Устройство для улучшения смесеобразования в системе центрального впрыска топлива

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить топливную экономичность, снизить токсичность, облегчить и ускорить пуск и прогрев бензиновых двигателей с центральным впрыском топлива. Устройство содержит электронагреваемый элемент из позисторной керамики, размещенный под дроссельной заслонкой смесительной камеры блока топливоподачи. В блоке топливоподачи выполнен байпасный воздушный канал холостого хода, установленный на пластмассовой прокладке, расположенной между блоком топливоподачи и впускным трубопроводом двигателя, имеющий электрические контакты для подключения его к бортовой электрической сети автомобиля. Электронагреваемый элемент выполнен в виде прямоугольной пластины, установленной наклонно под нижней кромкой дроссельной заслонки вблизи выходного сечения байпасного канала холостого хода. Продольная ось пластины параллельна оси дроссельной заслонки и расположена в плане по хорде относительно окружности канала смесительной камеры. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для повышения топливной экономичности, снижения токсичности, облегчения и ускорения пуска и прогрева бензиновых двигателей с центральным впрыском топлива.

Известны устройства для улучшения смесеобразования в бензиновых двигателях, содержащие электронагреваемые элементы, устанавливаемые во впускном трубопроводе и обеспечивающие условия для дополнительного испарения жидкой фазы топлива в топливовоздушной смеси (см. Применение электроподогрева в автомобилях. Ж. Автомобильная промышленность США, 1992, 4-5, с. 14-18).

Общими недостатками таких устройств являются сложность и значительные габариты конструкции, а также либо их высокое аэродинамическое сопротивление потоку, либо низкая эффективность, обусловленная малым временем контакта жидкой фазы топлива с нагретой поверхностью. Эти недостатки не позволяют в полной мере использовать возможности электронагреваемых элементов для гомогенизации топливовоздушной смеси с целью повышения топливной экономичности, снижения токсичности отработавших газов (ОГ) и улучшения пусковых качеств бензиновых двигателей.

Известно устройство для улучшения смесеобразования в бензиновом двигателе, включающее электронагреваемый элемент из позисторной керамики (электропроводящей керамики с положительным температурным коэффициентом сопротивления, обладающей особым свойством стабилизации определенной температуры нагрева) в форме решетки, размещаемой под нижней плоскостью прокладки карбюратора под его первичной камерой и имеющей электрические контакты для подключения к бортовой сети автомобиля (пат. США 4672040, МКИ F 02 М 29/00).

Такая конструкция, кроме своей сложности, имеет и повышенное аэродинамическое сопротивление, вызывающее снижение максимальной мощности двигателя, а также не обеспечивает эффективный подогрев жидкой фазы топлива в топливовоздушной смеси из-за незначительной величины нагретой контактной поверхности и малого времени контакта частиц жидкого топлива с этой поверхностью при прохождении смеси через решетку. Кроме этого, из-за значительного габаритного размера решетки это устройство может устанавливаться либо на специально приспособленные для этого, либо на доработанные впускные трубопроводы двигателя с увеличенным впускным отверстием фланца для устройства топливоподачи (карбюратора или блока центрального впрыска топлива). Эти недостатки не позволяют существенно улучшить топливную экономичность, снизить токсичность ОГ, сократить время пуска и прогрева двигателя, а также сужают область применения устройства из-за трудностей его установки на выпускаемые модели автомобильных двигателей.

Цель предлагаемого изобретения - улучшение топливной экономичности, снижение токсичности ОГ, ускорение пуска и прогрева двигателя за счет повышения степени гомогенизации топливовоздушной смеси.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для улучшения смесеобразования в бензиновом двигателе с центральным впрыском топлива, включающем электронагреваемый элемент из позисторной керамики, размещенный под дроссельной заслонкой смесительной камеры блока топливоподачи, в котором выполнен байпасный воздушный канал холостого хода, установленный на пластмассовой прокладке, расположенной между блоком топливоподачи и впускным трубопроводом двигателя, имеющий электрические контакты для подключения к бортовой электрической сети автомобиля, сам электронагревательный элемент выполнен в виде прямоугольной пластины, установленной наклонно под нижней кромкой дроссельной заслонки и вблизи к выходному сечению байпасного канала холостого хода, причем продольная ось пластины параллельна оси дроссельной заслонки и расположена в плане по хорде относительно окружности канала смесительной камеры.

Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что такое усовершенствование устройства для улучшения смесеобразования в бензиновом двигателе с центральным впрыском топлива неизвестно.

На фиг.1 показана конструкция предлагаемого устройства, предназначенная для однокамерного блока топливоподачи системы центрального впрыска топлива. Оно включает собственно прокладку 1 под блок топливоподачи, выполненную из термостойкой пластмассы. В отверстии прокладки наклонно установлена прямоугольная пластина 2 нагревателя, выполненная из позисторной керамики и имеющая внешние электрические контакты 3, служащие для подключения пластины к бортовой электрической сети автомобиля.

На фиг.2 показана установка предлагаемого устройства на двигателе. Прокладка 1 установлена между фланцем впускного трубопровода 4 и фланцем блока 5 топливоподачи. При этом наклонно установленная электронагреваемая пластина 2 располагается под нижней кромкой прикрытой дроссельной заслонки 6, вблизи выходного сечения байпасного канала 7 холостого хода, причем продольная ось пластины 2 параллельна оси дроссельной заслонки 6 и расположена в плане по хорде относительно окружности канала смесительной камеры 8.

Возможны и другие варианты расположения электронагреваемой пластины относительно выходного сечения байпасного канала холостого хода.

Действует предлагаемое устройство следующим образом. Перед пуском двигателя электронагреваемая пластина 2 (см. фиг.2) через контакты и электромагнитное реле (на фиг.2 не показаны), включаемое одновременно с включением зажигания на автомобиле, подключается к бортовой электрической сети автомобиля. Через 15...20 секунд после включения пластина 2 из позисторной керамики прогревается до рабочей температуры 130...150^oС, которая в дальнейшем поддерживается на различных режимах работы двигателя неизменной за счет особых свойств позисторной керамики. Во время пуска топливо, подаваемое электромагнитной форсункой 9, попадает в виде мелкодисперсных капель на дроссельную заслонку 6 и через зазоры между ее кромкой и стенкой поступает в смесительную камеру 8. При этом большая часть топлива попадает в смесительную камеру через зазор в зоне нижней кромки заслонки (см. Андреев В.И. и др. Некоторые проблемы смесеобразования в карбюраторных двигателях. - Материалы Всесоюзн. научн. конф. Процессы смесеобразования и сгорания в быстроходных ДВС. - М., 1973). Топливо, проходящее через зазор между заслонкой и стенкой смесительной камеры, распыливается вторично и в виде капель различных размеров и пленки, движущейся по стенке смесительной камеры, поступает во впускной трубопровод 4 двигателя. При этом значительная часть топлива попадает на поверхность нагретой пластины 2, с которой и испаряется, образуя топливовоздушную смесь необходимой для воспламенения концентрации. Повышению гомогенизации топливовоздушной смеси способствует также поступающий из байпасного канала 7 поток дополнительного воздуха, перемешивающегося с испаренным на пластине 2 топливом. Таким образом, пуск двигателя значительно облегчается, особенно при низких температурах окружающей среды.

После пуска двигателя, на режимах его прогрева и холостого хода, при прикрытой дроссельной заслонке большая часть топлива таким же образом попадает на нагретую пластину 2, где интенсивно испаряется и смешивается с воздухом из байпасного канала 7. Образованная топливовоздушная смесь равномерно распределяется по ветвям впускного трубопровода, чему во многом способствует расположению нагреваемой пластины 2, при котором ее продольная (большая) ось параллельна оси дроссельной заслонки. Попаданию значительного количества топлива на поверхность нагреваемой пластины 2 способствует расположение ее продольной оси в плане по хорде относительно окружности канала смесительной камеры. Наклон нагреваемой пластины 2 выбирается с учетом допустимого аэродинамического сопротивления блока топливоподачи, а также величины эффективной площади пластины, на которую попадает топливо. Проведенные исследования показывают, что увеличение аэродинамического сопротивления в случае установки пластины сравнительно невелико и может регулироваться за счет изменения угла наклона пластины или компенсироваться за счет некоторого увеличения диаметра смесительной камеры блока топливоподачи.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить гомогенность топливовоздушной смеси и, таким образом, облегчить пуск двигателя, ускорить его прогрев и улучшить работу на холостом ходу, снизив при этом расход топлива и токсичность ОГ.

Преимуществами предлагаемого устройства являются простота конструкции, компактность, незначительное аэродинамическое сопротивление и высокая эффективность. Его применение не связано с изменениями впускного трубопровода двигателя. Устройство было разработано и испытано в составе системы центрального впрыска топлива на двигателе 3М3-402 автомобиля ГАЗ-31029. Испытания показали, что применение предлагаемого устройства позволяет снизить расход топлива на холостом ходу на 10...12% при одновременном уменьшении токсичности ОГ на этом режиме на 30...35%.

Применение заявляемого устройства позволяет также значительно облегчить пуск двигателя при низких температурах окружающей среды и ускорить его готовность к работе при прогреве. Проверка предлагаемого устройства на устойчивость от разрушения при обратных вспышках во впускной системе подтвердила высокую надежность конструкции.

По ориентировочным оценкам применение заявленного устройства может обеспечить годовой экономичности эффект около 50 руб. на каждый автомобиль.

Формула изобретения

Устройство для улучшения смесеобразования в бензиновом двигателе с центральным впрыском топлива, включающее электронагреваемый элемент из позисторной керамики, размещенный под дроссельной заслонкой смесительной камеры блока топливоподачи, в котором выполнен байпасный воздушный канал холостого хода, установленный на пластмассовой прокладке, расположенной между блоком топливоподачи и впускным трубопроводом двигателя, имеющий электрические контакты для подключения его к бортовой электрической сети автомобиля, отличающееся тем, что электронагреваемый элемент выполнен в виде прямоугольной пластины, установленной наклонно под нижней кромкой дроссельной заслонки вблизи выходного сечения байпасного канала холостого хода, причем продольная ось пластины параллельна оси дроссельной заслонки и расположена в плане по хорде относительно окружности канала смесительной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2