СОПЛО-НАСАДКА ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ (ДВА ВАРИАНТА) Российский патент 2015 года по МПК F02M29/06 F02M35/10 B01F13/00 

Заявляемые варианты изобретения относятся к машиностроению, в частности автомобилестроению, и могут быть использованы на любых двигателях внутреннего сгорания для повышения их крутящего момента и мощности.

Из технического уровня известно сопло Лаваля, которое с конца 20 века применяется в автомобильных свечах зажигания для создания направленного потока горящих газов, что повышает эффективность двигателя внутреннего сгорания. Сопло имеет специально профилированный канал, сначала конически сужающийся, затем конически расширяющийся, что обеспечивает разгон рабочего тела до заданной скорости и придание ему заданного направления [http://slovary.yandexru/%D1%81%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%BE%/20%D0].

Известное устройство не сглаживает колебания рабочего тела в широком диапазоне оборотов.

Известен струйно-вихревой топливовоздушный смеситель, относящийся к устройствам для приготовления топливовоздушной смеси в инжекторном двигателе внутреннего сгорания. Устройство состоит из впускного коллектора с внутренним отверстием, топливного инжектора, вихревой камеры, совмещенной с впускным коллектором, с внутренней поверхностью в виде модернизированного сопла Лаваля с двумя усеченными конусами, развернутыми малыми отверстиями друг к другу, и цилиндрической проточкой между ними, в которой по периметру размещены тангенциальные наклонные отверстия, и цилиндрической смесительной камеры. В корпусе впускного коллектора имеются дополнительные отверстия в зоне размещения вихревой камеры. На входе в модернизированное сопло Лаваля установлен насадок с внутренней поверхностью, образованной коническим или коноидальным соплом и диффузором. Большой диаметр конического или коноидального сопла равен диаметру внутреннего отверстия впускного коллектора. Наружная поверхность насадка и внутренняя поверхность впускного коллектора образуют дополнительную кольцевую камеру. На входе в насадок по периметру выполнены периферийные отверстия, параллельные оси смесителя. Модернизированное сопло Лаваля на выходе оснащено дополнительным участком с цилиндрическим внутренним сечением [П. RU на изобретение №2429372].

Технический результат заключается в повышении динамических параметров движущихся потоков воздуха и топлива за счет повышения эффективности вихревой камеры, позволяющей получить высокое качество смешивания топливовоздушной смеси, высокую степень полноты ее сгорания, исключить перерасход топлива и повышенную концентрацию токсичных веществ в выхлопных газах. Недостатком известного устройства является то, что он работает только в конечной фазе (в задроссельном пространстве).

В известном техническом уровне не обнаружен ближайший аналог заявляемым вариантам как по совокупности существенных признаков, так и по достигаемым техническим результатам.

Задачей изобретения является разработка двух вариантов принципиально новых сопел-насадок для жидкостей и газов, позволяющих качественно преобразовывать ламинарный поток рабочего тела на входе в спиралевидный - на выходе.

Технические результаты, которые находятся в причинно-следственной связи с заявляемой совокупностью существенных признаков, являются:

- для первого варианта

- улучшение качества перемешивания топливовоздушной смеси во впускном коллекторе;

- повышение качества сгорания топливовоздушной смеси,

- для второго варианта

- улучшение качества перемешивания топливовоздушной смеси во впускном коллекторе;

- повышение качества сгорания топливовоздушной смеси;

- снижение уровня звука работы двигателя во всех режимах вплоть до максимальных.

Изобретательским шагом является создание двух вариантов устройства, позволяющих за счет их конструктивного решения и вариантов тороидального выполнения разгонной камеры сгладить колебания рабочего тела во впускной (выпускной) системе и соответственно ускорить его подачу (выход) за счет придания ему вращательного момента. За счет установки в начале впускного тракта (в додроссельном пространстве) одного из вариантов сопла-насадки для жидкостей и газов оно качественно перемешивает по всей длине выпускного тракта как газы, так и топливо. Во втором варианте изобретения сопло-насадка снабжена разгонной камерой в виде двухконтурного тора с геликоидным сечением, что позволяет дополнительно снизить уровень звука работы двигателя и сгладить пульсации.

Решение указанной задачи и достижение указанных выше технических результатов стало возможным:

для первого варианта - благодаря тому, что сопло-насадка для жидкостей и газов характеризуется наличием разгонной камеры в виде тора с удаленным по длине его окружности фрагментом и соосными с ним входным и выходным раструбами, при этом входной раструб выполнен в виде тела вращения с переменным поперечным сечением, увеличивающимся по вогнутой дуге к разгонной камере, выходной раструб составлен из цилиндрического тела на выходе и фрагмента пустотелого шара, образованного двумя параллельными плоскостями сечения, перпендикулярными оси устройства, фрагмент шара плавно переходит в разгонную камеру, а его диаметр меньше диаметра разгонной камеры,

- для второго варианта - благодаря тому, что сопло-насадка для жидкостей и газов характеризуется наличием разгонной камеры в виде тора геликоидного сечения с удаленным по длине его окружности фрагментом и соосными с ним входным и выходным раструбами, при этом входной раструб выполнен в виде тела вращения с переменным поперечным сечением, увеличивающимся по вогнутой дуге к разгонной камере, выходной раструб составлен из цилиндрического тела на выходе и фрагмента пустотелого шара, образованного двумя параллельными плоскостями сечения, перпендикулярными оси устройства, фрагмент шара плавно переходит в разгонную камеру, а его диаметр меньше диаметра разгонной камеры.

В частном примере исполнения вариантов сопла-насадки для жидкостей и газов внешняя поверхность одного и/или обоих раструбов снабжена не менее одной насечкой.

Заявляемые варианты изобретения иллюстрируют следующие фигуры:

Фиг.1. Показана сопло-насадка для жидкостей и газов: разгонная камера, вогнутая дуга, выходной раструб, цилиндрическое тело, фрагмент пустотелого шара, насечки. Общий вид. Вариант 1.

Фиг.2. Показана сопло-насадка для жидкостей и газов: вогнутая дуга, разгонная камера, цилиндрическое тело, фрагмент пустотелого шара, угол α. Сечение по A-A. Вариант 1.

Фиг.3. Показано движение рабочего тела в разгонной камере. Вариант 1.

Фиг.4. Показана сопло-насадка для жидкостей и газов: разгонная камера геликоидного сечения, вогнутая дуга, выходной раструб, цилиндрическое тело, фрагмент пустотелого шара, насечки. Общий вид. Вариант 2.

Фиг.5. Показана сопло-насадка для жидкостей и газов: вогнутая дуга, разгонная камера геликоидного сечения, цилиндрическое тело, фрагмент пустотелого шара, насечки. Сечение по A-A. Вариант 2.

Фиг.6. Показано движение рабочего тела в разгонной камере геликоидного сечения. Вариант 2.

Заявляемая сопло-насадка для жидкостей и газов по первому варианту включает разгонную камеру 1. Разгонная камера 1 выполнена в виде пустотелого тора с удаленным фрагментом и снабжена соосными с ней входным раструбом 2 и выходным раструбом 3 (фиг.1). Входной раструб 2 выполнен в виде тела вращения с переменным поперечным сечением, которое увеличивается по вогнутой дуге 4 к разгонной камере 1. Выходной раструб 3 составлен из цилиндрического тела 5 на выходе и фрагмента пустотелого шара 6, диаметр которого меньше диаметра тора (фиг.2) и плавно переходящего в разгонную камеру 1 со стороны оставшейся части 7 пустотелого тора (фиг.2). Угол α формируется вертикальным и горизонтальным радиусами разгонной камеры 1 и выбирается исходя из назначения работы насадки. Для поднятия крутящего момента двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на низких оборотах ∠α стремится к прямому углу. Для увеличения мощности на высоких оборотах ∠α стремится к тупому углу.

Рабочее тело входит в разгонную камеру 1. Далее, получив вращательный момент, рабочее тело начинает раскручиваться вокруг оси пустотелого тора (фиг.3). В результате внутри разгонной камеры 1 формируется самовыворачивающийся тор из рабочего тела, который придает вращательный момент рабочему телу и как бы прокачивает через себя, одновременно выступая клапаном.

Шаровидное расширение выходного раструба 3 обеспечивает минимизацию трения рабочего тела о стенки этого раструба 3.

В частном примере внешняя поверхность входного раструба 2 и/или выходного раструба 3 сопло-насадка для жидкостей и газов снабжена не менее одной насечкой 8, которая усиливает фиксацию устройства во впускном тракте.

Заявляемое изобретение по первому варианту работает следующим образом.

Устанавливают устройство во впускной тракт автомобиля таким образом, чтобы рабочее тело поступало во входной раструб 2. Далее оно поступает в разгонную камеру 1 (оставшуюся часть 7 пустотелого тора) и раскручивается как вокруг собственной оси, так и вокруг оси тора, после чего поступает в выходной раструб, уже получив заданный момент вращения. Насечки 8 усиливают удержание сопла-насадки в тракте автомобиля.

Пример. Первый вариант.

Изготовлена сопло-насадка для жидкостей и газов с внешним диаметром 95 мм.

Сопло-насадку для жидкостей и газов устанавливают во впускной тракт автомобиля ВАЗ 2107 (инжектор).

Испытание показало, что мощность и крутящий момент повысились на 9%.

Заявляемая сопло-насадка для жидкостей и газов по второму варианту является двухконтурной насадкой и включает разгонную камеру 9. Разгонная камера 9 выполнена в виде пустотелого геликоидного тора с удаленным фрагментом и снабжена соосными с ней входным раструбом 10 и выходным раструбом 11 (фиг.4). Входной раструб 10 выполнен в виде тела вращения с переменным поперечным сечением, которое увеличивается по вогнутой дуге 12 к разгонной камере 9. Выходной раструб 11 составлен из цилиндрического тела 13 на выходе и фрагмента пустотелого шара 14, диаметр которого меньше диаметра тора (фиг.5), и плавно переходящего в разгонную камеру 9 со стороны оставшейся части 15 пустотелого тора (фиг.5). Выполнение тора с геликоидным сечением обеспечивает появление дополнительного контура вращения рабочего тела (фиг.6), что приводит к снижению трения основного контура практически до минимума. Подкрутка дополнительным контуром приводит к увеличению скорости основного контура, значительному увеличению количества проходящего рабочего тела и повышению его плотности. При этом пульсации сглаживаются. Внешняя поверхность входного раструба 10 и/или выходного раструба 11 дополнительно снабжена не менее одной насечкой 16.

Заявляемое изобретение по второму варианту работает следующим образом.

Рабочее тело входит через входной раструб 10 в разгонную камеру 9. Далее, получив вращательный момент, рабочее тело основного контура начинает раскручиваться вокруг оси пустотелого геликоидного тора. Возникший дополнительный контур качественно улучшает структуру основного контура и улучшает условия его прохождения. На выход выходного раструба 11 поступает более плотный и раскрученный поток, чем при одноконтурном варианте.

Пример. Второй вариант.

Изготовлена сопло-насадка для жидкостей и газов с внешним диаметром 105 мм.

Сопло-насадку для жидкостей и газов устанавливают во впускной тракт автомобиля ВАЗ 2107 (инжектор).

Испытание показало, что мощность и крутящий момент повысились на 11%. Для двигателей с автоматической коробкой передач убираются «провалы» между переключениями и уменьшается время реакции на включение KIK-DOWNA, что существенно меняет характер автомобиля. Значительно снизился уровень звука и пульсации.

Как видно из примеров, использование заявляемых вариантов изобретения позволило для первого варианта повысить крутящий момент на 9% за счет улучшения качества перемешивания топливовоздушной смеси и повышения качества сгорания топливовоздушной смеси, для второго варианта - на 11%, при этом отмечено сглаживание пульсаций и значительное снижение уровня звука от работы двигателя во всех режимах вплоть до максимальных.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Предложена сопло-насадка для жидкостей и газов (два варианта), содержащая разгонную камеру (1), выполненную в виде тора с удаленным по его длине фрагментом в первом варианте или тора геликоидного сечения с удаленным по длине его окружности фрагментом во втором варианте и соосными с ним входным (2) и выходным (3) раструбами. Технический результат заключается в повышении мощности и крутящего момента двигателя, повышении качества перемешивания топливовоздушной смеси во впускном коллекторе и качества сгорания топливовоздушной смеси. При использовании сопла-насадки, выполненной по второму варианту, дополнительно достигается снижение шумности двигателя. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сопло-насадка для жидкостей и газов характеризуется наличием разгонной камеры в виде тора с удаленным по длине его окружности фрагментом и соосными с ним входным и выходным раструбами, при этом входной раструб выполнен в виде тела вращения с переменным поперечным сечением, увеличивающимся по вогнутой дуге к разгонной камере, выходной раструб составлен из цилиндрического тела на выходе и фрагмента пустотелого шара, образованного двумя параллельными плоскостями сечения, перпендикулярными оси устройства, фрагмент шара плавно переходит в разгонную камеру, а его диаметр меньше диаметра разгонной камеры.

2. Сопло-насадка для жидкостей и газов по п.1, отличающаяся тем, что внешняя поверхность одного и/или двух раструбов снабжена не менее одной насечкой.

3. Сопло-насадка для жидкостей и газов характеризуется наличием разгонной камеры в виде тора геликоидного сечения с удаленным по длине его окружности фрагментом и соосными с ним входным и выходным раструбами, при этом входной раструб выполнен в виде тела вращения с переменным поперечным сечением, увеличивающимся по вогнутой дуге к разгонной камере, выходной раструб составлен из цилиндрического тела на выходе и фрагмента пустотелого шара, образованного двумя параллельными плоскостями сечения, перпендикулярными оси устройства, фрагмент шара плавно переходит в разгонную камеру, а его диаметр меньше диаметра разгонной камеры.

4. Сопло-насадка для жидкостей и газов по п.3, отличающаяся тем, что внешняя поверхность одного и/или двух раструбов снабжена не менее одной насечкой.