Устройство вихревого типа для смесеобразования в бензиновом двигателе внутреннего сгорания

 

Использование: в двигателестроении для улучшения топливной экономичности бензиновых двигателей. Цель изобретения - улучшение топливной экономичности двигателя за счет повышения точности дозирования топлива при расширении диапазона перемещения дросселирующего элемента. В устройстве, содержащем топливодозирующий узел, смесительную камеру с подводом воздуха через тангенциальные каналы 5 - 7, равномерно расположенные по окружности в радиальной стенке смесительной камеры, а также установленный соосно смесительной камере цилиндрический поворотный дросселирующий элемент 8, имеющий выполненные в стенке окна 9, последние выполнены различной ширины и расположены на различных расстояниях друг от друга. 2 ил.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для улучшения топливной экономичности бензиновых двигателей.

Известны системы топливоподачи (карбюраторные и с моновпрыском бензина) для двигателей внутреннего сгорания, в которых для внешнего смесеобразования применяют смесительные камеры вихревого типа (авт. св. СССР N 989121, 559031, 850886, 905505, 877102 и др.).

Основными недостатками таких устройств является либо невысокая интенсивность вихреобразования в смесительной камере, не позволяющая повысить степень гомогенизации топливовоздушной смеси, либо невысокое достигаемое качество управления двигателем, оцениваемое диапазоном перемещения дросселирующего элемента. Эти недостатки не позволяют реализовать в полной мере преимущества вихревых устройств смесеобразования и повысить за счет этого топливную экономичность двигателя при снижении токсичности его отработавших газов.

Известно устройство вихревого типа для смесеобразования в бензиновом двигателе, содержащее топливодозирующий узел, смесительную камеру с подводом воздуха через тангенциальные каналы, равномерно расположенные по окружности в стенке камеры, а также установленный соосно смесительной камере цилиндрический поворотный дросселирующий элемент, имеющий выполненные в стенке окна (авт. св. СССР N 989121, кл. F 02 M 17/34).

Однако такая конструкция устройства не позволяет обеспечить требуемое качество управления двигателем, в частности точность дозирования топлива, так как диапазон перемещения дросселирующего элемента очень мал, например примерно 0-45, в то время как у традиционных дроссельных заслонок "мотылькового" типа 0-75). Столь малый диапазон перемещения дросселирующего элемента создает трудности для управления топливоподачей и двигателем в целом (Будыко Ю.И. и др. Аппаратура впрыска легкого топлива автомобильных двигателей. - Л., 1975, с. 32-33), что в конечном счете не позволяет повысить топливную экономичность двигателя.

Если же для повышения качества управления двигателем уменьшить количество тангенциальных каналов при одновременном увеличении их ширины либо использовать несколько тангенциальных каналов, последовательно расположенных по окружности смесительной камеры, то ухудшается качество смесеобразования из-за снижения интенсивности вихреобразования (Халатов А.А. Теория и практика закрученных потоков. Киев, 1989, с. 6-9) и в конечном счете снижается топливная экономичность двигателя.

Цель изобретения - улучшение топливной экономичности двигателя за счет повышения точности дозирования топлива при расширении диапазона перемещения дросселирующего элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве вихревого типа для смесеобразования в бензиновом двигателе, содержащем топливодозирующий узел, смесительную камеру с подводом воздуха через тангенциальные каналы, равномерно расположенные по окружности в радиальной стенке смесительной камеры, а также установленный соосно смесительной камере цилиндрический поворотный дросселирующий элемент, имеющий выполненные в стенке окна, последние выполнены различной ширины и расположены на различных расстояниях друг от друга, причем для каждого i-го сектора дросселирующего элемента, работающего на соответствующий тангенциальный канал, выполняются следующие соотношения S_i = S/i = S_oi + S_ci, (1) S_oi = (i...1) S_т.к, (2) S_ci = (1...i) S_т.к, (3) где S_i - длина дуги i-го сектора дросселирующего элемента; S - полная длина окружности сопряжения дросселирующего элемента со смесительной камерой; i - количество тангенциальных каналов в смесительной камере, количество секторов дросселирующего элемента, работающих на соответствующий тангенциальный канал (i = 1, 2, 3... n); S_т.к - ширина (длина дуги) входа тангенциального канала; S_oi - ширина (длина дуги) окна на i-ом секторе дросселирующего элемента; S_ci - ширина (длина дуги) стенки на i-ом секторе дросселирующего элемента.

На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого вихревого устройства для смесеобразования; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. Устройство включает корпус 1 с выполненной в нем вихревой камерой 2 и размещенной выше камеры в специальном гнезде электромагнитной форсункой 3, фиксируемой крышкой 4. В радиальной стенке камеры имеются равномерно расположенные по окружности тангенциальные каналы 5-7, служащие для ввода воздуха в камеру 2. Соосно смесительной камере 2 установлен цилиндрический дросселирующий элемент 8, имеющий выполненные в стенке окна 9, с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, для чего в его верхней части имеется зубчатый сектор 10, связанный с зубчатой рейкой 11, один конец которой имеет упругую связь с корпусом 1 через пружину 12 сжатия, а другой - с тягой педали газа (не показана). Для фиксации по вертикали дросселирующего элемента 8 предусмотрена пружина 13.

Особенностью конструкции предлагаемого устройства является то, что окна дросселирующего элемента расположены на различных расстояниях друг от друга по окружности и имеют при этом различную ширину. В этой конструкции для каждого из трех секторов дросселирующего элемента, работающих на соответствующий i-ый тангенциальный канал, выполняются следующие соотношения S_i = S/i = S_oi + S_ci, (4)
S_oi = (i...1) S_т.к , (5)
S_ci = (1...i) S_т.к, (6) где S_i = - длина дуги i-го сектора дросселирующего элемента;
S = 2 πR - полная длина окружности сопряжения дросселирующего элемента со смесительной камерой;
i - количество тангенциальных каналов в смесительной камере, количество секторов дросселирующего элемента, работающих на соответствующий тангенциальный канал (i = 1, 2, 3... n);
S_т.к = - ширина (длина дуги) входа тангенциального канала;
S_oi = - ширина (длина дуги) окна на i-ом секторе дросселирующего элемента;
S_ci = - ширина (длина дуги) стенки на i-ом секторе дросселирующего элемента;
ϕ_i, ϕ_т.к, ϕ_oi, ϕ_ci - углы соответственно i-го сектора, входа тангенциального канала, раскрытия окна, стенки (см. фиг.1).

При расчете размеров и расположения окон дросселирующего элемента в качестве расчетной берется поверхность сопряжения между дросселирующим элементом и смесительной камерой, расположенная на расстоянии R от центра камеры. При этом сохраняется свобода выбора формы и размеров входных участков окон и выходных участков тангенциальных каналов.

Для примера рассмотрим применение соотношений (4), (5), (6) при расчете расположения окон дросселирующего элемента для трех каналов смесительной камеры (фиг.1).

Имеем i = 3; S = 2 πR; S_т.к = πR ϕ_т.к/180. Тогда каждый сектор дросселирующего элемента имеет длину дуги при расчетном радиусе R, равную S_i = 2 πR/3 = πR ϕ_i/180.

Для первого сектора, работающего на канал 5
S₁ = S₀₁ + S_c1; S₀₁ = 3S_т.к; S_c1 = S_т.к.

Для второго сектора, работающего на канал 6
S₂ = S₀₂ + S_c2; S_o2 = 2S_т.к; S_c2 = 2S_т.к.

Для третьего сектора, работающего на канал 7
S₃ = S₀₃ + S_c3; S₀₃ = S_т.к; S_c3 = 3_Sт.к.
При этом угловой диапазон поворота дросселирующего элемента составит 3 ϕ_т.к.
Приведенные соотношения (4), (5), (6) пригодны для любого числа тангенциальных каналов, при условии их равномерного расположения по окружности стенки смесительной камеры, и могут быть использованы как при наружном расположении дросселирующего элемента относительно смесительной камеры, так и при внутреннем.

Устройство работает следующим образом.

Поток воздуха, пройдя воздухоочиститель (не показан), поступает в корпус 1 устройства и далее, двигаясь через окно дросселирующего элемента и открытый при этом тангенциальный канал 5, поступает в смесительную камеру 2. При этом в камере 2 поток воздуха интенсивно закручивается вследствие тангенциального расположения канала 5, обеспечивая образование гомогенной смеси воздуха с топливом, поступающим в камеру от форсунки 3. Дозирование топлива форсункой 3 ведется электронным блоком (не показан) с учетом информации о различных режимных параметрах двигателя. При дальнейшем повороте дросселирующего элемента 8 по часовой стрелке с увеличением нагрузки двигателя последовательно открываются тангенциальные каналы 6 и 7, обеспечивая интенсивное смесеобразование в камере 2.

Аналогичным путем, т.е. последовательно, происходит и закрытие тангенциальных каналов 7, 6 и 5 при уменьшении нагрузки двигателя.

В отличие от известных технических решений в предлагаемом устройстве заявленное расположение и ширина окон позволяют достичь последовательного открытия (закрытия) тангенциальных каналов смесительной камеры и в 3 раза по сравнению с прототипом расширить рабочий диапазон перемещения дросселирующего элемента без ухудшения смесеобразования. Это позволяет повысить точность дозирования топлива, особенно на малых нагрузках двигателя, улучшить топливную экономичность и в целом качество управления двигателем.

Предлагаемое устройство может быть использовано не только для системы моновпрыска бензина, но и для карбюраторной системы топливоподачи. В целом устройство вихревого смесеобразования в бензиновом двигателе отличается высокой эффективностью и простотой.

В настоящее время данное устройство находится в изготовлении, после чего будет испытано с системой моновпрыска бензина на двигателе МеМЗ-245.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ВИХРЕВОГО ТИПА ДЛЯ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В БЕНЗИНОВОМ ДВИГАТЕЛЕ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее топливодозирующий узел, смесительную камеру с тангенциальными каналами для подвода воздуха, причем последние выполнены равномерно по окружности в радиальной стенке смесительной камеры, и установленный соосно со смесительной камерой цилиндрический поворотный дросселирующий элемент с выполненными в стенке окнами, отличающееся тем, что, с целью повышения топливной экономичности путем повышения точности дозирования топлива при расширении рабочего диапазона перемещения дросселирующего элемента, окна последнего расположены на разных расстояниях по окружности друг от друга и имеют различную ширину, причем для каждого i-го сектора дросселирующего элемента, соответствующего каждому i-му тангенциальному каналу, выполняются следующие соотношения:
S_i = S / i = S_оi+ S_сi ;
S_оi = (i ,...,1)S_т.к ;
S_ci = (1 ,..., i )S_т.к ,
где S_i - длина дуги i-го сектора дросселирующего элемента;
S - полная длина окружности сопряжения дросселирующего элемента с поверхностью смесительной камеры;
i - число тангенциальных каналов в смесительной камере, число секторов дросселирующего элемента, работающих на соответствующий канал (i = 1,2, ... n);
S_тк - длина дуги тангенциального канала;
S_oi - длина дуги окна на i-м секторе дросселирующего элемента,
S_ci - длина дуги стенки на i-м секторе дросселирующего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2