СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02M29/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам подготовки топливовоздушной смеси двигателей внутреннего сгорания.

Известен способ подготовки топливовоздушной смеси, заключающийся в получении водородосодержащего газа из топлива путем смешения части топлива (5-20% общего расхода топлива) с водой с последующим нагревом полученной смеси и добавление ее к топливовоздушной смеси.

Наиболее близким к изобретению является способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в подаче в период впуска основного потока свежего заряда при одновременной подаче дополнительного потока, воздействующего на основной, и последующем подводе в цилиндр. Дополнительный заряд аккумулируют при закрытии и высоте клапана, подача его осуществляется при открытии, клапана под давлением из сильфона через дополнительный канал.

Известно устройство для подготовки топливовоздушной смеси, содержащее перфорированную вставку, выполненную в виде цилиндрического стакана, установленную между смесительной камерой карбюратора и полостью впускного трубопровода, и размещенный в нижней части вставки нагревательный элемент, выполненный в виде полого конуса, снабженного патрубками подвода и отвода отработавших газов.

Наиболее близким к изобретению является устройство для подготовки (испарения) топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, содержащее испаритель жидкого топлива, выполненный в виде пластины с отверстиями под впускной и выпускной трубопроводы, и установленные между головкой блока цилиндров и фланцами трубопроводов.

Известные способы подготовки топливовоздушной смеси обладают следующими недостатками:
использование двух компонентов для подготовки топливовоздушной смеси вода, топливо;
сложность устройства для получения водородосодержащего газа с применением электродугового разряда с температурой до 2000-3000^оС;
неэффективность применения подачи дополнительного потока топливовоздушной смеси, так как подача дополнительного заряда топливовоздушной смеси не увеличивает заряда топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндр, поскольку объем (количество) топливовоздушной смеси обусловлен разрежением, создаваемым в цилиндре в процессе всасывания, и общее количество топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндр, при осуществлении способа подпитки дополнительным потоком и без него будет одинаковым;
ухудшение условий смазки штока клапана;
не исключается попадание масла в канал подвода дополнительной топливовоздушной смеси, что приводит к образованию нагара на дне поршня и головке цилиндра;
малое время воздействия теплового контакта на топливовоздушную смесь.

Если учесть, что при скорости движения топливовоздушной смеси во впускном трубопроводе, равной 30 м/с, при линейных размерах нагревательных элементов 0,02-0,03 м тепловой контакт топливовоздушной смеси составляет 1,0-1,5 мс. За такой короткий промежуток времени контакта обеспечить достаточный нагрев и тем более интенсивное испарение осуществить невозможно.

Целью изобретения является повышение эффективности смесеобразования, повышение мощностных характеристик, экономичности и экологичности.

Цель достигается тем, что производят циркуляцию дополнительного потока топливовоздушной смеси по замкнутому контуру и воздействуют им на основной поток в процессе впуска.

Формирование и подпитку дополнительного потока целесообразно осуществлять путем отвода части топливовоздушной смеси основного потока, поступающего из смесительной камеры карбюратора.

Перед воздействием дополнительным потоком на основной первый (дополнительный) поток целесообразно подвергать обработке.

Целесообразно дополнительный поток подвергать нагреву.

Цель достигается тем, что устройство для подготовки топливовоздушной смеси снабжено циркулятором дополнительного потока.

Циркулятор может быть снабжен нагнетателем и может быть выполнен в виде замкнутого контура (полости) в пластине, контактирующего с нагревателем и проходящего через испаритель-смеситель и полости нагнетателя, при этом пластина расположена между смесительной камерой карбюратора и полостью впускного трубопровода.

На фиг.1 изображена структурная схема осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 устройство для подготовки (подогрева) топливовоздушной смеси.

Устройство содержит смесительную камеру 1 карбюратора, пластину 2 с полостью смесителя 3, нагнетатель 4 с полостью всасывания 5 и нагнетания 6, полость 7 обработки топливовоздушной смеси, отверстие (канал) подвода отработавших газов Р (нагреватель) 8, выполненный в виде трубопровода в полости 7 обработки, канал 9 циркулятора, объединяющий все элементы устройства (3, 5, 6 и 7) в замкнутый контур. Для увеличения площади теплового контакта нагреватель 8 выполнен в виде змеевика или снабжен дополнительными пластинами 10. В качестве нагнетателя используется центробежный насос с приводом; привод может осуществляться как от автономного агрегата электродвигателя, так и от двигателя внутреннего сгорания (не показан).

Способ подготовки топливовоздушной смеси заключается в следующем.

В нагреватель 8 из выхлопного коллектора (не показан) поступают отработавшие газы Р, происходит нагрев стенок нагревателя, которые передают тепло топливовоздушной смеси, находящейся в полости 7 обработки. В результате нагрева топливовоздушная смесь испаряется, что способствует эффективному перемешиванию частиц топлива с воздухом.

Топливовоздушная смесь поступающая из смесительной камеры карбюратора 1, образующая основной поток П_осн., поступает в смеситель 3, где под действием разрежения, создаваемого нагнетателем 4, происходит отбор части основного потока топливовоздушной смеси, образуя дополнительный поток П_доп. Дополнительный поток поступает в полость 5 и 6 нагнетателя 4 и далее в полость 7 нагревателя 8, где происходит термическая обработка топливовоздушной смеси. Из полости 7 топливовоздушная смесь в паровоздушном состоянии поступает в смеситель 3, где происходит смешивание обработанного дополнительного потока П_доп. с основным потоком П_осн.. В результате того, что температура смеси дополнительного потока составляет 100-120^оС, то при смешивании с основным потоком происходит нагрев и испарение части основного потока топливовоздушной смеси, находящейся в капельно-воздушной фазе. Таким образом происходит полная обработка топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндры.

В предлагаемом способе время обработки топливовоздушной смеси значительно превосходит время обработки в известных способах, так как линейные размеры полости 7 обработки можно выбирать достаточно большими, исходя из конкретных особенностей конструкции двигателей внутреннего сгорания.

Исходя из формулы Ньютона,
Q= α F(t-t_c') τ где Q количество переданного тепла;
α коэффициент пропорциональности;
F поверхность теплообменника;
τ время;
t температура теплоносителя;
t_c' температура стенок теплообменника, ясно, что отличительными параметрами теплообменника, каким является нагреватель 8 и полость 7 обработки, в данном конкретном случае является поверхность F и время теплового контакта. В предлагаемом способе устройство обеспечивает значительное увеличение площади за счет конструктивных элементов теплообменника (типа змеевик, дополнительные пластины) и позволяет увеличить время теплового контакта за счет увеличения линейных размеров теплообменника.

П р и м е р 1. В качестве нагревателя может быть использован электронагревательный элемент, питающийся от бортсети. Конструктивно такой нагреватель прост, позволяет производить регулировку нагрева топливовоздушной смеси в процессе работы двигателя и поддерживать постоянный нагрев смеси. Однако при этом необходимым условием является использование автономного привода, в частности электрического мотора, что позволит осуществить циркуляцию и обработку топливовоздушной смеси перед пуском двигателя внутреннего сгорания, облегчив его пуск при любых температурах окружающего воздуха.

П р и м е р 2. Однако использование электронагревателя в постоянном режиме работы двигателя создает значительную электрическую нагрузку на источники электроэнергии. Такая система оправдана при пуске двигателя. При работе двигателя целесообразно использовать теплоту отработавших газов, но в данном случае в качестве теплоносителя использовать воздух, нагреваемый в рубашке, охватывающей выхлопной патрубок. При этом выход нагревателя необходимо соединить с корпусом воздушного фильтра, чем обеспечивается прокачка нагретого воздуха через нагреватель. Электронагреватель в данном случае навит в виде спирали на нагреватель 8 и используется он только для обеспечения надежного пуска. В дальнейшем после пуска двигателя система электрического нагрева отключается.

Использование нагретого воздуха выгодно отличается от использования в качестве теплоносителя отработавших газов, так как отработавшие газы несут в себе сажу, которая будет осаживаться на стенках нагревателя и подводящих трубопроводах, что в конечном счете снижает эффективность теплопередачи на стенки нагревателя, уменьшает скорость и количество протекающего газа и снижает в целом КПД обработки топливовоздушной смеси. Обработанная предложенным способом топливовоздушная смесь позволяет улучшить качество топливовоздушной смеси, что позволит повысить мощностные характеристики, экономичность и экологичность двигателей внутреннего сгорания в результате достаточно полного сгорания топлива.

Выполнение блока обработки в виде отдельного устройства позволит устанавливать блоки обработки, использующие другие физико-химические принципы воздействия на топливовоздушную смесь. Это могут быть: ультразвуковые резонаторы, обработка токами высокой частоты, магнитное воздействие, ультрафиолетовое облучение и другие известные способы.

Использование предложенного способа подготовки топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания и устройства для его осуществления позволит значительно повысить технико-экономические показатели двигателей внутреннего сгорания и транспортных средств в целом.

Использование: в машиностроении, в частности в системах подготовки топливовоздушной смеси двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство содержит смесительную камеру карбюратора, пластину 2 с полостью смесителя 3, нагнетатель 4 с полостью всасывания 5 и нагнетания 6, полость 7 обработки топливовоздушной смеси, отверстие (канал) подвода отработавших газов (нагреватель) 8, выполненный в виде трубопровода в полости 7 обработки, и канал 9 циркулятора, объединяющий все элементы устройства (3, 5, 6 и 7) в замкнутый контур. Для увеличения площади теплового контакта нагреватель 8 выполнен в виде змеевика или снабжен дополнительными пластинами. Способ заключается в том, что часть основного потока топливовоздушной смеси поступает из полости смесителя 3 в нагнетатель 4 и далее в полость 7 обработки (нагрева и испарения), откуда обработанная и нагретая топливовоздушная смесь в паровоздушной фазе поступает в полость смесителя 3, где смешиваясь с основным потоком топливовоздушной смеси, образует высокогомогенизированную смесь. 2 с. и 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ подготовки топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, включающий одновременную подачу основного потока топливовоздушной смеси и дополнительного потока, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности смесеобразования, повышения мощностных характеристик и экономичности, производят циркуляцию дополнительного потока топливовоздушной смеси по замкнутому контуру и воздействуют им на основной поток в процессе впуска. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование и подпитку дополнительного потока осуществляют путем отвода части топливовоздушной смеси основного потока, поступающего из смесительной камеры карбюратора. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед воздействием дополнительным потоком на основной первый подвергают обработке. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что дополнительный поток подвергают нагреву. 5. Устройство для подготовки топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, включающее смесительную камеру карбюратора, испаритель-смеситель для подвода топливовоздушной смеси, нагреватель для подвода отработавших газов и полость впускного трубопровода, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности смесеобразования, повышения мощностных характеристик и экономичности, устройство снабжено циркулятором дополнительного потока топливовоздушной смеси. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что циркулятор снабжен нагнетателем и выполнен в виде замкнутого контура-полости в испарителе-смесителе, контактирующего с нагревателем, при этом испаритель-смеситель расположен между смесительной камерой карбюратора и полостью впускного трубопровода.