КАРБЮРАТОР ДЛЯ ДВС С ЩЕЛЕВЫМ ВЫХОДНЫМ ОТВЕРСТИЕМ В СМЕСИТЕЛЬНОЙ КАМЕРЕ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к карбюраторам для двигателей внутреннего сгорания.
Известен карбюратор для двигателя внутреннего сгорания [1], содержащий по меньшей мере одну смесительную камеру с дроссельной заслонкой, распылитель главной дозирующей системы, расположенный в диффузоре и сообщающийся с поплавковой камерой, и канал системы холостого хода с двумя выходными отверстиями, расположенными в стенке смесительной камеры, в которой выполнена по крайней мере одна продольная выемка. Оба выходные отверстия системы холостого хода расположены над закрытой дроссельной заслонкой. Выходные отверстия системы холостого хода карбюратора интенсивно работают при режимах работы двигателя, соответствующих движению автомобиля в городских условиях со скоростями до 60 км/час с постоянными остановками и разгонами. Недостатками указанного карбюратора является наличие продольной выемки (или выемок) которая усложняет конструкцию карбюратора и технологию его изготовления. Наличие двух выходных отверстий не позволяют добиться плавного перехода от работы системы холостого хода к работе главной дозирующей системы из-за скачкообразного изменения площади проходного сечения выходных отверстий системы холостого хода по мере открытия дроссельной заслонки.
Также известен карбюратор типа К88А для двигателей автомобиля ЗИЛ - 130 (2) с системами холостого хода с задроссельным смесеобразованием, у которых имеется выходное отверстие, выполненное в виде узкой вертикальной щели, расположенной выше кромки закрытой дроссельной заслонки. Такое выполнение расположения выходного отверстия системы холостого хода не гарантирует отсутствия провалов в работе двигателя при минимальных углах открытия дроссельных заслонок и ухудшает ездовые качества автомобиля при трогании с места. Этот недостаток обычно компенсируется обогащением топливовоздушной смеси путем изменения диаметра жиклеров систем холостого хода, что приводит к увеличению расходов топлива и массовых выбросов вредных веществ, особенно неприемлемых для двигателей легковых автомобилей.
Наиболее близкими к настоящей полезной модели являются карбюраторы, выпускаемые ОАО «ДААЗ». Известны конструкции карбюраторов типа «СОЛЕКС» (2108, 21083 и др.), в которых применяется классическая система холостого хода с задроссельным смесеобразованием (3). Указанные карбюраторы, содержат, по меньшей мере одну смесительную камеру с дроссельной заслонкой и диффузор, установленный в главном воздушном канале карбюратора. Диффузор карбюратора имеет распылитель, сообщенный с поплавковой камерой через главную дозирующую систему и систему холостого хода. Канал системы холостого хода имеет выходное вертикальное щелевое отверстие, расположенное в стенке смесительной камеры, в зоне дроссельной заслонки. Дроссельная заслонка по мере ее открытия в зависимости от режима работы карбюратора меняет соотношение между воздухом, поступающим из главного воздушного канала в канал системы холостого хода через часть выходного вертикального щелевого отверстия, расположенную над дроссельной заслонкой, и топливной эмульсией, вытекающей из части выходного вертикального щелевого отверстия, расположенной под дроссельной заслонкой. Существенным недостатком данной конструкции карбюратора является неоптимальный выбор геометрических размеров щели и расположения выходного щелевого отверстия относительно кромки дроссельной заслонки, что приводит к ухудшению взаимодействия системы холостого хода и главной системы карбюратора, вызывающих ухудшение ездовых качеств автомобиля, повышенный выброс вредных веществ в виде моноксида углерода и несгоревших углеводородов и увеличению эксплутационных расходов топлива при движении в городских условиях.
Задача полезной модели: улучшение ездовых качеств, снижение эксплуатационного расхода топлива и массовых выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателя при движении автомобиля в городских условиях путем улучшения взаимодействия дозирующих систем карбюратора на переходных режимах работы двигателя и автомобиля.
Известен карбюратор для двигателя внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере одну смесительную камеру с дроссельной заслонкой и диффузор, установленный в главном воздушном канале карбюратора. Диффузор имеет распылитель, сообщенный с поплавковой камерой через главную дозирующую систему и систему холостого хода, канал которой имеет выходное щелевое отверстие, расположенное в стенке смесительной камеры. В соответствии с полезной моделью щелевое отверстие в стенке канала смесительной камеры выполнено длиной от 4 до 5 мм и расположено таким образом, что при полностью закрытой дроссельной заслонке, с толщиной от 0,8 до 1,2 мм, до упора ее кромки в стенку смесительной камеры, дроссельная заслонка делит выходное щелевое отверстие в стенке смесительной камеры на две неравные части, расположенные над и под заслонкой. При этом отношение между длиной части щели, расположенной над полностью закрытой дроссельной заслонкой, ко всей длине щели находится в диапазоне 0,62-0,78.
Наиболее оптимальное начало работы карбюратора достигается при условии, что нижняя кромка щелевого отверстия находится на расстоянии не более чем 0,5 мм от нижней кромки полностью закрытой дроссельной заслонки. Если щелевое отверстие выходит под дроссельную заслонку более, чем на 0,5 мм, то это приводит к невозможности отрегулировать содержание моноксида углерода (СО) в отработавших газах при минимальной частоте холостого хода в соответствии с законодательными нормами или требованиями завода-изготовителя.
Наиболее оптимальный угол между полностью закрытой дроссельной заслонкой и плоскостью, перпендикулярной оси главного воздушного тракта, находится в пределах от 7 до 13 град. Если угол установки дроссельной заслонки менее 7 град, то при сборке карбюратора существенно возрастает вероятность заклинивания заслонки из-за упора ее кромки в стенку смесительной камеры. При начальном угле дроссельной заслонки более 13 град, ухудшится взаимодействие дозирующих систем карбюратора, за счет сужения диапазона хода заслонки от частично перекрытой щели, до положения, когда щель находится полностью под верхней кромкой дроссельной заслонки, что потребует существенного увеличения длины щели и отрицательно скажется на работе системы холостого хода.
Полезная модель обеспечивает плавное вступление в работу главной дозирующей системы при работе системы холостого хода и получение оптимальной характеристики дозирования (оптимальных расходов топлива) в начале дроссельной характеристики. Это обеспечивается изготовлением карбюратора с выполнением следующих условий:
- длина щели в стенке канала смесительной камеры составляет 4-5 мм;
- толщина дроссельной заслонки 0,8-1,2 мм;
- полностью закрытая дроссельная заслонка делит выходное щелевое отверстие в стенке смесительной камеры на две неравные части;
- отношение длины части щели, находящейся над заслонкой, к длине всей щели находится в пределах 0,62-0,78.
Если щелевое отверстие не будет частично выходить под полностью закрытую дроссельную заслонку, то это приведет к недопустимому ухудшению ездовых качеств автомобиля при трогании с места в виде глубокого провала вплоть до остановки двигателя.
Выполнение щели ненадлежащей длины и/или нарушение расположения щели относительно закрытой дроссельной заслонки (то есть не выполнение соотношения 0,62-0,78), может привести к изменению расходов топлива (его переобогащению или переобеднению) на установленных режимах расходов воздуха вплоть до выхода за допустимые нормы, что было подтверждено в ходе проведения экспериментов по подбору оптимальных соотношений между длинной щели и ее расположением относительно дроссельной заслонки результаты которых приведены ниже.
Если толщина дроссельной заслонки менее 0,8 мм, то это вызывает технологические трудности по выполнению ее в производстве и сохранению требуемой жесткости формы дроссельной заслонки, которая может быть деформирована при длительной эксплуатации карбюратора с заслонкой меньшей толщины.
Если толщина дроссельной заслонки более 1,2 мм, то увеличивается высотоа ее торца, что снижает эффективную длину щели с регулируемым течением топлива и воздуха.
Фиг.1. Схематическое изображение карбюратора.
Фиг.2. Схематическое изображение поперечного разреза смесительной камеры карбюратора с выходным щелевым отверстием системы холостого хода.
На Фиг.3. и Фиг.4. представлены дроссельные характеристики карбюратора при различной длине щелевого отверстия в смесительной камере и различных положениях щелевого отверстия относительно начального положения дроссельной заслонки в смесительной камере.
Карбюратор (см. фиг.1.) содержит смесительную камеру 1 с дроссельной заслонкой 2, выше смесительной камеры 1 расположен большой диффузор 3 главного воздушного канала с заходной горловиной, внутри которого установлен малый диффузор 4 с распылителем 5, сообщенным через эмульсионный канал 6 и эмульсионный колодец 7 главной дозирующей системы с поплавковой камерой 8.
Карбюратор снабжен системой холостого хода, канал которой 9 имеет выходное щелевое отверстие 10 в стенке смесительной камеры 1, расположенное в зоне дроссельной заслонки 2 перпендикулярно ее оси.
Щелевое отверстие 10 (см. фиг.2.) имеет длину L равную 4,5 мм и выполнено таким образом, что при полностью закрытой дроссельной заслонке 2 до ее упора в стенку смесительной камеры 1 длина l части щели, расположенной над закрытой дроссельной заслонкой, равна 3,25 мм, при толщине дроссельной заслонки 2, равной 1,0 мм. Ниже дроссельной заслонки 2 расположено круглое отверстие 11 предназначенное для питания топливом на режимах холостого хода.
Карбюратор работает следующим образом.
На холостом ходу дроссельная заслонка 2 незначительно приоткрыта, и ее положение определяется регулировочным винтом (не показано) количества смеси. При этом, вследствие низкого расхода воздуха на этом режиме, разрежение в диффузоре 4 недостаточно для истечения топлива через каналы главной дозирующей системы и карбюратор работает в режиме холостого хода. При этом режиме топливо из поплавковой камеры 8 через топливный жиклер 12 попадает в эмульсионный колодец 7, откуда топливо по каналу 9 системы холостого хода проходит через топливный жиклер 13 системы холостого хода на выходе которого топливо смешивается с воздухом, поступающим через воздушный жиклер 14 системы холостого хода. Далее топливовоздушная смесь, проходящая по каналу 9, дополнительно забедняется за счет воздуха, поступающего в канал 9 через верхнюю часть щелевого отверстия 10, расположенную выше дроссельной заслонки. При этом одновременно через нижнюю часть щели под дроссельной заслонкой 2 небольшая часть топливо-воздушной смеси поступает в задроссельное пространство. Основная часть топливо-воздушной смеси из канала 9 поступает в полость регулировочного винта качества 15, которым регулируется общее количество топлива на режиме минимальной частоты оборотов двигателя на холостом ходу, и далее топливовоздушная смесь попадает в задроссельное пространство через круглое отверстие 11 в стенке смесительной камеры 1.
При дальнейшем открытии дроссельной заслонки 2 первичной камеры (относительно начального положения на холостом ходу) в режимах малых и средних нагрузок двигателя, под дроссельной заслонкой 2 образуется зона разряжения, при этом верхняя часть щелевого отверстия 10, расположенная выше дроссельной заслонки, начинает работать как воздушный жиклер, а ее нижняя часть - как эмульсионный жиклер. По мере перемещения края дроссельной заслонки 2 вверх увеличивается нижняя часть щели, попадающая в зону высокого разрежения. При этом соответственно увеличивается разрежение у топливного жиклера 13 холостого хода и расход топлива через него возрастает пропорционально увеличению количества воздуха, поступающего в задроссельное пространство. При этом расход топлива через щелевое отверстие 10 увеличивается, а через круглое отверстие 11 холостого хода прекращается, обеспечивая плавный переход между режимом холостого хода и малых нагрузок.
Дальнейшее открытие дроссельной заслонки 2 приводит к увеличению разряжения в зоне выходного отверстия эмульсионного канала 6 распылителя 5 диффузора 4 главной дозирующей системы, и при достижении заслонкой положения, когда верхняя кромка дроссельной заслонки 2 достигает верхней кромки щелевого отверстия 10, это разрежение становится достаточным для начала истечения топлива через главную дозирующую систему. Увеличение расхода топлива через щелевое отверстие 10 происходит до момента, пока она полностью не окажется под дроссельной заслонкой 2. Последующее открытие дроссельной заслонки 2 приводит к постепенному, вплоть до полного прекращения, уменьшению расхода топлива через щелевое отверстие 10, которое компенсируется увеличением расхода топлива через главную дозирующую систему, что обеспечивает плавный переход между режимом малых и средних нагрузок.
При больших нагрузках и, соответственно, больших углах открытия дроссельной заслонки 2 разрежение в зоне выходного отверстия эмульсионного канала 6 распылителя 5 диффузора 4 главной дозирующей системы становится больше, чем разрежение в смесительной камере выходного отверстия холостого хода 11 и щелевого отверстия 10. В этом случае начинается, так называемое, явление самокомпенсации, при котором появляется обратное движение воздуха из главного воздушного тракта через щелевое отверстие 10 канал 9 системы холостого хода в эмульсионный колодец 7 главной дозирующей системы. Таким образом, щелевое отверстие 10 продолжает участвовать в процессе смесеобразования, а топливный жиклер холостого хода 13 становится дополнительным воздушным жиклером главной дозирующей системы, улучшая состав топливовоздушной смеси.
На фиг.3 и фиг.4. представлены дроссельные характеристики карбюратора при различной длине щелевого отверстия в смесительной камере и различных положениях щелевого отверстия относительно начального положения дроссельной заслонки в смесительной камере, где:
GT - базовая дроссельная характеристика с допустимым диапазоном;
GT (4; 0,78) - Дроссельная характеристика карбюратора, L=4 мм, l/L=0,78;
GT (5; 0,78) - Дроссельная характеристика карбюратора, L=5 мм, l/L=0,78;
GT (4; 0,62) - Дроссельная характеристика карбюратора, L=4 мм, l/L=0,62;
GT (5; 0,62) - Дроссельная характеристика карбюратора, L=5 мм,l//L=0,62.
При выборе параметров щелевого отверстия в смесительной камере L=4 мм, l/L=0,78 дроссельная характеристика GT (4; 0,78) показала уменьшение расхода топлива во всем диапазоне работы щелевого отверстия 10, что приводит к ухудшению ездовых качеств автомобиля при трогании с места и малых скоростях движения, падению мощности двигателя из-за переобеднения смеси, существенному увеличению массовых выбросов несгоревших частиц углеводородов (См.фиг.3.).
При выборе параметров щелевого отверстия в смесительной камере L=5 мм, l/L=0,78 дроссельная характеристика GT (5; 0,78) показала уменьшение расхода топлива от начального положения дроссельной заслонки 2 до включения в работу главной дозирующей системы, после чего наблюдалось превышение расхода топлива по дроссельной характеристике до конца работы щелевого отверстия 10, что приводит к ухудшению ездовых качеств автомобиля при трогании с места и к недопустимому увеличению содержания моноксида углерода в отработавших газах при повышенной частоте холостого хода. (См. фиг.3.).
При выборе параметров щелевого отверстия в смесительной камере L=4 мм, l/L=0,62 дроссельная характеристика GT (4; 0,62) показала увеличение расхода топлива от начального положения дроссельной заслонки 2 до включения в работу главной дозирующей системы, после чего наблюдалось уменьшение расхода топлива до конца работы щелевого отверстия 10, что приводит к ухудшению ездовых качеств автомобиля при малых скоростях движения (провалы, тычки), увеличению расходов топлива, увеличению массовых выбросов моноксида углерода и углеводородов. (См.фиг.4.).
При выборе параметров щелевого отверстия в смесительной камере L=5 мм, l/L=0,62 дроссельная характеристика GT (5; 0,62) показала увеличение расхода топлива во всем диапазоне работы щелевого отверстия 10, что приводит к увеличению эксплутационного расхода топлива, массовых выбросов моноксида углерода, недопустимому увеличению содержания моноксида углерода в отработавших газах при повышенной частоте холостого хода. (См.фиг.4.).
Результаты экспериментов подтвердили, что изготовление карбюратора с щелевым выходным отверстием в смесительной камере в соответствии с настоящей полезной моделью обеспечивает улучшения взаимодействия главной дозирующей системы и системы холостого хода.
Применение полезной модели позволило улучшить взаимодействие дозирующих систем карбюраторов типа К - 178 на переходных режимах работы двигателя, снизить эксплуатационные расходы топлива и массовые выбросы вредных веществ с отработавшими газами двигателя при движении автомобиля в городских условиях.
Перечень литературы
1. КАРБЮРАТОР ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.
Авторское свидетельство, SU 1275106 от 07.12.86.
2. Орлов В.А., Лосев В.Е. Автомобильные карбюраторы. Л., «Машиностроение», 1997 г.
3. Карбюраторы «Солекс». Обслуживание и ремонт. Иллюстрированное руководство. М. ООО «Книжное издательство «За рулем», 2005. (Серия «Своими силами»).