilanego olejem napędowym, co pozwala na szybką regenerację zapchanego cząstkami stałymi filtra, gdyż stosunek czasu jego regeneracji do czasu pracy silnika przed regeneracją wynosi co najmniej 1 do 100. Wynalazek pozwala skutecznie zmniejszać emisję cząstek sadzy dieslowskiej do otoczenia dzięki czemu można również eksploatować częściowo zużyty tabor samochodów i maszyn roboczych na olej napędowy bez przekraczania obowiązujących norm emisji. Ważną zaletą rozwiązania jest wyeliminowanie tradycyjnego tłumika spalin w układzie wydechowym silnika wysokoprężnego, ponieważ urządzenie według wynalazku dobrze tłumi hałaśliwość wydechu spalin. Ponadto korzystnym skutkiem jest stałe zabezpieczanie w czasie pracy silnika, palnika i iskrownika przed osadzaniem się na nich cząstek stałych, uzyskane dzięki ciągłemu zasilaniu palnika sprężonym powietrzem.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia schematycznie przekrój podłużny urządzenia.

P r z y k ł a d I

Urządzenie do redukcji sadzy w spalinach wysokoprężnego silnika spalinowego, stanowi cylindryczny kolektor 1, wewnątrz którego, współosiowo umieszczona jest rura wydechowa 2. Kolektor wypełniony jest porowatym, przepuszczającym złożem 3, odpornym na korozję, o małym oporze hydraulicznym. Króciec wlotowy 4 do kolektora, spalin z silnika, jest usytuowany po przeciwnej stronie do wlotu 5 spalin do rury wydechowej 2. Urządzenie ma ponadto zawirowacz 6 usytuowany na wlocie do rury wydechowej, który stanowi rura z ukośnymi szczelinami 7, wykonanymi na jej obwodzie i rozszePL 202 209 B1 rzającymi się do wnętrza rury wydechowej, przy czym przekrój wzdłużny każdej ze szczelin 7 ma kształt trójkąta, a krawędzie ścianek ze szczelinami wywinięte są do wnętrza rury wydechowej. W rurze wydechowej 2, za zawirowaczem 6, umieszczone są szeregowo objętościowy filtr ceramiczny 8 i katalizator 9. Do rury wydechowej 2 dołączony jest współosiowo palnik olejowy 10 z iskrownikiem 11. Do palnika 10 podłączony jest przewód 12 doprowadzający sprężone powietrze i przewód 13 doprowadzający olej napędowy. Iskrownik 12 zasilany jest napięciem stałym doprowadzanym z sieci pojazdu. Do kolektora przed filtrem 8 podłączony jest czujnik ciśnienia, umieszczony w króćcu pomiarowym 14, który po dojściu ciśnienia w komorze spalania do nastawionej wartości górnej, uruchamia palnik 11 i iskrownik 12 na założony arbitralnie czas pracy. Na końcu rury wydechowej 2 znajduje się wylot 15 spalin do atmosfery.

Podczas pracy urządzenia spaliny odlotowe z silnika wprowadza się do kolektora 1, stanowiącego obudowę umieszczonej w nim współosiowo rury wydechowej 2, wypełnionego porowatym złożem 3 odpornym na korozję. Zawarte w spalinach cząstki stałe poddaje się aglomeracji na porowatym złożu, w wyniku której uzyskuje się cząstki sadzy o rozmiarach > 10 μm. Czas kontaktu spalin z porowatym złożem i droga ich przepływu przez porowate złoże, jest dłuższa niż w innych znanych rozwiązaniach, ponieważ spaliny wprowadza się na złoże porowate, otaczające rurę wydechową 2, wlotem 4 usytuowanym po stronie przeciwnej do wlotu 5 spalin do rury. Spaliny zawierające zaglomerowane cząstki stałe wprowadza się ruchem turbulentnym, przy użyciu zawirowacza 6 przez skośne szczeliny 7 do filtra 8 umieszczonego w rurze wydechowej 2, a po wyjściu z filtra, oczyszcza z zanieczyszczeń gazowych na katalizatorze 9. Cząstki o rozmiarach > 10 μm skutecznie zatrzymuje się na filtrze 8. Regeneracja filtra wypełnionego cząstkami stałymi, rozpoczyna się automatycznie, w momencie, w którym czujnik ciśnienia statycznego spalin, wykaże wzrost ciśnienia przed wypełnionym filtrem, ponad wartość zadaną arbitralnie. W tym momencie uruchamia się palnik olejowy 10, przy użyciu iskrownika 11, przy czym palnik 10 zasila się sprężonym powietrzem w sposób ciągły, a w trakcie regeneracji zasila się dodatkowo olejem napędowym. Płomieniem wypala się osadzoną na filtrze sadzę w czasie pracy silnika.

Claims (2)

1. Urządzenie do redukcji stężenia cząstek stałych w spalinach silnika wysokoprężnego, zawierające filtr, katalizator i palnik z iskrownikiem wyposażone w cylindryczny kolektor, wypełniony porowatym złożem, odpornym na korozję, stanowiący jednocześnie obudowę, umieszczonej w nim koncentrycznie rury wydechowej, w którym wlot spalin do kolektora jest usytuowany po przeciwnej stronie w stosunku do wlotu spalin do rury wydechowej, znamienne tym, że jest wyposażone w zawirowacz (6), umieszczony na wlocie do rury wydechowej (2), zaopatrzony w ukośne szczeliny (7), za którym szeregowo usytuowane są filtr (8) i katalizator (9).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawirowacz (6) stanowi rura z ukośnymi szczelinami (7), wykonanymi na jej obwodzie i rozszerzającymi się do wnętrza rury wydechowej, przy czym przekrój wzdłużny każdej ze szczelin ma kształt trójkąta, a krawędzie ścianek ze szczelinami wywinięte są do wnętrza rury wydechowej.