УСТРОЙСТВО ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ ДЛЯ КАРБЮРАТОРНЫХ ДВС

Полезная модель относится к устройствам приготовления топливовоздушной - ТВС смеси в двигателях внутреннего сгорания - ДВС.
Известна термоизолирующая прокладка под карбюратор серийного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) (см. Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту автомобилей ВАЗ, г. Москва, 1998 г. стр. 44-53).
Недостаток - низкий КПД ДВС.
При всех достоинствах прототипа, существующая штатная термоизолирующая прокладка не обеспечивает функцию эффективного смешивания компонентов и гомогенизации топливной смеси, поэтому не обеспечивает экономию топлива и достаточную полноту его сжигания в камерах сгорания двигателей и экономии топлива.
Известно устройство для приготовления топливной смеси для карбюраторных ДВС по патенту РФ на полезную модель №63247, МПК опубл. 27.05.2007 г., прототип.
Это устройство содержит штатную термоизолирующую прокладку, размещенную между карбюратором и впускным коллектором двигателя внутреннего сгорания, выполненную в виде корпуса из термоизоляционного материала, с размерами, конфигурацией днища штатного карбюратора, и имеющую рабочие отверстия для пропускания топливной смеси из карбюратора во впускной коллектор, включающих основное рабочее отверстие, коаксиальное с основным рабочим отверстием (окном) карбюратора и второе отверстие, коаксиальное со вторым форсажным рабочим отверстием карбюратор, снабжено дополнительными аэродинамическими завихрителями компонентов топливной смеси, содержащими отверстия в корпусе прокладки и кольцевые смесительные камеры, размещенные в корпусе термопрокладки коаксиально ее рабочим отверстиям, причем входы смесительных камер соединены тангенциальными отверстиями с атмосферой, выпускным трактом и источником водяного пара, непосредственно или через дополнительный смеситель, а выходы этих смесительных камер присоединены тангенциальными каналами к рабочим отверстиям данной прокладки, имеющими также определенный угол наклона к потоку топливной смеси, с диаметрами отверстий и их определенным углом наклона к потоку основной топливной смеси обеспечивающими наилучшее качество топливной смеси, причем устройство дополнительно снабжено сетчатым распылителем топлива, размещенным сверху рабочих отверстий данной прокладки.
Признаки, общие с прототипом: «устройство приготовления топливной смеси в ДВС, содержащее термоизолирующую прокладку, размещенную между карбюратором и впускным коллектором двигателя внутреннего сгорания, выполненную в виде корпуса из термоизоляционного материала, с размерами, конфигурацией днища карбюратора, и имеющую рабочие отверстия для пропускания топливной смеси из карбюратора во впускной коллектор.
Недостатки относительно низкая эффективность устройства и как следствие низкий КПД ДВС и большой разброс характеристик всех устройств при серийном изготовлении из-за невозможности выполнить калиброванные тангенциальные отверстия.
Технический результат, данной полезной модели состоит в повышении эффективности устройства за счет исключения разброса характеристик устройства и упрощение его изготовления и сборки.
Решение указанных задач достигнуто в устройстве приготовления топливной смеси для карбюраторных ДВС, содержащем термоизолирующую прокладку, размещенную между карбюратором и впускным коллектором двигателя внутреннего сгорания, выполненную в виде корпуса из термоизоляционного материала, и, по меньшей мере, один патрубок подачи дополнительного компонента, при этом в корпусе выполнено, по меньшей мере, одно рабочее отверстие для пропускания топливовоздушной смеси из карбюратора во впускной коллектор, каждое рабочее отверстие снабжено завихрителем топливной смеси, размещенным непосредственно в рабочем отверстии корпуса, содержащим кольцевую смесительную камеру и тангенциальные отверстия, которые сообщают эту камеру с рабочим отверстием, отличающееся тем, что каждый завихритель содержит гильзу, а тангенциальные отверстия выполнены непосредственно в этой гильзе. Каждая гильза может быть выполнена из термостойкой пластмассы или из металла, например, алюминия. В тангенциальных отверстиях могут быть установлены форсунки. Форсунки могут быть выполнены вихревыми. Каждое рабочее отверстие может быть снабжено сетчатым распылителем топлива, размещенным сверху рабочих отверстий. В корпусе может быть выполнено два рабочих отверстия. Завихрители могут быть выполнены с возможностью закрутки топливовоздушной смеси в обоих рабочих отверстиях в одну сторону. Завихрители могут быть выполнены с возможностью закрутки топливовоздушной смеси в обоих рабочих отверстиях в разные стороны. Кольцевые смесительные камеры могут иметь общий входной патрубок. Устройство может быть снабжено фильтром, установленным в общем входном патрубке. Устройство может быть снабжено воздушным патрубком, присоединенным к общему патрубку. Устройство может быть снабжено системой подачи воды через дополнительный дозатор, например, медицинскую иглу.
Устройство может быть снабжено смесителем, установленным перед фильтром. Устройство может быть снабжено воздушным патрубком и патрубком водяного пара, подсоединенными к входу в смеситель. Устройство может быть снабжено воздушным патрубком и патрубком выхлопных газов, подсоединенными к входу в смеситель. Устройство может быть снабжено патрубком водяного пара и патрубком выхлопных газов, подсоединенными к входу в смеситель. Устройство может быть снабжено воздушным патрубком, патрубком водяного пара и патрубком выхлопных газов, подсоединенными к входу в смеситель.
Устройство может быть снабжено вихревой смесительной камерой, установленной перед фильтром. Устройство может быть снабжено воздушным патрубком и патрубком водяного пара, подсоединенными к входу в вихревую смесительную камеру. Устройство может быть снабжено воздушным патрубком и патрубком выхлопных газов, подсоединенными к входу в вихревую смесительную камеру. Устройство может быть снабжено патрубком водяного пара и патрубком выхлопных газов, подсоединенными к входу в вихревую смесительную камеру. Устройство может быть снабжено воздушным патрубком, патрубком водяного пара и патрубком выхлопных газов, подсоединенными к входу в вихревую смесительную камеру.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1…23, где:
- на фиг.1 приведена конструкция первого варианта устройства,
- на фиг.2 приведена конструкция устройства с общим подводящим патрубком,
- на фиг.3 приведен разрез А-А,
- на фиг.4 и 5 приведена цилиндрическая гильза,
- на фиг.6 приведен вариант устройства с общим подводящим патрубком,
- на фиг.7 приведено устройство с фильтром,
- на фиг.8 приведено устройство с воздушным патрубком,
- на фиг.9 приведено устройство с патрубком водяного пара,
- на фиг.10 приведено устройство с патрубком выхлопных газов,
- на фиг.11 приведено устройство со смесителем, воздушным патрубком и патрубком водяного пара,
- на фиг.12 приведен вариант устройства со смесителем, воздушным патрубком и патрубком выхлопных газов,
- на фиг.13 приведен вариант устройства со смесителем, патрубком водяного пара и патрубком выхлопных газов,
- на фиг.14 приведен вариант устройства со смесителем, воздушным патрубком, патрубком водяного пара и патрубком выхлопных газов,
- на фиг.15 приведено устройство с вихревым смесителем, воздушным патрубком и патрубком водяного пара,
- на фиг.16 приведен вариант устройства с вихревым смесителем, воздушным патрубком и патрубком выхлопных газов,
- на фиг.17 приведен вариант устройства с вихревым смесителем, патрубком водяного пара и патрубком выхлопных газов,
- на фиг.18 приведен вариант устройства с вихревым смесителем, воздушным патрубком, патрубком водяного пара и патрубком выхлопных газов,
- на фиг.19 приведена схема сборки устройства в составе ДВС с подачей дополнительного компонента в виде воздуха,
- на фиг.20 приведена схема устройства с подачей воздуха и воды,
- на фиг.21 приведена схема сборки устройства в составе ДВС с подачей дополнительного компонента в виде водяного пара,
- на фиг.22 приведена схема сборки устройства в составе ДВС с подачей дополнительного компонента в виде выхлопных газов,
- на фиг.23 приведен внешний вид одного из вариантов устройства.
Описание устройства в статике
На фиг.1…23 показаны варианты исполнения конструкция устройства приготовления топливной смеси ДВС - вихревого Экотопа Дудышева. Оно содержит, размещаемую герметично между карбюратором ДВС и его впускным коллектором (фиг.19…21) корпус 1, выполненный из теплоизолирующего материала с, по меньшей мере, одним рабочими отверстием. Корпус 1 изготовлен из материала с низкой теплопроводностью, обычно неметаллический материал, например текстолит, керамика или термостойкая пластмасса. В дальнейшем приведено описание устройства с двумя рабочими отверстиями 2 и 3, патентные права распространяются и на корпус с одним отверстием и любым числом рабочих отверстий.
Выше рабочих отверстий 2 и 3 могут быть размещенны сетчатые распылители 4 и 5 (они показаны штриховкой). В каждое рабочее отверстия 2 и 3 установлены завихрители 6 и 7. Завихрители 6 и 7 выполнены металлическими для подогрева газа закручивающего ТВС и для удобства сборки. Применение металлических гильз не ухудшит теплоизоляционных свойств более массивного корпуса 1, выполненного из теплоизолирующего материала. Завихрители 6 и 7 выполнены в виде цилиндрических гильз 8 или цилиндрических гильз 8 с буртиками 9 (фиг.4 и 5). Гильзы 8 выполнены из термостойкой пластмассы или металла, например, алюминия. Это облегчит их обработку и выполнение радиальных отверстий с высокой точностью.
Между корпусом 1 и завихрителями 6 и 7 выполнены кольцевые смесительные камеры 10 и 11, выполненными в корпусе 1 коаксиальными по отношению к рабочим отверстиям 2 и 3 корпуса 1. Завихрители 6 и 7. На боковых стенках цилиндрических гильз 8 завихрителей 6 и 7 в тангенциальных отверстиях 12 могут быть установлены форсунки 13, сообщающие кольцевые смесительные камеры 10 и 11 с рабочими отверстиями 2 и 3. Форсунки 13 могут быть вихревыми. Форсунки 13 могут обеспечивать закрутку ТВС в одну сторону или в разные стороны. Форсунки 13 могут быть наклонены к осям рабочих отверстий под острым углом по направлению потока. Оптимальный угол наклона от 30° до 60°. При меньших углах наклона струя завихряющего поток ТВС создает дополнительное аэродинамическое сопротивление, а при больших углах не доходит до осей рабочих отверстий 2 и 3, что уменьшает эффект закрутки ТВС.
Каждая кольцевая смесительная камера 10 и 11 имеет входной патрубок, соответственно 14 и 15 для подвода закручивающей среды газа (или другой среды) для закрутки ТВС проходящей через рабочие отверстия 2 и 3.
Форсунки 13, как сказано ранее, имеют определенный диаметр и определенный угол наклона к потоку топливной смеси, по условиям достижения наилучшего качества топливной смеси для двигателя конкретной мощности и модели, причем эти форсунки 13 установлены в цилиндрических стенках завихрителей 6 и 7, размещенных в корпусе 1 между кольцевыми смесительными камерами 10 и 11 и рабочими отверстиями 2 и 3. Форсунки 13 могут быть выполнены вихревыми. Форсунки 13 могут быть выполнены из термостойкой пластмассы или из металла, например, алюминия. Внутри кольцевых камер 10 и 11 могут быть установлены по одной радиальной перегородке 16 и 17 для создания определенного направления движения газа в кольцевых смесительных камерах 10 и 11 (по часовой стрелке или против часовой стрелки).
Корпус 1 устройства имеет посадочные отверстия 18 для крепления его к впускному коллектору двигателя внутреннего сгорания (впускной коллектор показан на фиг.19…21). Возможно применение общего входного патрубка 19 для всех отверстий 2 и 3. (фиг.4). Устройство может быть снабжено также фильтром 20, вставленным в общий входной патрубок 19, к которому присоединен воздушный патрубок 21. (фиг.8).или патрубок водяного пара 22 (фиг.9), или патрубок выхлопных газов 23 ((фиг.10). Следует отметить, что конструктивно функции воздушного патрубка 21, патрубка водяного пара 22 и патрубка выхлопных газов 23 в простейших вариантах может выполнять общий входной патрубок 19.
Возможен вариант, когда перед общим входным патрубком 19 установлен смеситель 24, к входу которого подсоединен воздушный патрубок 21 и патрубок водяного пара 22 (фиг.11).
Возможен вариант, когда к смесителю 24 присоединены воздушный патрубок 21 и патрубок выхлопных газов 23 (фиг.12).
Возможен вариант когда к входу в смеситель 24 присоединены патрубок водяного пара 22 и патрубок выхлопных газов 23 (фиг.13).
Возможен вариант, когда к входу в смеситель 24 присоединены все три патрубка: воздушный патрубок 21, патрубок водяного пара 22 и патрубок выхлопных газов 23 (фиг.14).
Патрубками 21, 22 и 23 предназначены для подачи дозированного количества атмосферного воздуха, и/или выхлопных газов и/или водяного пара в основные смесительные камеры 10 и 11.
Вместо смесителя 24 может быть установлена вихревая смесительная камера 25, выход которой соединен с общим входным патрубком 19.
При этом также возможны четыре варианта исполнения этого устройства.
Возможен вариант, когда к входу в вихревую смесительную камеру 25 присоединен воздушный патрубок 21 и патрубок водяного пара 22 (фиг.15).
Возможен вариант, когда к входу в вихревую смесительную камеру 25 присоединен воздушный патрубок 21 и патрубок выхлопных газов 23 (фиг.16).
Возможен вариант, когда к входу в вихревую смесительную камеру 25 присоединены патрубок водяного пара 22 и патрубок выхлопных газов 23 (фиг.17).
Возможен вариант когда к входу в вихревую смесительную камеру 25 присоединены все три патрубка: воздушный патрубок 21, патрубок водяного пара 22 и патрубок выхлопных газов 23.(фиг.18).
На фиг.19…21 приведены различные схемы установки устройства на ДВС 26 в зависимости от применяемого дополнительного компонента.
На фиг.19 приведена схема установки устройства в случае применения дополнительного компонента воздуха. ДВС 26 содержит карбюратор 27 с топливной системой 28, впускной коллектор 29, выхлопной коллектор 30 и выхлопную трубу 31. Устройство, точнее его корпус 1 установлено между впускным коллектором 29 и карбюратором 27 ДВС 26. Общий подводящий патрубок 19 выходит в атмосферу.
На фиг.20 показано устройство с подачей воздуха и воды. Оно содержит дополнительно дозатор 32, например, медицинскую иглу, гибкий шланг 33 и бачок воды 34.
На фиг. 21 приведена схема установки устройства в случае применения дополнительного компонента - водяного пара. В этом случае дополнительно применен бачок воды 35 и испаритель воды 36 с испарительным элементом 37, к которому присоединены провода 38. Провода 38 имеют выключатель 39 и присоединены к аккумуляторной батарее (аккумуляторная батарея на фиг. 21 не показана). Возможны и другие варианты испарения воды, например на выхлопном коллекторе 30
На фиг. 22 приведена схема установки устройства в случае применения дополнительного компонента - выхлопных газов. В этом случае дополнительно применен патрубок выхлопных газов 23, соединенный с выхлопным коллектором 30.
На фиг. 23 приведена конструкция вихревой смесительной камеры в полной комплектации.
Работа устройства
Устройство - Экотоп Дудышева работает следующим образом (фиг. 1…23).
Вначале устанавливают это устройство (фактически модернизированную термопрокладку) на штатный ДВС между карбюратором 27 и впускным коллектором 29 (карбюратор 27 и впускной коллектор 29 показаны на фиг. 19) посредством посадочных отверстий 18 в ее корпусе 1.
Потом в зависимости от варианта устройства и его комплектации к общему подающему патрубку 19 присоединяют воздушный патрубок 21 или патрубок водяного пара 22 или патрубок выхлопных газов 23 в соответствии с фиг. 19…21. Применение водяного пара (фиг. 20) дополнительно позволит предотвратить перегрев двигателя и работать на бензине с низким октановым числом. Применение выхлопных газов (фиг. 21) облегчит запуск двигателя и позволит регенерировать часть тепла.
Затем, после штатного запуска ДВС 26 внутри его впускного коллектора 29 формируется поток основной топливо-воздушной смеси (ТВС), поступающий через рабочие отверстия 2, 3 корпуса 1 в камеры сгорания ДВС 26 (не показано).. Первичное улучшение качества ТВС - путем дробления капель бензина и их перемешивание с воздухом в потоке достигается сетчатыми распылителям 4 и 5 при их наличии. Однако исходно основная ТВС не вращается и поэтому недостаточно однородна. Далее, вследствие аэродинамического разряжения во впускном коллекторе 29 ДВС 26 через входные патрубки 14 и 15 (или через общий патрубок 19) и через фильтр 20 поступает в обе кольцевые камеры 10 и 11, в них поступают и интенсивно закручиваются и смешиваются дополнительный (дополнительные) компоненты в виде дополнительного воздуха, и/или водяного пара и/или выхлопных газов ДВС. Отметим, что дополнительным компонентом еще более эффективно перемешивается в вихревых смесителях 6 и 7 в случае ее подачи исходно в них через смеситель 24 или дополнительный вихревой смеситель 25. Отметим, что выхлопные газы поступают в корпус 1 устройства из выпускного коллектора 30 ДВС 26 через патрубок выхлопных газов 23, а водяной пар приготовляется из воды посредством испарителя воды 38.
Далее, эта дополнительная перемешанная в вихре ТВС смесь поступает тангенциально из кольцевых смесительных камер 6 и 7 посредством тангенциальных отверстий 8, 9 через рабочие отверстия 2, 3 во впускной коллектор ДВС, где она интенсивно закручивает этим завихренным потоком закручивающей среды основной расход ТВС. В результате этого закручивания капли топлива предельно тонко дробятся, срываются, перемешиваются с воздухом и вводятся в полезных оборот этим дополнительным вихрем и топливная пленка со стенок впускного коллектора 29. Как следствие, в результате вихревых эффектов во впускном коллекторе 29 двигателя ДВС 26 достигается высокая степень однородности всей топливовоздушной смеси ДВС, что приводит к более полному сгоранию ее в камере сгорания двигателя и, как следствие, к повышению топливной экономичности и экологической чистоты выхлопных газов двигателя. Предлагаемая полезная модель данного устройства реально создана и уже прошла успешно стендовые и натурные испытания и доказала на практике свою эффективность для экономии топлива на реальных ДВС
Применение металлической гильзы 8 улучшило предварительный прогрев дополнительного (дополнительных) компонента(ов), выполняющих роль закручивающей среды, и как следствие, улучшило смесеобразование. Кроме того, применение металлических цилиндрических гильз 8 значительно облегчило изготовление устройства (точное изготовление тангенциальных отверстий - диаметр и углы наклона) и его сборку.
Применение полезной модели позволило
1. Повысить эффективность устройства для приготовления топливной смеси и уменьшить расход топлива на всех режимах, за счет его лучшего перемешивания с воздухом и гарантированного испарения жидкой фазы во впускном коллекторе за счет применения форсунок вместо отверстий.
2. Обеспечить высокую стабильность характеристик устройства при серийном изготовлении за счет применения форсунок вместо отверстий.
3. Улучшить экологические качества ДВС за счет более полного сгорания топлива.
4. Упростить изготовление и сборку за счет применения гильз, выполненных из металла (алюминия) или термостойкой пластмассы или другого легко обрабатываемого материала. Легче и точнее стало изготавливать тангенциальные отверстия.