Устройство диспергирования и гомогенизации топливной смеси для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания-"шиф"

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателя внутреннего сгорания. Изобретение позволяет улучшить качество топливной смеси, повысить экономичность, увеличить время работы топливной смеси. Устройство подготовки топливной смеси, устанавливаемое под карбюратором, представляет собой направляющий аппарат, состоящий из неподвижных изогнутых лопастей с отверстиями в них. Лопасти имеют толщину стенок 0,3 - 7 мм, а диаметр отверстий 0,4 - 10 мм. Толщина лопастей и диаметр отверстий в них определяются размерами карбюратора и требуемой производительностью устройства.

Изобретение относится к области двигателестроения и служит для повышения дисперсности горючего в потоке топливной смеси (ТС).

Современные карбюраторы позволяют распылять топливо до капель диаметром порядка 0,02÷0,05 мм. Принято считать, что топливо при такой карбюризации сгорает за 1÷2 мс [1], причем коленчатый вал за это время успевает повернуться на 50÷70 и более градусов.

В действительности, распыленное до такого размера капель топливо практически горит на всем протяжении рабочего хода, так и не успевая до конца сгореть в цилиндре. Кроме того, почти ламинарный поток ТС на выходе из диффузора остается практически гетерогенным на всем пути до всасывающего клапана.

Считается, что на современном этапе развития двигателей внутреннего сгорания (ДВС) возможности карбюраторов исчерпаны, и следует переходить на непосредственный впрыск горючего (инжекцию) в камеру сгорания без предварительной подготовки ТС.

Главная цель, которой пытаются добиться с помощью инжекционного впрыска топлива в камеру сгорания, - топливная экономичность и простота.

Во-первых, при любой минимизации количества впрыскиваемого топлива даже с помощью электроники без развития поверхности его контакта с кислородом воздуха желаемого выигрыша в повышении качества топлива не может быть получено.

Во-вторых, применяемая электронная аппаратура управления инжекционным впрыском топлива делает стоимость ДВС на 25÷30% выше, т.е. стоимость а/м выше на 10÷12%. Существенно увеличивает стоимость автомобиля в целом и необходимость применения дорогостоящего платино-палладиевого нейтрализатора горючих газов, который довольно быстро при некачественном топливе выходит из строя.

Устройствам, реализующим эжекторный и инжекторный способы подачи топлива в камеру сгорания, присущи как общие, так и индивидуальные недостатки. Эти недостатки делают ДВС неэкономичным, неэкологичным из-за медленного горения и неполного сгорания топлива в цилиндре; условия горения близки к детонационным, что подтверждается применением высокооктанового бензина. Это становится определяющим в неэффективности преобразования химической энергии в тепловую применительно к ДВС.

Первой удачной попыткой улучшения качества ТС было устройство распыления горючего в потоке ТС после карбюратора - конус Бут Ко [2]. Это конус с множеством отверстий в его стенке. Он устанавливался своим основанием под карбюратором в потоке ТС. Предполагалось, что горючее в ТС на выходе из конуса из диффузора карбюратора будет диспергироваться, а сам поток ТС, который на выходе почти ламинарный, будет турбулентным и гомогенизированным. Оказалось, что поток ТС отражался в вершине конуса от его стенок и создавал противодавление входному потоку. Стенки конуса становились фактически непрозрачными для потока ТС - аэродинамическое сопротивление возрастало с открытием заслонки. Эффект повышения оборотов на 10÷12% холостом ходу, т.е. при закрытой заслонке, постепенно исчезал при ее открывании и становился уже отрицательным.

В качестве ближайшего аналога - прототипа выбрано устройство подготовки топливной смеси, устанавливаемое под карбюратором, представляет собой направляющий аппарат, состоящий из неподвижных изогнутых лопастей с отверстиями в них (патент США 2140425, опубл. 13.12.1938).

Недостатком известного устройства является недостаточное качество топливной смеси, невысокая экономичность, недостаточное увеличение времени работы горючей смеси.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение качества топливной смеси, повышение экономичности ДВС, увеличение времени работы горючей смеси за счет полного, быстрого и бездетонационного ее сгорания, возможности повышения степени сжатия.

Поставленная задача достигается за счет того, что в известном устройстве подготовки топливной смеси, устанавливаемом под карбюратором и представляющим собой направляющий аппарат, состоящий из неподвижных изогнутых лопастей с отверстиями в них, лопасти имеют толщину стенок от 0,3 до 7 мм, а диаметр отверстий от 0,4 до 10 мм, причем толщина лопастей и диаметр отверстий в них определяются размерами карбюратора и требуемой производительностью устройства.

Конструктивно устройство "ШИФ" представляет собой направляющий аппарат, состоящий из неподвижных металлических или металлизированных пластмассовых изогнутых лопастей с наклоном хорды сечения от 90 до 0^o, имеющих толщину стенок от 0,3 до 7 мм и служащих для разделения почти ламинарного потока ТС после диффузора карбюратора на несколько (по числу лопастей) потоков мелкомасштабной турбулентности. В стенках лопастей есть отверстия диаметром от 0,4 до 10 мм. Форма отверстий, технологии получения их - сверление, пробивка, искровой пробой, пистоны, металлизация, склеивание, сварка и т.д. - могут быть любыми. С помощью этих отверстий потоки мелкомасштабной турбулентности превращаются во множество потоков (по числу отверстий) микромасштабной турбулентности. Внутри самого устройства ШИФ все потоки - мелко- и микромасштабные - взаимопроникают друг в друга. Капли горючего в ТС на выходе из ШИФ'а измельчаются, а поток ТС турбулизируется и гомогенизируется. На всем диапазоне скоростей потока ТС ШИФ остается прозрачным для потока, создавая лишь незначительное пренебрежимо малое аэродинамическое сопротивление потоку ТС, выполняя роль (в соответствующем масштабе) демпфера пульсаций потока ТС [1].

Размер устройства ШИФ, толщина и кривизна его лопастей, количество и диаметр отверстий в стенках лопастей определяются конструкцией карбюратора и требуемой производительностью.

Положительным эффектом применения устройства ШИФ является - экономия топлива на 50÷60% (город - шоссе); - полное или почти полное сгорание горючего; - возможность использования бензина с меньшим октановым числом; - возможность увеличения степени сжатия на 2 единицы, т.е. повышения КПД на ~ 10% только за счет увеличения допустимой степени сжатия [5, 6].

- кроме того, исчезает необходимость применения дорогостоящих платино-палладиевых нейтрализаторов.

В конечном итоге это устройство существенно разгружает экологическую напряженность в атмосфере.

Конструктивно устройство ШИФ может быть встроено в карбюратор.

Испытания устройства ШИФ 22.08.2000 в НАМИ подтвердили декларируемые свойства ШИФ.

Источники информации 1. Ред Д. Миллиард, Дж. Спрингер. Топливная экономичность автомобилей с двигателями. М.: Машиностроение, 1988 г.

2. Синельников А. и др. Журнал "За рулем". 1980÷1982 г. "Конус Бут Ко".

3. Журнал "Изобретатель и рационализатор" (ИР), 7, 1982 г. "Карбюратор Рихарда Шоттка", стр. 34-35.

4. Ю. Мацкерле. Современный экономичный двигатель. М.: Машиностроение, 1987 г.

5. Дмитриевский А.В., Каменев В.Ф. Карбюраторы автомобильных двигателей. М.: Машиностроение, 1990 г.

6. Крутов В.И., Горбаневский В.Е., Кислов В.Г. Топливная аппаратура автотракторных двигателей (для ВУЗ'ов). М.: Машиностроение, 1985 г.

Формула изобретения

Устройство подготовки топливной смеси, устанавливаемое под карбюратором, представляет собой направляющий аппарат, состоящий из неподвижных изогнутых лопастей с отверстиями в них, отличающееся тем, что лопасти имеют толщину стенок 0,3 - 7 мм, а диаметр отверстий 0,4 - 10 мм, причем толщина лопастей и диаметр отверстий в них определяются размерами карбюратора и требуемой производительностью устройства.