Устройство гомогенизации топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02M29/04 

Фие.1

Изобретение относится к машиностроению, а именно к производству карбюраторов для двигателей внутреннего сгорания (ДВС), используемых в различных областях народною хозяйства и работающих на бензине.

Известно большое число различных устройств и способов, направленных на повышение качества смесеобразования в карбюраторах разного типа, на повышение экономичности и мощности двигателей внутреннего сгорания или на снижение токсичности их выхлопных газов.

Например, для улучшения смесеобразования непосредственно в рабочем канале формирования рабочей смеси, разработаны вихревые карбюраторы и вихревые насадки разной конструкции, в которых воздушный поток, всасываемый в смесительную камеру карбюратора, закручивается в спираль, чем и достигается лучше перемешивание топли- вовоздушной смеси. Применение таких кар- бюраторов и насадок однако малоэффективно, хотя и дает некоторое увеличение экономичности ДВС, их использование не универсально.

Более эффективными устройствами, направленными на повышение гомогенизации топливовоздушной смеси и, как следствие, на повышение экономичности ДВС, можно рассматривать следующие известные устройства.

Известно устройство, устанавливаемое между выходным фланцем карбюратора и патрубком всасывающего коллектора ДВС. Устройство выполнено на основе сетчатой чаши с наклонными краями и кольцеобразным буртиком в ее основании, отформованной из сетки с мелкой ячейкой (диаметр проволоки 0,01-0,02 дюйма, число ячеек 30- 60). Макроотверстий на поверхности чаши нет. Сеточная чаша своею выпуклостью устанавливается в патрубок всасывающего коллектора ДВС, т.е. по направлению движения воздушного потока. Чаша на патрубке коллектора ДВС закрепляется прокладками и кольцеобразным буртиком. В частных случаях сеточной чаше может быть придана форма полусферы или конуса. При использовании устройства совместно с многокамерным карбюратором применяется блок из нескольких отформованных сеточных чаш.

Экспериментальная проверка показала, что сеточная чаша в виде стакана с наклонными краями или полусферы улучшает смесеобразование карбюратором и экономичность ДВС, но значительно меньше, чем другие более сложные устройства того же назначения.

Известно устройство, устанавливаемое внутрь всасывающего коллектора ДВС на выходе карбюратора, в котором в качестве дополнительного распылителя горючего используются две решетки определенной формы, выполненные из металлических пластин с большим числом мелких отверстий, проволоки или сетки с количеством ячеек от 10 до 20 на 1 мм2. Одна из решеток имеет

форму цилиндра с открытыми торцами, а вторая - форму усеченного конуса с отверстием на его вершине. Конус соосно поме- щен внутрь цилиндра, Диаметр цилиндра и диаметр основания конуса равны и со стороны входа смеси соединены пайкой. Высота цилиндра выбрана такой, чтобы при его установке во всасывающий коллектор его выходное отверстие перекрывалось плоской стенкой всасывающего коллектора, т.е.

имело бы с ним непосредственный контакт. Высота усеченного конуса выбрана равной половине высоты цилиндра, а площадь отверстия на его вершине выбирается равной 15, 1:10 (опт. 1-12) площади отверстия в его

основании, размер которого равен диаметру смесительной камеры карбюратора. Плоская стенка всасывающего коллектора, в которую упирается выходной торец цилиндра, является общей с каналом выхлопа ДВС

и обогревается выхлопными газами двигателя. Предусматривается, что в отдельных случаях для улучшения регулировочных характеристик ДВС при резких изменениях числа оборотов двигателя на поверхности

цилиндра и конуса могут быть сделаны небольшие перфорационные отверстия, площадь которых выбирается равной 1/4 площади отверстия на вершине усеченного конуса.

К недостаткам устройства можно отнести его неуниверсальность про использованию. Устройство нельзя установить на большинство ДВС из-за особенностей построения их карбюраторов и конструкции

всасывающего ь выхлопного коллектора двигателя и необходимости подогрева смеси выхлопными газами, Это ограничивает его широкое распространение в автомобилестроении.

Известно также весьма эффективное устройство гомогенизации бензовоздушной смеси - карбюратор Шотта.

В карбюраторе Шотта воздушный поток разделяется на две струи - регулировочную

и распылительную. Регулировочная струя подает горючее к распылителю, а распылительная струя, имеющая большую скорость воздушного потока и направленная по отношению к регулировочной струе под углом

б лизким к 90°, при столкновении с регулировочной струей интенсивно распыляет горючее и образует высококачественную бен- зовоздушную смесь. Во всасывающую воздушную магистраль воздух подается от отдельного компрессора, привод которого осуществляется от своего же двигателя. На компрессор затрачивается 3-4% его полезной мощности.

По результатам исследований, проведенных в центре исследований и разработки малолитражных автомобилей, карбюратор Шотта повышает мощность ДВС на 30%, а его экономичность на 20%. Карбюратор позволяет снизить температуру сгорания смеси на 100° С и повысить допустимую степень сжатия смеси в цилиндрах двигателя на 2 единицы.

К недостаткам карбюратора можно отнести специфичность конструкции и сложность его изготовления, необходимость в отдельном компрессоре, потребляющем часть мощности двигателя,

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором устройство до распыления смеси для двигателя внутренне: о сгорания устанавливается между фланцем карбюратора и входным патрубком всасывающего коллектора ДВС. Устройство содержит две устанавливаемые одна на другую металлические пластины с отверстиями и уплотнительные прокладки. Центральное круглое отверстие для прохода смеси у пластин и прокладок имеет диаметр 28 мм. Другие отверстия используются для прохода крепящих болтов. Кромки центральных отверстий на пластинах имеют отгибы, которые в сборе устанавливаются в противоположные стороны. Между металлическими пластинами размещены две решетки, имеющие плоско-выпуклую форму и направленные своими выпуклостями в противоположные стороны, Решетки перекрывают центральное отверстие металлических пластин и образуют между собой полость, высота которой 12 мм. В образованной полости размещаются металлические шарики диаметром 3,2 мм. Число шариков в полости не менее 3-х, которые и выполняют роль распыляющего бензовоздушную смесь элемента. Решетки, образующие полость для размещения шариков, имеют крупную ячейку и в основном выполняют роль фиксатора положения шариков в рабочем канале смесеобразования. Улучшение смесеобразования в указанном устройстве достигается тем, что при прохождении смеси через решетки с шариками, за шариками образуется поток турбулентных завихрений, которые и обеспечивают дополнительное распыление капель горючего в смеси.

К недостаткам указанного устройства можно отнести сравнительно небольшую эффективность улучшения смесеобразования. За предметами, имеющими форму ша- 5 ра, турбулентные потоки недостаточно интенсивны. Шар имеет достаточно хорошую обтекаемость и турбулентный поток за ним имеет узкую, слабо выраженную форму. Для создания более интенсивных завихре0 ний потребуется разместить в полости между решетками значительное число шариков, но при этом рабочее сечение смесительного канала ДВС перекроется шариками, а это нарушит нормальную работу карбюратора.

5 При работе на малом газу влияние шариков на смесеобразование будет минимальным. Для нормальной работы устройства ось смесительной камеры карбюратора должна за0 нимать вертикальное положение, иначе шарики скатятся к краю полости и не будут участвовать в смесеобразовании. Устройство не универсально по использованию и не может устанавливаться на любых карбюра5 торных ДВС.

Целью изобретения является улучшение гомогенизации топливовоздушной смеси на выходе смесительной камеры карбюратора и, как следствие этого, повы0 шение экономичности и мощности двигателя внутреннего сгорания и снижение токсичности его выхлопных газов.

Устройство позволяет за счет улучшения гомогенизации смеси на выходе карбю5 ратора, повысить экономичность и мощность двигателя на 18-20%, снизить токсичность выхлопных газов в 1,5 и более раза, перевести часть автомашин, находящихся в эксплуатации, на потребление бен0 зина с меньшим октановым числом, например, перевести с бензина АИ-93 на бензин А-76. Устройство разрешает использовать более дешевые сорта бензина и повысить при этом экологическую чистоту

5 окружающей среды,

Цель достигается тем, что устройство гомогенизации топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания содержит по меньшей мере две сетчатые перего0 родки с криволинейной поверхностью и крепежными буртами в основании, последовательно установленные в потоке бензо- воздушной смеси на выходе смесительной камеры карбюратора, при этом сетчатые пе5 регородки устройства выполнены полусферическими в виде полусферических чаш и установлены относительно друг друга с образованием аэродинамической линзы. На боковых поверхностях сетчатых перегородок выполнены макроотверстия, центры которых относительно главной оси линзы

размещены с равными угловыми промежутками по окружности, расположенной на рас- сгочнии четверти длины дуги полусферы, параллельно ее основанию, а их размер вдоль линии окружности, выбран равным длине хорды, стягивающей отрезок дуги, образованный делением окружности на удвоенное число макроотверстий, причем полусферические перегородки повернуты относительно друг друга на угол, равный половине центрального угла, заключенного между центрами двух соседних макроотверстий, а полусферические перегородки (чаши) разделены между собой при помощи дополнительной установочной прокладки с центральным отверстием по оси линзы, диаметр которого выполнен равным диаметру основания полусферической перегородки.

Для изоляции устройства гомогенизации от корпуса двигателя и карбюратора его уплотнительные и установочная прокладки выполнены из электронепроводящего материала

Устройство гомогенизации топливовоз- душной смеси устанавливается на ДВС между выходным фланцем однокамерного или многокамерного карбюратора и входным патрубком всасывающего коллектора ДВС, причем количество аэродинамических линз, входящих в устройство, равно количеству смесительных камер карбюратора, а форма установочной и уплотнительных прокладок, размер и количество отверстий на них соответствует форме и размеру отверстий, имеющихся на выходном фланце карбюратора

Приданием сетчатым перегородкам, составляющим аэродинамическую линзу, формы полусферы и наличием на их боковой поверхности значительных по размеру макроотверстий обеспечивается значительное снижение аэродинамического сопротивления полусферических перегородок проходящему через них потоку топливовоздушной смеси и образование на их выходе значительных макро- и микротурбулентных завихрений (площадь поверхности полусферы в 2 раза больше площади ее основания).

Размещением между полусферическими перегородками установочной прокладки заданной толщины обеспечивается необходимый воздушный промежуток между поверхностью перегородок, а размещением на их боковой поверхности равного числа макроотверстий через равные угловые промежутки и последующим поворотом полусферических перегородок относительно друг друга на половину величины центрального угла между центрами двух соседних макроотверстий на полусфере обеспечивается взаимное перекрытие макроотверстий одной перегородки участками сетки другой полусферической перегородки.

Этим обеспечивается расщепление основного потока смеси на выходе карбюратора на ряд меньших потоков (струй) и появление в междусеточном пространстве аэродинамической линзы пересекающихся топливовоздушных струй.

0 В целом наличие в устройстве гомогенизации топливовоздушной смеси ряда новых отличительных признаков, присущих только данному техническому решению, обеспечивает более эффективную гомогенизацию

5 смеси на выходе карбюратора по сравнению с прототипом и аналогами.

На фиг.1 показан разрез общего вида устройства гомогенизации топливовоздушной смеси и места его размещения в канале

0 смесеобразования двигателя внутреннего сгорания, где I - устройство гомогенизации смеси (аэродинамическая линза), 2 - карбюратор, 3 - всасывающий коллектор ДВС, 4 и 5 - полусферические перегородки, 6 - уста5 новочная прокладка, 7 и 8 - уплотнительные прокладки устройства.

На фиг.2 показан вид устройства гомогенизации топливовоздушной смеси, выполненного в форме двояково(нутой (2а) и

0 двояковыпуклой (26) аэродинамической линзы соответственно. На фиг.2в аэродинамическая линза 1 показана со стороны выходного потока смеси. На фиг.З приведен общий вид устройства гомогенизации топ5 ливовоздушной смеси для однокамерного (За) и двухкамерного (36) карбюраторов, выполненных в виде законченной сборки из аэродинамической линзы и прокладок 7,6,8. В устройство гомогенизации топливовоз0 душной смеси 1 входят две полусферические перегородки (чаши)4 и 5, установочная прокладка 6 и две уплотнительные прокладки 7 и 8. В основании полусферических перегородок 4 и 5 имеется крепежный бурт 9,

5 а на их боковой поверхности - ряд макроотверстий 10. На вершине полусферы 5 может быть дополнительное макроотверстие 11.

Полусферические перегородки 4 и 5, составляющие аэродинамическую линзу 1, от0 формованы из коррозионностойкой сетки с размером ячеек 0,2-0,6 мм и имеют форму полусферической чаши 9 в их основании. Ширина крепежного бурта 9 выбирается равной 3-5 мм и определяется конструктив5 ными особенностями фланца карбюратора 2. Полусферическая перегородка 4, располагаемая в аэродинамической линзе 1 со стороны смесительной камеры карбюратора 2, может быть выполнена из сетки с более мелкой ячейкой, чем полусферическая перегородка 5. На боковой поверхности каждой полусферической перегородки 4 и 5 по окружности, лежащей параллельно их основанию на расстоянии четверти длины дуги ее полусферы, через равные угловые промежутки относительно оси линзы сделано равное число макроотверстий 10 (от 2 до 4) в виду круга, овала (эллипса) или многоугольника.

Диаметр круглых макроотверстий 10 на боковой поверхности полусферической перегородки может быть вычислен по формуле

D 2rsiri2 ,

где г - радиус окружности, на которой размещаются центры макроотверстий;

а- центральный угол между центрами двух соседних макроотверстий 10 на поверхности полусферической перегородки 4 или 5.

При этом радиус г указанной окружности определяется как произведение радиуса основания полусферической перегородки на косинус 45° (четверть длины дуги полусферы относительно ее центра составляет 45°).

При наличии боковой поверхности каждой полусферической перегородки 4 или 5 3-х - 4-х макроотверстий 10 форма макроотверстий может быть в виде овала (эллипса) с отношением большой оси к меньшей в пределах 1,5-2, причем длина малой оси овала макроотверстия 10 берется равной диаметру аналогичного круглого макроотверстия 10 для той же полусферической перегородки. Большая ось овального макроотверстия 10 при этом размещается вдоль дуги полусферы перегородки от вершины к ее основанию. Кроме того, на вершине полусферической перегородки 5, расположенной со стороны всасывающего коллектора 3, может быть сделано дополнительное макроотверстие 11, центр которого совпадает с центральной осью полусферической перегородки 5. Диаметр этого макроотверстия выбирается равным 0,18-0,2 диаметра основания полусферы перегородки 5. Если число макроотверстий 10 на боковой поверхности полусферической перегородки 5 равно 2, то макроотверстие 11 на ее вершине отсутствует.

Для получения междусеточного воздушного промежутка между полусферическими перегородками 4 и 5 прокладывается установочная прокладка 6. Толщина установочной прокладки 6 выбирается для двояковогнутой аэродинамической линзы, равной 0,15-0,35 диаметра основания полусферических перегородок, а для двояковыпуклой линзы - 0,8-1,5 мм. Для уплотнения

мест соединения полусферических родок 4 и 5 с Фланцам карбюратора 2 и патрубком всасывающего коллект рл 3 используются уплотнительные прокладки 7 и

5 8, толщина которых выбирается равной 1-2 мм. Уплотнительные прокладки 7 и 8 и установочная прокладка б изготавливаются из электронепроводящею материала, например из паронита, и изолируют полусфериче0 ские чаши 4 и 5 от корпуса карбюратора 1 и патрубка всасывающего коллектора 3. При сборке устройства гомогенизации топливо- воздушной смеси прокладки 7.6 и 8 могут склеиваться в единую конструкцию.

5

Аэродинамическая линза устройства гомогенизации топливовоздушной смеси работает следующим образом.

0Топливовоздушная смесь из смесительной камеры карбюратора 2 поступает на полусферические перегородки 4 и 5 (фиг. 1) устройства и за счет их кривизны и наличия на их поверхности значительных по размеру

5 макроотверстий 10 продольный поток смеси за счет разного аэродинамического сопротивления в сечении перегородок 4 и 5 расслаивается по скорости и искривляется. За счет различия массы воздуха и капель горю0 чего, т.е. их разной инерционности, увеличивается относительная скорость между поверхностью капель и воздухом. Возникают условия интенсивного дробления капель горючего. Кроме того, на выходе полусфери5 ческих перегородок 4 и 5 образуются интенсивные макро- и микрозавихрения, которые приводят к дальнейшему paspvuieHHto калечь горючего и интенсивному перемешиванию смеси. Этому способствует и малый

0 размер ячеек сетки полусферических перегородок 4 и 5, который сравним или значительно меньше размера капель горючего. При прохождении основного осевого потока смеси через внутрисеточное пространство

5 аэродинамической линзы 1 в ее междусеточном пространстве формируется ряд дополнительных воздушных потокоо-струй. направленных к основному потоку смеси под большим углом. Потоки взаимно пере0 секаются с большой скоростью и частично сталкиваются. Это обеспечивается благодаря выбранному размещению макроотверстий 10 на поверхности полусферических перегородок 4 и 5 и перекрытию макроог5 верстий 10 на перегородке 4 участками сетки перегородки 5 и наличию между перегородками воздушного промежутка.

Потоки смеси, выхолчщие из млкроот- верстий 10 перегородки 4 за счет разных локальных сопротивлений в м.-л, се точном

пространстве, раздваиваются и, пересекая основной продольный поток, под большим углом устремляются с большой скоростью в макроотверстия 10 перегородки 5. В этом случае в междусеточном пространстве аэродинамической линзы 1 возникают аэродинамические силы, воздействующие на топливовоздушную смесь так же, как и в карбюраторе Шотта. Под суммарным воздействием на смесь аэродинамических сил на входе, выходе и в междусеточном пространстве аэродинамической линзы 1, включая и мощные турбулентные потоки во всасывающем тракте ДВС, частички горючего в смеси превращаются в мелкодисперсный туман и интенсивно испаряются, Гомогенизация смеси способствует более равномерному наполнению цилиндров ДВС смесью. Кроме того, при прохождении топ- ливовоздушной смеси через ячейки сеточных полусферических перегородок 4 и 5 перегородки электризуются. Вокруг перегородок 4 и 5 возникает электрическое поле, искривляющее траекторию движения мелких частиц горючего. Частички горючего приобретают одноименный электрический заряд, который препятствует укрупнению мелких частиц горючего в капли во всасывающем коллекторе ДВС.

Устройство гомогенизации топливовоз- душной смеси для двигателя внутреннего сгорания универсально по использованию, и его применение возможно как на вновь разрабатываемых двигателях внутреннего сгорания, так и на находящихся в эксплуатации.

Формула изобретения 1. Устройство гомогенизации топливо- воздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания, содержащее по меньшей мере

две сетчатые перегородки с криволинейной поверхностью и крепежным буртом, последовательно установленные в потоке топли- вовоздушной смеси на выходе смесительной камеры карбюратора, о т л ичающееся тем. что, с целью повышения эффективности путем улучшения гомогенизации, сетчатые перегородки выполнены полусферическими и установлены с образованием аэродинамической линзы, на боко

вых поверхностях сетчатых перегородок выполнены макроотверстия, центры которых относительно главной оси линзы, размещены с равными угловыми промежутками по окружности, расположенной на расстоянии четверти длины дуги полусферы параллельно ее основанию, а их размер вдоль линии окружности выбран равным длине хорды, стягивающей отрезок дуги, образованный делением окружности на удвоенное число

отверстий, причем полусферические перегородки повернуты одна относительно другой на угол, равный половине центрального угла, заключенного между центрами двух соседних макроотверстий, а перегородки

разделены между собой при помощи дополнительной установочной прокладки с центральным отверстием по оси линзы, диаметр которого равен диаметру основания полусферической перегородки.

2, Устройство по п.1, от л и ч а ю щ е е- с я тем, что установочная прокладка выполнена из электронепроводящего материала.

Фиг.З

/

Назначение: машиностроение, а именно: устройство для гомогенизации в двигателях внутреннего сгорания. Сущность изобретения: устройство содержит полусферические перегородки 4 и 5, составляющие аэродинамическую линзу 1, отформованные из коррозионностойкой сетки с размером ячеек 0,2-0,6 мм и имеющие форму полусферической чаши в их основании, установочную прокладку 6 и две уплотнительные прокладки 7 и 8. На боковой поверхности полусферических перегородок 4 и 5 имеется ряд макроотверстий, а на вершине полусферической перегородки 5 может быть выполнено дополнительное макроотверстие. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.