КАРБЮРАТОР С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ОТКРЫТИЕМ ТОПЛИВОВОЗДУШНЫХ КАМЕР

Область техники
Полезная модель относится к карбюратору для двигателя внутреннего сгорания, т.е. устройству, предназначенному для дозирования жидкого топлива в воздушном потоке с образованием горючей смеси и для регулируемой подачи этой смеси в цилиндры двигателя. Более конкретно, полезная модель относится к карбюратору с последовательным открытием топливовоздушных камер.
Уровень техники
Хорошо известно, что эффективность работы двигателя зависит в том числе и от того, насколько быстро и полно сгорает топливо в его цилиндрах. В этой связи, задача подготовки карбюратором топливовоздушной смеси к сгоранию представляется очень важной. Указанная подготовка заключается в регулируемом направлении струи топлива в быстродвижущийся поток воздуха, который разбивает эту струю на мелкие капли, образуя таким образом топливовоздушную смесь.
Исходя из вышесказанного, основными требованиями, предъявляемыми к карбюратору, являются:
- образование качественной однородной топливовоздушной смеси, обладающей высокой степенью распыления топлива;
- обеспечение оптимального изменения состава смеси в зависимости от режима работы двигателя (запуск, режим холостого хода, режим максимальной мощности).
В настоящее время наиболее распространенными карбюраторами на рынке России являются карбюраторы серии К-151 с последовательным открытием топливовоздушных камер. Эти карбюраторы уже более десяти лет успешно используются для комплектования двигателей большинства отечественных автомобилей, включая автомобили ГАЗ, УАЗ, ИЖ и «Москвич».
Типовой карбюратор серии К-151 содержит:
- поплавковую камеру, выполненную с возможностью дозированной выдачи топлива в топливовоздушный тракт,
- топливовоздушный тракт, включающий первичную и вторичную топливовоздушные камеры, каждая из которых содержит диффузор, дроссельную заслонку с приводом и распылитель, который установлен на двух крепежных ребрах в полости диффузора, выполнен в виде трубки, имеющей горловину, цилиндрическую часть и конусную часть, и сообщается с поплавковой камерой через канал, предусмотренный в одном из указанных ребер,
- крышку, оснащенную воздушной заслонкой, выполненной с возможностью пропускания воздуха в топливовоздушный тракт,
- и систему холостого хода, сообщающуюся с поплавковой камерой и обеспечивающую пропускание топливовоздушной смеси в обход дроссельных заслонок.
Подобные карбюраторы подробно описаны в книге А.С.Тюфякова «Карбюраторы К-151» (издательство «За рулем», 2005 г). Они характеризуется относительно невысокой стоимостью и вполне приемлемым качеством. Однако, к сожалению, элементы топливовоздушного тракта карбюраторов серии К-151, вследствие их не совсем оптимальных параметров объема и геометрии, обеспечивают недостаточно эффективное распыление топливовоздушной смеси при малых расходах воздуха, т.е. при небольших и средних мощностях двигателя. Более конкретно, во время работы этих карбюраторов при частичных нагрузках, в полости распылителя могут образовываться области застоя и появляться разрывы потока топливовоздушной смеси. Также возможно возникновение паразитных пульсаций в канале распылителя. Все это отрицательно сказывается на эмульгировании топлива, на качестве смесеобразования и распределении топлива.
Таким образом, задачей данной полезной модели является создание карбюратора с последовательным открытием топливовоздушных камер, лишенного недостатков аналогичных устройств известного уровня техники.
Более конкретно, данная полезная модель направлена на создание карбюратора, в котором:
- обеспечивается улучшенное распределение давлений и скоростей для более качественного распыления топлива в потоке воздуха (повышение эффективности смесеобразования);
- отсутствуют области застоя топливовоздушной смеси, что минимизирует кинематические потери (повышение эффективности смесеобразования);
- обеспечивается корректировка массового расхода топлива в канале распылителя в зависимости от режима работы карбюратора (улучшение качества эмульгирования);
- снижена вероятность паразитных пульсаций давления в канале распылителя при переходных режимах (более равномерное распределение топлива по цилиндрам).
Дополнительная задача полезной модели заключается в создании карбюратора, у которого:
- упрощена сеть камер и каналов и минимизированы гидравлические потери в топливовоздушном тракте;
- снижена себестоимость карбюратора;
- обеспечивается простота в обслуживании и ремонте.
Сущность полезной модели
Поставленная задача решена путем создания карбюратора с последовательным открытием топливовоздушных камер, включающего:
поплавковую камеру, выполненную с возможностью дозированной выдачи топлива в топливовоздушный тракт,
топливовоздушный тракт, содержащий первичную и вторичную топливовоздушные камеры, каждая из которых включает в себя диффузор, дроссельную заслонку с приводом и распылитель, который установлен на двух крепежных ребрах в полости диффузора, выполнен в виде трубки, имеющей горловину, цилиндрический участок и конусный участок, и сообщается с поплавковой камерой через канал, предусмотренный в одном из указанных ребер,
крышку, оснащенную воздушной заслонкой, выполненной с возможностью пропускания воздуха в топливовоздушный тракт, и систему холостого хода, сообщающуюся с поплавковой камерой и обеспечивающую пропускание топливовоздушной смеси в обход дроссельных заслонок.
Предложенный карбюратор характеризуется тем, что в одном из указанных крепежных ребер распылителя выполнен корректирующий канал, обеспечивающий сообщение между каналом распылителя и верхней частью полости диффузора, при этом отношение минимального диаметра полости горловины распылителя к диаметру полости его цилиндрической части удовлетворяет условию:
0,7<D1/D2<0,74,
где D1 - минимальный диаметр полости горловины распылителя, D2 - диаметр полости цилиндрической части распылителя,
а отношение диаметров корректирующего канала и канала распылителя удовлетворяет условию:
0,17<d1/d2<0,19,
где d1 - диаметр корректирующего канала, d2 - диаметр канала распылителя.
При выборе соотношения D1/D2 удовлетворяющим условию 0,7<D1/D2<0,74, обеспечивается улучшенное распределение давлений и скоростей для более качественного распыления топлива в потоке воздуха. Отсутствуют области застоя топливовоздушной смеси, а турбулентность потока такова, что смесь, образованная в зоне распыления, проходит зону смешения с минимальными кинематическими потерями.
Благодаря наличию в одном из крепежных ребер распылителя корректирующего канала, обеспечивающего сообщение между каналом распылителя и верхней частью полости диффузора, устраняется вероятность пульсаций давления в потоке, что качественно сказывается на работе карбюратора. При этом при выборе соотношения d1/d2 удовлетворяющим условию 0,17<d1/d2<0,19, обеспечивается эффективная корректировка массового расхода топлива в канале распылителя в зависимости от режима работы карбюратора. А при максимальном открытии обеих дроссельных заслонок (т.е. в режиме максимальной мощности) такое соотношение обеспечивает равномерное распределение топлива в камерах.
Согласно предпочтительному варианту полезной модели, плоскости симметрии крепежных ребер размещены под углом, воображаемая вершина которого расположена в поплавковой камере. Такая конструкция карбюратора позволяет упростить сеть камер и каналов и избежать появления дополнительных гидравлических потерь в топливовоздушных трактах. В этой связи заметим, что каждый изгиб канала является гидравлическим сопротивлением, т.е. местом, где возможно скопление содержащейся в топливе грязи. Кроме того, простая сеть топливных каналов внутри корпуса позволяет снизить себестоимость узла и облегчает его последующее обслуживание и ремонт.
Краткое описание чертежей
Ниже полезная модель описана более подробно на примере предпочтительного варианта ее выполнения, раскрытого со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схему предложенного карбюратора;
фиг.2 изображает распылитель в поперечном сечении;
фиг.3 изображает предложенный карбюратор сверху.
Описание предпочтительного варианта полезной модели
Предложенный карбюратор 1 проиллюстрирован на фиг.1 и 3. Основными функциональными частями карбюратора 1 являются поплавковая камера 2, топливовоздушный тракт 3, система 12, 13, 14 холостого хода и крышка (не показана).
Поплавковая камера 2 предназначена для дозированной выдачи жидкого топлива в топливовоздушный тракт 3, в котором происходит образование топливовоздушной смеси во время основного режима работы двигателя.
Топливовоздушный тракт 3 содержит первичную и вторичную топливовоздушные камеры 4, 5, каждая из которых включает в себя диффузор 6, дроссельную заслонку 7 с приводом и распылитель 8 (более подробно показан на фиг.2), выполненный в виде трубки, имеющей горловину 16, цилиндрический участок 17 и конусный участок 18. Распылитель 8 установлен на двух крепежных ребрах 9 в полости диффузора 6 и сообщается с поплавковой камерой 2 через канал 10, предусмотренный в одном из указанных ребер 9.
Крышка закрывает карбюратор сверху. Она оснащена элементами крепления воздушного фильтра, а также воздушной заслонкой 11, выполненной с возможностью пропускания воздуха в топливовоздушный тракт 3 карбюратора.
Система 12, 13, 14 холостого хода сообщается с поплавковой камерой 2 и обеспечивает прохождение топливовоздушной смеси в обход дроссельных заслонок 7 в режиме холостого хода двигателя. Она по существу состоит из обводного канала 12, регулирующего элемента 13 и эмульсионной трубки 14. В этой связи следует заметить, что улучшения, обеспечиваемые предложенным карбюратором, относятся к основному режиму работы двигателя, а не к режиму холостого хода, и поэтому никак не связаны с конструкцией системы холостого хода. Принимая во внимание данное обстоятельство, раскрывать систему холостого хода в данном описании более подробно нет необходимости. Можно лишь указать, что система холостого хода имеет стандартную конструкцию, хорошо известную специалистам данной области техники.
Предложенный карбюратор 1 характеризуется тем, что в одном из указанных крепежных ребер 9 распылителя 8 выполнен корректирующий канал 15, обеспечивающий сообщение между каналом 10 распылителя и верхней частью полости диффузора 6, при этом отношение минимального диаметра полости горловины 16 распылителя к диаметру полости его цилиндрической части 17 удовлетворяет условию:
0,7<D1/D2<0,74,
где D1 - минимальный диаметр полости горловины 16 распылителя, D2 - диаметр полости цилиндрической части 17 распылителя,
а отношение диаметров корректирующего канала 15 и канала 10 распылителя удовлетворяет условию:
0,17<d1/d2<0,19, где d1 - диаметр корректирующего канала 15, d2 - диаметр канала 10 распылителя.
Согласно предпочтительному варианту полезной модели, плоскости симметрии крепежных ребер 9 размещены под углом, воображаемая вершина которого расположена в поплавковой камере 2.
Заявленный карбюратор 1 функционирует следующим образом. В режиме холостого хода формирование топливовоздушной смеси протекает подобно тому, как это происходит в известном карбюраторе серии 151 К. Не вдаваясь в излишние подробности укажем, что при этом режиме дроссельные заслонки 7 закрыты, и разрежение, действующее во впускном патрубке цилиндров двигателя внутреннего сгорания, вынуждает топливо подсасываться из поплавковой камеры 2 не в распылитель 8, а в эмульсионную трубку 14, где оно эмульсируется воздухом, впускаемым в карбюратор воздушной заслонкой 11. Далее, образованная топливовоздушная смесь поступает по обводному каналу 12 из эмульсионной трубки 14 в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, при этом параметры смеси регулируются регулирующим элементом 14.
При нажатии в автомобиле на педаль газа карбюратор 1 переходит в основной режим работы. В это время дроссельные заслонки 7 открываются, и в диффузоры 6 топливовоздушных камер 4, 5 через воздушную заслонку 11 начинает проходить воздух. Следует заметить, что в карбюраторе с последовательным открытием топливовоздушных камер привод заслонок устроен таким образом, что обеспечивает не синхронное, а последовательное открытие заслонок. Сначала приоткрывается заслонка 7 первичной камеры 4, обуславливая поступление воздуха в полость первого диффузора 6, а затем с некоторым запаздыванием открывается заслонка 7 вторичной камеры 5, после чего воздух начинает поступать и в полость диффузора 6 вторичной камеры 5.
Разрежение, действующее в топливовоздушных камерах 4, 5, вынуждает топливо подсасываться из поплавковой камеры 2 в распылитель 8, где оно разбивается потоком воздуха на мелкие капли и, перемешиваясь с воздухом, поступает далее в цилиндры двигателя внутреннего сгорания.
Наличие в одном из крепежных ребер 9 корректирующего канала 15, обеспечивающего сообщение между каналом 10 распылителя и верхней частью полости диффузора 6, уменьшает вероятность появления паразитных пульсаций давления в канале распылителя при переходных режимах (более равномерное распределение топлива по цилиндрам).
При этом в ходе многочисленных исследований и натурных испытаний было установлено, что за счет выполнения распылителя 8 имеющим указанные выше значения отношений D1/D2 и d1/d2 карбюратор приобретает ряд преимуществ, не свойственных известным карбюраторам К151, а именно:
- обеспечивается улучшенное распределение давлений и скоростей для более качественного распыления топлива в потоке воздуха (повышение эффективности смесеобразования);
- отсутствуют области застоя топливовоздушной смеси, что минимизирует кинематические потери (повышение эффективности смесеобразования);
- обеспечивается корректировка массового расхода топлива в канале распылителя в зависимости от режима работы карбюратора (улучшение качества эмульгирования).
Кроме того, согласно предпочтительному варианту полезной модели, плоскости симметрии крепежных ребер (9) распылителя размещены под углом, воображаемая вершина которого расположена в поплавковой камере (2). Такая конструкция позволяет:
- упростить сеть камер и каналов и минимизировать гидравлические потери в топливовоздушных трактах;
- снизить себестоимость карбюратора;
- обеспечить простоту в обслуживании и ремонте карбюратора. Таким образом, раскрытый в данной заявке карбюратор лишен недостатков известного уровня техники. Это значит, что предложенное техническое решение с успехом позволяет решить поставленные в заявке задачи.
В заключение заявитель считает целесообразным сообщить, что в данном описании раскрыты лишь некоторые предпочтительные варианты заявленного топливного фильтра, которые не следует рассматривать как ограничение патентных притязаний полезной модели. Специалистам данной области техники понятно, что в описанный и показанный на чертежах вариант выполнения могут быть внесены различные изменения и дополнения, не выходящие за пределы правовой охраны настоящей полезной модели, установленной приложенной формулой.
ПЕРЕЧЕНЬ НОМЕРОВ ПОЗИЦИЙ
1 - Карбюратор
2 - Поплавковая камера
3 - Топливовоздушный тракт
4 - Первичная топливовоздушная камера
5 - Вторичная топливовоздушная камера
6 - Диффузор
7 - Дроссельная заслонка
8 - Распылитель
9 - Крепежные ребра
10 - Канал распылителя
11 - Воздушная заслонка
(12, 13, 14) - Система холостого хода
12 - Обводной канал
13 - Регулирующий элемент
14 - Эмульсионная трубка
15 - Корректирующий канал
16 - Горловина распылителя
17 - Цилиндрическая часть распылителя
18 - Конусная часть распылителя