Двухкамерный карбюратор двигателя внутреннего сгорания

Полезная модель относится к двигателестроению, в частности, к системам питания карбюраторных двигателей внутреннего сгорания, а непосредственно к конструкции распылителя ускорительного насоса двухкамерного карбюратора.
Из общедоступного источника: Карбюраторы "Озон", Устройство, эксплуатация, ремонт: Автор-составитель С.Н. Погребной. - М.: Издательский дом Третий Рим, 2000. – 64 с., табл., ил., известна конструкция двухкамерного карбюратора с распылителем ускорительного насоса, выполненным в виде литейной детали и установленным в разъеме между крышкой и корпусом поплавковой камеры карбюратора с выводом отверстия форсунки распылителя в главный воздушный тракт карбюратора и направлением впрыска струи топлива вдоль потока воздуха с незначительным наклонением к оси главного воздушного тракта так, что струя топлива при впрыске проходит вблизи стенки большого диффузора в его узком сечении.
Из общедоступного источника: Казедорф Ю. Карбюраторы зарубежных автомобилей. Устройство, регулировка, ремонт: Пер. с нем. Под ред. Канд. Техн. Наук А.С.Тюфякова. – М.: Издательство «За рулем», 1998 – 192 с. ил., известно устройство двухкамерного карбюратора “Zenit” 35/40 INAT с последовательным открытием дроссельных заслонок, который имеет ускорительный насос первичной камеры с направлением струи топлива в зону щели между закрытой дроссельной заслонкой и стенкой смесительной камеры карбюратора и ускорительный насос вторичной камеры с направлением струи топлива в зону нижней части большого диффузора у стенки карбюратора.
Из патента RU23464 от 08.01.2002, МПК F02M 39/00 известен карбюратор двигателя внутреннего сгорания, у которого ось выходного отверстия распылителя выполнена под углом к продольной оси главного воздушного канала и проходит через зазор между дроссельной заслонкой в положении «закрыто» и стенкой главного воздушного канала для обеспечения точности дозированиятоплива, исключения «провалов» на режимах ускорения и повышения стабильности работы двигателя.
Недостатком данной конструкции является то, что в полной мере не учитывается влияние процессов смесеобразования в карбюраторе, в частности, процессов каплеобразования и испарения топлива, на условия образования горючей смеси во впускном тракте и его зависимость от направления впрыска топлива форсункой ускорительного насоса. Данное техническое решение рассматривается в качестве наиболее близкого аналога.
Известно, что карбюраторный двигатель является двигателем с внешним смесеобразованием, то есть образование горючей смеси начинается до цилиндров двигателя в карбюраторе и продолжается во впускном трубопроводе.
Качество смесеобразования определяется по показателю равномерности распределения смеси по цилиндрам, как по однородности состава, так и по однородности структуры смеси, попадающей в каждый цилиндр. Наилучший показатель распределения смеси по цилиндрам достигается при максимальном испарении топлива и нахождении остального его количества в мелко дисперсном состоянии в виде мелких капель.
Также известно, что испарение топлива улучшается при увеличении поверхности испарения, увеличении температуры смеси и уменьшении абсолютного давления, то есть при увеличении разрежения в объеме смеси.
Увеличение поверхности испарения достигается путем дробления топлива на большое количество мелких капель.
Увеличение температуры смеси достигается её подогревом, которое во избежание потерь в наполнении цилиндров двигателя осуществляется обычно местным подводом тепла за счет подогрева впускного трубопровода под карбюратором.
Мелкодисперсное состояние смеси обеспечивается увеличением разности относительной скорости топлива и воздушного потока, а наибольшие скорости потока и наибольшее разрежения в большом диффузоре карбюратора наблюдаются в зоне его узкого сечения в центральной его части на уровне выхода потока воздуха из малого диффузора.
Таким образом, для улучшения дробления струи топлива на капли и улучшения испарения топлива, выходящего из распылителя ускорительного насоса, необходимо, чтобы топливо попадало в зону высоких скоростей потока воздуха и высоких разрежений, то есть как можно ближе к центру потока воздуха в главном воздушном тракте, а также беспрепятственно попадало на нагретые участки впускного трубопровода.
Косвенными показателями качественного распределения смеси по цилиндрам являются хорошие скоростные свойства автомобиля, то есть способность автомобиля быстро увеличивать скорость при трогании с места или переключении ступеней в коробке передач до заданной скорости, при допустимых выбросах вредных веществ с отработавшими газами при испытании автомобиля по европейскому ездовому циклу в соответствии с ГОСТ Р 41.83-2004 (Правилами ЕЭК ООН N 83) с минимально возможной подачей топлива через распылитель ускорительного насоса.
Экспериментальным путем было установлено, что указанные показатели автомобиля достигаются при таком направлении струи топлива, впрыскиваемом ускорительным насосом, при котором она проходит через отверстие диаметром 5 мм, выполненном на расстоянии 20,5 мм от оси корпуса распылителя ускорительного насоса в пластине шаблона толщиной 3 мм, установленного на расстоянии 28,5 мм от установочной плоскости корпуса распылителя.
Проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является повышение стабильности работы двигателя при его разгоне после резкого открытия дроссельной заслонки, улучшения его динамических и экологических показателей путем повышения качества смесеобразования с помощью оптимального направления впрыска топлива форсункой ускорительного насоса.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой полезной модели, состоит в том, что в двухкамерном карбюраторе двигателя внутреннего сгорания, имеющем два параллельных главных воздушных тракта с системой диффузоров с расположенной в каждом из них приводной дроссельной заслонкой, установленной на поворотном валике перпендикулярно продольной осевой линии главного воздушного тракта, содержащем распылитель ускорительного насоса, выполненный в виде литой детали,  установленный в верхней части корпуса поплавковой камеры карбюратора в  вертикальном нагнетательном канале, параллельном оси N-N главного воздушного тракта первичной камеры карбюратора, имеющий полый цилиндрический корпус, соединенный с круглым наклонным каналом с отверстием большого диаметра и выходным калиброванным дозирующим отверстием форсунки, выведенной в главный воздушный тракт первичной камеры карбюратора в верхней части заходной полости системы диффузоров карбюратора так, что форсунка распылителя находится над конфузором большого диффузора, а плоскость, проведенная через ось M-M корпуса распылителя и ось наклонного круглого канала, проходит вертикально через малый диффузор, а канал форсунки распылителя выполнен таким образом, что ось R-R калиброванного отверстия форсунки находится внутри прямого кругового конуса с вершиной в точке выхода калиброванного отверстия из форсунки распылителя с углом при вершине (угол раствора конуса) 6 градусов и с осью Q-Q конуса, расположенной в плоскости, проходящей через ось M-M корпуса распылителя и ось наклонного круглого канала, под углом 15 градусов к оси M-M корпуса распылителя, с расположением центра калиброванного выходного отверстия на расстоянии «Т» от 13 до 14 мм относительно оси корпуса распылителя и на расстоянии «Н» от 2,3 до 3,0 мм относительно установочной плоскости корпуса распылителя, при этом плоскость, проведенная через ось M-M корпуса распылителя и ось наклонного круглого канала, проходит вертикально через малый диффузор на расстоянии «S» от оси главного воздушного тракта, равном (0,26 – 0,44) х D, где «D» - наружный диаметр малого диффузора.
При этом двухкамерный карбюратор может быть выполнен с распылителем, корпус которого соединен с двумя круглыми наклонными каналами с форсунками, имеющими каждая своё калиброванное выходное отверстие, с возможностью симметричного впрыска топлива в оба главных воздушных тракта.
Кроме этого каждый из двух круглых каналов распылителя может иметь калиброванные выходные отверстия форсунок, диаметры которых отличаются друг от друга.
Предложенная полезная модель поясняется на чертежах
Фиг. 1 – Вид сверху в плане на установку распылителя ускорительного насоса в корпусе поплавковой камеры карбюратора;
Фиг. 2 – Вид на разрез А-А по плоскости установки распылителя ускорительного насоса в главном впускном тракте карбюратора (крышка карбюратора и впускной трубопровод не показаны) с дополнительно нанесенным изображением шаблона для проверки направления впрыска топлива через распылитель ускорительного насоса;
Фиг. 3 – Вид сверху в плане на распылитель ускорительного насоса;
Фиг. 4 – Вид на разрез Б-Б распылителя ускорительного насоса;
Фиг. 5 – Вид на увеличенный фрагмент разреза Б-Б распылителя ускорительного насоса, вид В. Фиг. 4;
Фиг. 6 – Вид сверху в плане на распылитель ускорительного насоса по варианту исполнения с двумя форсунками;
Фиг.7 – Вид на разрез А-А по плоскости установки распылителя ускорительного насоса в главном впускном тракте карбюратора при работе распылителя с линией движения топлива с учетом воздействия потока воздуха на работающем двигателе (крышка карбюратора и впускной трубопровод не показаны).
Двухкамерный карбюратор двигателя внутреннего сгорания, имеющий два параллельных главных воздушных тракта содержит корпус поплавковой камеры 1, включающий часть главного воздушного тракта первичной камеры 2 с системой диффузоров. Большой диффузор 3, выполнен отлитым заодно целое с корпусом поплавковой камеры 1. Конфузор 4 большого диффузора 3 сопряжен с заходной полостью 5 системы диффузоров карбюратора.
В вертикальных пазах 6 заходной полости 5 установлен малый диффузор 7 с наружным диаметром D, который жестко закреплен в корпусе поплавковой камеры 1 двухкамерного карбюратора с помощью пружины. Кроме того, двухкамерный карбюратор содержит приводную дроссельную заслонку первичной камеры 8, установленную на поворотном валике 9 перпендикулярно продольной оси N-N главного воздушного тракта первичной камеры 2, а также распылитель 10 ускорительного насоса, расположенный в верхней части корпуса поплавковой камеры 1 и установленный в вертикальном нагнетательном канале 11  ускорительного насоса двухкамерного карбюратора, параллельном оси N-N главного воздушного тракта первичной камеры 2, в углубление с пазом, определяющим направление впрыска топлива.
Распылитель 10 выполнен в виде литой детали, состоящей из полого цилиндрического корпуса 12 соединенного с наклонным круглым каналом 13 и форсункой 14, имеющей калиброванное выходное отверстие 15, выведенным в верхнюю часть заходной полости 5 системы диффузоров главного воздушного тракта первичной камеры 2 двухкамерного карбюратора таким образом, что форсунка 14 располагается над конфузором 3, а плоскость, проведенная через вертикальную ось М-М корпуса 12 распылителя 10 и наклонную ось канала 13, соответствующая теоретической расчетной плоскости впрыска топлива из распылителя 10, проходит вертикально через малый диффузор 7 на расстоянии S от оси N-N главного воздушного тракта первичной камеры 2, равном (0,26 – 0,44) х D, где D - наружный диаметр малого диффузора 7. Канал 13 и форсунка 14 распылителя 10 выполнены снаружи обтекаемой формы, чтобы создавать наименьшее сопротивление воздушному потоку.
Калиброванное выходное отверстие 15 форсунки 14 выполнено под углом к оси М-М корпуса 12 распылителя 10 таким образом,  что его ось R-R находится внутри прямого кругового конуса с вершиной в точке выхода калиброванного отверстия 15 из форсунки 12 распылителя 10 с углом при вершине (угол раствора конуса) 6 градусов, причем ось конуса Q-Q расположена в теоретической  расчетной плоскости впрыска топлива, проходящей через ось корпуса М-М распылителя и ось наклонного канала, под углом 15 градусов к оси  М-М корпуса распылителя. При этом точка выхода оси R-R калиброванного отверстия 15 форсунки 14 находится на расстоянии «Т» от 13 до 14 мм от оси М-М корпуса 12 распылителя 10 и на расстоянии «Н» от 2,3 до 3,0 мм относительно установочной плоскости 16 корпуса 12 распылителя 10. Для формирования заданного направления впрыска топлива с требуемой подачей и исключением возможности чрезмерного повышения давления в системе ускорительного насоса расчетное значение внутреннего диаметра «d» калиброванного отверстия 15 форсунки 14 составляет 0,3-0,5 мм, а длина 5 – 8 упомянутых диаметров.
Данные размеры подобраны опытным путем для обеспечения заданного направления впрыска топлива под расчетным давлением, при котором струя топлива гарантированно проходит через отверстие в специальном шаблоне (описано выше).
Существуют различные варианты усовершенствования предлагаемой полезной модели.
Один из них предполагает выполнение в двухкамерном карбюраторе распылителя, корпус которого соединен с двумя круглыми наклонными каналами с форсунками, имеющими каждая своё калиброванное выходное отверстие, с возможностью симметричного впрыска топлива в оба главных воздушных тракта.
Кроме этого каждый из двух круглых наклонных каналов распылителя может иметь калиброванные выходные отверстия форсунок, диаметры которых отличаются друг от друга.
Работа предлагаемой полезной модели осуществляется следующим образом.
Движение автомобиля, особенно в городских условиях, сопровождается работой двигателя на установившихся и неустановившихся режимах. На установившихся режимах дозирование топлива в карбюраторе осуществляется работой главных и переходных дозирующих систем, причем каждому режиму соответствует своя подача топлива через жиклеры. Переход с одного установившегося режима на другой осуществляется при изменении положения дроссельных заслонок. Разгон автомобиля (двигателя) является наиболее сложным неустановившимся режимом работы и происходит при резком открывании дроссельных заслонок. При этом наступает резкое обеднение смеси, поступающей в цилиндры двигателя, из-за инерционности системы подачи топлива, а в основном из-за нарушения смесеобразования во впускной системе двигателя, вызванного повышением давления и соответствующего ухудшения испарения топлива. Для компенсирования этого явления в главный воздушный тракт карбюратора с помощью ускорительного насоса подается дополнительное топливо.
Необходимое обогащение смеси осуществляется путем направленного впрыска дополнительной дозированной порции топлива в воздушный поток, проходящий по главному воздушному тракту первичной камеры 2 двухкамерного карбюратора, в направлении, заданном калиброванным отверстием 15 форсунки 14 по его оси R-R. Попадая в зону высоких скоростей и низких разрежений за малым диффузором 7 вблизи оси N-N главного воздушного тракта первичной камеры 2, струя топлива начинает дробиться на капли, и происходит интенсивное испарение топлива, поданного через калиброванное отверстие 15 форсунки 14 распылителя 10 ускорительного насоса.
Вследствие испарения в главном воздушном тракте первичной камеры 2 подаваемого двухкамерным карбюратором бензина температура приготовляемой смеси, попадающей в смесительную камеру 17 карбюратора, понижается и соответственно понижается температура всех конструктивных элементов в смесительной камере 17, в том числе дроссельной заслонки 8 и валика дроссельной заслонки 9.
Геометрическая линия 18 впрыска топлива, проведенная по оси R-R калиброванного отверстия 15 форсунки 14, проходит через валик 9 дроссельной заслонки 8, но вследствие воздействия воздушного потока траектория 19 движения впрыснутого топлива искривляется и фактически топливо, подаваемое через распылитель 10 ускорительного насоса, проходит мимо валика 9 дроссельной заслонки 8 и попадает непосредственно во впускной трубопровод.
Заданное конструкцией распылителя 10 направление впрыска дополнительного топлива, подаваемого через форсунку 14 распылителя 10 ускорительного насоса, при разгоне автомобиля (двигателя) обеспечивает его дробление на мелкие капли, интенсивное испарение, исключает его попадание на охлажденные  металлические детали двухкамерного карбюратора, в том числе на валик дроссельной заслонки 9 первичной смесительной камеры 17, и позволяет вместе с общим потоком смеси попасть непосредственно во впускной трубопровод, который снизу имеет дополнительный подогрев, где осуществляется окончательное смесеобразование, и тем самым обеспечивает оптимальное распределение смеси однородного состава по цилиндрам двигателя, чем достигается повышение стабильности работы двигателя при его разгоне после резкого открытия дроссельной заслонки 8, улучшения его динамических и экологических показателей путем повышения качества смесеобразования с помощью оптимального направления впрыска топлива форсункой 14 ускорительного насоса.
Подбор параметров распылителя производился на безмоторном стенде и автомобиле на образцах двухкамерного карбюратора, изготовленных в условиях серийного производства.