Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6885
(13) U
(46) 2010.12.30
(51) МПК (2009)
F 01N 3/02
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ САЖЕВЫХ ЧАСТИЦ
ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (ВАРИАНТЫ)
(21) Номер заявки: u 20100467
(22) 2010.05.15
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт тепло- и
массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Бела-
руси" (BY)
(72) Авторы: Филатов Сергей Александро-
вич; Кучинский Георгий Станиславо-
вич; Кумейша Николай Антонович;
Батырев Евгений Викторович; Шама-
шова Татьяна Сергеевна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт тепло-
и массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Белару-
си" (BY)
(57)
1. Устройство для очистки от сажевых частиц отработавших газов дизельного двига-
теля внутреннего сгорания, содержащее фильтр, установленный в корпусе глушителя, со-
стоящий из осадительной камеры с расположенным в ней электродом, входного и
выходного патрубков и бункера, и блок питания, отличающееся тем, что электрод осади-
тельной камеры выполнен в виде конуса, при этом осадительная камера дополнительно
снабжена электродом, расположенным на ее внутренней поверхности, и выполнена в
нижней части фильтра в виде бункера, причем электроды осадительной камеры располо-
жены коаксиально, выполнены ионизирующими диэлектрически изолированными и под-
ключены к блоку питания в виде генератора переменного тока для формирования
диэлектрического барьерного разряда.
Фиг. 1
BY6885U2010.12.30

2. BY 6885 U 2010.12.30
2
2. Устройство для очистки от сажевых частиц отработавших газов дизельного двига-
теля внутреннего сгорания, содержащее фильтр, установленный в корпусе глушителя, со-
стоящий из осадительной камеры с расположенным в ней электродом, входного и
выходного патрубков и бункера, и блок питания, отличающееся тем, что электрод осади-
тельной камеры в виде цилиндра выполнен цилиндрическим, при этом осадительная ка-
мера дополнительно снабжена электродом, расположенным на ее внутренней
поверхности, и выполнена в нижней части фильтра в виде бункера, причем электроды
осадительной камеры расположены коаксиально, выполнены ионизирующими диэлектри-
чески изолированными и подключены к блоку питания в виде генератора переменного то-
ка для формирования диэлектрического барьерного разряда.
(56)
1. Патент РФ 2105164, МПК F 01N 3/02, опубл. 1998.
Полезная модель относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к устрой-
ствам для очистки от сажевых частиц отработавших газов глушителей в дизельных двига-
телях, и может быть использована в автомобилестроении, тракторостроении,
судостроении, на железнодорожном транспорте.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению (прототип)
является устройство для очистки от сажи отработавших газов и уменьшения шума двига-
теля внутреннего сгорания [1]. Указанное устройство содержит электроцентробежный
фильтр, установленный в корпусе глушителя, состоящий из осадительной камеры, выпол-
ненной в виде конуса, и расположенного в ней коронирующего электрода, подключенных
к разным полюсам блока питания, а также входного и выходного патрубков, и бункера для
сбора сажи (сажевых частиц отработавших газов). Во входном патрубке фильтра распо-
ложены ионизирующие электроды.
Устройство для очистки от сажевых частиц отработавших газов и уменьшения шума
двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. Отработавшие газы двига-
теля внутреннего сгорания направляются на входной патрубок, в котором размещены
ионизирующие электроды. К электродам через определенный интервал времени подается
высокое напряжение, и между ними возникает электрический разряд. Между электродами
формируется электрическое поле, благодаря которому происходит ионизация отработав-
ших газов, обеспечивая электрический заряд взвешенных в отработавших газах сажевых
частиц. Затем отработавшие газы поступают в рабочую зону фильтра, установленного в
корпусе глушителя. Сажевые частицы отработавших газов в зоне разряда (разрядном про-
межутке) коронирующего электрода приобретают отрицательный заряд, вследствие ад-
сорбции на них отрицательных ионов, и под действием электрических и центробежных
сил перемещаются к внутренней поверхности камеры. В непосредственной близости от
нее они транспортируются потоком отработавших газов в бункер, где и оседают вслед-
ствие дополнительного воздействия на них сил, возникающих в результате кругового
движения потока отработавших газов, направляющихся в выходной патрубок.
Недостатком известного устройства является низкая его эффективность из-за неодно-
родности обработки отработавших газов, малого значения напряженности электрического
поля.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности
устройства за счет улучшения однородности обработки отработавших газов, увеличения
напряженности электрического поля без возникновения электрического пробоя в разряд-
ном промежутке.
Задача решается следующим образом.

3. BY 6885 U 2010.12.30
3
Известное устройство для очистки от сажевых частиц отработавших газов дизельного
двигателя внутреннего сгорания содержит фильтр, установленный в корпусе глушителя,
состоящий из осадительной камеры с расположенным в ней электродом, входного и вы-
ходного патрубков и бункера, и блок питания. Согласно предлагаемой полезной модели
по варианту 1, электрод осадительной камеры выполнен в виде конуса, при этом осади-
тельная камера дополнительно снабжена электродом, расположенным на ее внутренней
поверхности, и выполнена в нижней части фильтра в виде бункера. Причем электроды
осадительной камеры расположены коаксиально, выполнены ионизирующими диэлектри-
чески изолированными и подключены к блоку питания в виде генератора переменного то-
ка для формирования диэлектрического барьерного разряда в разрядном промежутке
между диэлектрически изолированными электродами.
Данный вариант устройства для очистки от сажевых частиц отработавших газов ди-
зельного двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить эффективность устройства
за счет улучшения однородности обработки отработавших газов, увеличить напряжен-
ность электрического поля в разрядном промежутке. При этом скорость движения отрабо-
тавших газов в фильтре увеличивается от входа к выходу, а напряженность
электрического поля остается постоянной.
Известное устройство для очистки от сажевых частиц отработавших газов дизельного
двигателя внутреннего сгорания содержит фильтр, установленный в корпусе глушителя,
состоящий из осадительной камеры с расположенным в ней электродом, входного и вы-
ходного патрубков и бункера, и блок питания. Согласно предлагаемой полезной модели
по варианту 2, электрод осадительной камеры в виде цилиндра выполнен цилиндриче-
ским, при этом осадительная камера дополнительно снабжена электродом, расположен-
ным на ее внутренней поверхности, и выполнена в нижней части фильтра в виде бункера,
причем электроды осадительной камеры расположены коаксиально, выполнены ионизи-
рующими диэлектрически изолированными и подключены к блоку питания в виде генера-
тора переменного тока для формирования диэлектрического барьерного разряда в
разрядном промежутке между диэлектрически изолированными электродами.
Данный вариант устройства для очистки от сажевых частиц отработавших газов ди-
зельного двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить эффективность устройства
за счет улучшения однородности обработки отработавших газов, увеличить напряжен-
ность электрического поля в разрядном промежутке. При этом скорость движения отрабо-
тавших газов в фильтре и напряженность электрического поля остаются постоянными.
На фиг. 1 схематично изображено по варианту 1 устройство для очистки от сажевых
частиц отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания, электроды осади-
тельной камеры которого выполнены в виде конуса и распложены коаксиально.
На фиг. 2 схематично изображено по варианту 2 устройство для очистки от сажевых
частиц отработавших газов дизельного двигателя внутреннего сгорания, в котором элек-
троды осадительной камеры в виде цилиндра выполнены цилиндрическими и расположе-
ны коаксиально.
По варианту 1 устройство содержит фильтр (фиг. 1), установленный в корпусе 1 глу-
шителя, состоящий из осадительной камеры 2 с расположенным в ней электродом 3,
входного патрубка 4, предназначенного для входа отработавших газов в осадительную
камеру 2, и выходного патрубка 5, предназначенного для выхода отработавших газов из
осадительной камеры 2. Электрод 3 осадительной камеры 2 выполнен в виде конуса. Оса-
дительная камера 2 дополнительно снабжена электродом 8, расположенным на ее внут-
ренней поверхности. При прохождении отработавших газов через электроды 3, 8
осадительной камеры 2 скорость их движения увеличивается от входа к выходу, а напря-
женность остается постоянной. Осадительная камера 2 выполнена в нижней части филь-
тра в виде бункера 6 для сажевых частиц отработавших газов. Электроды 3, 8
осадительной камеры 2 расположены коаксиально, выполнены ионизирующими диэлек-

4. BY 6885 U 2010.12.30
4
трически изолированными и подключены к блоку питания 7 в виде генератора переменно-
го тока для формирования диэлектрического барьерного разряда в разрядном промежутке
между диэлектрически изолированными электродами.
По варианту 2 устройство содержит фильтр (фиг. 2), установленный в корпусе 1 глу-
шителя, состоящий из осадительной камеры 2 с расположенным в ней электродом 3,
входного патрубка 4, предназначенного для входа отработавших газов в осадительную
камеру 2, и выходного патрубка 5, предназначенного для выхода отработавших газов из
осадительной камеры 2. Электрод 3 осадительной камеры 2 в виде цилиндра выполнен
цилиндрическим. Осадительная камера 2 дополнительно снабжена электродом 8, распо-
ложенным на ее внутренней поверхности. При прохождении отработавших газов через
электроды 3, 8 осадительной камеры 2 скорость и напряженность остаются постоянными.
Осадительная камера 2 выполнена в нижней части фильтра в виде бункера 6 сажевых ча-
стиц отработавших газов. Электроды 3, 8 осадительной камеры 2 расположены коакси-
ально, выполнены ионизирующими диэлектрически изолированными и подключены к
блоку питания 7 в виде генератора переменного тока для формирования диэлектрического
барьерного разряда в разрядном промежутке между диэлектрически изолированными
электродами.
По варианту 1 предлагаемое устройство работает следующим образом. Отработавшие
газы дизельного двигателя внутреннего сгорания направляются в фильтр, установленный
в корпусе 1 глушителя. Через входной патрубок 4 отработавшие газы попадают в осади-
тельную камеру 2 и проходят между ионизирующими диэлектрически изолированными
электродами 3 и 8, расположенными коаксиально и выполненными в виде конусов. Это
обеспечивает увеличение скорости движения отработавших газов в фильтре при постоян-
ной напряженности электрического поля. К ионизирующим диэлектрически изолирован-
ным электродам подключен блок питания 7 в виде генератора переменного тока, который
формирует импульсы высокого напряжения 30-40 кВ с частотой 20-40 кГц, с фронтами
длительностью не более 50 нс, что обеспечивает формирование диэлектрического барьер-
ного разряда, однородного по всему объему и без формирования искрового разряда, по-
вреждающего стенки электродов 3 и 8 и приводящего к резкому повышению температуры
в разрядном промежутке с увеличением выброса NOx. Это обеспечивает протекание реак-
ций по формулам и восстановление окислов азота до NO2 или N2. Сажевые частицы раз-
мером не более 1 мкм в диэлектрическом барьерном разряде полностью разрушаются и
окисляются, что приводит к незначительному увеличению CO2, но к значительному сни-
жению канцерогенных частиц.
C + NO2 CO2 + 1/2 N2
C + OH CO + 1/2 H2O
C + NO2 CO + NO
HC + 5O2 2CO2 + H2O
HCHO + O2 CO2 + H2O
CO + NOx CO2 + N2
H2 + NOx H2O + N2
Сажевые частицы в зоне барьерного разряда приобретают отрицательный заряд, вслед-
ствие адсорбции на них отрицательных ионов отработавшего газа, и под действием элек-
трических и центробежных сил перемещаются к внутренней поверхности осадительной
камеры 2. В непосредственной близости от нее они транспортируются потоком отрабо-
тавшего газа в бункер 6, где и оседают вследствие дополнительного воздействия на них
сил, возникающих в результате кругового движения потока отработавших газов, направ-
ляющегося в выходной патрубок 5. Блок питания 7 в виде генератора переменного тока
формирует импульсы напряжения с регулируемой скважностью. Для получения других

5. BY 6885 U 2010.12.30
5
форм сигналов используют генератор переменного тока, обеспечивающий формирование
постоянного напряжения, и генератор переменного тока, обеспечивающий формирование
напряжения с синусоидальными импульсами с регулируемой постоянной составляющей.
По варианту 2 предлагаемое устройство работает следующим образом. Отработавшие
газы дизельного двигателя внутреннего сгорания направляются в фильтр, установленный
в корпусе 1 глушителя. Через входной патрубок 4 отработавшие газы попадают в осади-
тельную камеру 2 в виде цилиндра и проходят между ионизирующими диэлектрически
изолированными электродами 3 и 8, расположенными коаксиально и выполненными ци-
линдрическими. Это обеспечивает постоянные скорость движения отработавших газов в
фильтре и напряженность электрического поля. К ионизирующим диэлектрически изоли-
рованным электродам подключен блок питания 7 в виде генератора переменного тока, ко-
торый формирует импульсы высокого напряжения 30-40 кВ с частотой 20-40 кГц, с
фронтами длительностью не более 50 нс, что обеспечивает формирование диэлектриче-
ского барьерного разряда, однородного по всему объему и без формирования искрового
разряда, повреждающего стенки электродов 3 и 8 и приводящего к резкому повышению
температуры в разрядном промежутке с увеличением выброса NOx. Это обеспечивает
протекание реакций по формулам и восстановление окислов азота до NO2 или N2. Саже-
вые частицы размером не более 1 мкм в диэлектрическом барьерном разряде полностью
разрушаются и окисляются, что приводит к незначительному увеличению CO2, но к зна-
чительному снижению канцерогенных частиц.
C + NO2 CO2 + 1/2 N2
C + OH CO + 1/2 H2O
C + NO2 CO + NO
HC + 5O2 2CO2 + H2O
HCHO + O2 CO2 + H2O
CO + NOx CO2 + N2
H2 + NOx H2O + N2
Сажевые частицы в зоне барьерного разряда приобретают отрицательный заряд,
вследствие адсорбции на них отрицательных ионов отработавшего газа, и под действием
электрических и центробежных сил перемещаются к внутренней поверхности осадитель-
ной камеры 2. В непосредственной близости от нее они транспортируются потоком отра-
ботавшего газа в бункер 6, где и оседают вследствие дополнительного воздействия на них
сил, возникающих в результате кругового движения потока отработавших газов, направ-
ляющегося в выходной патрубок 5. Блок питания 7 в виде генератора переменного тока
формирует импульсы напряжения с регулируемой скважностью. Для получения других
форм сигналов используют генератор переменного тока, обеспечивающий формирование
постоянного напряжения, и генератор переменного тока, обеспечивающий формирование
напряжения с синусоидальными импульсами с регулируемой постоянной составляющей.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет улучшить существую-
щие системы выпуска дизельных двигателей за счет улучшения однородности обработки
отработавших газов, увеличения напряженности электрического поля.

6. BY 6885 U 2010.12.30
6
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.