Система впуска двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием

 

Сущность изобретения: во впускном трубопроводе 2 двигателя с внешним смесеобразованием и индивидуальной системой питания на каждую рабочую камеру установлены последовательно одна за другой в один ряд топливоулавливающие пластины 5 6. Одна из пары смежных пластин снабжена радиусным участком, задняя грань предыдущей из пары смежных пластин расположена в одной поперечной к оси трубопровода плоскости с передней гранью последующей и смещена относительно нее на величину, равную 0,1-0,3 диаметра трубопровода . Задняя грань последней пластины расположена на расстоянии 1,0-1,5 диаметра трубопровода от среза окна в рабочую камеру. Первая по ходу движения смеси пластина 5 улавливает распыленную топливораспыливающим устройством 1 капельную и паровую фазу топлива и перераспределяет его на внутреннюю сторону поворота следующей пластины 6. В общем случае использования нескольких пластин этот процесс повторяется и таким образом пленка перемещается к окну. 5 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 02 В 31/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ. СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4844045/06 (22) 02.04.90 (46) 30.11.92. Бюл. N 44 (71) Волжское объединение по производству легковых автомобилей им. 50-летия СССР (72) Э.Л.Дерум (56) Авторское свидетельство СССР

И 1312224, кл. F 02 М 29/04. 1987. (54) СИСТЕМА ВПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВНЕШНИМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ (57) Сущность изобретения: во впускном трубопроводе 2 двигателя с внешним смесеобразованием и индивидуальной системой питания на каждую рабочую камеру установлены последовательно одна за другой в один ряд топливоулавлива(ощие пластины

5.6. Одна из пары смежных пластин снабже„„5U „„1778332 А1 на радиусным участком, задняя грань предыдущей из пары смежных пластин расположена в одной поперечной к оси трубопровода плоскости с передней гранью последующей и смещена относительно нее на величину, равную 0,1 — 0.3 диаметра трубопровода. Задняя грань последней пластины расположена на расстоянии 1,0 — 1,5 диаметра трубопровода от среза окна в рабочую камеру. Первая по ходу движения смеси пластина 5 улавливает распыленную топливораспыливающим устройством 1 капельную и паровую фазу топлива и перераспределяет его на внутреннюю сторону поворота следующей пластины 6. B общем случае использования нескольких пластин этот процесс повторяется и таким образом пленка перемещается к окну. 5 ил.

1778332

30

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, в частности к устройству впускных систем двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с внешним смесеобразованием и индивидуальной системой питания на каждую рабочую камеру.

Известна система впуска ДВС, содержащая впускной трубопровод, снабженный по меньшей мере одним прямолинейным и одним радиусным участком, оканчивающийся окном в рабочую камеру двигателя, топливораспыливающее устройство, установленное на входе во впускной трубопровод, и топливоулавливающие пластины.

Известное устройство содержит ряд тонкостенных криволинейных пластин, расположенных в узле ветвления впускного трубопровода на отдельные впускные патрубки, идущие к рабочим камерам. Указанные пластины препятствуют выпадению капель топлива на стенки впускных патрубков под действием центробежных сил. Попав на внутреннюю сторону поворотных пластин, топливо затем перераспыляется с концевых граней. пластин в направлении осей патрубков. Капли топлива в факеле подвергаются действию аэродинамических, гравитационных сил, сил инерции, Одной из характерных особенностей движения капли является наличие поперечной к потоку составляющей скорости, в результате чего капли выпадают на стенку вне зависимости от гравитационных сил. Подобное движение обьясняется совместным действием сил инерции капли и сил аэродинамического давления, которые в силу неравномерного поля скоростей газа в поперечном сечении оказываются приложенными не в центре капли, В результате возникает крутящий момент и на вращающуюся каплю в потоке действует поперечная составляющая силы.

Экспериментальные продувки показали, что при скоростях газа. характерных для рабочего диапазона оборотов ДВС, угол распыла факела топлива (бензина) находится в узких пределах; 30 — 45 . Применительно к устройству-прототипу это означает, что перераспыленное топливо уже на расстоянии 1-1,5,диаметра канала начинает выпадать снова на стенку канала, что приводит к увеличению пленочной фазы топлива.

Целью изобретения является. повышение экономичности и уменьшение токсичности.

Цель достигается тем, что в системе впуска ДВС с внешним смесеобразованием и индивидуальной системой питания на каждую рабочую камеру, содержащей впускной трубопровод, снабженный по меньшей мере одним прямолинейным и одним радиусным участком, оканчивающимся окном в рабочую камеру двигателя, топливораспыливающее устройство, установленное на входе so впускной трубопровод, и топливоулавливающие пластины, последние установлены последовательно одна за другой на участке трубопровода между топливораспыливающим устройством и окном в рабочую камеру, одна из пары смежных пластин снабжена радиусным участком, а задняя грань предыдущей из каждой пары смежных пластин расположена в одной поперечной к оси трубопровода плоскости с передней гранью последующеи и смещена относительно нее на величину, равную 0,1 — 0,3 диаметра трубопровода в сторону участка трубопровода с меньшим радиусом кривизны, а задняя грань последней по ходу потока смеси пластины расположена на расстоянии 1,0-1,5 диаметра. трубопровода от среза окна в рабочую камеру.

На фиг.1 изображена схема поперечного разреза рабочей камеры РПД типа Ванкеля с двухгодовой эпитрохоидой контура статора и трехгранным ротором — поршнем и впускной системой с радиальным впускным каналом; на фиг,2 — схема поперечного разреза рабочей камеры РПД и впускной системы с торцовым впускным каналом; на фиг,3 — схема поперечного разреза цилиндра ПД и впускной системы; на фиг,4 — схемы различных вариантов стыковки двух поворотных участков впускного трубопровода; на фиг,5 — внешние скоростные характеристики по крутящему моменту, удельному эффективному расходу топлива, коэффициенту наполнения, полученные при испытаниях РПД с предлагаемой впускной системой и с серийной впускной системой.

Система впуска содержит топливораспыливающее устройство 1, например карбюратор или форсунку для впуска топлива, впускной трубопровод 2, включающий один унасток поворота и прямолинейный радиальный канал 3 в статоре 4. Во впускной трубопровод вставлены две тонкостенные пластины 5 и 6. Пластина 5 имеет прямолинейную форму. Пластина 6 имеет радиус н ый участок, концентричный наружной стенке трубопровода, и прямолинейный участок, расположенный в радиальном канале. Задняя грань пластины 5 расположена в одной поперечной к оси трубопровода плоскости с передней гранью пластин 6 и смещена относительно нее на величину 0,1-0,3 диаметра трубопровода в сторону участка трубопровода с меньшим радиусом кривизны. 3адняя грань последней по ходу потока смеси

1778332

30

35 пластины, в данном случае пластины 6, расположена на расстоянии 1,0 — 1,5 диаметра трубопровода от среза окна в рабочую камеру.

Образующаяся в топливораспыливающем устройстве 1 топливовоздушная смесь состоит из паровой. капельной и пленочной фаз. Часть капель под воздействием возникающих в потоке поперечных сил, а также центробежных сил инерции выпадает на поверхности пластин 5 и 6, внутреннюю поверхность трубопровода 2 и канала 3. В дальнейшем характер движения пленок топлива различен, Пленка, попавшая на внутренние поверхности трубопровода 2 и канала 3, увлекается потоком газа и, попав на кромку окна, растекается по зеркалу статора 4. Это показали специально проведенн ые автором опыты по статической продувке впускной системы бензовоздушной смесью и объясняется тем, что имеющихся в рабочем диапазоне оборотов РПД скоростей газа не хватает для распыления пленки топлива с кромок впускного окна.

Далее, в процессе сжатия. эта пленка собирается задней радиальной лопаткой 7 ротора 8 и сосредотачивается в задней части рабочей камеры. Под воздействием высокой температуры ротора часть пленки испаряется, создавая здесь зону обогащенной смеси. В начале такта сгорания этот слой изолирован от фронта пламени характерный для РПД сносящим hoToKoM газа. Гореть эта часть начинает с запаздыванием, ухудшая индикаторные показатели цикла. Другая часть пленки, осевшая на поверхности пластин 5 и б, перемещается к их концевым кромкам и, обдуваемая с двух сторон потоками газов, распыливается вновь, Факел топлива. распыливаемый с пластины 5, под действием центробежной силы выпадает в пленку на поверхность внутренней стороны поворотного участка пластины 6. Факел топлива. распыливаемый с концевой грани пластины б, ввиду ее близкого расположения от среза окна, целиком попадает в камеру, минуя стенки канала. Чтобы при этом получить требуемое расслоение топливовоздушной смеси, в камере используется еще одна особенность течения газа вблизи окна. При втекании в камеру слой газа в канале 3, примыкающий к верхней стенке канала шириной примерно 2/3 диаметра, приобретает составляющую скорости, направленную в переднюю (по ходу вращения ротора) часть камеры, Остальная часть струи отклоняется к задней части камеры.

Таким образом, если концевая кромка пластины 6 расположена не ниже 1/6 диаметра канала от оси канала, большая часгь распы40

55 ленного факела топлива увлекается струей газа в переднюю часть камеры. обогащая там смесь. Дальнейшая картина протекания рабочего процесса с подобным расслоением заряда достаточно хорошо изучена теоретически и экспериментально, Обогащенная смесь, приобретая за счет сносящего потока газа сильную турбулизацию и находясь в благоприятной геометрической обстановке передней части камеры, где отношение поверхности камеры к объему меньше, чем в задней части, быстро и полно сгорает, улучшая индикаторные и эффективные показатели двигателя. Ясно, что в варианте без тспливоулавливающих пластин 5 и 6 вся доля капельной фазы, выпавшей на поверхность поворотного участка трубопровода 2, попадает по описанному механизму в заднюю часть камеры, переобогащая там топливовоздушную смесь.

Передняя часть камеры при этом забедняется. Для обогащения этой части камеры приходится увеличивать подачу топлива через топливораспыливающее устройство 1, что приводит к увеличенным расходам топлива РПД с традиционными впускными системами. Изображенные на фиг.1 пластины

5 и б имеют параллельные заднюю и переднюю грани, а также их смоченные пленкой поверхности направлены в одну сторону.

Поэтому допускается замена двух пластин одной общей. Преимущество использования нескольких пластин состоит в возможности более простого механического крепления их во впускные трубопроводы, а также в более качественном приготовлении топливовоздушной смеси вследствие многократного перераспыления.

На фиг.2 механизм обогащения передней части камеры несколько иной. Поток газа на участке поворота торцового канала

3 и пластины 6 под действием центробежной силы инерции приобретает характерную структуру парного вихря. При этом верхняя часть потока вблизи внешней стороны поворота канала 3 и внутренней стороны поворота пластины 6 получает составляющую скорости, направленную к верхней грани окна, нижняя часть — к нижней. Кроме этого. из-за того, что поворот пластины и канала выполнен не перпендикулярно горизонтальной оси канала, а под острым углом:4, у пристеночных частей потоков появляются составляющие скоростей, направленные вверх под тем же углом.

Суммарное воздействие этих эффектов, как показали продувки, приводит к тому, что примерно 3/4 количества газа в канале приобретает вертикальную составляющую, Эта же картина течения была получена в резуль1778332

55 тате численного моделирования трехмерно. го потока газа в торцовых каналах, Как показали наблюдения, движение пленки повторяет траекторию движения газа в пристеночном слое, Сила тяжести при имеющихся скоростях газа практически не оказывает влияния на движение пленки.

Под действием вертикальной составляющей скорости часть пленки, попавшей на пластину 5, увлекается к его верхней части и распыливается с концевой грани пластины в направлении передней части камеры, обогащая там топливовоздушную смесь, Пленка, находящаяся на стенках канала, растекается по зеркалу боковой крышки 9.

Часть ее, попадая в боковой зазор между ротором 8 и крышкой 9, постепенно испаряется и неэффективно выгорает в такте расширения. Другая часть попадает на заднюю часть грани ротора, обогащая там смесь.

На фиг.3 представлена схема установки поворотной лопатки 5 во впускной трубопровод 2 и канал 3 поршневого двигателя, Данный случай в принципе не отличается от рассмотренной системы радиального впуска РПД, Распыленный с пластины 5 факел топлива направляется в сторону свечи зажигания 10, обогащая там смесь, В остальной части камеры получается смесь обедненного состава. Такой характер расслоения заряда способствует более качественному процессу сгорания. улучшающему экономические и токсические показатели поршневого двигателя, На фиг,4 представлены примеры стыковки двух участков прямых колен трубопроводов с совпадающими, перпендикулярными и противоположно направленными полуплоскостями поворотов.

Можно проверить. что комбинации указанных типов поворотов с промежуточными значениями углов плоскостей поворотов, углов растворов колен, а также длин протяженных участков трубопроводов, соединяющих поворотные участки, охватывают все возможные варианты впускных систем с индивидуальным питанием рабочих камер. На фиг.4а плоскости поворотов трубопровода и пластин совпадают. Поскольку концевая часть пластины d и начальная грань пластины е параллельны, а нормали к смоченным пленкой поверхностям прилегающих участков пластин совпадают по направлению, допускается замена пластин d u е одной общей пластиной. На фиг.4б плоскости поворотов трубопровода и пластины d пересекаются под угломP = 45О, Механизм распыления пленки здесь такой же. как в описанном ранее торцовом окне, Пленка топлива под действием газодинамических и центробежных сил собирается в угловой части пластины d и распыливается в зону внутренней части поворота пластины е.

Поскольку концевая и начальная грани пластин d и е не параллельны, обьединение пластин здесь невозможно. На фиг.4в плоскости поворотов пластин и трубопровода совпадают, концевые и начальные грани пластин d и е параллельны, однако нормали к смоченным поверхностям концевого и начального участков пластин противоположны, что не позволяет заменить две пластины одной. Таким образом пленка может транспортироваться до последней пластины, с которой распыливается непосредственно в камеру, В тех случаях, когда впускная система состоит из поворотных участков, соединенных протяженными прямолинейными или слабо искривленными участками, поворотные участки пластин дополняются соответствующей формы протяженными участками пластин.

Формула изобретения

Система впуска двигателя внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и индивидуальной системой питания на каждую рабочую камеру, содержащая впускной трубопровод, снабженный по меньшей мере одним прямолинейным и одним радиусным участком, оканчивающийся окном в рабочую камеру двигателя, топливораспыливающее устройство, установленное на входе во впускной трубопровод,и топливоулавливающие пластины, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения экономичности, пластины установлены последовательно одна за другой на участке трубопровода между топливораспыливающим устройством и окном в рабочую камеру, одна из пары смежных пластин снабжена радиусным участком, задняя грань предыдущей из каждой пары смежных пластин расположена в одной поперечной к оси трубопровода плоскости с начальной гранью последующей и смещена относительно нее на величину, равную 0,1 — 0,3 диаметра трубопровода в сторону участка трубопровода с меньшим радиусом кривизны, а задняя грань последней по ходу потока смеси пластины расположена на расстоянии 1,0 — 1,5 диаметра трубопровода от среза окна в рабочую камеру.

1778332

1778332

Вид С

Фиг.4

170

160

0.9 жо

2000 3000 4000 5000 6000 Й, об/мвв уиг. 5

Редактор

Заказ 4173 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 е л.с.

270

Составитель Е,Обушева

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор И.Шмакова