Фильтр для очистки воздуха в двигателях внутреннего сгорания
Использование: автомобильная и другая промышленности. Сущность изобретения - фильтрующий элемент состоит из слоев материала: текстильной тканой ленты из термостойких капроновых нитей, нетканого фильтровального полотна из лавсановых и льняных волокон при соотношении компонентов: льняное волокно - (30-40)%, лавсановое волокно - (60-70)% и многолучевой бумажной шторы. При этом обеспечивается увеличение срока службы и улучшение фильтрации. 1 ил.
Изобретение относится к области фильтрования, а именно к фильтрам, составленным из нескольких соединенных между собой фильтрующих элементов или частей таких элементов, и может быть использовано для очистки воздуха двигателей внутреннего сгорания, в особенности автомобильных двигателях.
Известен фильтр для очистки воздуха, содержащий прикрепленный к двигателю корпус с крышкой и установленный в корпусе фильтрующий элемент, выполненный в виде концентрично расположенных внешнего и внутреннего цилиндров, между которыми помещена многолучевая бумажная (картонная) Штора (в виде "гармошки"), эластичные крышки верхнюю и нижнюю из самозатвердевающего герметика, жестко установленные на перфорированных цилиндрах, и нетканого фильтровального синтетического полотна (оболочка из синтетической ваты) [1] Положительным качеством в этом фильтре является то, что для увеличения пылеемкости применен нетканый синтетический материал, который выполняет роль элемента предварительной очистки воздуха. Фильтр по конструкции достаточно компактен. Однако, как указано в прототипе, "очищать и восстанавливать фильтрующий элемент завод не рекомендует, так как при этом возможно повреждение фильтрующего картона, а следовательно, появляется вероятность абразивного износа цилиндров двигателя". Показав определенные эксплуатационные качества, фильтр все же не в полной мере удовлетворяет потребителя. Возникает потребность в повторном использовании фильтрующего элемента, в еще большем увеличении срока его службы и качества очистки. Эти преимущества решаются в предлагаемом техническом решении. Указанная цель достигается тем, что фильтрующий элемент снабжен текстильными ткаными лентами, сработанными из термостойких капроновых нитей, одна из которых снаружи наложена на нетканое фильтровальное полотно, а другая помещена между многолучевой бумажной шторой и боковой поверхностью внутреннего перфорированного цилиндра, при этом нетканое фильтровальное полотно выполнен из лавсановых волокон и льняных волокон при следующем соотношении компонентов: льняное волокно (30 40)% лавсановое волокно (60 70)% Изобретение поясняется чертежом, где изображен общий вид фильтра в разрезе. Фильтр состоит из корпуса 1, имеющего патрубок для поступления воздуха, и отверстия в основании корпуса для отвода очищенного воздуха в картер двигателя, крышки 2. Основной частью фильтра является помещенный в корпусе фильтрующий элемент 3, состоящий из двух концентрически расположенных перфорированных металлических цилиндров 4 и 5, между которыми помещена многолучевая бумажная штора 6. Фильтр имеет эластичные крышки верхнюю 7 и нижнюю 8, жестко закрепленные на перфорированных цилиндрах, нетканое фильтровальное полотно 9 из лавсановых и льняных волокон, размещенное по наружной поверхности внешнего цилиндра 4, и двух текстильных тканых лент 10 и 11 из термостойких капроновых нитей, одна из которых 10 наложена на нетканое фильтровальное полотно 9, а другая 11 помещена между многолучевой бумажной шторой 6 и внутренним перфорированным цилиндром 5. Фильтр работает следующим образом. Воздух под известным давлением нагнетается в полость фильтра, образованную корпусом 1 и крышкой 2, проходит фильтрующий элемент 3, последовательно минуя первую тканую ленту 10, как экран-отражатель крупных фракций пыли, нетканое фильтровальное волокно 9, как вторую ступень очистки, внешний перфорированный металлический цилиндр 4, многолучевую бумажную штору 6, как элемент тонкой очистки, вторую тканую ленту 11, в основном, как защитный экран бумажной шторы, и внутренний перфорированный металлический цилиндр 5, очищается и попадает в карбюратор для образования воздушно-бензинной смеси. Фильтрующий элемент, фактически с тремя степенями очистки, обладает поверхностно-глубинной фильтрацией, что обеспечивает высокую тонкость очистки воздуха, повышая качество фильтрации воздуха, и способствует увеличению срока его службы. Первая ступень очистки достигается применением текстильной тканой ленты из термостойких капроновых нитей, которая выполняет одновременно роль как бы экрана-отражателя и фильтра грубой очистки. Приводим показатели тканой ленты. Ширина тканой ленты, мм (ширина не ограничена) 70


Поверхностное заполнение ткани, 85,5
Количество пор, 1 см2 (количество перекрытий основных и уточных нитей) 630
Площадь поры, мм2 0,023
Важным показателем при соединении этой и подобной тканей фильтровальной ленты является то, чтобы соотношение величины поверхностного заполнения тканой ленты к количеству перекрытий (пор) основных и уточных нитей в тканой ленте находилось в пределах 1:(6-8). Применение в ленте термостойких термофиксированных капроновых нитей, полученных из полиамидных волокон, вызвано тем, что нити и лента обладают рядом полезных свойств необходимых для их эксплуатации. Капроновое термостабилизированное волокно сохраняет 80-85% прочности, без термостабилизатора только 20-25%
Термостабилизаторы защищают полимер от действия кислорода воздуха и предотвращают деструкцию полимера. По стойкости к изгибу и истиранию его волокно превосходит натуральные и химические волокна всех видов. Капроновые элементарные нити имеют в сечении почти круглую форму: поверхность гладкая, с очень мелкими трещинками и порами. Выбранное волокно в силу своего строения позволяет обеспечить лучшую их сцепляемость друг с другом в комплексной нити, а основным и уточным нитям в элементах строения ленты, что положительно, так как достигается необходимость связанность основных и уточных нитей, а соответственно и постоянный размер пор. Лента, в меру упругая, способна отражать крупные фракции пыли, но в то же время волокна ленты обладают способностью удерживать мельчайшие ее частицы. Поверхностное заполнение тканой ленты рекомендуется в пределах от 80% до 90% Если величина поверхностного заполнения будет ниже 80% то ткань может иметь "рыхлую" структуру со слабой связностью нитей и недостаточной каркасностью, с изменяющейся величиной пор, что будет способствовать снижению эксплуатационных характеристик, что недопустимо. Если поверхностное заполнение будет выше 90% то могут встретиться трудности при выработке ткани на лентоткацком станке и неоправданному увеличению расхода сырья, что неприемлемо. Выше мы отмечали, что фильтровальное нетканое полотно в этих условиях эксплуатации быстро забивается пылью; загрязняется и снижает свои функциональные возможности. Этому также в некоторой степени способствует природа лавсанового волокна (хотя оно является общепризнанным в этом качестве). Волокно в поперечном сечении имеет круглую, гладкую форму, и на 1 см длины может иметь от 3 до 5 извитков. К недостаткам полиэфирного волокна-лавсана, относятся: высокая гидрофобность (низкая способность поглощать влагу), повышенная загрязняемость изделий, склонность к образованию пиллинга, увеличение степени кристаллизации волокна, что вызывает его старение, сопровождающееся уменьшением устойчивости волокна к многократным деформациям. За счет приведенных качеств, а также однородности волокна, его формы снижается капиллярность полотна, увеличивается его сжимаемость, хотя упругие свойства волокна достаточно высоки. Чтобы исключить эти недостатки, в нетканое фильтровальное полотно, выполненное из лавсана, введены льняные волокна, при следующем соотношении компонентов,
льняное волокно 30- 40
лавсановое волокно 60-70
Для разработки нетканого полотна использовано льняное короткое волокно длиной до 20 мм и поперечником 12-20 мкм. Элементарные волокна льна имеют сильно вытянутую веретенообразную форму, закрытые концы их заострены, каждое волокно посредине имеет узкий канал, элементарные волокна льна имеют слоистое строение. Высокая ориентация структурных элементов относительно оси в льняном элементарном волокне объясняет более высокую прочность льна. В поперечном сечении элементарные волокна льна имеют неправильную округлую, а чаще пятиугольную форму. Наличие в волокнах льна лигнина придает ему жесткость, например, в хлопковом волокне лигнин отсутствует. Льняное волокно способно поглощать жидкости при непосредственном соприкосновении с ней и выдерживать температуру эксплуатации 125oC. Таким образом, для разработки нетканого полотна объединены преимущества лавсанового волокна эластичность, извитость, высокая стойкость к действию кислот и окислителей, бактерий и микроорганизмов, с жесткостью, упругостью и веретенопрямолинейностью льняного волокна. В качестве исходного льняного волокна используются отходы вторичные материальные ресурсы льняной промышленности, в частности гребенные очесы, короткое волокно. Используя известное технологическое оборудование, с учетом усиленной очистки от сорных примесей и костры, выпускается иглопробивное нетканое фильтровальное волокно поверхностей плотностью 300-330 г/м2 толщиной 6,0-6,5 мм, причем волокна равномерно распределяются по площади и глубине полотна таким образом, что в местах соединения и стыковки жестких льняных волокон образующих как бы лабиринты, пустоты и поры, всегда присутствуют извитые эластичные лавсановые волокна, тем самым выравнивая структуру полотна и сообщая ему обозначенные свойства. Как мы говорили выше, наилучшее использование положительных качеств льняного и лавсанового волокна определено в заявляемых нами диапазонах. Если соотношение компонентов будет выходить за граничные значения, например, льняного волокна будет 25% а лавсанового 75% то может снизиться срок службы нетканого полотна, т. к. лавсановая составляющая значительно загрязняется, сжимается, забивается пылью и будет затруднять процесс фильтрации. Если же в соотношении компонентов льняная составляющая будет равна 45% а лавсановая 55% то затруднительно вырабатывать полотно заданной толщины и равноты, так как в нетканом материале в значительном количестве присутствует жесткая льняная составляющая и некоторое количество костры, которая препятствует получению ровноты и равномерной плотности полотна, а это в конечном итоге отрицательно скажется на качественных условиях фильтрации. Многолучевая бумажная штора 6 выполняет функцию тонкой очистки воздуха и может изготавливаться из бумаги для фильтрования воздуха (технические условия по ГОСТ 20358-78), при этом имея гофры разнообразной конфигурации и высоты как по отдельности, так и в комплексе. Таким образом, разработанная на базе заявляемого технического решения система фильтров позволяет их использовать с описанной целью для двигателей автомобилей "ВАЗ", "Москвич" и "КАМАЗ", двигателей компрессоров, для двигателей мотоциклов, мопедов и др. и способствует увеличению ресурса фильтров до замены на 30-40%
Формула изобретения
Льняное волокно 30 40
Лавсановое волокно 60 70.
РИСУНКИ
Рисунок 1