Устройство для гомогенизации топливовоздушной смеси в карбюраторном двигателе внутреннего сгорания

 

Использование: двигателестроение. Сущность изобретения: устройство для гомогенизации топливовоздушной смеси выполнено в форме усеченного тонкостенного конуса со сплошным днищем и перфорированной боковой поверхностью, по большему основанию которого выполнена кромка крепления, а суммарная площадь всех отверстий боковой поверхности превышает площадь отверстия большего основания конуса не менее, чем в 1,5 - 2,0 раза, при этом угол сужения конуса альфа 9 - 10 град. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам питания двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием, и может быть использовано для гомогенизации топливовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания.

Общеизвестно, что самый совершенный карбюратор не приготавливает идеальную по однородности горючую смесь. Значительная часть бензина поступает в цилиндры в капельном состоянии и за время нахождения в цилиндрах капли не успевают сгорать полностью, а догорают в выхлопной системе. Отсюда потеря мощности двигателя, значительный расход бензина и излишнее загрязнение атмосферы.

Известно устройство для гомогенизации топливовоздушной смеси, содержащее рассекатель топливовоздушной смеси, прикрепленный к нижней стенке впускного коллектора при помощи винта, при этом ось рассекателя совпадает с осью проточного канала карбюратора, а само устройство снабжено корпусом, расположенным концентрично по отношению к рассекателю и размещено за пределами полости впускного коллектора по потоку топливовоздушной смеси [1] Однако в известном решении также не происходит гомогенизация достаточной степени и поэтому известное устройство имеет сравнительно невысокий эффект улучшения смесеобразования, т. к. часть крупных капель топлива все же попадает в цилиндры двигателя.

Известно также устройство для гомогенизации топливовоздушной смеси в карбюраторном двигателе внутреннего сгорания, содержащее тонкостенный корпус в форме усеченного конуса с перфорированной стенкой, сплошным дном со стороны меньшего основания конуса и отверстием со стороны большего основания конуса, примыкающим к выходному отверстию смесительной камеры карбюратора. Данное устройство взято в качестве прототипа [2] Однако данная конструкция также не достаточно эффективна с точки зрения экономичности работы и снижения токсичности при работе в широком диапазоне скоростей потока горючей смеси.

Задачей изобретения является повышение экономичности и снижение токсичности путем улучшения гомогенизации топливовоздушной смеси.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемое устройство для гомогенизации топливовоздушной смеси, содержащее тонкостенный корпус в форме усеченного конуса с перфорированной стенкой, сплошным днищем со стороны меньшего основания конуса и отверстием со стороны большего основания конуса, примыкающим к выходному отверстию смесительной камеры карбюратора, выполнено с условием, что суммарная площадь отверстий стенки больше площади отверстия большего основания конуса, а угол наклона образующей конуса к его оси равен 9 10^o. Устройство размещено между нижней частью корпуса карбюратора и верхней частью отверстия впускного коллектора усеченной стороной вниз, причем большее основание конуса должно соответствовать размеру камеры карбюратора. Место установки предлагаемого устройства уплотняется прокладкой, а подсос воздуха недопустим.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое устройство, выполненное в форме усеченного конуса со сплошным дном (меньшее основание) и перфорированной боковой поверхностью, где суммарная площадь всех отверстий боковой поверхности превышает площадь отверстия большего основания конуса в 1,5 2,0 раза, а угол наклона конуса равен 9 10^o, обеспечивает улучшение гомогенизации топливовоздушной смеси за счет того, что при попадании в нее мелких капель топлива конструкция обеспечивает их быстрый выброс вместе с воздухом через отверстия боковой поверхности во впускной коллектор, при этом крупные капли топлива, достигнув сплошного дна ударяются о него, разбиваются на более мелкие капли и, смешавшись с воздушным потоком, засасываются через боковые отверстия во впускной коллектор. Оставшиеся на сплошном днище капли топлива под воздействием температуры постепенно испаряются и также засасываются через отверстия боковой поверхности в коллектор в виде паровоздушной смеси.

Описанный процесс гомогенизации возможен лишь тогда, когда выдержаны указанные выше размерные особенности и соотношения устройства, которые являются оптимальными для предлагаемой конструкции, установлены экспериментально и изменение их в ту или иную сторону снижает эффект гомогенизации.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ других известных технических решений, относящихся к исследуемой области, позволяет сделать вывод об отсутствии в них аналогичной совокупности заявленных признаков, что соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение устройства; на фиг. 2 место установки устройства и его общий вид; на фиг. 3 пояснение к образованию угла α;; на фиг. 4 - размеры конкретного образца.

Предлагаемое устройство для гомогенизации топливовоздушной смеси выполнено из металла (в данном случае дюраль), способного выдерживать тепловые и механические нагрузки, в форме усеченного тонкостенного конуса 1 (фиг. 1) со сплошным днищем 2 и перфорированной (в данном случае в форме круглых отверстий 8) боковой поверхностью 3, причем угол наклона конуса α = 9-10°. Диаметр каждого из отверстий, размещенных по всей площади боковой поверхности равен 7±0,2 мм и представляет собой оптимальный размер, уменьшение которого приводит к пузырению топлива на отверстиях и обратному каплеобразованию, вызывающему пленкообразование на стенках коллектора, а увеличение диаметра к ухудшению распыливания топливовоздушной смеси, что отрицательно сказывается на гомогеничности смеси. Количество отверстий должно быть максимально возможным, причем суммарная площадь всех отверстий боковой поверхности превышает площадь отверстия большего основания 4 конуса 1 в 1,5 - 2,0 раза. Если суммарная площадь отверстий боковой поверхности будет меньше, чем площадь отверстия 4, то это приведет к задержке потока топливовоздушной смеси и, в конечном счете, к потере мощности двигателя. Таким образом, превышение суммарной площади отверстий боковой поверхности площади отверстия 4 необходимо для беспрепятственного прохождения топливовоздушной смеси и составляет 1,5 2,0 раза.

Устройство для гомогенизации топливовоздушной смеси 1 размещается между корпусом карбюратора 5 (фиг. 2) и отверстием впускного коллектора. Для удобства крепления устройство снабжено по внешнему диаметру большего основания кромкой крепления 7. Устройство может быть выполнено и без кромки крепления.

Толщина стенок предлагаемого устройства выбрана в зависимости от угла α, как показано на фиг. 3, и в данном случае составляет 1,2 мм (фиг. 4). Пунктирная линия (фиг. 3), проходящая под углом 90^o к днищу 2 устройства, должна проходить через верхний внутренний и нижний внешний края отверстия 8. Это условие препятствует проникновению крупных капель топлива сразу на стенку коллектора и тем самым препятствует пленкообразованию на его внутренней поверхности. Увеличение толщины боковой стенки отрицательно сказывается на распылении топливовоздушной смеси, приводит к увеличению расхода материала и усложняет его размещение в коллекторе. Уменьшение толщины стенок приводит к снижению прочности устройства и непосредственному попаданию капель топлива на поверхность коллектора из устройства.

Угол a, установленный экспериментально равным 9 10^o, способствует оптимальному току топливовоздушной смеси. При увеличении его больше 10^o капли топлива сразу пролетают через отверстия боковой поверхности на дно коллектора, что вызывает пленкообразование на его поверхности, при уменьшении угла a ухудшается перемешивание топливовоздушной смеси.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. При включенном двигателе топливовоздушная смесь со взвешенными мелкими каплями топлива (в виде пара) беспрепятственно проникает через боковые отверстия устройства в коллектор, а крупные капли, имея определенную скорость и инерцию, не могут изменить сразу траекторию движения и засосаться через боковые отверстия в коллектор, поэтому они попадают на сплошное дно устройства, дробятся там на более мелкие частицы и в конечном счете в виде паровоздушной смеси через нижние боковые отверстия всасываются и распыливаются в коллектор, обеспечивая тем самым более качественное приготовление топливной смеси.

Испытания проводились на конкретном образце, изображенном на фиг. 4, на модели ВАЗ2101 при температуре воздуха 20 25^oC на сухом дорожном покрытии. Число отверстий, выполненных в боковой поверхности равнялось 35, диаметр отверстий 7 мм.

Результаты испытаний: Бензин АИ-93: с предлагаемым устройством 6,20 л/100 км, без устройства 6,9 л/100 км; бензин А-76: с предлагаемым устройством 7,10 л/100 км, без устройства 8,0 л/100 км.

Использование предлагаемого устройства для гомогенизации топливовоздушной смеси дает экономию топлива на 10 15 сокращает выброс токсических веществ в атмосферу на 10 15 повышает приемистость двигателя. Устройство не требует никакого ухода, безотказно и долговечно в работе. Для установки устройства не требуется внесения изменений в конструкцию коллектора и карбюратора.

Формула изобретения

1. Устройство для гомогенизации топливовоздушной смеси в карбюраторном двигателе внутреннего сгорания, содержащее тонкостенный корпус в форме усеченного конуса с перфорированной стенкой, сплошным днищем со стороны меньшего основания конуса и отверстием со стороны большего основания конуса, примыкающим к выходному отверстию смесительной камеры карбюратора, отличающееся тем, что суммарная площадь отверстий стенки больше площади отверстия большего основания конуса, а угол наклона образующей конуса к его оси равен 9 10^o.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь отверстия большего основания конуса равна площади выходного отверстия смесительной камеры карбюратора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что суммарная площадь отверстий стенки больше площади отверстия большего основания конуса в 1,5 2,0 раза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4