Способ приготовления горючей смеси для двигателя внутреннего сгорания и газификатор для его осуществления

 

Использование: в автомобильной промышленности, системе питания двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: способ включает запуск двигателя существующим карбюратором на автомобиле и параллельным включением газификатора, для газообразования топлива используют энергею отработанных газов. Топливо в газификаторе подают Сигнеровым колесом и распределяют пленкой на его стенках, которые нагревают отработанными газами. Газификатор представляет собой своеобразный термос, в котором происходит газообразование топлива. При соответствующем подогреве двигателя отключают подачу топлива в карбюратор, предварительно включив подачу газообразного топлива из газификатора. Газообразное топливо смешивают в карбюраторе с воздухом и газообразную горючую смесь гомогенной структуры необходимого качества и состава подают в цилиндры двигателя. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, а именно к приготовлению горючей смеси в системе питания двигателя, преимущественно двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Изобретение может быть использовано в кораблестроении и авиации, например на суднах и самолетах, имеющих ДВС.

Известен способ приготовления горючей смеси, состоящий из разбрызгивания топлива путем инжекции воздухом, частичного испарения, смешивания его с воздухом в определенной пропорции, что обеспечивает определенный состав и качество горючей смеси.

Недостатком указанного технического решения является то, что топливо по этому способу разбрызгивается, потом в процессе распыления испаряется, но частично, что приводит к неполному сгоранию горючей смеси, особенно на мощностном режиме работы двигателя и холостом ходу. Этот способ приводит к перерасходу топлива, повышению токсичности отработанных газов.

Известен двухконурный смеситель, представляющий из себя корпус, содержащий полость для подвода теплоносителя, а также включающий вторичный и первичный контуры, причем первичный контур заполнен объемной капиллярно-гидрофильной структурой, изготовленной из спеченных металлических частиц.

Недостатком данного смесителя является сложность системы питания в то же время не обеспечивается значительная экономия топлива.

Наиболее близким к изобретению является испарительный карбюратор, использующий способ испарения, включающий поплавковую камеру, корпус с фильтроиспарительным блоком, содержащий капиллярные элементы, протянутые в трубки в виде фитилей, испарительную камеру, топливную ванну, камеру подогрева и отверстия для подачи атмосферного воздуха, вентиль для регулировки подачи горючей смеси.

В этих испарительном карбюраторе и способе имеется ряд существенных недостатков. Во-первых, отверстия для подачи воздуха, расположенные над камерой подогрева, не обеспечивают его циркуляцию, тем самым обдув воздухом капиллярных элементов-фитилей происходит на малом участке, что снижает эффективность испарения топлива, кроме того, данными отверстиями уносится определенный объем паров топлива в атмосферу, что снижает его экономичность. Во-вторых, площадь испарения фитилей мала, что затрудняет достижение максимальной мощности двигателя и не обеспечивает оптимальный состав горючей смеси на этом режиме работы. В-третьих, воздух, подаваемый через верхние отверстия из атмосферы, вызывает конденсацию паров на фитилях, что отрицательно сказывается на испаряемости топлива и также снижает мощность двигателя.

Целью изобретения является повышение гомогенности горючей смеси, экономия топлива и снижение токсичности отработанных газов, а также применение для работы двигателя как дизельного топлива, так и бензина разных марок.

При осуществлении способа эта цель достигается путем подключения газификатора к существующему карбюратору, но запуск двигателя обеспечивается карбюратором, а при достаточном нагреве двигателя - газификатором, т. к. теплоносителем являются отработанные газы, которые нагревают стенки корпуса-испарителя, на которые подают топливо пленкой с помощью Сингерова колеса и получают газообразное топливо. Газообразное топливо подают по мере его получения в карбюратор, соответсвенно уменьшая подачу в карбюратор жидкого топлива, а при достижении режима полного испарения топлива подачу жидкого топлива отключают совсем. При этом в карбюраторе газообразное топливо смешивается с воздухом для получения гомогенной газообразной горючей смеси необходимого качества и состава.

В газификаторе поставленная цель достигается тем, что он выполнен в виде термоса с внутренним корпусом-испарителем и наружным кожухом, вставленными один в другой с зазором-полостью, в который подается теплоноситель посредством трубопровода с регулируемым вентилем. Корпус-испаритель и кожух герметично закрыты заплечиками-фланцами с прокладками между ними и крышкой. По центру днищ корпуса и кожуха герметично установлен трубопровод подачи топлива, на торце которого шарнирно закреплено Сигнерово колесо. Это кольцо разбрызгивает топливо по внутренней стенке корпуса-испарителя с образованием тонкой пленки, за счет применения горизонтальных гофр на внутренней поверхности обеспечивается качественное и эффективное испарение топлива. Газообразное топливо подается в карбюратор через трубопровод, его количество регулируется с помощью вентиля. На крышке установлен клапан избыточного давления, соединенный патрубком с холодильником, у которого выполнен отвод конденсированного топлива обратно в топливный бак, кроме того, в холодильнике выполнено отверстие для выпуска воздуха. Целесообразно подачу топлива, теплоносителя и полученного газообразного топлива и ее регулировку атвоматизировать с помощью, например, электронных датчиков.

На фиг. 1 показана схема подсоединения газификатора к карбюратору и их взаимосвязь с двигателем; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 3; на фиг. 6 - то же (вариант).

Газификатор 1 для приготовления горючей смеси соединен с помощью трубопровода 2 подачи газообразного топлива, имеющего регулятор 3 его подачи, непосредственно с существующим карбюратором 4, который в соответствующем месте прикреплен к двигателю 5. Газификатор 1 зафиксирован посредством кронштейна и болтов (не показаны). Топливный насос 6 подключен трубопроводом 7 подачи топлива к газификатору 1, на трубопроводе 7 имеется вентиль 8 регулировки подачи топлива. Магистраль 9 подвода теплоносителя (например, отработанных выхлопных газов) подсоединена к газификатору 1 и регулирует при помощи вентиля 10 подачу теплоносителя к нему. Один конец магистрали 9 прикреплен, например, с помощью электросварки к отверстию, выполненному на выхлопной трубе 11 недалеко от коллектора, к которому прикреплена труба. На газификаторе 1 выполнен патрубок 12 вывода теплоносителя из него, который имеет два ответвления 13, одно подключено к радиатору отопления, а другое подсоединено к выхлопной трубе 11.

Газификатор 1 выполнен в виде термоса 14 с внутренним корпусом-испарителем 15 и наружным кожухом 16, вставленными один в другой с зазором-полостью 17, имеющимся по контуру стенок 18 и днищ 19. Корпус-испаритель 15 и кожух 16 соединены между собой герметично с помощью прокладки 20 и заплечиков-фланцев 21, изготовленных соответственно на торцах стенок 18 корпуса и кожуха, и закрыты герметично с помощью крышки 22 с вставленной прокладкой 23. По центру крышки 22 выполнено отверстие 24 и приварена втулка 26, являющаяся направляющей для подпружиненного клапана 26 избыточного давления газообразного топлива, регулировка которого осуществляется при помощи гайки 27 и пружины 28. На втулке 25 выполнено отверстие 29, к которому приварен патрубок 30, соединяющий с ней при помощи гайки 31 с уплотняющей прокладкой 32 холодильник 33. Холодильник 33 представляет из себя емкость, наполненную стальной дробью, и имеет магистраль 34 отвода сконденсированного топлива при срабатывании клапана 26 в топливный бак (не показан). Газификатор 1 в днище имеет два отверстия 35 и 36, к одному из них (35), присоединена штанга 37, к которой прикреплен с помощью накидной гайки 38 и уплотняющей шайбы 39 трубопровод подачи топлива. Внутри корпуса-испарителя 15 подвижно укреплено Сигнерово колесо 40, посредством опорного подшипника и гайки. К отверстию 36 подсоединена с помощью накидной гайки магистраль 9 подвода теплоносителя. Сигнерово колесо 40 установлено на определенной высоте, а на внутренней стенке 18 корпуса-испарителя 15 изготовлены горизонтальные гофры 41 определенного сечения, у которых выступы 42 изготовлены определенной конфигурации и чередуются с впадинами 43, а в точках их сопряжения выполнены гантели и острые грани закруглены. Корпус 15 установлен на подставку-втулку 44, выполненную из теплоизоляционного материала, например асбеста, и на ней изготовлены отверстия для прохождения теплоносителя в зазор-полость 17 и его выхода из отверстия 45 через патрубок 46. На наружной части 47 корпуса 15 изготовлена резьба, на которой закреплен кольцевой воздухораспределитель 48, соединенный через отверстие 49 с трубопроводом 50 подачи воздуха для автомобилей, имеющих компрессор, кроме того, в зоне крепления кольцевого воздухораспределителя в стенке корпуса 15 изготовлены отверстия 51 определенного диаметра и в определенной последовательности.

Согласно варианту на фиг. 6 воздухораспределитель 48 заменен втулкой 52 с резьбой, в нижней части которой выполнены окна 53, которая совмещает функции подставки-втулки 44 и заглушки отверстий 51, а отверстие 49 закрыто болтом-заглушкой 54.

Способ приготовления горючей смеси осуществляется следующим образом. Запуск двигателя 5 обеспечивается следующим карбюратором 4, как и работа двигателя. По мере нагрева двигателя подают теплоноситель (например, отработанные газы) по магистрали 9 в газификатор 1 в зазор-полость 17, параллельно включают топливный насос 6 и по трубопроводу 7 подают топливо при помощи Сингерова колеса 40 внутрь корпуса-испарителя 15, распределяя по стенке тонкой пленкой, которая, стекая по гофрам, от воздействия тепла превращается в газообразную стpуктуру топлива. Это газообразное топливо подают по трубопроводу 2 подачи, по мере необходимости регулируя при помощи регулятора 3, в карбюратор 4, при этом по мере увеличения подачи газообразного топлива уменьшают подачу, а при максимальном испарении отключают подачу жидкого топлива, смешивают с воздухом, получают горячую газообразную смесь необходимого качества и состава.

Работа газификатора обеспечивается следующим образом. Как указано выше, двигатель запускают существующим карбюратором, при наборе температуры теплоносителя (например, отработанных газов) открывают вентиль 10 и через магистраль 9 подают теплоноситель в газификатор 1, точнее в зазор-полость 17, образованный между корпусом-испарителем 15 и кожухом 16, таким образом нагревают стенки 18 корпуса 15. Параллельно включают топливный насос 6 и по трубопроводу 7 подают топливо в Сигнерово колесо 40, которое под действием реактивных сил струй топлива начинает вращаться и разбрызгивать топливо на внутреннюю стенку 18. Топливо, стекая по выступам 42 и впадинам 43 гофр 41 тонкой пленкой, контактирующей с нагреваемой стенкой корпуса-испарителя 15, превращается в газообразное топливо и скапливается в верхней части испарителя. Включают регулятор 3 и подают газообразное топливо в карбюратор 4, при этом по мере увеличения его подачи уменьшают подачу жидкого топлива и при максимальном испарении топлива отключают подачу жидкого топлива. При избыточном давлении газов, это может быть, например, при внезапной остановке, включается клапан 26 избыточного давления и газ через отверстие 29 сбрасывается в холодильник 33, в котором, контактируя с поверхностью дроби, конденсируется и по мере накопления через слив вытекает в топливный бак. Открывая больше или меньше вентиль 10 подачи теплоносителя или вентиль 8 подачи топлива, обеспечивают регулировку образования газообразного топлива, а манипулируя регулятором 3 его подачи, обеспечивают регулировку качества и состава горючей смеси.

При обеспечении автомобиля дополнительным баком с дизельным топливом или разделении существующего на две емкости осуществляют изготовление горючей смеси из дизельного топлива, т. к. газификатор расположен автономно и обеспечивает превращение топлива при температуре теплоносителя в пределах от 365 до 435^оС в парообразную (газообразную) структуру, которая подается по вышеуказанной схеме в карбюратор и обеспечивает приготовление горючей смеси при смешивании газообразного дизельного топлива с воздухом и работу ДВС с полученной горючей смесью необходимого качества и состава.

Данное изобретение позволит обеспечить экономию топлива на 25-30% , снизить в 2-3 раза токсичность отработанных газов, т. к. газообразная структура горючей смеси гомогенна, т. е. однообразна. Кроме того, увеличится наполнение цилиндров, что может увеличить мощность двигателя на 10-15% . (56) Патент Германии N 146329, кл. 46 с² 76, опублик. 1903.

Формула изобретения

1. Способ приготовления горючей смеси для двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в распылении топлива, смешивании его с воздухом и частичном испарении, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода и токсичности отработавших газов, топливо в газификатор подают дискретно, причем в последнем осуществляют нагрев теплоносителем стенок внутреннего корпуса-испарителя по периметру и топливо распыляют на них пленкой, а подачу топлива в карбюратор отключают и подают к нему газ из газификатора, смешивают его с воздухом в карбюраторе.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внутрь корпуса-испарителя газификатора подают воздух, причем коэффициент избытка воздуха регулируют в пределах 0,1 - 0,375.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что температуру теплоносителя устанавливают в пределах 75 до 435^oС.

4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют отработавшие газы.

5. Газификатор для приготовления горючей смеси для вигателя внутреннего сгорания, содержащий испаритель и трубопровод подачи топлива, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода топлива и токсичности, на трубопроводе подачи топлива установлена штанга, корпус газификатора выполнен в виде термоса с внутренним корпусом-испарителем и наружным кожухом, установленными один в другом с зазором между их стенками и днищами и герметично соединенными при помощи заплечиков, а последние соединены между собой болтами или винтами асимметрично относительно первого, а в верхней части корпуса выполнен патрубок вывода отработавших газов, причем на штанге трубопровода подачи топлива шарнирно установлено сигнерево колесо, а на внутренних стенках корпуса-испарителя выполнены горизонтальные гофры, причем в нижней части корпуса-испарителя выполнены отверстия для подачи воздуха, а на наружной стенке корпуса-испарителя выполнена резьба, при помощи которой крепят кольцевой воздухораспределитель с трубопроводом и регулятором подачи воздуха или втулку-заглушку, причем газификатор герметично закрыт крышкой, на которой установлены клапан избыточного давления с холодильником и магистраль подачи газа в карбюратор с регулятором подачи газа.

6. Газификатор по п. 5, отличающийся тем, что на корпус-испаритель установлена кольцевая втулка с отверстиями из теплоизолирующего материала и зафиксирована буртиком на днище кожуха.

7. Газификатор по пп. 5 и 6, отличающийся тем, что в качестве теплоизолирующего материала используют асбест.

8. Газификатор по пп. 5 - 7, отличающийся тем, что на заплечиках корпуса-испарителя выполнен выступ, по диаметру соответствующий внутреннему диаметру кожуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6