Устройство для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1980 года по МПК F02M9/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к двигателестроению и, в частности к устройствам для подачи топлива.

Известны устройства для подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащие корпус с воздушным проточным каналом, имеющим суживающуюся и расширяющуюся части и горловину, с размещенным в горловине распылителем и установленным за расширяющейся частью поворотным дросселирующим элементом.

Известны также устройства для подачи топлива, в которых дросселирующий элемент выполнен подвижным относительно корпуса по оси проточного канала и связан с приводом, преимущественно, с обратной связью от впускного тракта двигателя.

Однако известные устройства не обеспечивают постоянной скорости в горловине, в результате чего топливо недостаточно перемешивается с воздухом и сгорает неполностью, повышая токсичность отработавших газов.

Цель изобретения - повышение полноты сгорания топлива и снижения токсичности отработавших газов,

Это достигается тем, что дросселирующий элемент выполнен с переменВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

2

.ным по оси сечением и образует со стенками канала за горловиной диффузор с проходным сечением, увеличивающимся относительно потока воздуха эквивалентно увеличению площади основания конуса с углом конусности 6-18°, преимущественно 8-12°.

Дросселирукяций элемент выполнен

10 в виде тела вращения, имеющего конусный концевой участок и сечение в виде круга в перпендикулярной к оси плоскости. Угол конусности элемента может быть меньше угла конусности

15 суживающейся части канала, минимальное проходное сечение которого образовано в горловине, или больше угла конусности с-уживающейся части канала, минимальное проходное сечение

20 которого образовано выше горловины относительно потокавоздуха.

Обратная связь привода снабжена силовым цилиндром, подключенным к воздушному тракту за диффузором, и

25 связанным с дросселирующим элементом, а в системе топливоподачи установлен регулирующий клапан, запорный орган которого кинематичес и Связан с дросселирующим элементом через регули30 рующее передаточное отношение звено.

В системе теплоподачи располоен регулятор давления, имеющий чувйтительный к разрежению во впускном ракте двигателя элемент, а распылиель выполнен в виде трубки с жиклеом или в виде кольцевой щели в стене корпуса, расположенных выше горлоины относительно потока воздуха.

В корпусе устройства выполнен кольцевой канал, расположенный выше горловины относительно потока воздуха и обеспечивающий подвод топлив°а к распылителю.

На фиг. 1 изображен двигатель внутреннего сгорания с предлагаемым устройством; на фиг. 2 - предлагаемое устройство; на фиг. 3 - проточный воздушный канал с дросселирующим элементом; на фиг. 4 - вариант выполнения проточного воздушного канала и дросселирующего элемента; на фиг, 5 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. б - разрез Б-Б на фиг. 4;-.на фиг. 7 - вариант выполнения предлагаемого устройства; на фиг. 8 - разрез В-В на фиг. 7; на фиг. 9 - разрез Г-Г на фиг. 7; на фиг. 10 - второй вариант выполнения предлагаемого устройства; на Фиг. 11 - разрез Д-Д на фиг. 10; на.фиг. 12 - разрез Е-Е на фиг. 10; на фиг. 13 - разрез Ж-Ж на фиг. 10; на. фиг. 14 - вид по стрелке И на фиг; 11; на фиг. 15 - вариант выполнения проточного канала устройства по Фиг. 10; на фиг. 16 - разрез К-К на фиг. 15; на фиг. 17 - функциональная схема предлагае1 ого устройства.

Устройство для подачи топлива в двигатель 1 внутреннего сгорания содержит корпус 2, установленный на впускном трубопроводе 3 Двигатель 1 имеет б цилиндров, однако предложенное устройство может быть установлено на двигателях с числом цилиндров от 2 до 12, как на У-образных, так и с вертикальным или горизонтальным расположением цилиндров. .

Трубопровод 3 имеет три впускных патрубка 4 для подвода горючей смеси к паре смежных цилиндров (возможно применение отдельного патрубка 4 для каждого цилиндра). В корпусе 2 выполнен воздушный проточный канал 5 (фиг. 3 и 4), который имеет суживающуюся б и расширяющуюся 7 части и горловину 8. В проточном канале 5 установлен дросселирующий элемент 9, выполненный подвижным относительно Kopjiyca 2. Сечения канала 5 и элемента 9 имеют форму круга, так что мажду стенками корпуса 2 и элементом 9 образуется кольцевое проходное отверстие, размеры которого меняются в зависимости от положения элемента, однако это отверстие симметрично оси дросселирующего элемента 9. Суживающаяся часть -б канала 5 может выполняться также и некруглого сечения.

При прохождении воздуха через канал 5 корпуса 2 увеличивается скорость потока воздуха и уменьшается давление. При нормальной работе двигателя давление в трубопроводе 3 , ниже атмосферного, т.е. имеет место разрежение. Обычно величина разрежения в трубопроводе колеблется в пределах 152,4-609,6 ммрт.ст. Однако при разгоне разрежение может быть и Q ниже 152,4 мм рт.ст., а при резком торможении - выше 609,4 мм рт.ст.

При движении воздуха через суживающуюся часть 6 между стенками корпуса 2 и элементом 9 скорость потока увеличивается, а давление падает. При падении давления в суживающейся части до критической величины, равной 53% от атмосферного давления, скорость воздуха станет

0 равной скорости звука. Так как давление в суживающейся части 6 всегда равно или меньше давления в трубопроводе 3, то звуковая скорость будет всегда наступать при всех значениях разрежения, превышающих критическое значение, равное 363,2 мм рт. ст., т.е. в интервале разрежения 363,2-609,6 мм рт.ст.

Q Элемент 9 выполнен с переменным по оси сечением и образует со стенками канала 5 за горловиной 8 диффузор с проходным сечением, увеличивающимся относительно потока возд5

c ха эквивалентно увеличению площади оЬнования конуса с углом конусности 6-18° преимущественно 8-12, как изображено на фиг. 3 и 4. В диффузоре происходит частичное преобразование кинетической энергт1И воздуха в статическое давление, которое значительно ниже значения разрежения в трубопроводе 3, при котором скорость воздуха все еще остается на уровне скорости звука. Кроме того, при совершенной форме диффузора и при звуковой скорости в минимальном сечении канала в диффузоре увеяичивается скорость до сверхзвуковой с последующим образованием скачка уплотнения

Q и резкого снижения скорости потока {ниже скорос ти звука) и давления д) величины давления в трубопрйводе 3, В предложенном устройстве топливо подают выше наиболее узкого сечения канала 5 относительно потока воздуха. При подаче топлива оно распыляется на мелкие капли в потоке движущегося с высокой скоростью воздуха. При скорости воздуха в канале 5, равной скорости звука, топливо в виде рас0 пьшенных в воздухе мелких капелек проходит в трубопровод 3 и далее в цилиндЕяа двигателя. При достижении в диффузоре сверхзвуковой скорости потока с последующим образованием скачка уплотнения приводит к тому. что крупные капли топлива под дейст вием сил сдвига дробятся на более мелкие капли, и степень распыления топлива на входе в трубопровод 3 ок зывается более высокой, чем в зоне подачи топлива и остальных участков канала 5. Дросселирующий элемент 9 (фиг. 3 выполненный в виде тела вращения, имеет конусный концевой участок с у лом конусности, меньшим угла конусности суживающейся части 6, и образу ет минимальное проходное сечение ка нала 5 в горловине 8. Дросселирующий элемент 9 (фиг. 4 также выполненный в виде тела враще ния, имеет угол конусности концевог участка, больший угла конусности суживающейся части б, так что минимальное проходное сечение канала 5 образовано .выше горловины 8 относительно потока воздуха и смешается вместе с элементом 9. В устройстве (фиг. 2) для подачи топлива корпус 2 снабжен крышкой 10 к которой тангенциально прикреплен патрубок 11 для подвода воздуха (фиг. 5). Начальное сечение суживаю щеЯся частиi6 канала 5 значительно больше выходного сечения расширяющейся части 7. В крышке 10 по оси к нала 5 установлен распылитель 12, выходное отверстие которого расположено выше суживающейся части 6. Распылитель 12 снабжен отражателем 13 и подключен к системе подачи топлива. Во время работы вытекающее из распылителя 12 топливо попадает равномерно на стенки канала 5 и стекает вниз в виде пленки по стенкам суживающейся части 6 к горловине 8, где образуется минимальное проходное сечение. В горловине вследствие высокой скорости воздушного потока пленка топлива отрывается от стенки и топливо распыляется на мелкие капли в воздухе, Элемент 9 закреплен на конце винта 14, связанного с отводным патрубком 15 корпуса 2 с помощью резьбы. На противоположном конце винта 14 выполнен маховик для ручного перемещения элемента 9 в осевом направлении Элемент 9 и суживающаяся част 6 в устройстве по фиг. 4 образуют минимальное проходное сечение и- диффузор, аналогичный устройству по фиг. 3. При работе двигателя наружный воз дух направляется в канал 5 по патруб ку 1 1 . При проходе воздуха через суж вающуюся часть бив зазор между элементом 9 и стенками корпуса 2 скорость его потока увеличивается, а изменением положения элемента 9 относительно корпуса 2 регулируют минимальное проходное сечение фиг. -6). За горловиной 8 скорость потока может быть сверхзвуковой. Как было описано выше-, стенка топлива срывается со стенок в горловине 8 и .топливо, мелко распыляясь, перемешивается с воздухом и образуют горючую смесь, поступающую в цилиндры двигателя. Устройство для подачи смеси позволяет снизить колебания состава и равномерность распыления топлива, что повышает полноту сгорания. Это достигается тем, что в двигатель поступает обедненная смесь с соотношением воздуха и топлива 20:1, что снижает максимальную температуру горения. Топливо, поступающее в контакт с воздухом, движущимся с высокой скоростью, распыляется на мельчайшие капельки, что позволяет уменьшить подогрев впускного трубопровода 3 или его полностью исключить. Поэтому температура горючей смеси, поступающей в цилиндры, понижается и повышается мощность двигателя. Одновременно снижается температура конца сжатия. Кроме того, снижение температуры горения вызвано потерей тепла на испарение капелек топлива в процессе сжатия. Одновременно с повышением полноты сгорания достигается снижение токсичности отработавших газов. Поэтому уменьшается также и требование к октановому числу топлива.. В варианте выполнения устройства (фиг. 7-9) элемент 9 вьшолнен согласно фиг. 4 так, что минимальное проходное сечение образуется выше горловины 8, а механизм перемещения элемента 9 образован валом 16, кривошипом 17 и тягой 18. Вал 16 поворачивается от рычага 19, расположенного снаружи корпуса 2. Работа устройства по фиг. 7-9 аналогична устройству на фиг. 2,3-6. В изображенном на фиг. 10-14 устройстве для подачи топлива дросселирующий элемент 9 имеет конусный концевой участок с углом конусности 44 , большим угла конусности канала 20 вставки 21 (фиг. 11) и образуют диффузор, в котором кинетическая энергия потока воздуха преобразуется в энергию статического давления, вследствие чего скорость воздуха в суживающейся части остается на уровне скорости звука во всем диапазоне разрежейий в трубопроводе 3. Нижняя часть вставки 21 выполнена расширяющейся, что увеличивает длину диффузора. Так же как в устрбйстве по фиг. 3 минимальное проходно.е сечение канала смещается в осевом направлении вместе с элементом У,

Жидкое топливо подается к устойству по трубопроводу 22, соедиенному с корпусом 23, в котором асположена вставка 21. В корпусе 23 ыполнена кольцевая канавка 24 (фиг. 11), сообщающаяся с трубопроодом 22 и обеспечивающая подачу оплива в кольцевой зазор между ставкой 21 и корпусом 23. По кольевой щели топливо поднимается вверх , перетекая через верхнюю кромку 25, попадает в проточный воздушный Ьанал.

Когда элемент 9 расположен в крайнем верхнем положении (фиг. 12), топливо, перетекая через кромку 25, увлекается потоком воздуха, проходящего по -суживающейся части канала. Воздух отрывает топливо от стенки вставки 21 и распыляет его на мелкие капли, увлекаемые потоком.

Для регулирования сечения суживающейся части канала элемент 9 перемещается в осевом направлении относительно вставки 21. Как видно на фиг. 1C, элемент 9 центрирован относительно вставки 2 с помощью перемычки 26, соединенной с верхним концом корпуса 23. В элементе 9 установлена гайка27 с шариковым подшипником, в которую ввертывается винт 28. Вращение элемента 9 предотвращатся штифтом 29, установленным в переМычке 26. Штифт 29 входит в отверстие, выполненное в верхней части элемента 9. При вращении винта 28 элемент 9 вместе с гайкой 27 поднимается или опускается в зависимости от направления вращения.

Винт 28 вращается с помощью зубчато-реечного механизма, рейка 30 которого соединена с управлякидей тя- гой 31, совершающей возвратно-поступательное движение. Рейка 30 входит в зацепл ение с шестерней 32 (фиг. 13) , установленной на валу 33, вращающемся впода ипниках, размещенных в основании 34. На валу 33 также установлена шестерня 35, которая входит в .зацепление с зубчатым колесом промежуточного валика 36 (на чертеже не изображены), несущего шестерню 37, связанную с шестерней 38. Последняя расположена на валу 39. На противоположном конце вала 39 размещена звездочка 40, связанная цепью 41 (фиг.13) со звездочкой 42, установленной на конце винта 28 (фиг. 12). Перемещениф тяги 31 вправо вызывает перемещений элемента 9 вниз, а перемещение влево - вверх. Крайние положения элемента 9 регулируются штифтс1ми 43 и 44, установленными на тяге 31 и упирающимися в винты 45 и 46, установленные в основании 34.

Количество топлива, подаваемого к устройству, регулируется в зависимости от положения элемента 9 относительно корпуса 23. Топливо подают от насоса к клапану, установленному в трубопроводе 22. В корпусе 47 кл,апана установлены дроссель 48 и игла 49. Последняя размещена во втулке 50 и может перемещаться относительно корпуса 47. Кинематическая цепь между элементом 9 и иглой 49 представляет собой рычаг 51, который шарнирно связан с гайкой 52, размещеной на резьбовом конце иглы 49. На одном конце рычага выполнен паз 53, в который входит палец 54., установленый на тяге 31, на другом - паз 55, в который входит штифт 56, установленный на ползуне 57, размещенном в отверстии 58 основания 34. При перемещении тяги 31 вправо рычаг 51 поворачивается вокруг штифта 56 и перемещает иглу 49 вправо, уменьшая проходное сечение дросселя 48 и подачу топлива. Для изменения расхода топлива при определенной настройке устройства вращают иглу 49 относительно гайки 52. Для регулирования степени изменения расхода перемещгиот ползун 57 относительно основания 34 таким образом изменяют положение штифта 56, иокоуг которого вращается рычаг 51. Ползун перемещается винтом 59, установленным в крышке 60.

Для уравновешивания усилия от разрежения в трубопроводе 3 в устройств выполнена обратная связь, имеющая силовой цилиндр 61, который трубопроводом 62 и отверстием 63 в 23 соединен с проточным каналом за диффузором. Поршень 64 цилиндра 61 через шток 65 связан с рейкой 66 (фи:., 10 и 13), которая зацеплена с шестерней 35. Разрежение, действующее на поршень, вызывает усилие на элементе 9, действующее в сторону его открытия.

Устройство на фиг, 12 имеет минимальное проходное сечение в горловине 8 вставки 21.

В изображенном на фиг. 15 и 16 устройстве выпол1нен проточный канал вставки 21, в котором минимальное проходное сечение расположено в плоскости 67, угол конусности элемента равен 30 , угол конусности суживающейся части равен 100° над плоскостью 67, а ниже - 10°.

В изображенной на фиг. 17 системе топливо подается насосом 68, приводимым электродвигателем, включа-емым выключателя 69 зажигания. Насос 68 подает топливо в фильтр 70, подключенный к трубопроводам 71 и 72, последний из которых соединен с баком 73 и снабжен дросселем 74 для предотвращения подачи при повреждении двигателя 1.

Трубопровод 71 .соединен с трубопроводом 75, в котором установлен регулятор давления 76, настроенный,

например, на давление 0,31ь ати, и регулятор расхода 77, связанный с вакуумным серзоприводом 78, подключанным к впускному тракту за диффузором.

Излишнее количество топлива сливается из регулятора расхода 77 по трубопроводу 79 в бак 73. В отводном трубопроводе 80, подключенном к трубопроводу 71, последовательно установлено три регулятора 81, 82 и 83 расхода, соответственно настроенных на давления 0,175, 0,141 и 0,105 ати. ежду регуляторами 81 и 82 включена перепускная магистраль 84, в которой установлен электромагнитный клапан 85 и которая подключена к выходу трубопровода 80. Между регуляторами 82 и 83 включена вторая перепускная магистраль 86, в которой установлен электромагнитный клапан 87 и которая также подключена к выходу трубопровода 80. Электромагнитный клапан 85 соединен параллельно q термовыключателем 88 и выключателем давления 89, а клапан 87 - с термовыключателем 90 и выключателем давления 91. Термовыключатели 88 и 90 срабатывают в зависимости от температуры охлаждающей воды в рубашке двигателя 1 и настроены соответственно на температуру 29,4 и 32,. Выключатели 89 и 91 давления срабатывают в зависимости от величин разрежения во впускном трубопроводе 3 соответственно при 228,6 и 254 мм рт.ст. Выключатель 92 давления масла включен последовательно между массой и выключателями 8891. Питание электромагнитов происходит от аккумуляторной батареи -с напряжением 12 В. Регулятор 76 давлени соединен трубопроводом 93, к которому подключен трубопровод 80,.с корпусом 47 клапана, к выходу которого подключен трубопровод 22. Между регулятором 76 давления и регулятором 77 расхода подключен перепускной патрубок 94, другим концом соединенный с трубопроводом 22. В патрубке 94 установлены аккумулятор 95 и два обратных клапана 96 и 97.

Основной поток топлива к корпусу 47 подается через регуляторы 81-83 расхода. Когда дв-игатель холодный, к корпусу 47 подается дополнительное количество топлива через перепускную магистраль 84 до.тех пор, пока температура воды не повысится до 29,4°С, а затем - через магистраль 86 - до температуры воды 32,2°С. После того, как температура воды превысит 32,2°С топливо проходит через все три регулятора 81-83 расхода.

При перемещении элемента 9 в сторону увеличения минимального проходного сечения, небольшое количество топлива в трубопровод 22 будет поступать из аккумулятора 95. Обратный клапан 96 открывается при- давлении 0,282 ати, обеспечивая подачу топлива в аккумулятор.

Обратный, клапан 97 открывается при давлении 0,421 ати, и остается в положении закрытия до тех пор пока от тяги 31, перемещающей поршень аккумулятора 95, давление в последнем не превысит 0,421 ати.

В системе по фиг. 17 дополнитель10ная -подача топлива через магистрали 84 и 86 осуществляется и при работе двигателя под нагрузкой, когда разрежение в трубопроводе 3 уменьшается соответственно до 228,6 и

15 254 мм рт.ст. При уменьшении разреженья ниже 228,6 мм рт.ст, увеличивается расход топлива по трубопроводу 75 и регулятору 17. Указанные выше параметры регуляторов могут

0 изменяться в зависимости от тип4 двигателя.

Как было описано выше, жидкое топливо подается в устройство выше минимального проходного сечения,

5 образованного между корпусом 2 и элементом 9. При-этом топливо распыляется на мелкие капли в потоке воздуха, скорость которого увеличивается сначала до скорости звука, а затем .

0 становится сверхзвуковой. При прохождении участка максимгшьной скорости воздух с распыленным в нем топливом попадает в диффузор, в котором скорость потока падает, а

5 движущиеся по инерции капли топлива с более высокой скоростью, чем заторможенный поток, дробятся на более мелкие под действием сил сдвига. При этом топливо должно подаваться выше г инимального сечения. При подаче

0 тогГлива ниже миг- имальногосечения устройство работает хорошо только, когда обороты двигателя-превышают определенный йредел.

В предложенном устройстве сверх5звуковая скорость в канале 5 будет достигаться даже тогда, когда перепад давления не превышает критическое значение, так как поток разгоняется в канале между элементом 9 и

0 корпусом 2 до сверхзвуковой скорости, а затем резко тОрмбэятся (это показали испытания предложенного устройства). Измерением поверхности суживающейся и расширяющейся части

5 канала можно регулировать скорость торможения потока и достигать максимальной скорости торможения. Также можно изменять скорости разгона и торможения формой элемента. Однако 0форма канала 5 и элемента 9 должна обеспечивать минимальные габариты устройсва по высоте. Разгон потока воздуха до сверхзвуковой скорости с последующим торможением позволя5ет .повысить полноту сгорания топлива.

умоа(,шктъ температуру его сгорания и тем самым снизить токсичность отработавших газов.

Формула изобретения

1.Устройство для подачи топлива

в двигатель внутреннего сгорания, содержащее корпус с воздушным проточным каналом, имеющим суживающуюся и расширяющуюся части и горловину, дросселирующий элемент, размещенный в воздушном канале и выполненный подвижным относительно корпуса, распылитель, подключенный к выходу системы топливоподачи, и привод, соединенный с дросселирующим элементом, преимущественно . с обратной связью от впускного тракта двигателя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения полноты сгорания топлива и снижения токсичности отработавших газов, элемент выполнен с переменным по оси сечением и образует со стенками воздушного канала за горловиной диффузор с проходным сечением, увеличивающимся относительно потока воздуха эквивалентно увеличению площади основания конуса с углом конусности 6-18°, преимущественно 8-12° .

2.Устройство по п,1, отличающееся тем, что дросселирующий элемент выполнен в виде тела вращения, имеющего конусный концевой участок, и сечение в виде круга в перпендикулярной к оси плоскости.

3.Устройство по п.2, отличающеес я тем, что угол конусности элемента выполнен меньшим угла конусности суживающейся части канала, минимальное проходное сечение которого образовано в горловине.

4.Устройство по п.2, отличающееся тем, что угол конусности элемента выполнен большим угла

конусности суживающейся части канала Минимальное проходное сечение которого образовано выше горловины относительно потока воздуха.

5.Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что обратная связь привода снабжена силовым цилинром, подключенным к воздушному тракту за диффузором и связанным с дросселирукндим элементом.

6.Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что в системе топливоподачи установлен регулирующи клапан, запорный орган которого кинематически связан с дросселирующим элементом.

7.Устройство по п.б, отличающееся тетл, что кинематическая цепь между элементом и запорным органом выполнена с регулирующим передаточное отношение звеном.

8.Устройство по пп.1-7, отличающееся тем,- что в системе топливоподачи предусмотрен регулятор давления, имеющий чувствительный к разрежению во впускном тракте двига.теля элемент.

9.Устройство по пп.1-8, отличающееся тем, что распылитель выполнен в виде кольцевой щели в стенке корпуса выше горловины относительно потока воздуха.

10.Устройство по п.9, отличающееся тем, что в корпусе выполнен кольцевой канал, располо женный выше горловины относительно Потока воздуха и обеспечивающий подвод топлива к распылителю.

И. Устройство по пп.1-8, отличающееся тем, что распылитель выполнен в виде трубки с жиклером, установленной в проточном канале выше дросселирующего элемента относительно потока воздуха.

Фйг

9

г

10

Г- г

Фиг.

zz 3D

A-A U

52

62