RU2258815C2 - Diesel engine exhaust gases two-stage soot filter - Google Patents

Diesel engine exhaust gases two-stage soot filter Download PDF

Info

Publication number
RU2258815C2
RU2258815C2 RU2003114537/06A RU2003114537A RU2258815C2 RU 2258815 C2 RU2258815 C2 RU 2258815C2 RU 2003114537/06 A RU2003114537/06 A RU 2003114537/06A RU 2003114537 A RU2003114537 A RU 2003114537A RU 2258815 C2 RU2258815 C2 RU 2258815C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soot
filter
housing
cylinder
exhaust gases
Prior art date
Application number
RU2003114537/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003114537A (en
Inventor
А.В. Кушнарев (RU)
А.В. Кушнарев
В.М. Подчинок (RU)
В.М. Подчинок
зев С.Ю. Кн (RU)
С.Ю. Князев
В.В. Колесов (RU)
В.В. Колесов
П.К. Агеев (RU)
П.К. Агеев
А.В. Акумов (RU)
А.В. Акумов
Original Assignee
Военный автомобильный институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военный автомобильный институт filed Critical Военный автомобильный институт
Priority to RU2003114537/06A priority Critical patent/RU2258815C2/en
Publication of RU2003114537A publication Critical patent/RU2003114537A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2258815C2 publication Critical patent/RU2258815C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering; diesel engines.
SUBSTANCE: invention can be used for cleaning exhaust gases of diesel engines. Proposed two-stage soot filter of diesel engine exhaust system contains housing of rotation chamber with inlet and outlet branch pipes, swirler, soot collector with afterburner and additional filtering element. Housing of rotation chamber is made double-walled, with head isolator placed in space between walls. Soot collector with afterburner is enclosed in cup installed for longitudinal displacement along guides inside cylinder. Control return mechanism is installed in cylinders after soot collector. Return mechanism consists of spring and rod, and additional filtering element is located in space between cylinder and filter housing and is furnished with electric heater.
EFFECT: provision of effective cleaning of exhaust gases from participles of soot, reduced fuel consumption and power losses at different modes of operation of diesel engine, increased service life of filter and its overhaul life.
4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для очистки отработавших газов (ОГ) в выпускных системах дизелей.The invention relates to mechanical engineering and can be used for purification of exhaust gases (exhaust) in exhaust systems of diesel engines.

Известно устройство очистки ОГ дизеля от твердых частиц (патент РФ № 2183751, МПК F 01 N 3/022 от 20.06.02), содержащее ротационную камеру сгорания с входным и выходным патрубками, завихритель, сажесборник с дожигающим устройством, дополнительный фильтрующий элемент, причем корпус ротационной камеры имеет двойные стенки, в полость между которыми вложен слой теплоизолятора.A device for cleaning a diesel exhaust gas from solid particles (RF patent No. 2183751, IPC F 01 N 3/022 of 06/20/02), comprising a rotary combustion chamber with inlet and outlet pipes, a swirler, a carbon black with an afterburner, an additional filter element, the housing The rotation chamber has double walls, in the cavity between which a layer of heat insulator is embedded.

Недостатками этого устройства являются повышение расхода топлива в процессе эксплуатации, вызванного увеличением противодавления ОГ на режимах средних и полных нагрузок дизеля, вследствие быстрого закоксовывания каналов сажевого фильтра, а также повышенная трудоемкость процесса очистки сажесборника от твердых частиц.The disadvantages of this device are the increase in fuel consumption during operation, caused by an increase in exhaust backpressure at medium and full diesel load conditions due to the rapid coking of the particulate filter channels, as well as the increased complexity of the process of cleaning particulate matter from solid particles.

Технический результат направлен на обеспечение более эффективной очистки ОГ от сажевых частиц, снижение расхода топлива и потерь мощности на различных режимах работы дизеля, увеличение срока службы фильтра и его ресурса до очередного обслуживания.The technical result is aimed at providing a more efficient purification of exhaust gas from soot particles, reducing fuel consumption and power losses at various diesel engine operation modes, increasing the filter service life and its life before next service.

Технический результат достигается тем, что двухступенчатый сажевый фильтр отработавших газов дизеля, содержащий корпус ротационной камеры с входным и выходным патрубками, завихритель, сажесборник с дожигающим устройством и дополнительный фильтрующий элемент, причем корпус ротационной камеры имеет двойные стенки, в полость между которыми вложен слой теплоизолятора, при этом сажесборник с дожигающим устройством заключен в стакан, имеющий возможность продольного перемещения внутри цилиндра по направляющим, за сажесборником с дожигающим устройством внутри цилиндра расположен управляющий возвратный механизм, состоящий из пружины и штока, а дополнительный фильтрующий элемент расположен в полости между цилиндром и корпусом фильтра и снабжен электронагревателем.The technical result is achieved by the fact that the two-stage diesel particulate filter of diesel exhaust containing a rotary chamber housing with inlet and outlet nozzles, a swirler, a soot collector with an afterburner and an additional filter element, the rotary chamber housing having double walls, a layer of heat insulator is embedded in the cavity between them, wherein the carbon black with the afterburner is enclosed in a glass having the possibility of longitudinal movement inside the cylinder along the guides, behind the carbon black with the afterburner he device inside the cylinder is located control return mechanism, consisting of a spring and a rod, and an additional filter element is located in the cavity between the cylinder and the filter housing and is equipped with an electric heater.

Отличительными признаками от прототипа является то, что сажесборник с дожигающим устройством заключен в стакан, имеющий возможность продольного перемещения внутри цилиндра по направляющим, за сажесборником с дожигающим устройством внутри цилиндра расположен управляющий возвратный механизм, состоящий из пружины и штока, а дополнительный фильтрующий элемент расположен в полости между цилиндром и корпусом фильтра и снабжен электронагревателем.Distinctive features of the prototype is that the soot collector with an afterburner is enclosed in a glass having the possibility of longitudinal movement inside the cylinder along the guides, behind the soot collector with an afterburner inside the cylinder there is a control return mechanism consisting of a spring and a rod, and an additional filter element is located in the cavity between the cylinder and the filter housing and is equipped with an electric heater.

Техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез двухступенчатого сажевого фильтра и его работа при включенной первой ступени очистки; фиг.2 - продольный разрез и работа фильтра при включенных двух ступенях очистки; фиг.3 и 4 - поперечные разрезы А-А и В-В.The technical solution is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a longitudinal section of a two-stage particulate filter and its operation when the first cleaning stage is turned on; figure 2 is a longitudinal section and the filter when two stages of cleaning; figure 3 and 4 are transverse sections aa and bb.

Сажевый фильтр состоит из корпуса ротационной камеры 1 с входным патрубком 17 и диффузором 18, а также выходным патрубком 19 и конфузором 20, внутри которой в ее цилиндрической части расположен завихритель 2, выполненный в виде крыльчатки. В ротационной камере 1 расположен сажесборник 3, выполненный из легированной стали и «путанки» из тонкой металлической проволоки, с размещенным внутри него каталитическим дожигающим устройством 4. Каталитическое дожигающее устройство 4 представляет собой металлический цилиндр 5, внутри которого выполнены сквозные продольные каналы 6. На поверхности каналов 6 нанесен каталитический керамический слой на основе оксида алюминия гамма-модификации с добавлением оксидов Cu, Cr, Ni, Co и оксидов редкоземельных металлов. Между завихрителем 2 и сажесборником 3 имеется цилиндрическая сепарирующая полость 7. Сажесборник 3 с каталитическим дожигающим устройством 4 заключен в цилиндрический стакан 15 (фиг.4), имеющий возможность продольного перемещения внутри цилиндра 8 по выполненным на его внутренней поверхности четырем направляющим 23. Для перемещения по направляющим 23, стакан 15 сажесборника 3 имеет соответственно четыре продольных паза. За сажесборником 3 с каталитическим дожигающим устройством 4 внутри цилиндра 8 расположен управляющий возвратный механизм, состоящий из пружины 10, упорной металлической пластины 9 с отверстием для направляющего штока 11 (фиг.1, 3). В полости между цилиндром 8 и корпусом фильтра 1 коаксиально расположен неподвижный дополнительный фильтрующий элемент 12, который фиксируется в полости 13 упорными пластинами 14 (фиг.1, 4). Дополнительный фильтрующий элемент 12 выполнен из керамической «путанки», в которой размещен электронагреватель 22, в виде нихромовой (электрической) спирали, работающий от электрической сети автомобиля. Включение электронагревателя 22 обеспечивается блоком управления 24 по сигналу датчика давления 21. Кроме того, корпус ротационной камеры 1 имеет двойные стенки со слоем теплоизолятора 16 из минеральной ваты (керамических волокон).The particulate filter consists of a housing of the rotary chamber 1 with an inlet pipe 17 and a diffuser 18, as well as an outlet pipe 19 and a confuser 20, inside of which a swirl 2 made in the form of an impeller is located in its cylindrical part. In the rotary chamber 1 there is a carbon black 3 made of alloy steel and a "tangle" of thin metal wire, with a catalytic afterburning device placed inside it 4. The catalytic afterburning device 4 is a metal cylinder 5, inside of which there are through longitudinal channels 6. On the surface of channels 6, a catalytic ceramic layer based on gamma-alumina with the addition of oxides of Cu, Cr, Ni, Co and rare earth oxides is applied. Between the swirler 2 and the carbon black 3 there is a cylindrical separating cavity 7. The carbon black 3 with a catalytic afterburning device 4 is enclosed in a cylindrical glass 15 (Fig. 4), which can be longitudinally moved inside the cylinder 8 along four guides made on its inner surface 23. For moving along guides 23, the glass 15 of the carbon black 3 has four longitudinal grooves, respectively. Behind the carbon black 3 with a catalytic afterburning device 4, inside the cylinder 8, there is a control return mechanism consisting of a spring 10, a thrust metal plate 9 with an opening for the guide rod 11 (Figs. 1, 3). In the cavity between the cylinder 8 and the filter housing 1, a fixed additional filter element 12 is coaxially located, which is fixed in the cavity 13 by the thrust plates 14 (Figs. 1, 4). An additional filter element 12 is made of ceramic "tangle", in which an electric heater 22 is placed, in the form of a nichrome (electric) spiral operating from the vehicle’s electrical network. The inclusion of an electric heater 22 is provided by the control unit 24 at the signal of the pressure sensor 21. In addition, the housing of the rotary chamber 1 has double walls with a layer of heat insulator 16 made of mineral wool (ceramic fibers).

Фильтр работает следующим образом. Отработавшие газы, включающие твердые частицы, поступают в ротационную камеру 1 через входной патрубок 17 и, проходя через крыльчатку 2, закручиваются. В цилиндрической сепарирующей полости 7 твердые частицы разделяются по массе. Более тяжелые (крупные) частицы поступают в периферийную область полости 7, а затем улавливаются сажесборником 3. Более мелкие частицы поступают в каталитическое дожигающее устройство 4, расположенное в приосевой части ротационной камеры 1. Там они проходят через сквозные продольные каналы 6 и контактируют с каталитическим керамическим слоем. При этом происходит окисление частиц сажи до монооксида углерода, что обеспечивается с одной стороны химическим и фазовым составом каталитического слоя, а с другой стороны протяженностью каналов 6. Очищенные от твердых частиц газы выходят через выходной патрубок 19 (фиг.1).The filter works as follows. The exhaust gases, including solid particles, enter the rotary chamber 1 through the inlet pipe 17 and, passing through the impeller 2, are twisted. In the cylindrical separation cavity 7, the solid particles are separated by mass. Heavier (larger) particles enter the peripheral region of the cavity 7, and then are captured by the carbon black 3. Smaller particles enter the catalytic afterburning device 4 located in the axial part of the rotary chamber 1. There they pass through the through longitudinal channels 6 and are in contact with the catalytic ceramic layer. When this happens, the oxidation of soot particles to carbon monoxide, which is ensured on the one hand by the chemical and phase composition of the catalytic layer, and on the other hand by the length of the channels 6. The gases purified from the solid particles exit through the outlet pipe 19 (Fig. 1).

При работе двигателя на режимах средних нагрузок, то есть при увеличении расхода ОГ, их давление в полости 7 возрастает и начинает преодолевать усилие пружины 10 управляющего возвратного механизма, при этом стакан 15 сажесборника 3 перемещается внутри цилиндра 8, открывая доступ к дополнительному фильтрующему элементу 12. При этом ОГ делятся на два параллельных потока, одна часть которых очищается в подвижном сажесборнике 3 с каталитическим дожигающим устройством 4, а другая часть газов, где преобладают более крупные сажевые частицы закрученные завихрителем 2 поступает в полость 13, а затем, очищаясь в дополнительном фильтре 12, проходит в выходной патрубок 19 (фиг.2).When the engine is operating under medium load conditions, that is, when the exhaust gas flow increases, their pressure in the cavity 7 increases and begins to overcome the force of the spring 10 of the control return mechanism, while the glass 15 of the carbon black 3 moves inside the cylinder 8, giving access to an additional filtering element 12. In this case, the exhaust gases are divided into two parallel flows, one part of which is cleaned in a movable carbon black 3 with a catalytic afterburning device 4, and the other part of the gases, where larger soot particles prevail s swirler 2 enters the cavity 13, and then, purifying the additional filter 12, passes into the outlet 19 (Figure 2).

При работе двигателя на режимах полных нагрузок расход газов увеличивается, давление в полости 7 возрастает, и стакан 15 сажесборника 3 перемещается еще больше, увеличивая доступ к дополнительному фильтру 12.When the engine is operating at full load, the gas flow increases, the pressure in the cavity 7 increases, and the glass 15 of the carbon black 3 moves even more, increasing access to the additional filter 12.

При превышении давления ОГ в полости 7, до критического значения, характеризующего степень засорения фильтрующих элементов, срабатывает датчик 21 и блок управления 24 включает электронагревательный элемент 22, который обеспечивает прогрев дополнительного фильтра 12 до температуры 550-600°С, необходимой для выгорания сажи, что способствует частичной регенерации дополнительного фильтра 12, а также сажесборника 3 с каталитическим дожигающим устройством. Наличие двойных стенок у ротационной камеры сгорания позволяет значительно снизить потери тепла в окружающую среду.When the exhaust gas pressure in the cavity 7 is exceeded, to a critical value characterizing the degree of clogging of the filter elements, the sensor 21 is activated and the control unit 24 includes an electric heating element 22, which provides heating of the additional filter 12 to a temperature of 550-600 ° C, which is necessary for soot burning, which contributes to the partial regeneration of an additional filter 12, as well as a carbon black 3 with a catalytic afterburning device. The presence of double walls in a rotational combustion chamber can significantly reduce heat loss to the environment.

Таким образом, данная конструкция двухступенчатого сажевого фильтра позволяет увеличивать площадь его проходного сечения при повышенном расходе и давлении ОГ на средних и полных нагрузках двигателя, что позволяет минимизировать суммарное гидравлическое сопротивление фильтра и производить качественную очистку ОГ на всех режимах работы дизеля при минимальных потерях мощности и расходе топлива, а также способствует продлению срока службы фильтра и снижению трудоемкости обслуживания.Thus, this design of a two-stage diesel particulate filter allows to increase the area of its cross-section with increased exhaust gas flow and pressure at medium and full engine loads, which allows to minimize the total hydraulic resistance of the filter and to perform high-quality cleaning of exhaust gas in all diesel operation modes with minimal power and consumption losses fuel, and also helps to extend the life of the filter and reduce the complexity of maintenance.

Claims (1)

Двухступенчатый сажевый фильтр отработавших газов дизеля, содержащий корпус ротационной камеры с входным и выходным патрубками, завихритель, сажесборник с дожигающим устройством и дополнительный фильтрующий элемент, причем корпус ротационной камеры имеет двойные стенки, в полость между которыми вложен слой теплоизолятора, отличающийся тем, что сажесборник с дожигающим устройством заключен в стакан, имеющий возможность продольного перемещения внутри цилиндра по направляющим, за сажесборником с дожигающим устройством внутри цилиндра расположен управляющий возвратный механизм, состоящий из пружины и штока, а дополнительный фильтрующий элемент расположен в полости между цилиндром и корпусом фильтра и снабжен электронагревателем.A two-stage diesel exhaust particulate filter containing a rotary chamber housing with inlet and outlet nozzles, a swirler, a soot collector with an afterburner, and an additional filter element, the rotary chamber housing having double walls with a heat insulator layer embedded in the cavity, characterized in that the carbon collector has the afterburning device is enclosed in a glass having the possibility of longitudinal movement inside the cylinder along the guides, behind the carbon black with the afterburning device inside the cylinder Located return control mechanism consisting of a spring and a rod, and the additional filter element is disposed in the cavity between the cylinder and the filter housing and is provided with an electric heater.
RU2003114537/06A 2003-05-15 2003-05-15 Diesel engine exhaust gases two-stage soot filter RU2258815C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003114537/06A RU2258815C2 (en) 2003-05-15 2003-05-15 Diesel engine exhaust gases two-stage soot filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003114537/06A RU2258815C2 (en) 2003-05-15 2003-05-15 Diesel engine exhaust gases two-stage soot filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003114537A RU2003114537A (en) 2004-11-10
RU2258815C2 true RU2258815C2 (en) 2005-08-20

Family

ID=35846277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003114537/06A RU2258815C2 (en) 2003-05-15 2003-05-15 Diesel engine exhaust gases two-stage soot filter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2258815C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108316990A (en) * 2018-01-26 2018-07-24 宁波海蔓汽车科技有限公司 A kind of automobile exhaust gas processing apparatus
RU2677745C1 (en) * 2017-12-19 2019-01-21 Андрей Геннадьевич Бояренок Diesel internal combustion engine exhaust gases cleaning device
CN112084448A (en) * 2020-08-31 2020-12-15 北京金堤征信服务有限公司 Similar information processing method and device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2677745C1 (en) * 2017-12-19 2019-01-21 Андрей Геннадьевич Бояренок Diesel internal combustion engine exhaust gases cleaning device
CN108316990A (en) * 2018-01-26 2018-07-24 宁波海蔓汽车科技有限公司 A kind of automobile exhaust gas processing apparatus
CN112084448A (en) * 2020-08-31 2020-12-15 北京金堤征信服务有限公司 Similar information processing method and device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100637641B1 (en) Filter for egr system heated by an enclosing catalyst
EP0264202B1 (en) Low energy regeneration system for particulate trap for an internal combustion engine
RU2379528C2 (en) Carrier of catalytic neutraliser arranged nearby engine, catalytic neutraliser with such carrier, automotive exhaust system and vehicle
US4276066A (en) Monolith diesel exhaust filter with self-regeneration
CN101821487B (en) Exhaust purification apparatus
KR101223383B1 (en) Exhaust-gas secondary treatment preceding a turbocharger
US4346557A (en) Incineration-cleanable composite diesel exhaust filter and vehicle equipped therewith
CN101482047A (en) Method and system for purification of exhaust gas from diesel engines
WO2007010985A1 (en) Exhaust gas purifier
RU2258815C2 (en) Diesel engine exhaust gases two-stage soot filter
RU2391522C2 (en) Catalytic converter of waste gases with gas-distributing mechanism
KR100763411B1 (en) Catalytic converter with multi-arrangement type for diesel engine
RU40395U1 (en) CATALYTIC EMISSION GAS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE
CN101297105A (en) System for purifying the exhaust gases emitted by internal combustion engines
RU2075605C1 (en) Diesel engine catalytic converter
KR100540189B1 (en) A catalytic converter
RU2312234C2 (en) Catalytic converter for internal combustion engine
RU2075607C1 (en) Exhaust gas catalytic converter
RU2280177C1 (en) Exhaust gas converter for diesel engine
RU2189464C2 (en) Internal combustion engine exhaust gas catalyst converter with regeneration of cleaning
SU1036944A1 (en) Device for neutralizing ic engine exhaust gas
KR100472167B1 (en) Catalytic converter
RU2188326C2 (en) Diesel engine catalyst converter
RU2171899C2 (en) Internal combustion engine exhaust gas catalyst converter
RU2190768C1 (en) Internal combustion engine catalyst converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050516