Способ и устройство подготовки топливовоздушной смеси

 

Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет повысить качество подготовки топливовоздушой смеси (ТВС) в бензиновых ДВС. Устройство содержит карбюратор или систему впрыска топлива во впускной патрубок, испаритель жидкого топлива с размещенным внутри многослойным гигроскопическим элементом и диффузорный смеситель. В испарителе осуществляется разделение потока ТВС на два: один содержит обедненную смесь воздуха с легким фракциями и неиспарившимися каплями топлива. В диффузорном смесителе происходит регулируемое смешение указанных потоков до оптимального состава ТВС. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к системам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в двигателях транспортных средств и стационарных установок.

Известны системы питания ДВС карбюраторного типа, получившие наибольшее распространение на автомобильном транспорте, в которых подготовка топливовоздушной смеси (ТВС) осуществляется последовательно в двух диффузорах - малом и большом (см. , например, Рубец Д.А. и Шухов О.К. "Системы питания автомобильных карбюраторных двигателей". - М., "Транспорт", 1974, с. 42-45). При этом топливо впрыскивается в поток воздуха в малом диффузоре, образуя так называемый испаритель жидкого топлива, а в большом диффузоре (смесителе) происходит смешение предварительно подготовленной ТВС (горючего газа) с дополнительным потоком воздуха.

Недостатком подобных систем является некачественное распыливание жидкого топлива, что приводит к необходимости их дальнейшего усложнения, например, за счет использования диффузоров саморегулируемого проходного сечения (см. там же).

Наиболее близким к заявленному изобретению (прототип) является система подготовки ТВС по заявке EP N 0204874, кл. F 02 M 33/02, 1986 г., в которой для улучшения распыливания топлива использовано устройство, улавливающее тяжелые неиспарившиеся капли и затем подвергающее их повторному распыливанию. Уловитель капель в этом устройстве размещен после смесителя горючего газа с дополнительным потоком воздуха, т.е. после большого (второго) диффузора, что снижает эффективность удаления капель из потока.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является дальнейшее повышение качества подготовки ТВС за счет выбора оптимального расположения элементов системы и их конструкции. Система преобразует жидкое топливо, например бензин, в "бензогаз" - газообразную обедненную смесь легких фракций топлива с воздухом на молекулярном уровне и "бензопар" - обогащенную смесь более тяжелых фракций топлива с воздухом и смешивает их в оптимальном соотношении. Она предназначена для обеспечения экономичной работы двигателя, снижения выброса вредных веществ в атмосферу на всех режимах работы. Наиболее эффективна система в режиме городского цикла, дающем от 60 до 90% общего объема выбросов вредных веществ, сопровождающих работу ДВС.

Для решения поставленной задачи в известном способе подготовки ТВС, включающем испарение жидкого топлива в потоке воздуха и удаление из образовавшегося потока горючего газа тяжелых неиспарившихся капель топлива, поток горючего газа разделяют на основной, в виде потока обедненного топливом горючего газа, и дополнительный с включением в него неиспарившихся капель топлива - в виде обогащенного топливом горючего газа, затем производят нерегулируемое или регулируемое по составу смешение этих потоков. При этом испарение жидкого топлива в потоке воздуха осуществляют последовательно во впускном патрубке и с поверхности уловителя тяжелых неиспарившихся капель, а смешение потоков обедненного и обогащенного топливом горючего газа осуществляют в нескольких параллельно размещенных каналах постоянного или регулируемого проходного сечения.

Заявленное устройство подготовки ТВС, содержащее карбюратор или впускной патрубок с форсунками для впрыска топлива, испаритель жидкого топлива в потоке воздуха с камерой-накопителем образуемого при испарении горючего газа и уловитель тяжелых капель неиспарившегося топлива, дополнительно снабженного диффузорным смесителем постоянного или регулируемого проходного сечения с газовой форсункой, при этом входной патрубок диффузорного смесителя сообщен с верхней частью камеры-накопителя для отбора обедненного топливом горючего газа а газовая форсунка - с нижней полостью камеры-накопителя для отбора обогащенного топливом горючего газа. Испаритель жидкого топлива в потоке воздуха выполнен в виде вертикально расположенного цилиндрического впускного патрубка, окруженного камерой-накопителем горючего газа, внутри которого размещен гигроскопический элемент, формирующий многослойную щелевую структуру для потока горючего газа и одновременно выполняющий функции уловителя тяжелых капель неиспарившегося топлива и испарителя последних. Форсунки для впрыска топлива снабжены электроприводом с возможностью их поочередного или одновременного отключения на режимах неполной загрузки или при выключении двигателя. Смеситель потоков горючего газа выполнен в виде встроенного во впускную трубу блока диффузоров и газовых форсунок саморегулируемого проходного сечения по потоку обедненного топливом горючего газа. Блок диффузоров выполнен с возможностью их обратимого осевого перемещения под воздействием пружины и перепада давления, а газовые форсунки закреплены неподвижно вдоль осей диффузоров таким образом, что при отсутствии перепада давления выходные сечения форсунок располагаются в критическом сечении диффузоров.

На чертеже представлен общий вид устройства, в котором реализуется заявленный способ подготовки ТВС.

Оно содержит испаритель 1 жидкого топлива в потоке воздуха с камерой-накопителем 2 образуемого при испарении горючего "бензогаза" и смеситель 3 "бензопара" с дополнительным потоком "бензогаза". Испаритель жидкого топлива выполнен в виде вертикально расположенного цилиндрического впускного патрубка, окруженного камерой-накопителем 2, внутри которого размещен гигроскопический элемент 4, формирующий многослойную щелевую структуру для потока горючего газа. Смеситель 3 выполнен в виде встроенного во впускную трубу 5 диффузора 6 и газовой форсунки 7 саморегулируемого потока. Последнее осуществляется благодаря тому, что диффузор выполнен с возможностью его обратимого осевого перемещения под воздействием пружины 8 и перепада давления, действующего на поверхность диффузора при обтекании его потоком "бензогаза", а газовая форсунка закреплена неподвижно вдоль оси диффузора таким образом, что при отсутствии перепада давления (этот случай показан на чертеже) выходное сечение форсунки располагается в критическом сечении диффузора.

При работе двигателя воздух засасывается в его цилиндры через воздушный фильтр 9 во впускную полость испарителя жидкого топлива. Жидкое топливо поступает в систему с помощью традиционной топливной аппаратуры, например карбюратора 10, как это изображено на чертеже, или аппаратуры впрыска. Гигроскопический элемент 4 испарителя 1 пропитан таким образом жидким топливом, поэтому воздух, проходя сквозь узкие щели этого элемента, насыщается парами топлива и собирается в виде "бензогаза" в верхней части камеры-накопителя 2, а далее поступает во входной патрубок смесителя 3. Оставшаяся часть топлива (в основном - тяжелые фракции) в виде более крупных частиц или даже (на отдельных режимах работы двигателя) мелких капель, смешиваясь с воздухом, дает "бензопар", собирающийся в нижней части камеры-накопителя 2 и поступающий также в смеситель 3 по отводной трубе 11. В смесителе 3 происходит окончательная подготовка ТВС путем смешения в диффузоре 6 потока "бензопара" с потоком "бензогаза" в оптимальных для каждого режима соотношениях.

В зависимости от загрузки ДВС, задаваемой положением дроссельной заслонки 12, осуществляется автоматическое регулирование состава ТВС. При малой загрузке дроссельная заслонка прикрыта, как это показано на чертеже, а диффузор 6 находится в положении, обеспечивающем минимальное проходное сечение для потока в смесителе, этому случаю отвечает работа ДВС на обогащенной рабочей смеси. При росте загрузки (дроссельная заслонка открывается) возрастает разрежение во впускном коллекторе двигателя и перепад давления по обе стороны диффузора 6, это приводит к перемещению диффузора по потоку и сжатию пружины 8, при которых проходное сечение канала смесителя увеличивается, а рабочая смесь обедняется.

Формула изобретения

1. Способ подготовки топливовоздушной смеси, включающий испарение жидкого топлива в потоке воздуха и удаление из образовавшегося потока горючего газа тяжелых неиспарившихся капель топлива, отличающийся тем, что поток горючего газа разделяют на основной в виде потока обедненного топливом горючего газа и дополнительный с включением в него неиспарившихся капель топлива в виде потока обогащенного топливом горючего газа, затем производят нерегулируемое или регулируемое по составу смешение этих потоков.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что испарение жидкого топлива в потоке воздуха осуществляют последовательно во впускном патрубке и с поверхности уловителя тяжелых неиспарившихся капель топлива.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешение потоков обедненного и обогащенного топливом горючего газа осуществляют в нескольких параллельно размещенных каналах постоянного или регулируемого проходного сечения.

4. Устройство подготовки топливовоздушной смеси, содержащее карбюратор или впускной патрубок с форсунками для впрыска топлива, испаритель жидкого топлива в потоке воздуха с камерой-накопителем образуемого при испарении горючего газа и уловитель тяжелых капель неиспарившегося топлива, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено диффузорным смесителем постоянного или регулируемого проходного сечения с газовой форсункой, при этом входной патрубок диффузорного смесителя сообщен с верхней частью камеры-накопителя для отбора обедненного топливом горючего газа, а газовая форсунка - с нижней полостью камеры-накопителя для отбора обогащенного топливом горючего газа.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что испаритель жидкого топлива в потоке воздуха выполнен в виде вертикально расположенного цилиндрического впускного патрубка, окруженного камерой-накопителем горючего газа, внутри которого размещен гигроскопический элемент, формирующий многослойную щелевую структуру для потока горючего газа и одновременно выполняющий функции уловителя тяжелых капель неиспарившегося топлива и испарителя последних.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что форсунки для впрыска топлива снабжены электроприводом с возможностью их поочередного или одновременного отключения на режимах неполной загрузки или при выключении двигателя.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что смеситель потоков горючего газа выполнен в виде встроенного во впускную трубу блока диффузоров и газовых форсунок саморегулируемого проходного сечения по потоку обедненного топливом горючего газа.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что блок диффузоров выполнен с возможностью их обратимого осевого перемещения под воздействием пружины и перепада давления, а газовые форсунки закреплены неподвижно вдоль осей диффузоров таким образом, что при отсутствии перепада давления выходные сечения форсунок располагаются в критическом сечении диффузоров.

РИСУНКИ

Рисунок 1