Устройство для распыления и гомогенизации горючей смеси Советский патент 1988 года по МПК F02M29/00 F02M27/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для распыления и гомогенизации горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повьинение эффективности обработки горючей смеси.

На фиг. 1 схематично изображено описываемое устройство для распыления и гомогенизации горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания; на фиг. 2 - проставка в увеличенном масштабе; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б - Б на фиг. 1.

Устройство для распыления и гомогенизации горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания (фиг. 1) содержит расположенную между карбюратором I и впускным трубопроводом 2 проставку, образованную пластинами 3 и 4 и закрепленной в последних промежуточной деталью 5, имеющей обтекаемые элементы 6, которые размещены в проточном канале, который вы- полнен в пластинах 3 и 4 и образован расширительной камерой 7, расположенной относительно потока смеси перед обтекаемыми элементами 6, и проходными канала- .ми 8 между последни.ми. Обтекаемые элементы 6 жестко связаны с промежуточной деталью 5 (или выполнены за одно целое с ней) и расположены перпендикулярно оси проточного канала и параллельно один относительно друг ого, причем обтекаемые элементы 6 имеют несимметричные относитель- но оси проточного канала сечения (см. также фиг. 2), так что проходные каналы 8 являются конфузорно-диффузорными и имеют горловины 9, рас 1оложенные перпендикулярно оси проточного канала. При этом каждые два смежных проходных канала 8 выпол- пены с горловинами 9 на разных уровнях, а через один - имеют горловины 9 па одинаковом уровне. В каждом обтекаемом элементе 6 вдоль каждой горловины 9 выполнены углуб.чения в виде нродольных отверстий 10 с образованием острых кромок 1 1 на поверхностях обтекае.мых элементов 6, так что проходные каналы 8 сообщены через щели между кромками 11 с продольными отверстиями 10. Поэто.му каждые два отверстия 10 двух смежных обтекаемых элементов 6 образуют в каждом проходном канале 8 спарепный вихревой резонатор.

Карбюратор при помощи воздуховода 12 соединен с воздушным фильтром 13, который может быть выполнен преимуществещю сухой очистки. Возду1ппый фильтр 13 соединеп с выходом компрессора 14 любого типа, например осевым, центробежным илп винтовым, работающего на энергии, отбираемой от отработавп их газов двигателя. Вход компрессора 14 снабжен заборным патрубком 15, который может быть выполн -н за одш це.юе с воздушным фильтром груиой очистки (пе показан). Воздушный фил1 13 может бьггь расположен непосредственно над карбюраго

0 Q 5 0

о 5

5

ром 1 (на двигателях, не имеющих ограничений габаритов по высоте), а сам карбюратор 1 может выполняться многокамерным с падающим потоком (фиг. I), причем выходы всех смесительных камер карбюратора 1 сообщены с расширительной камерой 7. Обтекаемые элементы 6 могут располагаться оптимально на расстоянии 1,5 - 2 мм, а суммарная площадь горловин 9 всех проходных каналов 8 может быть в пределах суммарной проходной площади на выходе смесительных камер карбюратора 1 (при этом возможно выполнение двигателя без компрессора 14).

Впускной трубопровод 2 имеет впускные каналы 16 для подвода смеси к цилиндрам, а полость 17, расположенная непосредственно под обтекаемыми элементами 6, образует общую резонасную камеру, причем стенку впускного трубопровода 2 в области полости 17 целесообразнее выполнять выгнутой.

Как видно из фиг. 3, продольные отверстия 10, образующие спаренные вихревые резонаторы, проходят вдоль каждого обтекаемого элемента 6. Наиболее целесообразно выполнять их размером 3-4 мм, причем ширина щели между кромка.ми 11 должна лежать в пределах 1-2 мм. При этом каждая пара продольных отверстий 10, образующих спаренный вихревой резонатор, сообщена между собой при помощи каналов 18, выполненных в промежуточной детали 5.

Когда впускной трубопровод 2 выполнен с полостью 17 (фиг. 1), продольные отверстия 10 и горловины 9 проходных каналов 8 выполняют наклонными относительно плоскости, перпендикулярной оси проточного канала, при этом каждая вторая пара продольных отверстий 10 с.мещена относительно соседних так, что их верхние концы находятся на одной высоте с нижними концами смежных продольных отверстий 10. Причем наклон всех продольных отверстий 10 выполнен одинаковым.

Обтекаемые элементы 6 расположены (фиг. 4) по всему проходному сечению проставки.

Устройство работает следующим образом.

Атмосферный воздух под действием разрежения поступает в компрессор 14, где происходит его сжатие. Из компрессора 14 сжатый воздух поступает в воздущный (})и,тьтр 13, где происходит тонкая очистка во.здуха. Очищенный сжатый воздух по воздуховоду 12 направляется в карбюратор 1, в котором осуществляется дозированная подача жидкого топлива (а также различных присадок) в проходящий поток воздуха, причем обеспечивается в карбюраторе приготовление топливовоздуп1ной смеси заданного состава, эта смесь неоднородна, так как содержит пары и капельки неиспарив- п егося жидкого топлива. Топливовоздушная

смесь из карбюратора 1 поступает в расширительную камеру 7, к проходным каналам 8 и, пройдя обтекаемые элементы 6, попадает в полость 17 впускного трубопровода 2. Из полости 17 по впускным каналам 16 направляется к цилиндрам двигателя.

Когда топливовоздушная смесь проходит через проходные каналы 8, то поток в каждом проходном канале 8 вначале резко увеличивает скорость, причем давление в нем уменьшается. В зоне острых кромок 1 1 поток имеет максимальную скорость. Проходя мимо них, поток топливовоздушной смеси завихряется, в зоне шелей между кромками 11 происходит резкое повышение давления, а затем - резкое его снижение в проходном канале 8 после выхода из зоны острых кромок 11. В продольных отверстиях 10 происходит периодическое колебание давления с частотой /, определяемой диаметром продольных отверстий 10, причем частота определяется по формуле

и.

где d- диаметр продольных отверстий 10;

А - коэффициент, примерно равный 7030 см/с.

Так как продольные отверстия расположены одно напротив другого, то это усиливает колебание давлений, и в промежутке между ними наблюдается резонанс двух вихревых резонаторов.

Для синхронизации работы все вихревые резонаторы соединены между собой каналами 18, поэтому в полости 17 образуются сфазированные колебания всех вихревых резонаторов. Таким образом, в потоке происходит с высокой частотой большой перепад давления, имеющий максимальное значение в пространстве между продольными отверстиями 10. В результате этого в топливовоздушной смеси происходит дробление капелек топлива и равно.мерное распределение топлива по всему проходному сечению каждого проходного канала 8 (при этом частота выбирается в пределах 18-23 кГц, что позволяет обеспечить распыление капелек топлива до нескольких микрон).

Далее поток топливовоздушной смеси с возбужденными в ней колебания.ми давления попадает в полость 17, в которой образуется стояча-я колебательная волна от перепада давлений при условии расположения стенки впускного трубопровода 2 от геометрического центра продольных отверстий 10 на расстоянии, кратном длине полуволны стоячей колебательной волны. Поток смеси, поступая в полость 17, расширяет0

ся, давление и его скорость незпачи ге.льио снижаются. При этом стоячая колебательная волна способствует- дальнейшей гомогенп; а- цни топливовоздушной смеси, что особенно

важно при использовании многокамерных карбюраторов, так как поступающая из нескольких смесительных ка.мер тонливоно - дуц1ная смесь неоднородна по качественному составу.

Стенка впускного трубопровода, имея выгнутую форму под полостью 17, обеспечивает фокусировку колебаний, препятствуя их интерференции даже при сильном потоке смеси, особенно при высокой частоте вращения, создавая таким образом усло5 ВИЯ для стабилизации стоячей колебательной волны на всех режимах работы двигателя. Продольный наклон продольных отверстий 10 обеспечивает условие резонанса стоячей колебательной волны вне зависимости от состава горючей смеси, а также

0 от разрежения в полости 17 впускного трубопровода 2. Так как частота перепада давлений в продольных отверстиях 10, зависящая от их размеров, постоянна, то длина стоячей колебательной волны будет

5 определяться составом и параметрами (плотность, давление) среды ее распространения. В связи с этим продольные отверстия выполнены с наклоном

30

a arctg

где а - угол наклона;

а - разность высот между концами каждого продольного отверстия 10; b - длина каждого продольного отверстия 10.

5 Причем для расширения диапазона резонанса в этом процессе участвуют расположенные выше, а также ниже продольные отверстия 10. Резонанс плавно и последовательно переходит с выше расположенных на ниже расположенные продольные отверстия, и наоборот, так как расстояние от стенки впускного трубопровода 2 до верхней части расположенных ниже продольных отверстий 10 равно расстоянию до нижней части расположенных выше продольных от5 верстий 10.

Таким образом, в проходных каналах 8 между обтекаемыми элементами 6 происходит интенсивное дробление капелек топлива и перемешивание последнего с воздухом в топливовоздушной смеси, приготовленной

0 карбюрато юм I. а в полости 17 достигается стабилизация и дальне ппаи гомогенизация смеси, направляемой н ци.ипцры двигателя, в связи с чем повышается эффективность обработки г)н.1И1и)во,д 1ПНОЙ смеси.

18

iO

фаг.д

6-6

7

6

а

d. arctgj