Узел камеры сгорания для работающего на топливе отопителя транспортного средства
Изобретение относится к отопителям транспортного средства. Узел камеры сгорания содержит проходящую в направлении продольной оси (L) узла камеры сгорания смесительную камеру (20) для образования топливно-воздушной смеси, топливоподающее устройство (38) для подачи топлива (В) в смесительную камеру (20), устройство подачи воздуха (V) для горения в смесительную камеру (20), диффузорное устройство (22), расположенное в направлении продольной оси (L) узла камеры сгорания вниз по потоку за смесительной камерой (20). Топливоподающее устройство (38) содержит испарительное устройство (36), а устройство (18) подачи воздуха для горения – устройство (14) создания вихревого течения. Устройство (14) создания вихревого течения расположено в направлении продольной оси (L) узла камеры сгорания вверх потоку перед смесительной камерой (20) с испарительным устройством (36). Достигается уменьшение выброса оксида азота в режиме горения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к узлу камеры сгорания для работающего на топливе отопителя транспортного средства.
Из документа ЕР 2128233 А1 известен узел камеры сгорания для работающего на топливе отопителя транспортного средства, у которого вверх по потоку перед устройством создания вихревого течения расположена пористая испарительная среда. В нее подается жидкое топливо. Оно отдается на обращенной к устройству создания вихревого течения поверхности пористой испарительной среды. Поступающий радиально снаружи в устройство создания вихревого течения воздух смешивается в зоне устройства с имеющимися в нем топливными парами и покидает образованную, в основном, в зоне устройства создания вихревого течения смесительную зону в направлении следующего вниз по потоку за устройством создания вихревого течения диффузорного устройства.
Задачей изобретения является создание узла камеры сгорания для работающего на топливе отопителя транспортного средства, который позволил бы достичь в режиме горения уменьшения выброса оксида азота.
Согласно изобретению, эта задача решается посредством узла камеры сгорания для работающего на топливе отопителя транспортного средства, содержащего:
- проходящую в направлении продольной оси узла камеры сгорания смесительную камеру для образования топливно-воздушной смеси,
- устройство подачи топлива в смесительную камеру,
- устройство подачи воздуха для горения в смесительную камеру,
- диффузорное устройство, расположенное в направлении продольной оси узла камеры сгорания вниз по потоку за смесительной камерой,
причем топливоподающее устройство содержит испарительное устройство, а устройство подачи воздуха для горения – устройство создания вихревого течения и причем устройство создания вихревого течения расположено в направлении продольной оси узла камеры сгорания вверх потоку перед смесительной камерой с испарительным устройством.
За счет заявленной последовательности узлов, а именно устройства создания вихревого течения, смесительной камеры с ее испарительным устройством и диффузорного устройства, достигаются улучшенная рециркуляция отработавших газов из диффузорного устройства в зону смесительной камеры и, тем самым, в процесс горения, в результате чего уменьшается доля оксида азота в отработавших газах, протекающих из диффузорного устройства, например, в направлении жаровой трубы.
Чтобы обеспечить большой объем смесительной камеры, в который может быть возвращена также, по меньшей мере, часть рециркулированных отработавших газов, предложено, что смесительная камера окружена проходящей в направлении продольной оси узла камеры сгорания и окружающей ее периферийной стенкой, при этом испарительное устройство содержит пористую испарительную среду, которая закрывает, по меньшей мере, местами периферийную стенку смесительной камеры на обращенной к смесительной камере внутренней стороне.
При этом для равномерной подачи топлива в смесительную камеру пористая испарительная среда может закрывать периферийную стенку смесительной камеры, в основном, по всей ее периферии и/или пористая испарительная среда может быть выполнена кольцеобразной или трубчатой. Таким образом, в основном, вся окружающая смесительную камеру внутренняя поверхность может быть образована пористой испарительной средой.
Чтобы при требуемом увеличении проточного сечения обеспечить присоединение диффузорного устройства к смесительной камере, предложено, что диффузорное устройство содержит периферийную стенку диффузора, причем периферийная стенка диффузора имеет следующий за смесительной камерой первый участок длины небольшого внутреннего размера, преимущественно внутреннего диаметра или площади внутреннего сечения, и следующий в направлении продольной оси узла камеры сгорания вниз по потоку за первым участком длины периферийной стенки ее второй участок длины большего, по меньшей мере, местами внутреннего размера, преимущественно внутреннего диаметра или площади внутреннего сечения, возрастающего вдоль продольной оси узла камеры сгорания в направлении от первого участка длины периферийной стенки.
При этом периферийная стенка диффузора на первом участке своей длины может быть выполнена, в основном, постоянного вдоль продольной оси узла камеры сгорания внутреннего размера.
Чтобы обеспечить бесступенчатый или без изломов переход, например, к жаровой трубе и т.п., на втором участке длины периферийной стенки внутренний размер периферийной стенки диффузора может дегрессивно возрастать в направлении от первого участка длины периферийной стенки. Для этого между первым и вторым участками длины периферийной стенки может быть предусмотрен переходный участок периферийной стенки с, по меньшей мере, местами прогрессивным возрастанием внутреннего размера периферийной стенки диффузора, преимущественно внутреннего диаметра или площади внутреннего сечения.
Далее периферийная стенка диффузора может иметь следующий вниз по потоку за вторым участком длины третий участок длины, в основном, постоянного вдоль продольной оси узла камеры сгорания внутреннего размера, преимущественно внутреннего диаметра или площади внутреннего сечения. Этот третий участок длины периферийной стенки может переходить в жаровую трубу или образовать ее или ее часть.
Для стабилизации горения предложено, что диффузорное устройство содержит расположенную на периферийной стенке диффузора жаровую заслонку.
Для конструктивно простого выполнения периферийная стенка диффузора может быть закреплена первым участком своей длины на направленном вниз по потоку конце периферийной стенки смесительной камеры.
Устройство создания вихревого течения может содержать несколько дефлекторов, расположенных друг за другом в направлении периферии вокруг продольной оси узла камеры сгорания. Эти дефлекторы могут эффективно отклонять в направлении периферии воздух для горения, натекающий, например, в направлении продольной оси узла камеры сгорания на нее.
Для присоединения к смесительной камере устройство подачи воздуха для горения может содержать несущий дефлекторы корпус для вихревого течения, причем преимущественно может быть предусмотрено, что корпус для вихревого течения закреплен на направленном вверх по потоку конце периферийной стенки смесительной камеры.
Изобретение относится также к работающему на топливе отопителю транспортного средства, содержащему узел камеры сгорания заявленной конструкции.
Такой отопитель может содержать далее воздуходувку для подачи воздуха для горения в смесительную камеру через устройство создания вихревого течения и топливный насос для подачи топлива в смесительную камеру.
Изобретение более подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - перспективный вид узла камеры сгорания для работающего на топливе отопителя транспортного средства;
фиг. 2 - принципиальный вид работающего на топливе отопителя транспортного средства с показанным при виде сбоку узлом камеры сгорания по фиг. 1;
фиг. 3 - продольный разрез узла камеры сгорания из фиг. 1 и 2 по линии III-III по фиг. 2;
фиг. 4 - соответствующий фиг. 1 перспективный вид узла камеры сгорания для работающего на топливе отопителя транспортного средства;
фиг. 5 - вид сбоку узла камеры сгорания по фиг. 2;
фиг. 6 - продольный разрез узла камеры сгорания по фиг. 4 и 5 по линии VI-VI по фиг. 5.
На фиг. 1-3 изображен первый вариант выполнения узла 10 камеры сгорания для изображенного на фиг. 2 в принципиальном виде, работающего на топливе отопителя 12 транспортного средства. Узел 10 камеры сгорания содержит расположенные друг за другом в направлении его продольной оси L устройство 18 подачи воздуха для горения с устройством 14 создания вихревого течения, следующую за ним вниз по потоку смесительную камеру 20 и следующее за смесительной камерой 20 вниз по потоку диффузорное устройство 22.
Воздуходувка 24 для воздуха для горения, выполненная, например, в виде воздуходувки с боковым каналом, подает необходимый для горения воздух V, например, приблизительно в направлении продольной оси L узла камеры сгорания к устройству 14 создания вихревого течения устройства 18 подачи воздуха для горения. За счет этого ориентированный сначала приблизительно в направлении продольной оси L узла камеры сгорания поток воздух V для горения отклоняется в направлении периферии, так что окружающее продольную ось L узла камеры сгорания вихревое течение воздуха V для горения создается в следующей за устройством 14 создания вихревого течения смесительной камере 20 и в примыкающем к смесительной камере 20 диффузорном устройстве 22.
В примере на фиг. 1-3 устройство 14 создания вихревого течения содержит выполненный приблизительно в виде трубы или цилиндрически корпус 26 для вихревого течения. На его направленном вверх по потоку конце друг за другом в направлении периферии отогнуты несколько лопастных дефлекторов 28, которые, проходя радиально снаружи радиально внутрь, могут иметь в направлении периферии соответственно вогнутую структуру, чтобы достичь эффективного отклонения потока воздуха V для горения в направлении периферии.
Своим направленным вниз по потоку концом корпус 26 для вихревого течения вставлен в направленный вверх по потоку конец 30 имеющей принципиально, в основном, цилиндрическую форму периферийной стенки 32 смесительной камеры и соединен с ним с материальным замыканием, например посредством сварки. Внутренняя сторона периферийной стенки 32 смесительной камеры приблизительно по всей ее осевой протяженности и преимущественно по всей периферии закрыта выполненной трубчатой или кольцеобразной пористой испарительной средой 34 испарительного устройства 36 топливоподающего устройства 38. По проходящему через периферийную стенку смесительной камеры или впадающий в нее топливопровод 40 в пористую испарительную среду 34 подается жидкое топливо В. За счет капиллярного действия, при необходимости также при поддержке силы тяжести, жидкое топливо В распределяется во внутреннем объеме пористой испарительной среды 34, которая может быть выполнена в виде металлической плетенки, металлической пены, пенокерамики и т.п. На открытой радиально внутрь поверхности пористая испарительная среда 34 отдает топливо В в виде пара в окруженную периферийной стенкой смесительную камеру 20, в результате чего этот топливный пар может смешиваться с потоком воздуха V для горения, подаваемым вверх по потоку в смесительную камеру 20 через устройство 14 создания вихревого течения. Этому смешиванию способствует то обстоятельство, поток воздуха для горения поступает в смесительную камеру 20 в виде вихревого течения.
Примыкающее или прочно присоединенное к направленному вниз по потоку концу 44 периферийной стенки 32 смесительной камеры диффузорное устройство 22 содержит периферийную стенку 46 с первым участком 48 длины. Этот первый участок 48 длины периферийной стенки, выполненный, в основном, постоянного внутреннего размера, т.е., например, в основном, постоянного внутреннего диаметра или постоянной площади внутреннего сечения, т.е., в основном, цилиндрически, вставлен в направленный вниз по потоку конец 44 периферийной стенки 32 смесительной камеры и соединен с ним с материальным замыканием, например посредством сварки.
За первым участком 48 длины периферийной стенки 46 диффузора следует ее второй участок 50 длины. На этом втором участке 50 длины периферийной стенки внутренний размер периферийной стенки 46 увеличивается. Видно, что в направлении продольной оси L узла камеры сгорания это увеличение внутреннего размера, т.е., например, внутреннего диаметра или внутреннего сечения, дегрессивное, т.е. интенсивность возрастания уменьшается в направлении продольной оси L узла камеры сгорания вниз по потоку, пока не переходе к третьему участку 52 длины периферийной стенки интенсивность возрастания внутреннего размера не будет равна нулю. На третьем участке 52 длины периферийная стенка 46 диффузора имеет, в основном, постоянный внутренний размер, например внутренний диаметр или площадь внутреннего сечения, так что также на этом участке имеет место, в основном, цилиндрическая структура периферийной стенки 46 диффузора, причем вследствие дегрессивного возрастания внутреннего размера периферийной стенки 46 диффузора на втором участке ее длины переход к третьему участку 52 длины периферийной стенки может происходить, в основном, без изломов или бесступенчато.
В направленной вниз по потоку зоне второго участка 50 длины периферийной стенки он переходит на участке 54 ее длины в первый участок 48. Поскольку в изображенном примере первый участок 48 длины периферийной стенки имеет приблизительно постоянный внутренний размер, участок 54 ее длины выполнен для примыкания бесступенчато или без изломов к первому участку 48, исходя от него с прогрессивным возрастанием внутреннего размера периферийной стенки 46 диффузора, т.е., например, внутреннего диаметра или площади внутреннего сечения.
На третьем участке 52 длины периферийной стенки предусмотрена жаровая заслонка 56, которая служит для того, чтобы стабилизировать горение или пламя в лежащей вниз по потоку за ней зоне, т.е., в основном, в смесительной камере 20 и в следующем за ней диффузорном устройстве 22.
В режиме горения образованная в смесительной камере 20 смесь из воздуха V для горения и подаваемого топливным насосом 58, например насосом-дозатором, топлива В с обозначенным на фиг. 3 вихревым течением будет течь в зону диффузорного устройства 22. За счет органа зажигания, например штифта накала (не показан), в этой зоне 42 объема запускается процесс горения, так что в зоне смесительной камеры 20 и диффузорного устройства 46 вследствие протекающего там процесса горения образуются отработавшие газы. Они выходят из лежащей вверх по потоку перед жаровой заслонкой 56 зоны через выполненное в жаровой заслонке 56 отверстие 60 в направлении следующей за ней жаровой трубы 62, образованной, в основном, третьим участком 52 длины периферийной стенки 46 диффузора. В теплообменном устройстве (не показано) содержащееся в отработавших газах тепло может передаваться на нагреваемую среду.
Вследствие вихревого течения, созданного устройством 14 создания вихревого течения, часть поступающих в диффузорное устройство 22 или образующихся там отработавших газов отклоняется радиально внутрь и, тем самым, возвращается обратно в направлении вверх по потоку, т.е. также в направлении смесительной камеры 20. За счет этого возврата отработавших газов в процесс горения заметно уменьшается доля содержащегося в них оксида азота. Поскольку эта рециркуляция отработавших газов возникает, в основном, за счет управления течением или вихревого течения, т.е. она, в основном, не зависит от того, имеется ли жаровая заслонка 56 или где она расположена, происходит разделение потока отработавших газов с малыми потерями, благодаря чему в зоне смесительной камеры 20 и примыкающего к ней диффузорного устройства 22 может быть осуществлен эффективный режим горения. Для этого режима горения объем смесительной камеры 20 и объем, ограниченный первым участком 48 длины периферийной стенки, ее переходным участком 54, вторым участком 50 ее длины и частично также третьим участком 52 ее длины, образуют, в основном, камеру 64 сгорания узла 10.
В варианте на фиг. 4-6 конструкция смесительной камеры 20 и диффузорного устройства 22, в основном, соответствуют описанной выше конструкции, так что здесь следует сослаться на описание фиг. 1-3.
Отличие заключается в выполнении устройства 14 создания вихревого течения устройства 18 подачи воздуха для горения. Корпус 26 для вихревого течения устройства 18 подачи воздуха для горения содержит две расположенные друг за другом в направлении продольной оси L узла камеры сгорания, тарельчатые или дискообразные части 66, 68, между которыми расположены несколько проходящих радиально снаружи радиально внутрь дефлекторов 28. Таким образом, образованы следующие друг за другом, ведущие радиально снаружи радиально внутрь проточные каналы 70, по которым радиально снаружи радиально внутрь направляется поступающий в виде вихревого течения в смесительную камеру 20 воздух для горения. Часть 68 корпуса имеет шейку 72, которая вставлена в направленный радиально вверх конец 30 периферийной стенки 32 смесительной камеры и прочно соединена с ним.
Также в этом выполнении узла 10 камеры сгорания воздух V для горения поступает в виде вихревого течения в смесительную камеру 20, смешивается там с испаренным топливом и сгорает, так что образующиеся при сжигании в камере 64 сгорания отработавшие газы вследствие вихревого течения частично направляются в диффузорном устройстве 22 радиально внутрь и снова обратно в направлении смесительной камеры 20.
1. Узел камеры сгорания для работающего на топливе отопителя транспортного средства, содержащий:
- проходящую в направлении продольной оси (L) узла камеры сгорания смесительную камеру (20) для образования топливно-воздушной смеси,
- топливоподающее устройство (38) для подачи топлива (В) в смесительную камеру (20),
- устройство подачи воздуха (V) для горения в смесительную камеру (20),
- диффузорное устройство (22), расположенное в направлении продольной оси (L) узла камеры сгорания вниз по потоку за смесительной камерой (20),
причем топливоподающее устройство (38) содержит испарительное устройство (36), а устройство (18) подачи воздуха для горения – устройство (14) создания вихревого течения и причем устройство (14) создания вихревого течения расположено в направлении продольной оси (L) узла камеры сгорания вверх по потоку перед смесительной камерой (20) с испарительным устройством (36).
2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что смесительная камера (20) окружена проходящей в направлении продольной оси (L) узла камеры сгорания и окружающей ее периферийной стенкой (32), при этом испарительное устройство (36) содержит пористую испарительную среду (34), которая закрывает, по меньшей мере, местами периферийную стенку (32) смесительной камеры на обращенной к смесительной камере (20) внутренней стороне.
3. Узел по п. 2, отличающийся тем, что пористая испарительная среда (34) закрывает периферийную стенку (32) смесительной камеры, в основном, по всей ее периферии и/или пористая испарительная среда (34) выполнена кольцеобразной или трубчатой.
4. Узел по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что диффузорное устройство (22) содержит периферийную стенку (46) диффузора, причем периферийная стенка (46) диффузора имеет следующий за смесительной камерой (20) первый участок длины (48) небольшого внутреннего размера, преимущественно внутреннего диаметра или площади внутреннего сечения, и следующий в направлении продольной оси (L) узла камеры сгорания вниз по потоку за первым участком (48) длины периферийной стенки ее второй участок (50) длины большего, по меньшей мере, местами внутреннего размера, преимущественно внутреннего диаметра или площади внутреннего сечения, возрастающего вдоль продольной оси (L) узла камеры сгорания в направлении от первого участка (48) длины периферийной стенки.
5. Узел по п. 4, отличающийся тем, что периферийная стенка (46) диффузора на первом участке (48) своей длины выполнена, в основном, постоянного вдоль продольной оси (L) узла камеры сгорания внутреннего размера.
6. Узел по п. 4 или 5, отличающийся тем, что на втором участке (50) длины периферийной стенки внутренний размер периферийной стенки (46) диффузора дегрессивно возрастает в направлении от первого участка (48) длины периферийной стенки и/или между первым участком (48) и вторым участком (50) длины периферийной стенки предусмотрен переходный участок (54) периферийной стенки с, по меньшей мере, местами прогрессивным возрастанием внутреннего размера периферийной стенки (46) диффузора, преимущественно внутреннего диаметра или площади внутреннего сечения.
7. Узел по любому из пп. 4-6, отличающийся тем, что периферийная стенка (46) диффузора имеет следующий вниз по потоку за вторым участком (50) длины третий участок (52) длины, в основном, постоянного вдоль продольной оси (L) узла камеры сгорания внутреннего размера, преимущественно внутреннего диаметра или площади внутреннего сечения.
8. Узел по любому из пп. 4-7, отличающийся тем, что диффузорное устройство (22) содержит расположенную на периферийной стенке (46) диффузора жаровую заслонку (56).
9. Узел по любому из пп. 2, 4-8, отличающийся тем, что периферийная стенка (46) диффузора закреплена первым участком (48) своей длины на направленном вниз по потоку конце (44) периферийной стенки (32) смесительной камеры.
10. Узел по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что устройство (14) создания вихревого течения содержит несколько дефлекторов (28), расположенных друг за другом в направлении периферии вокруг продольной оси (L) узла камеры сгорания.
11. Узел по п. 10, отличающийся тем, что устройство (18) подачи воздуха для горения содержит несущий дефлекторы (28) корпус (26) для вихревого течения.
12. Узел по п. 2 или 10, отличающийся тем, что корпус (26) для вихревого течения закреплен на направленном вверх по потоку конце (30) периферийной стенки (32) смесительной камеры.
13. Работающий на топливе отопитель транспортного средства, содержащий узел (10) камеры сгорания по любому из пп. 1-12.
14. Отопитель по п. 13, отличающийся тем, что он содержит воздуходувку (24) для подачи воздуха (V) для горения в смесительную камеру (20) через устройство (14) создания вихревого течения и топливный насос (58) для подачи топлива (В) в смесительную камеру (20).
