УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПАРЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ Российский патент 1997 года по МПК F02M29/00 F02M31/08 

Изобретение относится к области двигателестроения.

Известно устройство для гомогенизации топливно-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, с головкой блока цилиндров, и с впускным и выпускным трубопроводами, содержащее сопло, крыльчатку и малый диффузор [1]
Недостатком известного технического решения является отсутствие нагрева и жесткой связи между соплом большого диффузора, турбиной с лопатками и малым диффузором.

Задача изобретения заключается в упрощении конструкции и в увеличении площади нагревательных поверхностей.

Поставленная задача решается тем, что устройство для испарения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания, с головкой блока цилиндров и с впускными и выпускными трубопроводами, содержит сопло, крыльчатку и малый диффузор, причем, устройство снабжено платой с впускными каналами для отработавших газов двигателя с теплоизолирующей втулкой и теплоизолирующими прокладками, при этом плата расположена между головкой блока и фланцами впускных и выпускных трубопроводов двигателя и образована слоями, между которыми в каждом выпускном канале платы предусмотрено суживающее устройство в виде полости с размещенной в ней перегородкой с отверстием, образованной отбортовкой одного из слоев платы, при этом перегородка разделяет полость на камеры высокого и низкого давления, камеры высокого давления всех сужающих устройств соединены общим каналом, крыльчатка расположена во впускном канале платы между малым диффузором и соплом и жестко связана с последними, а сопло размещено в общем канале. Отверстие в перегородке может быть расположено эксцентрично относительно отверстия выпускного канала двигателя.

Предложенное техническое решение позволило снизить число слоев и сформировать один общий канал для всех выхлопных потоков, при этом эксцентрично расположенные отверстия перегородок выхлопных газов в сужающих устройствах, направляют ближайший поток по каналу на нагрев сопел и жестко связанных с ними крыльчаток. Крыльчатки, имея большое количество лопаток, с центральными малыми диффузорами, дали возможность разделить все проходные сопла топливной смеси нагревательными поверхностями.

Конструкция устройства для испарения топливной смеси (далее устройство) изображена на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 изображено устройство в плане на два цилиндра; на фиг. 2 - разрез устройства по впускным и выпускным элементам.

Устройство 1 устанавливается между головкой блока цилиндров двигателя 2 и фланцами впускного 3 и выпускного 4 и 4а трубопроводов. Устройство теплоизолируется от двигателя и фланцев трубопроводов прокладками 5.

Устройство 1 состоит из платы 6 и теплоизолирующей втулки 7 с крепежными отверстиями 8. По втулке 7 проходит штатная охлаждающая жидкость ТОСОЛ.

Плата 6 состоит из слоев 9 и 10, между которыми сформированы сужающие устройства 11 и 12, соединенные общим каналом 13 и газодинамические нагревательные элементы 14 и 15.

В плате 6 слои 9 и 10 сопрягаются по эквивалентным контурам 16 и 17 с выходом герметизируемого шва 18 на лицевую плоскость. Шов 18 герметизируется штатной термоизоляционной прокладкой 5.

Сужающие устройства 11 и 12 состоят из камер высокого и низкого давления, величина давления в которых определяет направление потока перед и после перегородок с отверстиями 19 и 20. Так как процесс выхлопа отработанных газов в многопоршневом двигателе последовательно циклический, то камеры с одной величиной давления допустимого соединить общим каналом. В данной конструкции камеры высокого давления соединены общим каналом 13 в плате 6, а камеры низкого давления выпускным трубопроводом 4 и 4а. Отверстия 19 и 20 выполнены с отбортовками 21 и могут быть расположены эксцентрично относительно отверстий выпускного трубопровода 4.

Газодинамические нагревательные элементы 14 и 15 жестко связаны в единый узел, состоящий из сопла 22 и крыльчатки 23.

Сопло 22, в осевом сечении, имеет профиль конфузора сопла Вентури, который может иметь продолжение профильных форм, переходящих в полное сопло Вентури. Это зависит от конструктивных особенностей впускных камер головок блоков цилиндров и технологических возможностей изготовления полного профиля сопла Вентури.

Крыльчатка состоит из лопаток 23 и малого диффузора 25, выполненных в едином блоке. Лопатки изготавливаются по винтовой линии для закручивания потока топливной смеси. Малый диффузор в осевом сечении имеет оптимальный аэродинамический профиль.

Работа устройства 1 заключается в испарении всех фракций топливной смеси при прохождении ее через разогретые выхлопными газами газодинамические нагревательные элементы 14 и 15 перед впрыском в цилиндры двигателя.

Смесь паров топлива с парами воздуха, без каких-либо мелких жидких частиц, обеспечивает полное сгорание топлива при условии необходимого и достаточного количества окислителя-кислорода в воздухе.

Цикл работы устройства 1 начинается с прохождения выхлопными газами любого сужающего устройства, например, 11. Основная часть выхлопных газов проходит через отверстие 19 перегородки в выпускной трубопровод 4. Периферийные газы отводятся в общий канал 13 с помощью отбортовки 21. При этом отверстия в отбортовках 21 смещены в сторону от центра трубопровода для отвода выхлопных газов, которые проходят ближе к входу в канал 13. Пройдя по каналу 13, газы обтекают стенки сопел, выходят к противоположному отверстию 20 и через него входят в выпускной трубопровод 4а, далее соединяясь с трубопроводом 4.

Раскаленные выхлопные газы, протекая по каналам 13 платы 6, отдают тепло окружающим их поверхностям. Так как материалом платы является металл, то все тепло быстро и равномерно распределяется по всему объему, а главное, передается соплам, жестко связанными с ними лопатками и малым диффузором, т.е. газодинамическим нагревательным элементом 14 и 15.

После такта выхлопа отработанных газов, начинается такт заполнения цилиндра топливной смесью. Смесь топлива с воздухом, подготовленная карбюратором, перед попаданием в цилиндр, проходит через газодинамический нагревательный элемент 14 по его составляющим профилированным соплу 22 и малому диффузору 25, в которых с увеличением скорости прохождения потока падает давление и увеличивается интенсивность испарения жидких составляющих смеси, при этом сопло и малый диффузор нагреты, что способствует еще большему ее испарению. Кроме этого, лопатки 24 увеличивают площадь нагревательных поверхностей и длину пути прохождения топливной смеси по нагретым стенкам сопла 22. Интенсивное восхождение испарений от нагретых поверхностей значительно усиливают аэро-, газодинамический эффект и создают интенсивное перемещение паров топливной смеси. Такая смесь способствует полному ее сгоранию.

Следующий цикл работы устройства начинается с прохождения выхлопными газами сужающего устройства 12 в той же таковой последовательности.

При этом, наличие газодинамических сопротивлений в виде сопел, лопаток и малых диффузоров и нагретого топлива должны вносить невосполняемые потери по давлению и массе наполнения цилиндров двигателя топливной смесью.

Однако, давление за газодинамическими нагревательными элементами 14 и 15 восстанавливается за счет испарения жидких составляющих топливной смеси и расширения ее при нагреве, что не влечет потери мощности двигателя при меньшей массе топлива, в результате чего происходит экономия топлива и снижение токсичности выхлопных газов.

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: устройство для испарения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания содержит плату с впускными каналами для топливной смеси и выпускными каналами для отработавших газов двигателя, расположенную между головкой блока цилиндров и фланцами впускных и выпускных трубопроводов двигателя. Плата образована слоями, между которыми в каждом выпускном канале платы предусмотрено сужающее устройство в виде полости с размещенной в ней перегородкой с отверстием, образованной отбортовкой одного из слоев платы. Перегородка разделяет полость на камеры высокого и низкого давления. Камеры высокого давления всех сужающихся устройств соединены общим каналом. Во впускном канале платы расположена крыльчатка между малым диффузором и соплом и жестко связана с последними. Сопло размещено в общем канале. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для испарения топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания с головкой блока цилиндров и с впускными и выпускными трубопроводами, содержащее сопло, крыльчатку и малый диффузор, отличающееся тем, что оно снабжено платой с впускными каналами для топливовоздушной смеси, выпускными каналами для отработавших газов двигателя с теплоизолирующей втулкой и теплоизолирующими прокладками, при этом плата расположена между головкой блока цилиндров и фланцами впускных и выпускных трубопроводов двигателя и образована слоями, между которыми в каждом выпускном канале платы предусмотрено сужающее устройство в виде полости с размещенной в ней перегородкой с отверстием, образованной отбортовкой одного из слоев платы, при этом перегородка разделяет полость на камеры высокого и низкого давления, камеры высокого давления всех сужающихся устройств соединены общим каналом, крыльчатка расположена во впускном канале платы между малым диффузором и соплом и жестко связана с последними, а сопло размещено в общем канале. 2. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что отверстие в перегородке расположено эксцентрично относительно отверстия выпускного трубопровода двигателя.