Устройство для подачи горючей смеси в цилиндры двигателя внутреннего сгорания и выпуска отработавших газов

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройству для подачи топливовоздушной смеси в двигатель внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить экономичность, удельную мощность и снизить токсичность двигателя. Устройство для подачи горючей смеси в цилиндры двигателя внутреннего сгорания и выпуска отработавших газов включает смесеобразующее устройство, систему впуска горючей смеси в цилиндры с дроссельной заслонкой и систему выпуска отработавших газов из цилиндров, головку цилиндров с впускными и выпускными клапанами. Система впуска выполнена в виде единой трубы, выходное отверстие которой совмещено с отверстием, образованным в головке цилиндров в промежутке между впускными клапанами второго и третьего цилиндров, и плавно разветвляющейся вправо и влево в симметричные каналы, сообщающиеся с патрубками впускных клапанов. Верхние части головок впускных и выпускных клапанов имеют форму усеченных конусов, а нижняя - форму сжатых полуэллипсоидов вращения. Причем система впуска снабжена установленным внутри впускной трубы между головкой цилиндров и дроссельной заслонкой вихреобразующим гомогенизирующим приспособлением, состоящим из закрученных пластинок. Одна часть пластинок расположена вверху, а другая - внизу впускной трубы, и эти части отделены от пластинок, расположенных в центральной части разделительными пластинами. Каждая из этих частей разделена перегородками на четыре секции, три из которых расположены по стенке впускной трубы, а четвертая - размещена между тремя секциями и разделительной пластиной. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к области двигателестроения, в частности к устройству для подачи топливовоздушной смеси в двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Известны ДВС с распределительным впрыском топлива форсункой и впускной патрубок в непосредственной близости от впускного клапана (см. авт. свид. СССР №2075620, кл. F 02 М 35/10, 55/00, 61/16, опубл. 20.03.97 г.).

Известные системы топливоподачи хотя и позволяют обеспечить распыливание и смесеобразование на всех режимах работы двигателя, но полностью произвести испарение всего жидкого топлива для полного сгорания рабочей смеси в цилиндрах невозможно. Поэтому процесс сгорания происходит с замедлением, приводящим к неполному сгоранию рабочей смеси, тепловой баланс двигателя ухудшается, снижается мощность двигателя, в отработавших газах повышается содержание вредных веществ.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому эффекту является известное устройство, включающее смесеобразющее устройство, систему впуска горючей смеси в цилиндры с дроссельной заслонкой и систему выпуска отработавших газов из цилиндров, головку цилиндров с впускными и выпускными клапанами (см. Двигатели внутреннего сгорания /Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. - М.: Машиностроение, 1985 г.). Однако это устройство работает неэффективно, так как во впускном коллекторе происходит недостаточное перемешивание горючей смеси и образуемая топливная пленка с большой неравномерностью распределяется по цилиндрам двигателя, вследствие чего ухудшается процесс сгорания рабочей смеси.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение экономичности, удельной мощности и снижение токсичности двигателя за счет улучшения качества распыления топлива и увеличения цикловой подачи горючей смеси.

Указанная задача решается за счет того, что устройство впуска выполнено в виде единой трубы, выходное отверстие которой совмещено с отверстием, образованным в головке цилиндров в промежутке между впускными клапанами второго и третьего цилиндров и плавно разветвляющейся вправо и влево в симметричные каналы, сообщающиеся с патрубками впускных клапанов, при этом верхние части головок впускных и выпускных клапанов имеют форму усеченного конуса, а нижняя - форму сжатого полуэллипсоида вращения, причем устройство снабжено установленным внутри впускной трубы между головкой цилиндров и дроссельной заслонкой вихреобразующим гомогенизирующим приспособлением, выполненным в виде закрученных пластинок, которых может быть в количестве 18-30 шт. с шагом закрутки в 3-8 раз превышающим ширину пластинок, часть из которых расположены вверху, а другая - внизу впускной трубы и отделены от закрученных пластинок, расположенных в центральной части впускной трубы, разделительными пластинами, каждая из этих частей разделена перегородками на четыре секции, три из которых расположены по стенке впускной трубы, а четвертая размещена между тремя секциями и разделительной пластиной.

При этом достигается технический эффект, который заключается в том, что распыленное топливо перед дроссельной заслонкой превращается за ней в парообразное состояние, одновременно повышается однородность горючей смеси и увеличивается цикловая подача в цилиндры, что улучшает экономические, мощностные и экологические показатели ДВС.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена впускная труба с вихреобразующим и гомогенизирующим приспособлением и дроссельной заслонкой в разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - головка цилиндров с впускными и выпускными клапанами в разрезе.

Устройство для подачи горючей смеси в цилиндры содержит впускную трубу 1, дроссельную заслонку 2, форсунку 3, разделительные пластины 4, закрученные пластина 5, прикрепленные к впускной трубе 1, к разделительным пластинам 4 и перегородкам 6. Шаг закрутки пластинок 5 в 3-8 раз больше ширины пластинок. Для устойчивой работы двигателя на режиме холостого хода в системе предусмотрены перепускные устройства 7. Закрученные пластинки 5, разделительные пластины 4, перегородки 6, расположенные в нижней половине впускной трубы примыкают к дроссельной заслонке 2, а остальные размещены на расстоянии, равном радиусу заслонки. Вихреобразующее приспособление (фиг.2 сечение А-А) состоит из разделенных перегородками 6 нескольких секций: две секции (8 и 9), четыре секции (10), одна секция (11).

Клапаны (фиг.3) системы впуска горючей смеси во второй цилиндр и выпуска отработавших газов состоят из впускного патрубка 12, межклапанного канала 13, соединяющего входные окна второго и первого клапанов, впускного клапана 14 и головки 15 выпускного клапана 16 и головки 17 и выпускного патрубка 18. Верхние части головок впускных и выпускных клапанов имеют форму усеченного конуса, а нижняя - форму сжатого полуэллипсоида вращения.

Работа заявленного устройства осуществляется следующим образом. Поток воздуха, проходящий через трубопровод перед дроссельной заслонкой 2 образует горючую смесь путем смешивания воздуха с бензином, распыляемым форсункой. За дроссельной заслонкой 2 горючая смесь входит в вихреобразующее гомогенизирующее приспособление, установленное во впускной трубе 1, где образуется вихрь, мощность которого растет с уменьшением шага закрутки пластинок 5. Скорость потока значительно возрастает, поэтому распыливание и перемешивание топливовоздушной смеси в 10-15 раз интенсивнее, за счет использования гомогенизирующего приспособления.

При пуске и прогреве двигателя обогащенная горючая смесь пропускается с большой скоростью через секции 8 (фиг.2), что обеспечивает дополнительное распыление топлива. Процесс пуска облегчается, время прогрева двигателя сокращается при слабом обогащении горючей смеси. При работе на режимах холостого хода и частичных нагрузках на начальном этапе открытия дроссельной заслонки 2 подключаются также четыре секции 10. При работе двигателя на средних нагрузках добавляются секции 9. На близких к полной и при полной мощности двигателя в работу подключается секция 11. В предлагаемом приспособлении поперечное вихревое перемешивание потока представляет собой мелкомасштабную турбулизацию, которая обеспечивает полную испаряемость капель распыленного топлива форсункой и гомогенизацию топливовоздушной смеси, повышая ее однородность, а также обеспечивается направленность потока за счет интенсивной вихревой пульсации горючей смеси, подаваемой в цилиндры. Процесс сгорания интенсифицируется и происходит более полно, поэтому снижается в 1,5-2 раза токсичность отработавших газов.

Шаг закрутки пластинок выбран в 3-8 раз больше ширины пластинок потому, что это соотношение обеспечивает оптимальные аэродинамические характеристики, повышение турбулентности потока, способствующего усилению испарения топлива и перемешиванию горючей смеси. Для пластинок шириной 3, 4, 5 мм оптимальным является 3-5 - разовый шаг закрутки, для 6-9 мм - 6-8 - разовый шаг закрутки.

При величине шага закрутки менее 3-х раз, вначале увеличится аэродинамическое сопротивление, а далее пластина превратится в закрученный трубчатый канал. При величине шага закрутки пластинки более чем в 8 раз будет иметь место значительное ослабление турбулизации горючей смеси. На входе в блок цилиндров впускная труба 1 плавно разветвляется вправо для переменной подачи горючей смеси во второй, далее в первый цилиндр, а потом налево в третий и четвертый цилиндры.

После закрытия клапана четвертого цилиндра часть потока горючей смеси по инерции продолжает движение влево при одновременном движении большей части потока вправо. Такой же эффект проявляется и при закрытии клапана первого цилиндра. Таким образом, осуществляется в малой степени наддув в топливовоздушной смеси перед закрытыми клапанами. Для значительного увеличения подачи цикловой порции горючей смеси в цилиндры головки впускных и выпускных клапанов выполнены с малым аэродинамическим сопротивлением, при этом верхние части головок имеют форму усеченного конуса, а нижние форму сжатого полуэллипсоида вращения. При движении горючей смеси вдоль конусной поверхности головки впускного клапана и далее через открывающийся кольцевой зазор поток смеси охватывает поверхность головки частично вследствие эффекта Коанда и направляется вдоль оси цилиндра, преимущественно по пути, заданному внешней поверхностью сжатого полуэллипсоида вращения.

Предлагаемая форма головок, способствует более полному наполнению цилиндра горючей смесью, быстрому сгоранию, а также быстрому и полному освобождению от отработавших газов.

Формула изобретения

1. Устройство для подачи горючей смеси в цилиндры двигателя внутреннего сгорания и выпуска отработавших газов, включающее смесеобразующее устройство, систему впуска горючей смеси в цилиндр с дроссельной заслонкой и систему выпуска отработавших газов из цилиндров, головку цилиндров с впускными и выпускными клапанами, отличающееся тем, что система впуска выполнена в виде единой трубы, выходное отверстие которой совмещено с отверстием, образованным в головке цилиндров в промежутке между впускными клапанами второго и третьего цилиндров, и плавно разветвляющейся вправо и влево в симметричные каналы, сообщающиеся с патрубками впускных клапанов, при этом верхние части головок впускных и выпускных клапанов имеют форму усеченных конусов, а нижняя форму сжатых полуэлипсоидов вращения, причем система впуска снабжена установленным внутри впускной трубы между головкой цилиндров и дроссельной заслонкой вихреобразующим гомогенизирующим приспособлением, состоящим из закрученных пластинок, одна часть которых расположена сверху, а другая - внизу впускной трубы, и эти части отделены от пластинок, расположенных в центральной части разделительными пластинами, а каждая из этих частей разделена перегородками на четыре секции, три из которых расположены по стенке впускной трубы, а четвертая размещена между тремя секциями разделительной пластиной.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вихреобразуещее гомогенизирующее приспособление состоит из 18÷30 закрученных пластинок с шагом закрутки в 3÷8 раз большим ширины пластинок.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3