БЕСПОПЛАВКОВЫЙ КАРБЮРАТОР Российский патент 1995 года по МПК F02M17/02 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к приборам приготовления смеси, преимущественно в двухтактных двигателях бензомоторных инструментов, позволяет изменять номинальные обороты двигателя и обеспечивает большую универсальность применению карбюратора.

Известен также беспоплавковый карбюратор, содержащий корпус с главным воздушным каналом с воздушной и дроссельной заслонками, главную дозирующую систему с обратным клапаном и каналом экономайзера с гидравлическим сопротивлением в виде калиброванного жиклера, систему холостого хода, мембранный топливный насос и регулятор подачи топлива, имеющий топливную камеру, размещенный в камере подпружиненный поршень с калиброванным отверстием в днище, неподвижную дозирующую иглу неравномерного сечения, размещенную, со стороны нагнетательного канала относительно поршня. Этот карбюратор, принятый за прототип, близок по технической сущности к предлагаемому, может быть усовершенствован по следующим обстоятельствам.

1. Номинальные обороты двигателя в режиме полной и средней нагрузок обеспечивают регулировкой винтом полного газа и сечением калиброванного жиклера, установленным в канале экономайзера. Для двигателя бензопилы "Тайга-214" номинальные обороты имеют строго определенное значение (7000 об/мин). Однако, если изменяются номинальные обороты двигателя регулировочным винтом главной дозирующей системы в сторону уменьшения или их увеличения, необходимо изменять и сечение калиброванного жиклера в канале экономайзера, чтобы избежать нестабильности номинального режима, вызываемого самопроизвольным изменением режима, вследствие изменения гидравлического сопротивления в канале экономайзера. Поэтому, во избежание самопроизвольного изменения режима и обеспечения стабильного номинального режима, гидравлическое сопротивление в канале экономайзера всегда должно быть больше, чем в канале главной дозирующей системы. Оно обеспечивается определенным сечением калиброванного жиклера в канале экономайзера.

Для данного типа двигателя при паспортных номинальных обоpотах и фиксированным калиброванным сечением жиклера экономайзера, двигатель будет работать, сохраняя стабильный режим работы. Однако в эксплуатационных условиях часто возникают веские обстоятельства, когда предстоит выполнять продолжительную работу, связанную с валкой леса небольшого диаметра или обрезкой сучьев. В этом случае предпочтительно эту работу выполнять при меньшей номинальной мощности, а следовательно, и меньших оборотах. Для этого требуется уменьшить номинальный режим. При этом преследуются следующие цели, что снижение оборотов двигателя и его номинальной мощности влечет за собой уменьшение расхода топлива и износа двигателя, а следовательно, увеличения моторесурса.

Таким образом, чтобы изменить номинальные обороты двигателя, изменяется сечение калиброванного жиклера. Чтобы выполнить это условие в эксплуатации сечение канала экономайзера должно быть легко регулируемым.

2. Отрегулированный карбюратор с фиксированным постоянным сечением калиброванного жиклера не может быть установлен на другие бензопилы, так как у них другие номинальные обороты при полной мощности, и пригоден поэтому только для одного типа двигателя, хотя при производительности топливного насоса данный карбюратор вполне приемлем для установки на двигатели бензопил больших размерностей. В этом случае отсутствует принцип универсальности карбюратора.

В то же время, если изменить сечение калиброванного жиклера у данного карбюратора в сторону увеличения, то изменением положения игольчатого винта полного газа достигаются номинальные обороты при большей мощности, сохраняя стабильность режима.

В этом случае, данный карбюратор работает, как при номинальной мощности и оборотах, согласно паспортным данным, так и при увеличенном номинальном режиме, связанным с повышением мощности не менее, чем на 25-30% а это равносильно выпуску новых мотопил на указанную величину. Кроме того, данный карбюратор и в целом бензопила становятся более универсальными, что весьма предпочтительно с экономических позиций.

Целью изобретения является обеспечение изменения номинального режима, соответствующего различным оборотам при меньших и больших мощностях двигателя с сохранением стабильной работы двигателя на режимах полной и средней нагрузок, и также придание карбюратору большей универсальности.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от беспоплавкового карбюратора, который содержит корпус с проточным каналом, воздушной и дроссельной заслонками, главную дозирующую систему, систему холостого хода, мембранный топливный насос, обратный клапан и регулятор подачи топлива, выполненного в виде камеры, соединенной при помощи канала с мембранным насосом и при помощи двух выходных каналов соответственно с главной дозирующей системой и системой холостого хода и размещенной в камере неподвижной конической иглой и подвижного подпружиненного золотникового поршня, имеющего в днище поршня калиброванное отверстие. Подвижный поршень имеет ограничитель хода, ограничивающий перемещение поршня на режиме полной нагрузки. Коническая игла, переменного сечения, расположенная в топливной камере со стороны нагнетательного канала.

В предлагаемом карбюраторе канал экономайзера имеет регулируемое сечение, которое обеспечивается игольчатым винтом. Изменением проходного сечения канала экономайзера совместно с изменением проходного сечения канала главной дозирующей системы устанавливается номинальный режим, соответствующий любым оборотам двигателя при сохранении стабильного режима. Этим путем устанавливается номинальный режим как в случае уменьшения оборотов, так и в случае форсирования двигателя, который необходим для выполнения различных видов работ бензиновых мотопил "Тайга-214", который влечет за собой уменьшение расхода топлива, улучшение экологических показателей и увеличение моторесурса мотопил.

Кроме того (с учетом изложенного) данный карбюратор может быть установлен на другие типы бензиновых мотопил больших и меньших размерностей.

В технике известны золотниковые устройства, обеспечивающие регулирование подачи топлива в топливных системах карбюраторов и других устройств.

Однако введение регулирующего устройства в канал экономайзера, позволяющего изменять номинальный режим работы двигателя в сторону уменьшения или его увеличения, в зависимости от характера выполняемых работ, при сохранении стабильности работы двигателя, и позволяющего кроме повышения мощности еще и унифицировать описываемый карбюратор с возможностью установки данного карбюратора на другие типы мотопил больших или меньших размерностей и форсировать имеющийся двигатель мотопилы по мощности, позволяет полагать, что заявленное решение соответствует критерию "Существенные отличия".

На чертеже изображена принципиальная схема беспоплавкового карбюратора. Он содержит корпус 1 главного воздушного канала 2 с диффузором 3, воздушную 4 и дроссельную 5 заслонки, корпус 6 топливной камеры 7 цилиндрово-поршневого регулятора подачи топлива, главную дозирующую систему, содержащую распылитель 8, топливный канал 9 с винтом 10 регулировки количества газа и обратный клапан 11, систему холостого хода, имеющего распылитель 12, топливный канал 13, а также винт 14 регулировки холостого хода. В топливной камере 7 установлен золотниковый тонкостенный поршень 15 с днищем 16, в котором имеется осевое калиброванное отверстие 17 со стороны каналов 9 и 13 полного газа и холостого хода. В топливной камере установлена неподвижная дозирующая игла 18 переменного сечения и пружина 19, опирающаяся одним концом в прокладку 20 заглушки 21, а другим в золотниковый поршень 15. Заглушка 21 выполнена с цилиндрическим штырем 22, который фиксирует устойчивое положение пружины 19 в камере регулятора. Прокладка 20 и заглушка 21 герметизирует топливную камеру со стороны каналов полного газа 9 и холостого хода 13. Другая половина камеры регулятора 23 внутрипоршневая выполнена большего диаметра, в которой перемещается золотниковый поршень 15. Его перемещение ограничено поверхностью 24, созданной за счет разности диаметров камер 7 и 23, которая является упором для поршня в режиме полной нагрузки. Герметизация внутрипоршневой камеры 23 осуществлена заглушкой 25 и прокладкой 26. При неработающем двигателе топливный нагнетательный канал 27 перекрыт юбкой поршня 15, причем дозирующая игла 18 размещена со стороны нагнетательного канала 27 относительно поршня 15 и имеет профилированные участки с неравномерным изменением сечения, т.е. конический и цилиндрические участки. С топливной камерой 7 в зоне отверстия 23 соединен канал 28 экономайзера, в котором установлена игла регулировочного винта 29 и далее канал 28 соединен с каналом 9 полного газа. Камера 30, образованная корпусом 6 и мембраной 31, соединена через канал 32 с кривошинной камерой двухтактного двигателя (на чертеже не изображена). Нагнетательная камера 33, расположенная между мембраной 33 и крышкой 34, соединена с топливной камерой 23 нагнетательным каналом 27, выпускным клапаном 38 и каналом 39.

Работа карбюратора происходит следующим образом. При работе двигателя пульсирующее давление из кривошинной камеры двигателя по каналу 32 подается в камеру 30, происходит колебание мембраны 31. При перемещении мембраны 31 вверх (процесс впуска), топливо из бака по каналу 35 через открытый впускной клапан 36 и по каналу 37 поступает в нагнетательную камеру 33. Выпускной клапан 38 при этом закрыт. При движении мембраны вниз (процесс нагнетания) топливо из нагнетательной камеры 33 по каналу 39 через открытый выпускной клапан 38 по нагнетательному каналу 27 поступает в камеру 7 регулятора. Впускной клапан 36 в процессе нагнетания закрыт. Одновременно с подачей топлива по нагнетательному каналу 27 к топливной камере 7 под действием разрежения воздуха, создаваемого в диффузоре 3 главного воздушного канала 2, поршень 15 перемещается в сторону отверстий каналов 9 и 13 полного и холостого хода регулятора подачи топлива, открывая нагнетательный канал 27.

При работе двигателя на режиме холостого хода или малых нагрузок дроссельная заслонка 5 находится в положении небольшого открытия. Разрежение за дроссельной заслонкой 5 передается через отверстие распылителя 12, канал 13, регулировочный винт 14 в полость топливной камеры 7 регулятора. Под действием разрежения поршень 15 перемещается в сторону каналов 13 и 9 системы холостого хода и главной дозирующей системы, открывая своей юбкой нагнетательный канал 27. Топливо из нагнетательного канала 27 поступает вначале в подпоршневую полость камеры 7, затем по калибровочному отверстию 17 в поршне 15 и канал 13, регулировочный винт 14 к распылителю 12 и в задиффузорное пространство главного воздушного канала 2. Обратный клапан 11 при этом закрыт. Неподвижная дозирующая игла 18 переменного сечения пересекает своей цилиндрической частью калиброванное отверстие 17 поршня 15.

Поступление топлива в топливную камеру 7 происходит через проходное сечение калиброванного отверстия 17 в поршне 15 и регулируется величиной открытия проходного сечения нагнетательного канала 27 юбкой поршня 15.

По мере открытия дроссельной заслонки 5 увеличивается расход воздуха через главный воздушный канал 2, уменьшается давление в диффузоре 3, происходит открытие обратного клапана 11 и еще большее перемещение поршня 15 в сторону канала 9 главной дозирующей системы. Нагнетательный канал 27 полностью открывается, а канал 28 экономайзера еще перекрыт юбкой поршня.

При полностью открытой дроссельной заслонке 5 в режиме номинальной нагрузки поршень 15 от еще большего разрежения, создаваемого в диффузоре 3, перемещается в крайнее левое положение (в сторону главной дозирующей системы) и, достигнув поверхность 24, останавливается, открыв полностью канал 28 экономайзера, обеспечить поступление основного количества топлива к диффузору 3 через обратный клапан 11 из камеры 7, в которую оно поступает через калиброванное отверстие 17 в поршне 15, и дополнительно через канал 28 и иглу регулировочного винта 29. Дозирующая неподвижная игла 18 полностью выходит из калиброванного отверстия 17 поршня 15, оставляя тем самым полностью открытым проходное сечение отверстия 17.

При изменении режима двигателя со средних нагрузок разрежение в диффузоре 3 главного воздушного канала 2 уменьшается и передается через обратный клапан 11 в топливную камеру 7. Поршень 15 при этом перемещается в сторону канала 28 и полностью перекрывает его, а калиброванное отверстие 17 в поршне 15 частично перекрывается конической частью неподвижной дозирующей иглы 18, которая, уменьшая проходное сечение калиброванного отверстия 17 и снижая расход топлива, обеспечивает тем самым более экономичную горючую смесь.

В описываемом беспоплавковом карбюраторе на режиме номинальной нагрузки двигатель работает устойчиво, поскольку поршень 15 неподвижен и контактирует с поверхностью 24, проходное сечение калиброванного отверстия 17 в поршне 15 полностью открыто. Поэтому в режиме полной нагрузки неподвижная игла не уменьшает сечение калиброванного отверстия 17, а потому расход топлива остается неизменным. Следовательно, сохраняется стабильность оборотов двигателя и разрежения в главном воздушном канале. За счет установки в канал 28 экономайзера иглы регулировочного винта 29 изменяется (увеличивается) гидравлическое сопротивление движению топлива по каналу 28 экономайзера и становится оно больше сопротивления движению топлива через обратный клапан 11 и калиброванное отверстие 17 в поршне 15. В результате этого через обратный клапан 11 и калиброванное отверстие 17 в поршне 15 поступает основная и большая доля топлива, чем через иглу регулировочного винта 29 в канале 28 экономайзера. При таком перетекании топлива наименьшее давление создается в топливной камере 7 со стороны днища поршня 15, а не во внутрипоршневой полости. В результате разности давлений, создается усиление, прижимающее поршень 15 к поверхности 24. Этим обеспечивается устойчивое положение поршня на ограничителе хода, а следовательно, и стабильная работа двигателя.

Вследствие того, что дозирующая игла установлена со стороны нагнетательного канала 27, то при работе карбюратора в режиме номинальной нагрузки дозирующая игла 18 полностью выходит из калиброванного отверстия 17 в поршне. Проходное сечение калиброванного отверстия 17 при этом полностью открыто. Это существенно уменьшает гидравлическое сопротивление отверстия 17 и обеспечивает наибольшее (основное) поступление топлива в главную дозирующую систему через калиброванное отверстие 17 в поршне и обратный клапан 11, и меньшее (дополнительное) поступление топлива через канал 28 экономайзера с его регулируемым сечением конусной иглой винта 29, влияющей на разность давлений в камере 7 и отверстие 23, обеспечивающих устойчивое положение поршня 15 у упорной поверхности 24 в режиме полной нагрузки.

Во время перехода двигателя в режим средних нагрузок, когда юбкой поршня перекрывается канала 28 экономайзера, начальная коническая часть дозирующей иглы 18 переменного сечения частично или полностью входит в калиброванное отверстие 17 поршня 15, уменьшая тем самым подачу топлива через калиброванное отверстие 17, обедняя горячую смесь, чем достигается лучшая экономичность на этом режиме.

При дальнейшем уменьшении нагрузки до величины, меньшей средней, поршень 15 располагается ближе к нагнетательному каналу 27. Начальная конусная часть неподвижной дозирующей иглы 18 полностью выходит из калиброванного отверстия 17 и ее сменяет цилиндрическая часть. Таким образом, сечение калиброванного отверстия 17 в поршне 15, благодаря наличию в нем цилиндрической части дозирующей иглы, становится меньше, что уменьшает подачу топлива на холостом ходу и малых нагрузках. Происходит образование более экономичной горючей смеси при малых нагрузках при минимальных оборотах.

В карбюраторе жиклер, установленный в канале экономайзера, способствует созданию большего гидравлического сопротивления в канале экономайзера, нежели в канале главной дозирующей системы, чтобы избежать самопроизвольного изменения режима работы двигателя. Поперечное проходное сечение калиброванного жиклера, установленного в канале экономайзера в совокупности с иглой винта главной дозирующей системы, обеспечивает стабильность рабочего режима двигателя, как на номинальной, так и средних нагрузках. Таким образом, регулировкой главной дозирующей системы и системы канала экономайзера обеспечивается стабильный номинальный режим работы двигателя. Между тем, по ряду обстоятельств эксплуатации, например при валке леса небольшого диаметра или обрезки сучьев, нет необходимости использовать полностью расчетную мощность данного двигателя с его номинальными оборотами. Поэтому, с целью экономичной работы двигателя номинальные обороты, а следовательно и его мощность предпочтительно уменьшить. Это частично выполняется регулировочным винтом главной дозирующей системы. Но в этом случае постоянное сечение жиклера экономайзера не в полной мере будет соответствовать требуемой величине, чтобы способствовать стабильному режиму. Поэтому проходное сечение следует уменьшить, во избежание самопроизвольного изменения режима. Следовательно, при уменьшении номинального режима уменьшить сечение жиклера экономайзера, что в эксплуатационных условиях выполнить невозможно. В этом случае целесообразно канал экономайзера выполнить регулируемым. Могут быть и другие обстоятельства, когда следует увеличить мощность двигателя мотопилы на 20-30% в сравнении с паспортными данными. Например, при валке крупных деревьев, да еще и из твердых пород. В этом случае увеличивается номинальная мощность двигателя бензомотопилы, в целях повышения производительности труда и экономии топлива на единицу продукции. Увеличение номинальной мощности двигателя выполняется также за счет регулировки топливной системы. Однако эта регулировка в карбюраторе-прототипе не выполнима, так как калиброванное сечение жиклера экономайзера не регулируется. Этот недостаток отсутствует в предлагаемом карбюраторе, у которого проходное сечение канала экономайзера регулируется иглой винта 29 экономайзера, позволяющего изменять гидравлическое сопротивление канала экономайзера в эксплуатационных условиях как на большие, так и на меньшие номинальные режимы.

Для того, чтобы уменьшить номинальные обороты двигателя, уменьшается сечение главной дозирующей системы регулировочным винтом 10 и одновременно сечение канала экономайзера уменьшается иглой регулировочного винта 29. В этом случае, кроме повышения экономичности, за счет уменьшения оборотов двигателя, существенно уменьшается износ двигателя, а следовательно, повышается его моторесурс. Ибо известно, что износ двигателя зависит главным образом от оборотов двигателя, а не от нагрузки.

Что касается увеличения номинального режима данного типа двигателя непосредственно к эксплуатационных условиях, то оно выполняется за счет увеличения проходного сечения канала экономайзера иглой регулировочного винта 29 с одновременным увеличением сечения канала главной дозирующей системы иглой регулировочного винта 10. Увеличение или уменьшение номинального режима отмечается соответствующими метками на карбюраторе или секторе газа. Кроме того предлагаемый карбюратор становится более универсальным, так как может быть установлен без изменений конструкции на бензомотопилу меньшей мощности, например "Крона", или мотопилу большей мощности "Урал", "Дружба" и др. что делает его взаимозаменяемым. По производительности топливного насоса карбюратора он вполне приемлем, так как имеет соответствующий ее запас.

Использование: в двигателестроении. Сущность: карбюратор содержит корпус 1 с главным воздушным каналом 2 с воздушной и дроссельной заслонками 4,5. Регулятор подачи топлива имеет топливную камеру. Последняя выполнена с ограничением хода поршня. Неподвижная дозирующая игла 18 размещена внутри поршня 15 со стороны нагнетательного канала 27. Она имеет профилированные участки с неравномерным изменением сечения. Карбюратор снабжен регулировочным винтом 29 с конусной иглой. Последняя установлена в канале 28 экономайзера. 1 ил.

БЕСПОПЛАВКОВЫЙ КАРБЮРАТОР, содержащий корпус с главным воздушным каналом и установленными в нем воздушной и дроссельной заслонками, главную дозирующую емкость с обратным клапаном в ее канале, систему холостого хода, мембранный топливный насос, регулятор подачи топлива, имеющий топливную камеру, сообщенную нагнетательным каналом с полостью мембранного топливного насоса, размещенный в камере подпружиненный поршень с калиброванным отверстием в днище, неподвижную дозирующую иглу, выполненную с возможностью взаимодействия с отверстием в днище, канал экономайзера, сообщающий топливную камеру с каналом главной дозирующей системы, отличающийся тем, что карбюратор снабжен регулировочным винтом с конусной иглой, установленной в канале экономайзера, камера регулятора выполнена с ограничением хода поршня, а неподвижная дозирующая игла размещена внутри поршня со стороны нагнетательного канала и имеет профилированные участки с неравномерным изменением сечения.