МАЛЫЙ ДИФФУЗОР ДЛЯ ДВУХКАМЕРНОГО КАРБЮРАТОРА

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к составным частям главного воздушного тракта двухкамерных карбюраторов, в частности к малым диффузорам.
Совершенство современного карбюратора в значительной степени определяется тем, насколько точно он поддерживает необходимый состав смеси на всех эксплутационных режимах работы двигателя. Необходимый состав горючей смеси определяется: конструкцией карбюратора, параметрами топливовоздушного тракта, включающего в себя систему диффузоров с оптимальным выбором дозирующих элементов, позволяющих улучшить дозирование топливной эмульсии. Для решения этой задачи используются малые диффузоры, которые устанавливаются в корпусе двухкамерного карбюратора по оси главного воздушного тракта и частично заходят во внутрь больших диффузоров, что позволяет увеличить разрежение внутри малого диффузора. Двухкамерные карбюраторы с системой диффузоров такой конструкции предназначены для двигателей с объемом от 1 до 3 литров.
Малые диффузоры выполняются в виде трубки, внутренняя полость которой имеет заходную горловину, цилиндрический участок и конусную часть, снаружи малые диффузоры снабжены двумя несущими ребрами. В одном из ребер выполняют эмульсионный канал для подачи топливной эмульсии в главный воздушный тракт. В частности (Андреев В.И., Волин С.Н., Горячий Я.В., Черняк Б.Я. Распределение смеси в карбюраторном двигателе. М., «МАШИНОСТРОЕНИЕ», 1966 г., рис.50, стр.114) предлагается диффузор, имеющий ребра со скругленной передней кромкой, клинообразной оконечностью и острой задней кромкой, наличие которой будет приводить к образованию возмущений в потоке воздуха, обтекающего ребра малого диффузора, что может приводить к дополнительному местному торможению воздушного потока и нарушению стабильности смесеобразования в главном воздушном тракте карбюратора, что будет уменьшать наполнение двигателя при полностью открытых дроссельных заслонках.
Заявителем в патенте №2173786 был предложен малый диффузор с вертикальным корректирующим каналом в верхней части ребра, обеспечивающим поступление воздуха в эмульсионный канал малого диффузора. Использование корректирующего канала препятствует возникновению на определенных режимах работы карбюратора пульсирующего (снарядного) течения в эмульсионном канале, характеризующегося сильной неравномерностью подачи топлива. Имеющийся в полости трубки малого диффузора кольцевой уступ между заходной горловиной и цилиндрической частью трубки позволяет обеспечить турбулизацию воздушного потока при попадании его в зону выхода топливной эмульсии в цилиндрической части полости трубки, где происходит ее дробление, что особенно важно при малых скоростях воздушного потока, когда его энергии недостаточно для качественного распыливания топлива.
Однако, анализ опыта эксплуатации малых диффузоров и проведенные экспериментальные работы по выбору геометрических параметров каналов малого диффузора для карбюратора К-151 показали, что используемые малые диффузоры приводят к частичному ухудшению соответствия состава смеси режиму работы двигателя, что сказывается на его мощностных и экономических показателях, а также вызывает изменение содержания токсических веществ в отработавших газах.
Задачей предлагаемой полезной модели является снижение потерь энергии воздушного потока в главном воздушном тракте, повышение степени срегулированости двухкамерного карбюратора, позволяющей улучшить мощностные и экономические показатели двигателя, а также снизить содержание токсических веществ в отработавших газах.
Малый диффузор, выполненный в виде трубки, внутренняя полость которой имеет заходную горловину, цилиндрическую и конусную части. Снаружи боковая поверхность трубки малого диффузора соединена с боковыми сторонами двух ребер, вытянутых вдоль направления потока воздуха, имеющих скругленные передние кромки и прямоугольные фланцы на противоположных боковых сторонах. В одном из ребер выполнен эмульсионный канал, выходящий в цилиндрический участок внутренней полости трубки малого диффузора, в верхней части того же ребра выполнен корректирующий канал, обеспечивающий поступление воздуха в эмульсионный канал малого диффузора.
В соответствии с полезной моделью скругленная передняя кромка ребра сопряжена со средней частью ребра, боковые стенки которой располагаются преимущественно параллельно и сопряжены с оконечностью ребра, имеющей выпуклую обтекаемую форму, полость трубки малого диффузора выполняется с минимальным диаметром заходной горловины d1, равным 7,5±0,5 мм, а ее цилиндрический участок имеет диаметр d2, равный 10,1±0,6 мм, эмульсионный канал малого диффузора имеет минимальный диаметр d3, равный 3,4±0,4 мм, при диаметре корректирующего канала d4, равном 0,7±0,2 мм.
Использование предлагаемого профиля ребра позволяет воздушному потоку более равномерно обтекать ребра малого диффузора, начиная от верхней цилиндрической кромки, затем вдоль параллельных стенок, соединенных выпуклой обтекаемой оконечностью, без создания возмущений в зоне нижней кромки ребра что, соответственно, уменьшает потери энергии воздушного потока при прохождении его через главный воздушный тракт. Использование ребер предлагаемого профиля позволяет повысить степень срегулированности карбюратора за счет повышения наполнения цилиндров двигателя при полностью открытых дроссельных заслонках карбюратора.
Анализ Заявителем опыта эксплуатации малых диффузоров известной конструкции и результатов проведенных экспериментальных исследований с различными вариантами исполнения малого диффузора позволил уточнить граничные значения для диаметров заходной горловины и цилиндрической части внутренней полости малого диффузора, а также диаметров отверстий эмульсионного и корректирующего каналов, позволяющие улучшить степень срегулированности карбюратора на всех режимах работы двигателя.
Результаты испытаний на двигателе при частичных нагрузках выявили, что выполнение полости трубки малого диффузора с минимальным диаметром заходной горловины d1 меньше 7 мм, а ее цилиндрического участка диаметром d2 больше 10,6 мм (большая величина кольцевого уступа), будет приводить к существенному увеличению турбилизации воздушного потока, что будет увеличивать его торможение при больших скоростях, вызывая падение мощности двигателя.
Если полость трубки малого диффузора выполняется минимальным диаметром заходной горловины d1 больше 8 мм, а ее цилиндрического участка диаметром d2 меньше 9,5 мм (маленькая величина кольцевого уступа), то турбулизация воздушного потока будет недостаточно эффективной, что приведет к ухудшению распыливания топлива в начале работы главной дозирующей системы, и увеличению содержания несгоревших углеводородов в отработавших газах и некоторому снижению мощности двигателя на этом режиме.
Если диаметр d3 эмульсионного канала малого диффузора будет меньше 3 мм, то это приведет к недостаточной подаче топлива через эмульсионный канал при большей частоте вращения коленчатого вала и большом угле поворота дроссельных заслонок, что будет приводить к неустойчивой работе двигателя и потере его мощности на соответствующих режимах.
Если диаметр d3 эмульсионного канала малого диффузора будет больше 3,8 мм, то это будет приводить к излишнему увеличению подачи топливной эмульсии в главный воздушный канал, и переобогащению топливом топливно-воздушной смеси, увеличению выбросов СО и СН и падению мощности двигателя из-за ухудшения условий сгорания топлива в цилиндрах двигателя.
Выбор диаметра корректирующего канала d4 в указанном диапазоне позволяет дополнительно улучшить стыковку работы главной дозирующей системы и системы холостого хода.
Если корректирующий канал будет иметь диаметр меньший 0,5 мм, то это будет приводить к раннему вступлению в работу главной дозирующей системы, что в свою очередь приведет к увеличению содержания монооксида углерода в отработавших газах на повышенной частоте холостого хода и массовых выбросов СО при движении автомобиля в городских условиях.
Если корректирующий канал будет иметь диаметр больший 0,9 мм, то это будет приводить к позднему вступлению в работу главной дозирующей системы, в работе двигателя появляется провал, ухудшаются ездовые качества автомобиля, когда при нажатии на педаль газа набор мощности не соответствует углу поворота педали газа, и увеличиваются массовые выбросы СН. Кроме того, увеличение диметра корректирующего канала приведет к ухудшению условий работы главного воздушного жиклера, предназначенного для приготовления топливной эмульсии в эмульсионном колодце.
Выбор отношения толщин ребер малого диффузора между собой удовлетворяющий условию:
1,6<Т1/Т2<2,1 при Т1 находящимся в диапазоне от 5,5 до 6,2 мм, где
Т1 - толщина ребра с эмульсионным каналом,
Т2 - толщина ребра без эмульсионного канала;
с одной стороны позволяет выполнить эмульсионный канал необходимого поперечного сечения с толщиной стенок, достаточной для длительной эксплуатации изделия, с другой стороны выбранный диапазон, ограничивающий разницу между толщиной ребер, предотвращает появление отрицательно эффекта связанного с различным характером обтекания ребер воздушным потоком, влияющим в конечном итоге на равномерность распыла топлива в главном воздушном канале карбюратора.
Эмульсионный канал диффузора допускается выполнять переменного диаметра, с переходным коническим участком, в который выходит вертикально расположенный корректирующий канал в ребре, выполненный с входной фаской, что делает протекание топливной эмульсии более равномерным.
Наиболее оптимальным является отношение между внешним диаметром трубки малого диффузора и расстоянием от оси трубки до центра корректирующего канала, удовлетворяющих условию:
9,95<d5/L1<1,15, где
d5 - внешний диаметр трубки,
L1 - расстояние от оси трубки до центра корректирующего канала.
Возможно исполнение малого диффузора с профилем заходной горловины, выполненным как части кругового сегмента с острой заходной кромкой, при отношении радиуса профиля к высоте заходной горловины удовлетворяющих соотношению
0,93<R/H<1,13, где
R - радиус профиля заходной горловины,
Н - высота заходной полости горловины.
Заходная горловина малого диффузора может изготавливаться с дополнительным цилиндрическим участком, выполненным в виде калиброванного отверстия, что обеспечивает получение более стабильных параметров разрежения воздуха в малом диффузоре при массовом производстве.
Выполнение ребер длиной, не превышающей половины длины трубки малого диффузора, позволяет обеспечить надежную установку малого диффузора в главном воздушном канале карбюратора и улучшить характер обтекания ребер малого диффузора воздушным потоком.
Рационально ребра малого диффузора располагать в одной плоскости М, проходящей через ось N его трубки.
Верхнюю кромку ребер допускается выполнять отстоящей от верхней кромки трубки на расстояние 0,10-0,18 от длины трубки малого диффузора.
Оптимальный малый диффузор с отношением высоты Н заходной горловины малого диффузора к его минимальному диаметру соответствует условию
0,9<H/d1<1,1, где
Н - высота заходной горловины внутренней полости трубки малого диффузора.
В ходе экспериментов было дополнительно установлено оптимальное отношение высоты входной горловины малого диффузора к величине его минимального диаметра. Предложенное соотношение является оптимальным, так как при слишком длинной горловине происходит увеличение габаритов малого диффузора и возрастание сопротивления движению воздушному потоку в заходной горловине, при слишком короткой горловине - увеличение возмущений и торможение потока воздуха на входе в заходную горловину.
Ниже полезная модель раскрыта со ссылкой на сопровождающие рисунки, на которых:
Рис.1 изображен малый диффузор в продольном разрезе по плоскости М-М;
Рис.2 представлено сечение А-А, на котором изображен профиль ребра малого диффузора;
Рис.3 изображен вид сверху малого диффузора;
Рис.4 представлен разрез В-В, на котором изображен профиль ребра малого диффузора с эмульсионным и корректирующим каналами;
Рис.5 изображен разрез М-М малого диффузора с обозначением размеров элементов конструкции;
Рис.6 представлен разрез корпуса двухкамерного карбюратора с установленным в его камере малым диффузором.
Пример предпочтительного варианта реализации полезной модели.
Малый диффузор 1 (рис 1-5) выполнен в виде трубки 2, внутренняя полость которой имеет заходную горловину 3, цилиндрический участок 4 и конусную часть 5, расположенные на одной оси N. Заходная горловина 3 имеет дополнительный цилиндрический участок 6, выполненный в виде калиброванного отверстия. Между горловиной 3 и цилиндрической частью 4 имеется кольцевой уступ 7. Трубка 2 малого диффузора 1 снабжена двумя несущими ребрами 8, 9, расположенными в одной плоскости М проходящей через ось N трубки 2.
Ребра 8, 9 имеют двояко-выпуклый симметричный относительно плоскости М обтекаемый профиль, вытянутый вдоль направления потока Р воздуха. Ребра 8, 9 имеют в верхней части, по направлению потока воздуха, скругление 10 цилиндрической формы, сопряженное со средней частью ребер 8, 9, на протяжении которой их боковые стенки 11 располагаются преимущественно параллельно и сопряжены с оконечностью 12 ребра 8, 9. Ребро 9 имеет большую толщину и в нем под углом к оси N выполнен эмульсионный канал 13.
Эмульсионный канал 13 имеет входное отверстие 14 большего диаметра, соединенное с выходным отверстием 15 меньшего диаметра с помощью перехода 16, представляющего собой усеченный конус. В полость перехода 16 эмульсионного канала 13 выходит вертикальный корректирующий канал 17, расположенный в плоскости М, с фаской 18 на входе.
С противоположных сторон ребер 8, 9 имеются прямоугольные фланцы 19, служащие для установки малого диффузора 1 в главном воздушном тракте 20 и его крепления в пазах 21, 22 корпуса 23 двухкамерного карбюратора с помощью пружины 24.
Малый диффузор имеет следующие размеры (рис 3, 5): d1=7,5 мм, d2=10,0 мм. d3=3,5 мм, d4=0,7 мм, Т1=6 мм, Т2=3,2 мм. d5=14 мм, L1=13,5 мм, R=7,5 мм, Н=7,3 мм.
Двухкамерный карбюратор с малым диффузором предлагаемой конструкции работает следующим образом (рис.6.). При работе двигателя разрежение через впускной трубопровод (не показано), соединяющий двигатель с карбюратором, передается в приемный воздушный патрубок карбюратора (не показано), где формируется воздушный поток Р, протекающий в заходной полости 25 большого диффузора 26 главного воздушного тракта 20, как через полость трубки 2 малого диффузора 1, так и вокруг ее внешней поверхности, вдоль его ребер 8, 9 и далее попадающий в большой диффузор 26 главного воздушного тракта 20 карбюратора. Выход конической части 5 трубки 2 малого диффузора 1 расположен в узкой части большого диффузора 26, что приводит к усилению разрежения внутри трубки 2 малого диффузора 1. В результате за счет возникшей разности давления топливо «Т» из поплавковой камеры 27 через топливный жиклер 28 поступает в эмульсионный колодец 29, где с помощью эмульсионной трубки 30 смешивается с воздухом, поступающим через воздушный жиклер 31. В эмульсионном колодце 29 происходит образование топливной эмульсии «Э», которая поступает в эмульсионный канал 13, малого диффузора 1, в который через корректирующий канал 17 поступает незначительная часть воздушного потока «Р», где она смешивается с топливной эмульсией, предотвращая появление «снарядного» режима течения в эмульсионном канале 13. Далее топливная эмульсия через выходное отверстие 15 эмульсионного канала 13 поступает в цилиндрическую полость 4 малого диффузора 1, где начинается ее дробление воздушным потоком «Р», которое продолжается на выходе малого диффузора, далее в большом диффузоре и смесительной камере (не показано) карбюратора, откуда равномерно распыленная топливовоздушная смесь через патрубки впускного трубопровода поступает в цилиндры двигателя.
Малые диффузоры, предлагаемые в соответствии с настоящей полезной моделью хорошо себя зарекомендовали при эксплуатации двухкамерных карбюраторов К151С, К151Ц и К172, производимых заявителем, улучшились ездовые качества автомобиля, снизилось содержание токсических веществ в отработавших газах. Статистические исследования выявили повышение стабильности параметров карбюратора при снятии дроссельной характеристики в соответствии с требованиями технических условий заявителя.