УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности к устройствам образования горючей смеси двигателей внутреннего сгорания, и может быть использована как при модернизации находящихся в эксплуатации автомобилей, так и при разработке и выпуске новых моделей.
Из уровня техники известно использование подогрева топливовоздушной смеси (И.М.Ленин, О.М.Малашкин и др. Системы топливоподачи автомобильных и тракторных двигателей. М.: «Машиностроение», 1976) для увеличения скорости испарения топлива и компенсации понижения температуры, происходящей вследствие затраты тепла на скрытое тепло парообразования. Интенсивность подогрева горючей смеси не должна быть одинаковой для различных топлив и режимов работы двигателя. Чем больше скрытое тепло парообразования и чем ниже давление паров топлива при определенной температуре, тем на большую температуру надо подогревать топливовоздушную смесь при ее подготовке. Для подогрева обычно расходуется часть тепла, уносимого с выпускными газами или передаваемого в систему охлаждения. В соответствии с этим различают газовый и жидкостный подогрев.
Таковы устройства, описанные в А. св. СССР №№885577, оп. 30.11.81; 1040070, оп. 07.09.83; патентах на полезную модель RU №68600 оп. 27.11.2007; 75697, оп. 20.08.2008; патенте RU №2280780, оп. 28.06.2006 и др.
Известна система подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания путем подогрева, содержащая впускной трубопровод с топливоподающим устройством и выпускной трубопровод, между которыми определенным образом образована замкнутая полость, сообщенная каналом подвода с радиатором охлаждающей жидкости, а каналом отвода - с водяным насосом. В канале отвода размещены регулирующие устройства - термостат и пневмоклапан. (А. св. СССР №1040070, оп. 07.09.83).
Недостатком известного технического решения является длительность процесса получения требуемых показателей смеси обусловленная нестабильностью работы двигателя при различных скоростных режимах на бензинах с низким октановым числом, и, как следствие, ненадежность, а также неудобство обслуживания регулирующих устройств, что снижает эксплуатационные качества двигателя.
Известно, взятое за прототип, устройство подготовки путем подогрева топливовоздушной смеси, для двигателя внутреннего сгорания, содержащее топливопровод, впускной и выхлопной трубопроводы и теплообменник с выхлопными газами в качестве теплоносителя, вход которого соединен с воздушным фильтром, а выход - с впускным трубопроводом. Впускной и выхлопной патрубки, объединенные в коллекторный узел, частично выполнены с общей стенкой, а теплообменник выполнен в виде герметичного кожуха вокруг выхлопного трубопровода и коллекторного узла, при этом полость теплообменника, образованная кожухом, выполнена с возможностью присоединения трубопровода от сапуна. (См. патент RU на полезную модель №68600, оп. 27.11.2007).
При запуске двигателя воздух, требуемый для образования топливовоздушной смеси проходит через теплообменник, нагреваясь от выхлопных газов. Подогретый воздух поступает непосредственно во впускной трубопровод и далее на смесеобразование. Дополнительный нагрев воздуха происходит за счет теплопередачи через стенку коллекторного узла, а также за счет подачи в полость теплообменника горячего воздуха из картера двигателя через сапун. Контроль за температурой подогретого воздуха и регулирование температуры могут быть реализованы в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режиме. Известное техническое решение может быть применено как на карбюраторных, так и на инжекторных двигателях.
Недостатком известного устройства является длительность подогрева воздуха для топливовоздушной смеси на холостом ходу двигателя, что приводит к неоправданным расходам топлива, загрязнению атмосферы выбросами выхлопными газами.
Задачей полезной модели являлось создание устройства для подготовки топливовоздушной смеси двигателя при переводе его работы на бензин с более низким октановым числом на всех режимах для повышения экологичности и экономичности двигателя, а также обеспечение возможности модернизации действующего автомобильного парка без существенных затрат и доработок.
Задача решается устройством подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания, содержащим карбюратор, (или иное впрыскивающее устройство), снабженный топливовоздушными каналами и соединенный с топливопроводом и воздушным фильтром, теплообменник с выхлопными газами в качестве теплоносителя, выполненный в виде герметичного кожуха вокруг выпускного трубопровода, которое, согласно предложению, отличается тем, что оно снабжено контуром циркуляции теплоносителя для подогрева воздуха топливовоздушной смеси для холостого хода, входной трубопровод которого соединен с впускным трубопроводом перед карбюратором, а выходной - после карбюратора, а теплообменный канал, соединяющий вход и выход упомянутого контура, выполнен в виде, по меньшей мере, одной кольцевой полости внутри выпускного трубопровода.
Целесообразно в устройстве во впускном трубопроводе устанавливать регулятор воздуха.
Техническим результатом предлагаемого устройства является обеспечение возможности использования в двигателях бензинов с низким октановым числом для работы на всех режимах, в том числе на холостом ходу на беднейшей смеси, при сжигании которой в атмосферу практически не выбрасывается вредных веществ, что обусловливает повышение экологичности и экономичности двигателя. Кроме того, предлагаемое техническое решение обеспечивает возможность его реализации на действующих транспортных средствах без замены типовых узлов, т.е. без значительных затрат и переделке схемы работы двигателя.
Устройство поясняется чертежами, где: на фиг.1 схематично представлен его продольный разрез; на фиг.2 - пример выполнения теплообменного канала контура циркуляции теплоносителя для подогрева воздуха, используемого при образовании смеси на холостом ходу.
Устройство подготовки топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания содержит карбюратор 1, (или иное дозирующее устройство для впрыска топливовоздушной смеси в двигатель), снабженный топливовоздушными каналами и соединенный с топливопроводом и воздушным фильтром, (не показаны), теплообменник 2, например, с выхлопными газами в качестве теплоносителя, выполненный в виде герметичного кожуха 3, вокруг выпускного трубопровода 4. Устройство снабжено контуром 5 циркуляции теплоносителя для подогрева воздуха топливовоздушной смеси для холостого хода, входной трубопровод 6 которого соединен с впускным трубопроводом 7 перед карбюратором 1, а выходной - 8 - после карбюратора 1. Теплообменный канал 9, соединяющий вход и выход контура 5, выполнен в виде, по меньшей мере, одной кольцевой полости 10, выполненной внутри выпускного трубопровода 4 в его стенке. Во впускном трубопроводе 7 установлен регулятор 11 подачи воздуха (дозирующее устройство), обеспечивающий подачу воздуха вручную или автоматически в зависимости от режима работы двигателя и целого ряда показателей (температуры двигателя, марки бензина, состава выхлопных газов и др.).
Устройство работает следующим образом. После запуска двигателя воздух из воздушного фильтра по впускному трубопроводу 7 поступает в карбюратор 1, а отработавшие газы сравнительно быстро нагревают до оптимальной рабочей температуры (~20ºС-40ºС), охлаждающую жидкость, и (двигатель имеет жидкостную систему охлаждения - - не показана) в теплообменнике 2 воздух нагревается за счет теплопередачи между стенками выпускного трубопровода 4 и кожуха 3 за счет теплопередачи между стенками. Подогретый до температуры не менее 20ºС воздух подается во впускной трубопровод 7, топливовоздушные каналы карбюратора 1, входной и выходной трубопроводы 6, 8 и теплообменный канал 9 контура 5 и смешивается с топливовоздушной смесью, образованной в карбюраторе 1.
Происходит дополнительный нагрев топливовоздушной смеси, измельчение топливной составляющей, что обеспечивает более полное ее сгорание, при этом гарантируется смесеобразование на холостом ходу воздуха с бензином с более низким октановым числом по сравнению с требуемым для данного типа двигателя. Подача воздуха устанавливается регулятором 11 в зависимости от режима работы двигателя, температуры охлаждающей жидкости.
При невозможности удержания температуры рабочего режима ниже 45-50ºС регулятор 11 перекрывает подачу теплого воздуха и открывает доступ холодному воздуху.
Опытный образец предлагаемого устройства был изготовлен и прошел опытные испытания, которые подтвердили ожидаемый технический результат, обеспечение бесперебойной работы двигателя на холостом ходу на «бедной» смеси с максимальным использованием теплоты, образующейся в процессе работы двигателя. Выброс вредных веществ в атмосферу - минимальный. Расчет элементов устройства не представляет затруднения для специалистов; узлы и детали не сложны, доступны в производстве и приобретении, что является экономически выгодным при модернизации действующего парка автомобилей.