КАРБЮРАТОР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F02M7/24 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в системе питания двигателей внутреннего сгорания в качестве усовершенствованных карбюраторов.

Известен карбюратор К-88А (Автомобильные и тракторные двигатели. И.М. Ленин и др. М. : Высшая школа, 1969, стр 274-280). Карбюратор К-88А имеет поплавковую камеру с поплавком и игольчатым клапаном, смесительные камеры с установленными в них диффузорами и дроссельными заслонками. В смесительные камеры устанавливаются распылители топлива, связанные с топливными и воздушными жиклерами. Помимо этого в карбюраторе имеется система холостого хода, экономайзер, ускорительный насос и пусковое устройство.

Работу карбюратора на различных нагрузочных режимах можно представить следующим образом. На холостом ходу подачу топлива в двигатель осуществляет общеизвестная конструкция системы холостого хода. Топливо поступает в систему холостого хода от главных топливных жиклеров и эмульсируется воздухом, прошедшим через воздушные жиклеры системы холостого хода. Количество эмульсии, поступающей в смесительную камеру, изменяется с помощью регулировочных винтов.

На средних нагрузочных режимах включается в работу главная дозирующая система, объединенная с системой компенсации смеси и обеспечивающая необходимый ее состав за счет перепада давления у распылителя карбюратора. При уменьшении перепада давления снижается количество топлива, вытекающего через топливный жиклер. Подсасываемый воздух через воздушный канал как бы притормаживает вытекающее топливо и состав смеси становится обедненным, что и требуется по характеристике карбюратора желаемого вида.

При полном открытии дроссельной заслонки для обогащения смеси с целью получения наибольшей мощности двигателя вводится в действие экономайзер. Он обеспечивает подачу дополнительного количества топлива в параллель с главными топливными жиклерами в распылитель карбюратора. Это осуществляется путем воздействия поводка, находящегося на оси дроссельной заслонки, через серьгу на клапан экономайзера, который обеспечивает доступ топлива к жиклеру мощности, а затем и к распылителю карбюратора.

Существенным недостатком аналога является сложность конструкции системы холостого хода, системы компенсации смеси главной дозирующей системы и экономайзера, включающих большое количество каналов, клапанов и жиклеров, что удорожает стоимость карбюратора и усложняет его эксплуатацию.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является карбюратор двигателя внутреннего сгорания, содержащий входной патрубок, диффузор, смесительную камеру с дроссельной заслонкой и поплавковую камеру, сообщенную при помощи воздушного канала с входным патрубком и имеющим в воздушном канале золотник с приводом, кинематически связанным с осью дроссельной заслонки и соединительным воздушным каналом с жиклером, выполненным в корпусе и сообщающим воздушное пространство поплавковой камеры с диффузором (патент RU 2027056, МКИ 6 F 02 M 7/24, опубл. 20.01.95, бюл. 2).

В этом карбюраторе за счет перепала давления в поплавковой камере и в суженной части диффузора осуществляется изменение качественного состава смеси на частичных и полных нагрузочных режимах работы двигателя. Применяемая система изменения состава смеси на холостых оборотах и малых нагрузках в этой конструкции общеизвестна.

Ее недостатком является сложность конструкции системы холостого хода, применяемой в классических карбюраторах и включающей в себя большое количество различных каналов и жиклеров, что удорожает стоимость карбюратора и усложняет его эксплуатацию.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции карбюратора по комплексной компенсации смеси на всех режимах работы двигателя одним регулировочным органом и улучшение эксплуатационных качеств карбюратора в целом.

Задача достигается в карбюраторе, содержащем компенсационный канал, соединяющий воздушное пространство поплавковой камеры с диффузором, воздушный канал, сообщающий воздушное пространство поплавковой камеры с входным патрубком, и золотник, проходящий через воздушный канал и кинематически связанный с осью дроссельной заслонки, где согласно изобретению воздушное пространство поплавковой камеры карбюратора соединено с выпускным коллектором через пламегаситель и канал холостого хода, имеющий регулировочный винт, а золотник проходит через канал холостого хода, воздушный клапан и компенсационный канал, причем при проходе через золотник канал холостого хода и воздушный канал выполнены не соосно, а в пояске золотника, перекрывающего воздушный канал, вне плоскости оси воздушного канала выполнена лыска, кроме того, дроссельная заслонка кинематически связана с шибером, установленным в выпускном коллекторе, а привод золотника и шибера имеет общую тягу.

Прежде, чем описать работу предлагаемого карбюратора, сделаем анализ известной закономерности изменения α от разряжения в диффузоре Р_диф, которая получена для элементарного карбюратора (И.М.Ленин и др. Автомобильные и тракторные двигатели. М.: Высшая школа, 1969, с. 231, формула 39).

С учетом того, что давление у распылителя равно давлению в суженной части диффузора Р_диф, эта формула будет иметь вид:

где С - постоянный коэффициент, включающий ряд известных независимых величин от разряжения в диффузоре, таких как площадь диффузора и жиклера, плотность воздуха и топлива, коэффициент истечения диффузора и теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива;
μ_ж - коэффициент истечения топлива через жиклер;
Р_о - атмосферное давление;
Р_диф - давление в суженной части диффузора;
Р_п.к - давление в поплавковой камере.

При любых расходах воздуха (при различных положениях дроссельной заслонки) в элементарном карбюраторе отношение (Р_о-Р_диф)/(Р_п.к-Р_диф) остается постоянным и влиять на изменение качества смеси α не может, и только коэффициент расхода топливного жиклера увеличивается с возрастанием расхода воздуха (с открытием дроссельной заслонки), что приводит к обогащению смеси (И. М. Ленин и др. Автомобильные и тракторные двигатели. М.: Высшая школа, 1969, с. 231). Такая работа карбюратора не приемлема.

Анализируя формулу коэффициента избытка воздуха α, видно, что если изменять давление в поплавковой камере Р_п.к, то можно влиять на качественный состав смеси, т.е. на величину α. При этом следует согласовать изменение давления в поплавковой камере Р_п.к с открытием дроссельной заслонки. При ее открытии давление в поплавковой камере Р_п.к должно уменьшиться (смесь будет обедняться), а при полном открытии дроссельной заслонки давление в поплавковой камере Р_п.к должно быстро повыситься и сравняться с атмосферным (смесь обогащается). При работе на холостом ходу при прикрытой дроссельной заслонке работа карбюратора должна осуществляться за счет избыточного давления в поплавковой камере Р_п.к.

На фиг. 2 представлены характеристики элементарного карбюратора (А) и карбюратора с компенсацией смеси желаемого вида (В), где 1-2 - участок работы системы холостого хода; 2-3 - работа на частичных нагрузочных режимах; 3-4 - работа при полной загрузке двигателя.

Работу карбюратора по характеристике желаемого вида на практике обеспечивают различными способами. Здесь это достигается за счет перепада давления в поплавковой камере и разряжения в диффузоре (Р_п.к-Р_диф) от режима работы двигателя. Желаемое изменение давления в поплавковой камере Р_п.к в зависимости от разряжения в диффузоре должно иметь вид, представленный на фиг.3, где 1-2 - участок работы системы холостого хода и малых нагрузок; 2-3 - работа на частичных нагрузках; 3-4 - работа при полной загрузке двигателя.

Фиг.1 - карбюратор двигателя внутреннего сгорания.

Карбюратор (фиг.1) состоит из корпуса 1, поплавковой камеры 2, главного топливного жиклера 3, распылителя 4, смесительной камеры 5, диффузора 6 и дроссельной заслонки 7.

Суженная часть диффузора 6 и воздушное пространство 8 поплавковой камеры 2 соединены компенсационным каналом 9, оканчивающимся жиклером 10, который передает в воздушное пространство 8 разряжение из диффузора 6. Воздушный канал 11 соединяет пространство 8 поплавковой камеры 2 через золотниковое устройство 12 с входным патрубком 13 карбюратора. Канал холостого хода 14 соединяет пространство поплавковой камеры 2 через золотниковое устройство 12, пламегаситель 15 с выпускным коллектором 16, в котором установлен шибер 17, кинематически связанный через тягу 18 с дроссельной заслонкой 7.

Золотниковое устройство 12 состоит из корпуса 19 и золотника 20. По внешнему диаметру золотник 20 точно подогнан к внутреннему диаметру корпуса 19 и может в нем свободно возвратно-поступательно перемещаться в зависимости от положения дроссельной заслонки 7 при помощи тяги 21 и рычага 22, который жестко закреплен на оси 23 дроссельной заслонки 7. Тяга 21 шарнирно связывает рычаг 22 и шарнир 24 золотника 20.

В канале холостого хода 14 установлен регулировочный винт избыточного давления 25 в поплавковой камере 2. Золотниковое устройство 12 через воздушный канал 11 совместно с компенсационным каналом 9 и его воздушным жиклером 10 регулирует давление в поплавковой камере 2 в зависимости от положения дроссельной заслонки 7 и тем самым осуществляет компенсацию рабочей смеси на средних нагрузочных режимах (промежуточное положение дроссельной заслонки) и обогащение смеси при полном открытии заслонки 7.

Золотниковое устройство 12 через канал холостого хода 14 совместно с компенсационным каналом 9 и его воздушным жиклером 10, регулировочным винтом 25 и шибером 17 при закрытом воздушном канале 11 регулирует давление в поплавковой камере 2 при закрытой дроссельной заслонке и тем самым осуществляет компенсацию рабочей смеси на холостом ходу.

Золотник 20 имеет четыре проточки: проточка 26 служит для создания избыточного давления в поплавковой камере при малых нагрузках и холостом ходу; проточка 27 для обеднения смеси при средних нагрузках; проточка 28 для обогащения смеси при полной нагрузке, проточка 29 разряжения, осуществляющая связь воздушного пространства 8 поплавковой камеры 2 с диффузором 6.

Пояски 30 и 31 золотника 20 имеют размеры, превышающие высоту соответствующих каналов 14 и 11, которые они перекрывают со стороны выпускного коллектора 16 и входящего канала карбюратора 13, обеспечивая их полное перекрытие на соответствующих режимах работы. Размер пояска 31 должен быть несколько меньше размера сечения канала 11. Такое исполнение необходимо для более быстрой скорости нарастания давления в воздушном пространстве 8 поплавковой камеры 2 при полном открытии дроссельной заслонки 7 и для обеспечения непосредственной связи воздушного пространства 8 поплавковой камеры 2 с атмосферой при переходе от частичных нагрузочных режимов к холостому ходу. Поясок 33 золотника 20 служит для перекрытия компенсационного канала 9 на полной нагрузке двигателя.

Для обеспечения работоспособности систем карбюратора на всех режимах работы, а именно для перекрытия воздушного канала 11 пояском 31, что необходимо для работы карбюратора на холостом ходу, подводящая часть канала 11 к золотнику 20 и отходящая от него часть канала 11 выполнены несоосно и перекрываются разными поясками золотника 20, а для связи подводящего канала 11 к золотнику и отходящего от него канала 11 проточка 27 обеднения смеси и проточка 28 обогащения смеси соединяются лыской 32, выполненной в пояске 31.

Канал 11 фигурный со стороны поплавковой камеры 2. На фиг.4 показано положение золотника 20 относительно канала 11 при полностью открытой дроссельной заслонке 7. Он имеет в сечении форму остроугольного равнобедренного треугольника, вершиной направленной вверх по ходу движения золотника 20 при открытии дроссельной заслонки 7. Такое исполнение связано с необходимостью постепенного перекрытия сечения воздушного канала 11 пояском 31 золотника 20 у вершины его треугольного сечения по мере открытия дроссельной заслонки.

За счет перепада давлений в поплавковой камере и в суженой части диффузора осуществляется изменение качества состава горючей смеси в предлагаемом карбюраторе.

Направления движения газовых потоков через золотник при различных режимах работы двигателя представлены на фиг.5 - при холостом ходе; фиг.6 - при средних нагрузках; фиг.7 - при полной нагрузке.

При пуске двигателя смесь обогащается путем обычного перекрытия воздушной заслонкой (не показана) воздушного канала 13.

На холостом ходу двигатель работает на прикрытой дроссельной заслонке 7, но при открытой воздушной заслонке, и обогащение смеси достигается за счет избыточного давления в поплавковой камере (фиг.3, уч-к 1-2). В нижнем положении золотника 20 он своей проточкой 26 открывает канал 14 холостого хода и газы из выпускного коллектора 16 через пламегаситель 15 поступают в поплавковую камеру карбюратора, создавая избыточное давление, и заставляют топливо истекать через жиклер 3 в диффузор карбюратора (фиг.5). Необходимое давление в поплавковой камере, обеспечивающее работоспособность карбюратора на холостом ходу, создается шибером 17, кинематически связанным через тягу 18 с дроссельной заслонкой 7. Воздушный канал 11 на холостом ходу перекрыт пояском 30 золотника 20. Качество смеси на холостом ходу регулируется винтом 25.

На средних нагрузочных режимах с открытием дроссельной заслонки 7 (нагрузка постепенно увеличивается) рычаг 22 поворачивается вместе с дроссельной заслонкой 7, перемещая тягу 21. Тяга 21 связана через шарнир 24 с золотником 20 и перемещает его в корпусе 19 вверх.

При этом золотник 20 постепенно перекрывает треугольное отверстие воздушного канала 11 у его вершины. Сопротивление движению атмосферного воздуха через проточку обеднения смеси и воздушный канал 11 возрастает, а давление воздуха в воздушном пространстве 8 поплавковой камеры 2 понижается. Снижению давления воздуха в воздушном пространстве 8 поплавковой камеры 2 будет способствовать компенсационный канал 9, соединенный с воздушным пространством 8, так как пониженное давление в диффузоре 6 будет передаваться по каналу 9 и жиклеру 10 в воздушное пространство 8 поплавковой камеры 2 (фиг.6).

При работе на средних нагрузочных режимах канал холостого хода 14 перекрывается пояском 30 золотника 20.

При максимальной нагрузке открывающаяся полностью дроссельная заслонка 7 перемещает золотник 20 в корпусе 19 при помощи жестко закрепленного на оси 23 рычага 22 и шарнирно соединенной тяги 21. В тот момент, когда треугольное отверстие воздушного канала 11 у его вершины еще полностью не закрылось золотником 20, открывается это же отверстие канала 11 снизу по всей длине основания треугольного сечения.

Благодаря этому быстро увеличивается площадь проходного отверстия воздушного канала 11 и воздух с меньшим сопротивлением проходит через проточку обогащения смеси золотника 20 и канал 11 в воздушное пространство 8 поплавковой камеры 2. При этом давление в воздушном пространстве 8 поплавковой камеры 2 быстро увеличивается, приближаясь к атмосферному.

Разряжение из суженой части диффузора 6 не будет передаваться в воздушное пространство поплавковой камеры через канал 9 и жиклер 10, так как он будет перекрыт пояском 33 золотника 20. В поплавковой камере 2 давление Р_п.к станет равным Р_о. Истечение топлива через жиклер 3 будет производиться под перепадом давления как в элементарном карбюраторе с обогащением состава смеси. Канал 14 холостого хода при работе на полной нагрузке будет перекрыт пояском 30 золотника 20 (фиг.7).

Положительный эффект, достигаемый применением данного изобретения, заключается в упрощении конструкции карбюратора за счет комплексной компенсации смеси на всех режимах работы двигателя одним регулируемым органом и улучшении эксплуатационных качеств карбюратора в целом.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам топливоподачи. Изобретение позволяет упростить конструкцию карбюратора и улучшить эксплуатационные качества. Карбюратор двигателя внутреннего сгорания содержит компенсационный канал, соединяющий воздушное пространство поплавковой камеры с диффузором, воздушный канал, сообщающий воздушное пространство камеры с входным патрубком, и золотник, проходящий через воздушный канал и кинематически связанный с осью дроссельной заслонки. Воздушное пространство поплавковой камеры карбюратора соединено с выпускным коллектором через пламегаситель и канал холостого хода, имеющий регулировочный винт. Золотник проходит через канал холостого хода, воздушный канал и компенсационный канал, причем при проходе через золотник канал холостого хода и воздушный канал выполнены несоосно. В пояске золотника, перекрывающего воздушный канал, вне плоскости оси воздушного канала выполнена лычка. Дроссельная заслонка кинематически связана с шибером, установленным в выпускном коллекторе. Привод золотника и шибера имеет общую тягу. 7 ил.

Карбюратор двигателя внутреннего сгорания, содержащий компенсационный канал, соединяющий воздушное пространство поплавковой камеры с диффузором, воздушный канал, сообщающий воздушное пространство камеры с входным патрубком, и золотник, проходящий через воздушный канал и кинематически связанный с осью дроссельной заслонки, отличающийся тем, что воздушное пространство поплавковой камеры карбюратора соединено с выпускным коллектором через пламегаситель и канал холостого хода, имеющий регулировочный винт, а золотник проходит через канал холостого хода, воздушный канал и компенсационный канал, причем при проходе через золотник канал холостого хода и воздушный канал выполнены несоосно, а в пояске золотника, перекрывающего воздушный канал, вне плоскости оси воздушного канала выполнена лыска, кроме того, дроссельная заслонка кинематически связана с шибером, установленным в выпускном коллекторе, а привод золотника и шибера имеет общую тягу.