ГОМОГЕНИЗАТОР ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ИНЖЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам приготовления топливовоздушной смеси и гомогенизаторам в инжекторных двигателях внутреннего сгорания (ДВС).
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является штатное устройство приготовления топливовоздушной смеси для инжекторных ДВС, содержащее штатный впускной коллектор и блок топливных инжекторов, соединенных с этим впускным коллектором-прототип (Руководство по техническому обслуживанию и ремонту инжекторных ДВС марки ВАЗ), М., Русьавтокнига, 2005 г.. с.16, рис..13-08).
При всех достоинствах прототипа, существующее устройство приготовления топливовоздушной смеси не обеспечивает эффективное смешивания компонентов топливной смеси и поэтому не обеспечивает ее высокое качество, и как следствие, не обеспечивает достаточную полноту ее сжигания в камерах сгорания тепловых двигателей, что приводит к перерасходу топлива и повышенной токсичности выхлопных газов инжекторного ДВС.
Технический результат, данной полезной модели состоит в конструктивном усовершенствовании известной системы приготовления топливовоздушной смеси для инжекторных ДВС, достаточным для получения гомогенной ТВС высокого качества. Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство приготовления топливовоздушной смеси в инжекторном ДВС, (гомогенизатор), содержащий впускной коллектор с выходными отверстиями и инжекторы топлива, введенные через дополнительные отверстия внутри впускного коллектора, выполнен в виде вихревого смесителя компонентов топливной смеси, конструктивно совмещенного с впускным коллектором посредством его размещения внутри выходного отверстия впускного коллектора и плотного консольного закрепления части внешнего цилиндрического корпуса смесителя внутри него, причем наружная поверхность цилиндра этого вихревого смесителя имеет сквозную проточку от консоли по всей длине вихревого смесителя с диаметром проточки, меньшим диаметра внутреннего отверстия этого коллектора на величину, достаточную для образования цилиндрической
полуоткрытой смесительной камеры между ней и внутренней поверхностью впускного коллектора, причем внутренняя поверхность этого вихревого смесителя выполнена в виде модернизированного сопла Лаваля с двумя усеченными конусами, развернутыми малыми отверстиями друг к другу и цилиндрической проточкой между ними, в которой по периметру размещены наклонные отверстия в корпусе этого смесителя, тангенциально соединяющие через равные углы эту внутреннюю цилиндрическую полость в сопле Лаваля со упомянутой цилиндрической внешней полуоткрытой смесительной камерой, причем в корпусе впускного коллектора имеются дополнительные отверстия в зоне размещения смесителя, соединяющие упомянутую полуоткрытую смесительную камеру с атмосферный воздухом, очищенными выхлопными газами и водяным паром, причем выходной конус сопла Лаваля внутри вихревого смесителя имеет диаметр, равный диаметру отверстия впускного коллектора, а сумма диаметра входного конуса сопла Лаваля и двух высот полуоткрытой смесительной камеры также равна величине диаметра проходного отверстия впускного коллектора, причем диаметры и углы наклона всех этих отверстий во впускном коллекторе и вихревом смесителе, а также размеры отверстий и углы наклона конусов в модернизированном сопле Лаваля взаимосвязаны и выбираются из условия создания этим устройством вихревых потоков с направлением и скоростью, достаточным для получения на выходе гомогенизатора топливовоздушной смеси наилучшего качества.
Описание устройства
Предлагаемая полезная модель устройства показана на фиг 1 (фронтальный вид в разрезе). Гомогенизатор топливовоздушной смеси (ТВС) для инжекторного ДВС (сам блок цилиндров ДВС не показан) содержит впускной коллектор 1 с внутренним отверстием 2, вихревой гомогенизатор 3, конструктивно совмещенный с корпусом впускного коллектора 1, и выполненный в виде вихревого смесителя 4 компонент топливо воздушной смеси (перечень их обозначений ниже), с его цилиндрическим корпусом, имеющим внешнюю консоль 10, и внутренним отверстием в виде модернизированного сопла Лаваля 5, имеющем входной конус 6, выходной конус 7, и соединяющих их внутренний цилиндр 8., соединенный наклонными отверстиями 9 на его внутренней боковой поверхности с полуоткрытой цилиндрической смесительной камерой 11, образованной между внутренней боковой поверхностью отверстия 2 впускного коллектора 1 и проточкой снаружи вихревого смесителя 4 причем вихревой смеситель 4 размещен внутри впускного коллектора 1 со стороны его выхода на внешней консоли 10 его корпуса 10, плотно вставленной внутрь отверстия 2 впускного коллектора 1 с его выходной стороны. Во впускном коллекторе 1 размещены также топливный инжектор 12 и два штуцера 13,
14, вставленные в его дополнительные отверстия, в зоне размещения внутри него вихревого смесителя 4 соединяющие атмосферу и полуоткрытую смесительную камеру 11, причем эти отверстия выполнены тангенциальными по отношению к внутренней поверхности впускного коллектора 1.
Дополнительные буквенные обозначения на фиг.1:
Т1 - топливо (подача через инжектор 12 ДВС)
Т2 - часть топлива в режиме закрутки через отверстия смесителя
В1 - главный поток воздуха (из ресивера ДВС - не показан на рисунке)
В2 - дополнительный поток воздуха для закрутки и смешивания ТВС (из ресивера)
В3 - часть главного потока воздуха В1, поступающая в полуоткрытую смесительную камеру 11 для закрутки через отверстия 9 этого смесителя ТВС - топливо-воздушная смесь
ТВС1, ТВС2 - зоны вихревого смешивания Т+В в сопле Лаваля внутри вихревой камеры 4
ТВС3 - готовая вихревая гомогенная топливная смесь перед подачей в ДВС
Стрелками показано направления вращения ТВС
Работа устройства
Устройство согласно данной полезной модели работает следующим образом.
Во входное рабочее отверстии 2 впускного коллектора 1 инжекторного ДВС подают воздух В1 из атмосферы через главный воздушный фильтр и ресивер(не показаны на рис.). Далее этот воздух В1 и топливо Т1 из отверстия топливного инжектора 12 движутся по впускному коллектору 1, частично перемешиваются и поступают в гомогенизатор 3, конкретно, в вихревой смеситель 3, причем одновременно в его входной конус 6 сопла Лаваля 5 и частично в полуоткрытую смесительную цилиндрическую камеру 11 вихревого смесителя 4. Одновременно в эту камеру 11 подают и дополнительный воздух из атмосферы через штуцер 13, вставленный в отверстие во впускном коллекторе 1.
В результате, данные компоненты ТВС начинают вращаться в этой смесительной камере 11 поступающим тангенциально в нее дополнительным воздухом В2. Посредством образованного вихревого потока воздуха В2, подаваемого тангенциально в полуоткрытую кольцевую смесительную камеру 11, воздушные вихри В1, В2 и В3 и частично и топливо Т2 перемешивают внутри нее и подготовленная, хорошо перемешанная топливовоздушная смесь поступает далее через наклонные тангенциальные каналы 9, образующие в корпусе вихревого смесителя 4 вихревую форсунку, формирующая в рабочем цилиндрическом отверстии 8 вихревого смесителя 4, аэродинамический вихрь в котором топливная смесь ТВС1 дополнительно закручивается и интенсивно перемешивается также с главным воздушным потоком В1. Модернизированное сопло Лаваля 5, введенное в вихревой смеситель
обеспечивают также дополнительное эффективное дробление капель топлива благодаря двойному скачку давления потока ТВС при его входе и выходе из него.
В результате многоступенчатого вихревого перемешивания топлива с воздухом в описанном устройстве гомогенизатора 3 посредством вихревого смесителя 4 с модернизированным соплом Лаваля 5 - капли топлива активно дробятся и перемешиваются с главным потоком воздуха В1 и добавочным потоками воздуха В2, 3 причем основная гомогенизация ТВС протекает двухступенчато - сначала начинается вихревое перемешивание ТВС 1 в полом цилиндре 8 сопла Лаваля внутри смесителя 4, потом перемешивание ТВС2 продолжается в выходном конусе 7 сопла Лаваля 5.
И в итоге на выходе вихревого гомогенизатора 3 получается вихревая гомогенная топливная смесь ТВС3 практически идеального качества. Как результат, достигается повышение полноты сгорания такой гомогенной топливной смеси внутри камер сгорания ДВС и, как следствие, существенно (на 15-20%) снижается расход топлива и в разы снижается токсичность выхлопных газов инжекторного ДВС.
Причем посредством этого гомогенизирующего устройства 3 может быть реализован еще более экономичный режим инжекторного ДВС в случае если через иное дополнительное отверстие в впускном коллекторе через вставленный в него штуцер 14 подавать водяной пар (ВП) и очищенные выхлопные газы (ВГ) требуемой дозировки.
Устройства их приготовления на фиг.1 не показаны. В этом случае возникает эффект значительно большего количества удельного топливного заряда (квазитурбонаддува) в камеры сгорания ДВС при одновременном снижении расхода топлива.
И в итоге реализации данного форсированного режима подачи, завихрения через этот гомогенизатор и перемешивания новой обедненной синтезированной новой топливной смеси ТВС3=В1+Т1+ВП+ВГ и ее последующего введения в камеры сгорания усиливаются по сравнению с первым режимом работы гомогенизатора (без введения ВП+ВГ) одновременно эффекты экономии топлива и повышения приемистости ЛВС при дополнительном снижении токсичности ВГ. В пусковых и нештатных ситуациях штуцер 14 может быть заглушен. Важным достоинством предлагаемого гомогенизатора ТВС является его работоспособность практически на всех режимах ДВС.