УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ ЖИДКОГО ТОПЛИВА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1994 года по МПК F02M27/08 

Изобретение относится к устройствам для ультразвукового распыления жидкости и может быть использовано в системах питания ДВС для распыления жидкого топлива и присадочных жидкостей, например воды, а также растворов на их основе.

Известно устройство для распыления топлива, содержащее ванну с топливом, в которой размещен ультразвуковой вибратор. Распыление происходит с поверхности жидкости за счет концентрации ультразвуковых колебаний в ограниченной зоне.

Недостатком указанного устройства являются низкая производительность и невозможность его использования на движущемся транспортном средстве.

Известно устройство для распыления топлива, содержащее ультразвуковой вибратор, на торцевой срез которого принудительно подают топливо.

Недостатком указанного устройства является не полное распыление топлива, вызванное его принудительной подачей и незначительной площадью среза вибратора.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для распыления топлива, которое содержит ультразвуковой преобразователь с концентратором, на конце которого закреплен полый цилиндрический вибратор, который размещен в воздушном патрубке системы питания и соосно с ним. Выше вибратора по воздушному потоку размещена топливная форсунка, соединенная с системой подачи и регулирования давления топлива. Топливо из форсунки, соосной с вибратором, в виде пленки подается на поверхность вибратора, распыляется на нем и выносится из зоны распыления потоком воздуха. При этом требуется весьма значительная амплитуда ультразвуковых колебаний, необходимая для распыления слоя жидкости, протекающей по поверхности вибратора.

Основным недостатком указанного устройства является не полное распыление топлива, поскольку оно подается через воздушную среду под углом к поверхности вибратора и частично отражается не распыленным. Кроме того, амплитуда ультразвуковых колебаний не постоянна по периметру вибратора, что также приводит к частичному выносу нераспыленного топлива с нижней кромки вибратора.

Недостатком указанного устройства является также его конструктивная сложность, связанная с наличием аппаратуры впрыска топлива, необходимостью охлаждения преобразователя и сложностью изготовления цилиндрического вибратора совместно с концентратором для получения требуемой амплитуды колебаний.

Цель изобретения является повышение эффективности работы распылителя за счет полного распыления топлива при одновременном упрощении его конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в отличии от известного ультразвукового распылителя, содержащего активный ультразвуковой вибратор с излучающей поверхностью и средство подачи топлива с полостью, размещенное с возможностью подачи топлива на излучающую поверхность активного ультразвукового вибратора, предлагаемый распылитель снабжен по меньшей мере одним пассивным вибратором, установленным соосно с активным вибратором, причем пассивный вибратор упруго связан участком своей поверхности с излучающей поверхностью активного вибратора с возможностью периодического образования зазора или выхода топлива, а полость образована активным и пассивным вибраторами. Дополнительным отличием предлагаемого распылителя является то, что участок поверхности пассивного вибратора, упругосвязанный с излучающей поверхностью активного вибратора, выполнен цилиндрическим или коническим, а также может быть выполнен перфорированным и содержать при этом канавки в промежутках между перфорацией, которые соединены с полостью средства подачи топлива. Дополнительным отличием предлагаемого распылителя является также то, что пассивный вибратор выполнен в виде по меньшей мере двух конических колец, на поверхности которых, упругосвязанной с излучающей поверхностью активного вибратора, выполнены канавки, соединенные с полостью средства подачи топлива.

Выполнение пассивного вибратора перфорированным, а также выполнение его в виде двух и более соосных конических колец, связанных между собой коническими поверхностями, позволяет увеличить протяженность зоны распыления и эффективность распылителя.

Еще одним дополнительным отличием предлагаемого распылителя является то, что в качестве активного вибратора использован электромеханический преобразователь, например пьезоэлектрический. Это позволяет разместить преобразователь непосредственно в воздушном канале системы питания ДВС, улучшить условия его охлаждения и общую компоновку распылителя.

Отличительные признаки изобретения, заключающиеся в наличии пассивного вибратора, упругосвязанного участком своей поверхности с излучающей поверхностью активного вибратора и образующего совместно с ним полость средства подачи топлива в зону распыления в месте их контакта, не известны из доступных источников информации, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 представлен общий вид распылителя согласно п. 1 формулы изобретения; на фиг. 2, 3 - общий вид и вид сверху распылителя согласно п. 2 формулы изобретения; на фиг. 4 - общий вид распылителя согласно п. 3 формулы изобретения; на фиг. 5, 6 - общий вид и сечение распылителя согласно п. 4 формулы изобретения; на фиг. 7, 8 - общий вид и сечение распылителя согласно п. 5 формулы изобретения.

Ультразвуковой распылитель согласно п. 1 формулы изобретения (фиг. 1) содержит вибратор 1, который закреплен на основании 2. Соосно с активным вибратором 1 размещен тонкостенный пассивный вибратор 3, который с помощью гайки 4 и диэлектрических прокладок 5 упруго связан с излучающей поверхностью активного вибратора 1 на участке поверхности 6. Под активным вибратором в данном случае понимается ультразвуковой вибратор, акустически связанный с источником колебаний. Под излучающей поверхностью понимается поверхность, способная совершать механические колебания. Под пассивным вибратором понимается ультразвуковой вибратор, упругосвязанный с источником колебаний.

Прокладки 5, выполненные, например, из бензостойкой резины, обеспечивают упругий прижим, электрическую изоляцию и уплотнение образованной активным и пассивным вибраторами полости 7 средства подачи топлива. На чертеже изображен активный вибратор 1, в качестве которого согласно п. 7 формулы изобретения использован пьезоэлектрический преобразователь с электродами 8, один из которых имеет электрический контакт с основанием 2, а вывод другого электрода 8 выполнен проводом и на чертеже не показан.

Топливный канал 9 соединяет полость 7 с емкостью для топлива (не показана) и совместно со штифтом 10 служит для крепления распылителя в воздушном канале (не показан) системы питания ДВС.

Ультразвуковой распылитель по п. 2 формулы изобретения (фиг. 2, 3) содержит элементы, аналогичные описанным выше (фиг. 1), за исключением того, что активный вибратор 1 закреплен между основанием 2 и накладкой 11 с помощью стяжки 12 и уплотнен диэлектрическими прокладками 13; тонкостенный цилиндрический пассивный вибратор 3 связан с излучающей поверхностью активного вибратора 1 участком цилиндрической поверхности 6, при этом выводы от электродов 8 выполнены отдельными проводами и на чертеже не показаны.

Ультразвуковой распылитель по п. 3, формулы изобретения (фиг. 4) содержит элементы, аналогичные описанным выше (фиг. 1), за исключением того, что с активным вибратором 1 акустически связана (например, приклеена) коническая насадка 14 с излучающей поверхностью, с которой упруго связан пассивный вибратор 3 на участке конической поверхности 6.

Ультразвуковой распылитель по п. 4 формулы изобретения (фиг. 5, 6) содержит элементы, аналогичные описанным выше (фиг. 2), за исключением того, что пассивный вибратор 3 на участке поверхности 6, упруго связанной с активным вибратором 1, содержит перфорацию 15, например, в виде круглых отверстий, в промежутках между которыми выполнены канавки 16, образующие совместно с поверхностью активного вибратора 1 каналы, соединенные с полостью 7 средства подачи топлива.

Ультразвуковой распылитель по п. 5 формулы изобретения (фиг. 7, 8) содержит элементы, аналогичные описанным выше (фиг. 2), за исключением того, что пассивный вибратор 3 выполнен в виде однотипных конических колец, упругосвязанных конусными поверхностями 17 друг с другом, а участком поверхности 6 с излучающей поверхностью активного вибратора 1, при этом на участке поверхности 6 выполнены канавки 16, образующие совместно с излучающей поверхностью активного вибратора 1 каналы, соединенные с полостью 7 средства подачи топлива.

Распылитель работает следующим образом.

Топливо из емкости (не показана) по топливному каналу 9 поступает в полость 7 средства подачи топлива и заполняет ее. При возбуждении в активном вибраторе 1 ультразвуковых колебаний благодаря упругому контакту пассивный вибратор 3 также приходит в колебательное движение. Благодаря различным частотным свойствам активного и пассивного вибраторов в местах их контакта на участке поверхности 6 и поверхности 17 возникает периодически изменяющийся в пределах амплитуды механических колебаний зазор. При увеличении зазора в течение одного полупериода колебаний топливо из полости 7 устремляется в этот зазор, затем выносится в мелкодисперсном виде в воздушную среду в течение второго полупериода колебаний при уменьшении зазора вплоть до полного соприкосновения указанных поверхностей. На место вынесенного в воздушную среду распыленного топлива в полость 7 поступает очередная порция топлива описанным выше образом и процесс распыления повторяется в течение времени работы активного вибратора 1.

Регулирование количества распыляемого устройством топлива, необходимого для приготовления рабочей смеси, может быть осуществлено с помощью амплитудной или широтно-импульсной модуляции ультразвуковых колебаний активного вибратора 1.

Пример реализации изобретения по п. 4 формулы изобретения.

Был изготовлен и испытан макет ультразвукового распылителя, в котором в качестве активного вибратора 1 использован пьезокерамический преобразователь типа ПКР-8 с геометрическими размерами D_нар. = = 33 мм, D_вн. = 28 мм, H = 20 мм, с частотой колебаний 34 кГц. Пассивный вибратор 3, размещенный внутри преобразователя и упругоприжатый к нему цилиндрической поверхностью 6, выполнен из листовой меди толщиной 0,3 мм в виде гофрированного цилиндра. Количество гофр и канавок 16 равно 32. Сечение образованных каналов в радиальном направлении равно 0,5 мм. На выступах гофр выполнено 256 отверстий диаметром 1,0 мм.

Испытания макета устройства дали положительные результаты по качеству распыления, при этом была достигнута максимальная производительность распыления до 30 г/мин бензина марки А-76.

Преимущества предлагаемого ультразвукового распылителя жидкого топлива по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения заключается в следующем:
практически исключена возможность выноса в воздушную среду нераспыленного топлива за счет подачи его через полость, образованную упругосвязанными друг с другом активным и пассивным вибраторами;
обеспечено эффективное распыление топлива в зазоре между активным и пассивным вибраторами, что делает ненужным применение устройства для впрыска топлива;
обеспечена возможность применения пьезокерамического преобразователя в качестве активного вибратора для непосредственного воздействия на жидкую среду за счет снижения требований к величине амплитуды ультразвуковых колебаний, необходимой для эффективного распыления топлива;
улучшена общая компоновка устройства за счет возможности применения преобразователя в качестве активного вибратора;
улучшены условия охлаждения преобразователя за счет его размещения в воздушном патрубке.

Перечисленные обстоятельства позволяют улучшить эффективность работы ультразвукового распылителя за счет полного распыления топлива при одновременном упрощении его конструкции.

Использование: двигателестроение, в частности системы питания двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: распылитель содержит активный ультразвуковой вибратор и средство подачи топлива на его излучающую поверхность. Распылитель снабжен пассивным вибратором, прижатым упруго участком своей поверхности к излучающей поверхности активного вибратора и образующим совместно с последним полость средства подачи топлива. В качестве вибратора может быть применен электромеханический преобразователь, например пьезокерамический. Топливо из емкости по топливному каналу поступает в полость средства подачи топлива. При возбуждении в активном вибраторе ультразвуковых колебаний между ним и пассивным вибратором возникает периодически изменяющийся зазор, через который распыленное топливо выносится в воздушную среду. 6 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ ЖИДКОГО ТОПЛИВА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий активный ультразвуковой вибратор с излучающей поверхностью и средство подачи топлива с полостью, размещенное с возможностью подачи топлива на излучающую поверхность ультразвукового вибратора, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, распылитель снабжен по меньшей мере одним пассивным вибратором, установленным соосно с активным вибратором, причем пассивный вибратор упруго связан участком своей поверхности с излучающей поверхностью активного вибратора с возможностью периодического образования зазора для выхода топлива, а полость образована активным и пассивным вибраторами. 2. Распылитель по п. 1, отличающийся тем, что участок поверхности пассивного вибратора, упруго связанный с излучающей поверхностью активного вибратора, выполнен цилиндрическим. 3. Распылитель по п. 1, отличающийся тем, что участок поверхности пассивного вибратора, упруго связанный с излучающей поверхностью активного вибратора, выполнен коническим. 4. Распылитель по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что участок поверхности пассивного вибратора, упруго связанный с излучающей поверхностью активного вибратора, выполнен перфорированным с канавками, расположенными в промежутках между перфорацией и образующими совместно с излучающей поверхностью активного вибратора каналы, сообщенные с полостью средства подачи топлива. 5. Распылитель по п. 2, отличающийся тем, что пассивный вибратор выполнен в виде по меньшей мере двух соосных конических колец, связанных конусными поверхностями между собой, а на участке поверхности конических колец, упруго связанном с излучающей поверхностью активного вибратора, выполнены канавки, сообщенные с полостью средства подачи топлива. 6. Распылитель по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что активный вибратор выполнен в виде электромеханического преобразователя. 7. Распылитель по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что активный вибратор выполнен в виде пьезоэлектрического преобразователя.