КАРБЮРАТОР Российский патент 1995 года по МПК F02M7/00 

Изобретение относится к двигателестроению.

Известен карбюратор для двигателя внутреннего сгорания (ДВС), включающий в себя главный воздушный тракт с падающим потоком, камеру с поддерживаемым уровнем топлива, главную дозирующую систему, содержащую наклонный канал с уступообразным расширением нижней по ходу топлива части канала на выходе которой установлен жиклер полной мощности, главный топливный жиклер на пути в наклонный канал из указанной камеры и распылитель на выходе наклонного канала в главный воздушный тракт, канал для ввода корректирующего воздуха в суженную часть наклонного канала, а также топливоотводной канал в систему холостого хода, начало которого размещено в расширенной части наклонного канала.

Данную конструкцию характеризуют два последовательно установленных топливных жиклера в главной дозирующей системе - главный топливный и полной мощности. Применение жиклера полной мощности в данной схеме и реальной конструкции карбюратора является вынужденной мерой, которая служит предотвращению попадания воздуха в толивоотводной канал системы холостого хода. Последнее недопустимо, так как приводит к неравномерной подаче топлива на режимах холостого хода и, как следствие, к необходимости увеличить содержание топлива в смеси его с воздухом. Однако вместе с указанным полезным назначением жиклера полной мощности его последовательная установка с главным топливным жиклером обладает неблагоприятным свойством обеднять смесь на режимах отбора 60...70% мощности и более. Обеднение смеси объясняется тем, что из топлива, проходящего через главный топливный жиклер на режимах, больших чем средние, начинается выделение парогазовой фазы (кавитация). Поэтому через жиклер полной мощности начинает проходить не только топливо в своей исключительно жидкой фазе, а ее смесь с пузырьками газа (самоэмульсирование).

Вследствие этого массовый расход топлива падает и смесь обедняется. Чтобы не допустить переобеднения смеси, приходится к моменту наступления этого режима включать клапан экономайзера, через который подается дополнительное топливо. Однако после обогащения смеси непосредственно на режиме включения экономайзера продолжается вместе с ростом расхода воздуха и открыванием дроссельной заслонки обеднение смеси, хотя и на более высоком уровне содержания топлива. К полному открыванию дросселя смесь приобретает требуемый мощностный состав, необходимый для обеспечения предписанных показателей мощности двигателя и удельных расходов топлива. Предшествующий участок дроссельной характеристики, следовательно, имеет избыточно обогащенную смесь, что ведет к перерасходу топлива и повышенной токсичности отработавших газов.

Целью изобретения является повышение экономичности двигателя и снижение токсичности его отработавших газов.

Цель достигается тем, что в карбюраторе для ДВС, включающем в себя главный воздушный тракт с падающим потоком, камеру с поддерживаемым уровнем топлива, главную дозирующую систему, содержащую наклонный канал с уступообразным расширением нижней по ходу топлива части, главный топливный жиклер на пути в наклонный канал из указанной камеры и распылитель на выходе наклонного канала в главный воздушный тракт, канал для ввода корректирующего воздуха в суженную часть наклонного канала, топливоотводной канал в систему холостого хода, начало которого размещено в расширенной части наклонного канала, согласно изобретению суженная часть наклонного канала удлинена вниз трубчатым элементом, образующим с внутренней стенкой расширенной части наклонного канала кольцевой проточный канал, к верхней части которого подключен топливоотводной канал системы холостого хода.

Изъятие жиклера полной мощности при введенных конструктивных изменениях главной дозирующей системы устраняет неблагоприятное обеднение смеси вследствие кавитации топлива, проходящего через главный топливный жиклер. Поэтому экономический состав смеси поддерживается на всем протяжении дроссельной характеристики карбюратора, а включение экономайзера можно отнести к самым последним угловым перемещением привода дросселя. Благодаря этому на всех режимах, кроме максимальной мощности, двигатель может работать на составах смеси, оптимальных по экономичности и токсичности отработавших газов. Привнесение в конструкцию трубчатого удлинителя, нижний торец которого образует с топливом своего рода гидрозатвор, предотвращает поступление воздуха в топливоотводной канал системы холостого хода, что также способствует устойчивому топливодозированию в этой системе, необходимому для экономичной работы двигателя и низкой токсичности его отработавших газов.

Дополнительный технический результат, достигаемый в изобретении, заключается в снижении массы карбюратора и расхода материала. Это объясняется тем, что в известных карбюраторах для предотвращения поступления воздуха из главной дозирующей системы в топливоотводной канал системы холостого хода последний размещают как можно дальше от канала для ввода корректирующего воздуха. Вследствие этого увеличивается толщина детали между указанными каналами, т.е. карбюратор утяжеляется и увеличивается его металлоемкость. В заявляемом карбюраторе эти каналы могут разделяется стенкой минимальной толщины, поскольку поступление воздуха в систему холостого хода предотвращается применением трубчатого элемента, масса которого незначительна.

На фиг. 1 показано конструктивное выполнение основных систем карбюраторов; на фиг. 2 приведены дроссельные характеристики карбюраторов прототипа (линия АБВГ без включения клапана экономайзера, АБВДЕ с включением клапана экономайзера) и заявляемого (линия АБВЖ до момента включения экономайзера, с участком ЖЕ после включения экономайзера).

Карбюратор включает в себя главный воздушный тракт 1 с падающим потоком, камеру 2 с поддерживаемым уровнем 3 топлива, главную дозирующую систему, содержащую наклонный канал 4 с уступообразным расширенным участком 5 нижней по ходу топлива части канала, главный топливный жиклер 6, распылитель 7, канал 8 для ввода корректирующего воздуха в суженную часть наклонного канала, топливоотводной канал 9 в систему холостого хода. Суженная часть наклонного канала удлинена вниз трубчатым элементом 10, образующим с внутренней стенкой расширенной части наклонного канала кольцевой проточкой канал 11, к верхней части 12 которого подключен топливоотводной канал системы холостого хода. В систему холостого хода входят топливный жиклер 13 холостого хода, воздушный жиклер 14, эмульсионный канал 15, переходное отверстие 16 и ниже расположенное регулируемое выходное отверстие 17.

Работа карбюратора протекает следующим образом.

Когда двигатель не запущен, топливо, поданное в карбюратор, устанавливается в камере 2 на уровне 3, поддерживаемом, например, известным поплавковым механизмом (не показан). На таком же уровне топливо устанавливается в сообщающихся с камерой 2 каналах - наклоном 4 и топливоотводном 9. После запуска двигателя на режиме малой частоты вращения холостого хода топливо отбирается из наклонного канала 4 по кольцевому каналу 11, отводится каналом 9 к топливному жиклеру 13 холостого хода и дозируется последним, после чего попадает в эмульсионный канал 15, на входе которого поступление воздуха дозируется жиклером 14. Эмульсия затем передается продолжением канала 15 к переходному 16 и выходному 17 отверстиям. В результате описанного отбора топлива из наклонного канала в систему холостого хода уровень топлива в наклонном канале понижается относительно уровня 3 в камере 2 настолько, чтобы под действием образовавшегося перепада происходило поступление топлива из камеры 2 через главный топливный жиклер 6 в наклонный канал 4. Указанное падение уровня топлива в наклонном канале на холостом ходу двигателя с малой частотой вращения зависит от соотношения пропускной способности жиклеров 6 и 13 и может доходить до уровня, на котором находится выход канала 8 в наклонный канал, т.е. понижается на величину h от уровня 3 топлива в камере 2. В последней, можно считать, уровень поддерживается постоянным при помощи предназначенного для этого механизма, например поплавкового. Несмотря на то, что уровень топлива в наклонном канале на данном режиме может опуститься до отметки h, ниже расположенный трубчатый элемент 10 по-прежнему остается погруженным в топливо. Поэтому кольцевой канал продолжает непрерывно поставлять топливо в систему холостого хода, что обеспечивает при надлежаще отдозированном расходе топлива в топливном жиклере 13 холостого хода экономичную работу двигателя и низкое содержание токсических компонентов в отработавших газах.

Приоткрывание дроссельной заслонки от описанного положения вводит в действие переходное отверстие 16, благодаря чему увеличивается разрежение в системе холостого хода (канале 15), возрастает расход топлива через жиклер 13 и компенсирует увеличение расхода воздуха, идущего в двигатель через приоткрывшуюся дроссельную заслонку. Увеличение отбора топлива в систему холостого хода продолжает понижать уровень топлива в наклонном канале, но в меньшей пропорции, потому что вместе с приоткрыванием дроссельной заслонки начинает сказываться возникающее в распылителе 7 разрежение, передаваемое каналом 4 к топливу в нем. Экспериментальные исследования и аналитический обзор применяемых в мировой практике соотношений в пропускной способности топливных жиклеров 13 и 6 (главный и холостого хода) показывают, что если нижний торец трубчатого удлинителя расположен на отметке Н, считая по вертикали от уровня 3 в камере 2, причем Н ≥ 2h, то ни на одном из режимов не возникает проникновения воздуха из наклонного канала 4 главной дозирующей системы в топливоотводной канал 9 системы холостого хода. Соответственно и не происходит нарушений топливоподачи через топливный жиклер 13 холостого хода, чем поддерживаются экономичная работа двигателя и низкая токсичность отработавших газов.

С определенного положения дроссельной заслонки и расхода воздуха через нее, когда все больше становится разрежение в распылителе 7, оно начинает "перетягивать" топливо вверх по наклонному каналу 4, обеспечивая затем и его выход в распылитель - вступает в действие главная дозирующая система.

Дальнейшее открывание дросселя и увеличение расхода воздуха сопровождается пропорциональным увеличением расхода топлива, и состав смеси поддерживается близким к постоянному или с необходимой коррекцией путем непрерывного впуска воздуха в наклонный канал 4 посредством канала 8. Режимы работы, при которых возникает кавитация топлива на выходе из главного топливного жиклера, в заявляемом карбюраторе не сопровождаются сколько-нибудь заметным и тем более неуправляемым обеднением смеси, потому что наклонный канал 4, не имея каких-либо дополнительных жиклеров (в прототипе жиклер полной мощности) и будучи на порядок большего сечения чем жиклер 6, не оказывает влияния на расход топлива. Выбранный характер топливодозирования сохраняется, таким образом, на всем диапазоне расхода воздуха, вследствие чего становится возможным включать клапан экономайзера для обогащения смеси и достижения максимальной мощности непосредственно перед полным открыванием дросселя. Как показано на фиг. 2 в экспериментально определенных дроссельных характеристиках карбюраторов прототипа и заявляемого они имеют одинаковое протекание на участках АБВ в координатах G_в - расход воздуха (%), G_т/G_в (%), где G_т - расход топлива. Устойчивое дозирование топлива в прототипе на участке АБ обеспечивается наличием жиклера полной мощности, который предотвращает поступление воздуха из наклонного канала в систему холостого хода, а в заявляемом карбюраторе то же обеспечивается благодаря его отличительным признакам, а именно тем, что суженная часть наклонного канала удлинения вниз трубчатым элементом, образующим с внутренней стенкой расширенной части наклонного канала кольцевой проточный канал, в верхней части которого подключен топливоотводной канал системы холостого хода. Канал 9 (фиг.1) отделен от воздуха в наклонном канале 4 при помощи гидрозатвора, образованного трубчатым элементом.

Дальнейшее протекание дроссельной характеристики - правее точки В - у прототипа идет по линии ВГ, т.е. с обеднением смеси (отношение G_т/G_в уменьшается) вследствие нарастающего влияния газопаровой фазы, выделяющейся из топлива на выходе из главного топливного жиклера и затрудняющей прохождение топлива через жиклер полной мощности. Поскольку состав смеси в точке В является оптимально экономичным, то последующее обеднение по линии ВГ недопустимо из-за увеличения удельных расходов топлива. Отсюда вытекает единственно возможное и осуществляемое в данных моделях карбюраторов решение: в точке В производит включение экономайзера. В результате образуется участок ВД - повышение уровня обогащенности смеси, который затем переходит в участок ДЕ, обедняясь вместе с характеристикой главной дозирующей системы (линия ВГ). Практическая эквидистантность линий ВГ и ДЕ предопределяется тем, что при включенном экономайзере основное количество топлива, порядка 75. . .80%, продолжает дозироваться главной дозирующей системой, где состав обедняется по линии ВГ, поэтому добавка еще 20...25% расхода топлива после полного открывания клапана экономайзера не изменяет кардинально характер топливодозирования. Конечная точка Е характеризуется определенным составом смеси, который должен обеспечивать требования технических условий на двигатель по величинам развиваемой мощности и расхода топлива. Поэтому эта точка Е является одинаковой как для прототипа, так и для заявляемого карбюратора. Однако последний приходит к точке Е после включения экономайзера в точке Ж, поскольку на участке ВЖ не происходит каких-либо неуправляемых изменений состава смеси. Это обеспечивается отсутствием торможения кавитирующего топлива в наклонном канале, что предопределено совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения. Рассмотренные характеристики обоих карбюраторов - правее точки В - означают, что двигатель в этой зоне расходов воздуха и, следовательно, нагрузок работает с существенно различными составами смеси: излишне переобогащенными у прототипа и оптимированными у заявляемого карбюратора (заштрихованная зона на фиг.2). Следствием этого является повышение топливной экономичности двигателя и снижение токсичности его отработавших газов.

Использование: в двигателестроении. Сущность изобретения: карбюратор содержит главный воздушный тракт с падающим потоком, топливную камеру с поддерживаемым уровнем жидкого топлива, главную дозирующую систему, имеющую успупообразный наклонный канал с расширенным участком нижней по ходу топлива части канала, главный топливный жиклер, размещенный на пути в наклонный канал из камеры, распылитель на выходе наклонного канала в главный воздушный тракт, канала для ввода корректирующего воздуха в суженный участок наклонного канала, топливоотводной канал в систему холостого холода, начальный участок которого размещен в расширенном участке наклонного канала. Суженный участок наклонного канала в нижней части снабжен трубчатым элементом, образующим с внутренней стенкой расширенного участка наклонного канала кольцевой проточный канал, к верхней части которого подключен топливоотводной канал в систему холостого хода. 2 ил.

КАРБЮРАТОР для двигателя внутреннего сгорания, содержащий главный воздушный тракт с падающим потоком, топливную камеру с поддерживаемым уровнем жидкого топлива, главную дозирующую систему, имеющую уступообразный наклонный канал с расширенным участком нижней по ходу топлива части канала, главный топливный жиклер, размещенный на пути в наклонный канал из камеры, распылитель на выходе наклонного канала в главный воздушный тракт, канал для ввода корректирующего воздуха в суженый участок наклонного канала, топливоотводной канал в систему холостого хода, начальный участок которого размещен в расширенном участке наклонного канала, отличающийся тем, что суженный участок наклонного канала в нижней части снабжен трубчатым элементом, образующим с внутренней стенкой расширенного участка наклонного канала кольцевой проточный канал, сообщенный в верхней части с топливоотводным каналом в систему холостого хода.