ГЛАВНЫЙ ВОЗДУШНЫЙ ТРАКТ КАРБЮРАТОРА С СИСТЕМОЙ ДИФФУЗОРОВ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к главным воздушным трактам карбюраторов двигателей внутреннего сгорания.
Главный воздушный тракт карбюратора является основным каналом, где происходит формирование воздушного потока, начальное испарение топлива и образование бензовоздушной смеси. Современные тенденции развития конструкции и компоновки автомобиля требуют значительного снижения его центра тяжести, понижения линии капота, что требует создания компактного и небольшого по высоте карбюратора. Высота карбюратора определяется длиной главного воздушного тракта, зависящей от высоты корпуса и смесительной камеры. Высота корпуса определяется размером и расположением диффузоров, и расстоянием от распылителя малого диффузора до оси дроссельной заслонки смесительной камеры. Необходимо отметить, что уменьшение вышеуказанных размеров может отрицательно сказываться на карбюрации за счет снижения максимальных разряжений, неполного и неравномерного смешивания топлива с воздухом в смесительной камере карбюратора.
Стремление сохранить удовлетворительную карбюрацию при уменьшенной высоте карбюратора привело к созданию карбюраторов с двух- и трехдиффузорными системами. В работе (1) описан карбюратор, позволяющий уменьшить длину главного воздушного тракта за счет использования трехдиффузорной системы в главном воздушном тракте, проточные части которых заходят один в другой. Недостатком данной системы является сложность изготовления трехдиффузорной системы, при этом в корпусе карбюратора необходимо предусмотреть места для крепления диффузоров, что увеличивает высоту корпуса карбюратора и не позволяет получить требуемое уменьшение его общей высоты.
В литературе (2) обобщены результаты исследований направленных на улучшение качества компоновки карбюратора и совершенство его воздушного тракта, основанные на оценке оптимального расстояния от распылителя главной дозирующей системы до оси дроссельной заслонки. Для выбора размеров главного воздушного тракта рекомендовано использовать коэффициент компактности Кк вычисляемый как отношение диаметра смесительной камеры к расстоянию от оси дроссельной заслонки до распылителя главной дозирующей системы. Однако при этом, данный коэффициент не позволяет учесть влияния размеров и взаиморасположения системы диффузоров на высоту корпуса и смесительной камеры карбюратора в сборе и эффективность работы карбюратора.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является конструкция главного воздушного тракта карбюратора типа К-131, описанная в литературе (3 стр.48-49), включающая приемный воздушный патрубок с воздушной заслонкой, соединенный с каналом в корпусе карбюратора, сопряженным со смесительной камерой карбюратора. Профиль канала в корпусе карбюратора содержит заходную полость преимущественно цилиндрической формы, к которой примыкает большой диффузор, выполненный съемным. Большой диффузор имеет конфузорную часть, цилиндрическое короткое горло и выходное сопло. В проточной части малого диффузора расположен распылитель, из отверстия которого топливная эмульсия попадает в главный воздушный тракт карбюратора. Прототип имеет следующие недостатки: суммарная высота корпуса карбюратора и смесительной камеры карбюратора в сборе является очень большой и равна 105 мм, что ограничивает его использование в автомобилях с низкой линией капота. Слишком большая длина заходной полости, при относительно длинной конфузорной части, и соответственно малой высоте выходного сопла большого диффузора не обеспечивают увеличения максимальной скорости воздушного потока, которая может быть достигнута в главном воздушном тракте карбюратора таких размеров, что может отрицательно сказаться на качестве карбюрации.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в создании карбюратора минимального по высоте;, обеспечивающего при этом качественную карбюрацию.
Для решения поставленной задачи предлагается конструкция главного воздушного тракта карбюратора двигателя внутреннего сгорания, включающая приемный воздушный патрубок с воздушной заслонкой, соединенный с каналом в корпусе карбюратора, сопряженным со смесительной камерой карбюратора. Профиль канала в корпусе содержит заходную полость преимущественно цилиндрической формы, к которой примыкает большой диффузор, имеющий конфузорную часть, короткое цилиндрическое горло и выходное сопло. В вертикальных пазах заходной полости установлен малый диффузор, нижнее основание проточной части малого диффузора расположено внутри проточной части большого диффузора. Проточный канал малого диффузора снабжен распылителем. В соответствии с заявляемой полезной моделью верхнее основание проточной части малого диффузора расположено не выше верхней плоскости корпуса, а его нижнее основание расположено на одном уровне или ниже нижнего основания конфузора. Размеры составных частей карбюратора связаны с размерами элементов главного воздушного тракта следующим соотношениями:
(Lб+Lм)=[0,65÷0,85]*Нc, при
Тбм<0,4*Lб; и
0,15*Lб<Hк<0,3*Lб, где
Lб - длина проточной части большого диффузора от верхнего основания конфузора до нижнего основания сопла большого диффузора;
Lм - длина проточной части малого диффузора;
Нc - суммарная высота от верхней плоскости корпуса до нижней плоскости смесительной камеры карбюратора в сборе.
Нк - длина конфузорной части большого диффузора.
Тбм - расстояние от верхнего основания проточной части большого диффузора до нижнего основания проточной части малого диффузора.
Вышеуказанные отличительные признаки заявляемой полезной модели позволяют уменьшить высоту карбюратора при сохранении качественной карбюрации.
В соответствии с отличительными признаками заявляемой полезной модели зависимость суммарной длины прочных частей большого и малого диффузоров от суммарной высоты, определяемой от верхней плоскости корпуса до нижней плоскости смесительной камеры карбюратора в сборе, с учетом наложенных ограничений на высоту конфузорной части большого диффузора и глубину захождения малого диффузора в большой, позволяет полностью учесть влияние размеров и взаиморасположения диффузоров на высоту корпуса и смесительной камеры карбюратора и обеспечить уменьшение высоты карбюратора при сохранении качественной карбюрации. В случае, если сумма проточных частей большого и малого диффузора меньше чем 0,65 от суммарной высоты от верхней плоскости корпуса до нижней плоскости смесительной камеры карбюратора в сборе, снижается относительная эффективность применения двухдиффузорной системы за счет снижения длин проточных частей большого и малого диффузора и уменьшения скорости воздушного потока, сказывающихся на снижении мощности двигателя.
Если вышеуказанное соотношение больше 0,85, то протяженность суженной части главного воздушного тракта, определяемая расстоянием Тбм от верхнего основания проточной части большого диффузора до нижнего основания проточной части малого диффузора, там, где воздушный поток одновременно обтекает внутренние стенки от начала горловой части большого диффузора до конца внешних стенок малого диффузоров, становится достаточно большой. В литературе (3, стр.54) описано явление самокомпенсации, заключающееся в перераспределении потока воздуха между малым и большим диффузорам при неизменном расходе, за счет увеличению сопротивления его прохождению в проточной части малого диффузора из-за затрат энергии воздушного потока на дробление топлива. Таким образом, воздушный поток, проходящий в вышеуказанном месте, получает дополнительное ускорение, что может усиливать пристеночные возмущения, приводящие к снижению скорости воздушного потока, нарушению равномерности распыления топливной смеси после выхода се за пределы проточных частей малого и большого диффузоров, отрицательно сказывающееся на карбюрации.
Если расстояние Тбм от верхнего основания проточной части большого диффузора до нижнего основания проточной части малого диффузора больше 0,4 от длинны большого диффузора, тогда выход проточной части малого диффузора будет расположен слишком близко к смесительной камере, что может привести к неоднордному перемешиванию топлива с потоком воздуха, так как на коротком пути от выхода проточной части малого диффузора топливо может не успеть равномерно распределиться по всей плоскости поперечного выходного сечения большого диффузора и далее полости смесительной камеры, что ухудшит качество смешивания топлива с воздухом.
Нахождение конфузорной части Нк большого диффузора в пределах от 0,15 до 0,3 от длины большого диффузора Lб является оптимальным, так как если Hк меньше 0,15 от длины большого диффузора Lб, то конфузорная часть большого диффузора приближается по форме к уступу, что может увеличить сопротивление воздушному потоку и, следовательно, существенное снизить его скорость. Если конфузорная часть большого диффузора выполнена длинной больше 0,3 от длины большого диффузора Lб, в этом случае сокращается длина сопла большого диффузора, что так же приводит к снижению скорости воздушного потока. В обоих случаях такие варианты взаиморасположения элементов воздушного тракт будут приводить к снижению качества карбюрации и ухудшению процесса сгорания.
Поставленная задача также достигается тем, что высота заходной полости канала корпуса карбюратора определяется из соотношения:
Нзах=[0,85÷0,95]*(Lб+Lм)-L6, где:
Нзах - высота заходной полости: расстояние от верхней плоскости корпуса карбюратора до начала входного конфузора большого диффузора.
Данное соотношение позволяет определить высоту заходной полости в корпусе карбюратора относительно элементов главного воздушного тракта.
Фиг.1 Главный воздушный тракт карбюратора модели К135 со съемным большим диффузором.
Фиг.2 Принципиальная схема распыления топлива в главном воздушном тракте двигателя.
Фиг.3 Таблица значений параметров карбюраторов производимых ООО «Топливные системы».
Фиг.4 Главный воздушный тракт карбюратора с большим диффузором, отлитым за одно целое с корпусом карбюратора для карбюраторов модели К-151.
Фиг.5 Дроссельная характеристика для различных соотношений между элементами главного воздушного тракта карбюратора модели К135.
Пример 1. Главный воздушный тракт карбюратора модели К135 (Фиг.1) двигателя внутреннего сгорания включает: приемный воздушный патрубок 1 с воздушной заслонкой 2, расположенную преимущественно в корпусе 3 карбюратора систему диффузоров, включающую большой 4 и малый 5 диффузоры. Корпус карбюратора 3 имеет заходную полость 6 преимущественно цилиндрической формы. Приемный воздушный патрубок 1 соединен с верхней плоскостью корпуса 3 карбюратора с помощью винтовых соединений через прокладку 7. Заходная цилиндрическая полость 6 в корпусе 3 имеет продолжение в виде цилиндрического канала 8 с кольцевым выступом 9 в нижней части корпуса 3. В цилиндрический канал 8 вставлен до упора в кольцевой выступ 9 большой диффузор 4 с кольцевым выступом 10. Большой диффузор 4 имеет конфузорную часть 11 и выходное сопло 12, сопряженные между собой с помощью короткого цилиндрического горла 13.
В вертикальных пазах 14 заходной полости 6 установлен малый диффузор 5, который жестко закреплен в корпусе карбюратора с помощью пружины 15. Малый диффузор 5 имеет распылитель 16 эмульсионного канала 17 для подачи топливной эмульсии.
Снизу к корпусу 3 жестко присоединен через прокладку 18 корпус 19 смесительных камер с дроссельной заслонкой 20, при этом сопло 12 большого диффузора 4 частично заходит во внутрь смесительной камеры 21.
По результатам доводки главного воздушного тракта карбюратора модели К135, с использованием настоящей полезной модели получены размеры для его элементов см. таблицу (фиг.3).
Главный воздушный тракт карбюратора модели К135 со съемным большим диффузором работает следующим образом (фиг.1., 2.). При работе двигателя разрежение через впускной трубопровод (не показано), соединяющий двигатель с карбюратором, передастся в приемный воздушный патрубок 1, в результате чего воздух из атмосферы начинает проходить через малый 5 и большой 4 диффузор, при этом в узких сечениях диффузоров скорость воздуха значительно возрастает и соответственно также увеличивается разряжение. Расположение выхода проточной части малого диффузора 5 внутри узкой части большого диффузора 4, приводит к усилению разряжения в районе выхода распылителя малого диффузора 16. В результате, за счет возникшей разности давлений по топливная эмульсия начинает поступать в эмульсионный канал 17, откуда через распылитель 16 попадает в малый диффузор 5 и далее в сопло 12 большого диффузора 6, где происходит ее последовательное дробление на капли проходящим воздушным потоком. Далее топливовоздушная смесь попадает в полость смесительной камеры 21, где происходит дополнительное дробление капель топлива с образованием тумана. После смесительной камеры 21 топливовоздушная смесь по выходным патрубкам (не показано) попадает в цилиндры двигателя.
Пример 2. Главный воздушный тракт с большим диффузором, отлитым за одно целое с корпусом карбюратора К151 (фиг.4.).
Главный воздушный тракт карбюратора двигателя внутреннего сгорания включает: приемный воздушный патрубок 1 с воздушной заслонкой 2, расположенную преимущественно в корпусе 3 карбюратора систему диффузоров, включающую большой 4 и малый 5 диффузоры. Корпус карбюратора 3 имеет заходную полость 6. Приемный воздушный патрубок 1 соединен с верхней плоскостью корпуса 3 карбюратора с помощью винтовых соединений через прокладку 7. Заходная, преимущественно цилиндрическая полость 6 в корпусе 3 сопряжена с конфузором 11 большого диффузора 5, выполненного отлитым заодно с корпусом 3 карбюратора. Конфузорная часть 11 большого диффузора 4 и выходное сопло 12 сопряжены между собой с помощью короткого цилиндрического горла 13. Сопло 12 большого диффузора 4 сопряжено с узким кольцевым пояском 22 на выходе из корпуса 3 карбюратора. В вертикальных пазах 14 заходной полости 6 установлен малый диффузор 5, который жестко закреплен в корпусе карбюратора с помощью пружины 15.
Малый диффузор 5 имеет распылитель 16 эмульсионного канала 17 для подачи топливной эмульсии. Снизу к корпусу 3 жестко присоединен через прокладку 18 корпус смесительных камер 19 с дроссельной заслонкой 20.
Результаты доводки главного воздушного тракта карбюратора модели К151 представлены в таблице (фиг.3).
Главный воздушный тракт с большим диффузором, отпитым за одно целое с корпусом карбюратора модели К151, работает аналогично тракту модели К135 со съемным большим диффузором.
Промышленная применимость полезной модели подтверждена результатами испытаний главных воздушных тактов карбюратора модели К135, проведенных в ООО «Топливные системы» на безмоторной установке, предназначенной для определения стабильности расходных характеристик в условиях, соответствующих установившимся режимам работы двигателя или движения автомобиля с постоянными скоростями. В частности, была исследована дроссельная характеристика карбюратора: зависимость расхода топлива, подаваемого карбюратором от количества воздуха, поступающего в него через воздушный патрубок, при изменении положения дроссельной заслонки карбюратора.
На фиг.5. представлены дроссельные характеристики карбюратора К-135, где:
Gгр - контрольная дроссельная характеристика с указанием допустимых границ, позволяющих использовать карбюраторы модели к-135 с двигателями марки ЗМЗ-4905;
G(вып.) - дроссельная характеристика выпускаемого в настоящее время серийно карбюратора К135 в соответствии с соотношениями между элементами главного воздушного тракта, предложенными в настоящей полезной модели см. табл.фиг.3.;
G(0,61) - дроссельная характеристика карбюратора, в случае, когда сумма проточных частей большого и малого диффузора равна 0,61 от высоты корпуса;
G(Тбм=0,42*Lб) - дроссельная характеристика при увеличенных значениях проточных частей большого и малого диффузоров.
Из графика видно, что дроссельная характеристика С(вып.) выпускаемого в настоящее время серийно карбюратора К135 находится в середине допустимого диапазона и близка к контрольной. Дроссельные характеристика при G(0,61), G(Тбм=0,42*Lб) находятся за границами допустимого диапазона, карбюраторы с такими характеристикой непригодны доя использования в автомобиле.
Использование настоящей полезной модели позволяет уменьшить высоту карбюратора, сократить объем доводочных испытаний по выбору параметров главного воздушного тракта карбюратора в составе двигателя и автомобиля, при сохранении качества карбюрации.
В настоящее время ООО «Топливные Системы» перешло к выпуску карбюраторов, главный воздушный тракт которых выполнен с использованием настоящей полезной модели (таблица фиг.3), что позволяет их применять для различных автомобилей с пониженной линией капота.
Литература
1. Карбюраторы двигателей внутреннего сгорания., В.И.Грибанов, В.А.Орлов, Машиностроение, Ленинград, 1967 стр.24-30).
2 Автомобильные карбюраторы. В.А.Орлов, В.Е.Лосев "МАШИНОСТРОЕНИЕ", ЛЕНИНГРАД 180 стр, 1977 г.
3 Автомобили УАЗ 31512, 31514, 3741, 3962, 2206, 3303, 3909, 39091 и их модификации. Руководство по техническому обслуживанию и ремонту., ООО «Авто-Книга», стр.23-26, 1999 г.