КАРБЮРАТОР ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Техническое решение относится к системам подготовки топливовоздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания и может быть использовано в карбюраторах.
Известно (SU, авторское свидетельство 1384814) устройство для обработки топливовоздушной смеси в ДВС, содержащее корпус с проточным каналом и выполненные в последнем большой и малый диффузоры, причем в малом диффузоре выполнена тороидальная полость.
Недостатком данного устройства является сложность его изготовления. Также, судя по конструкции, данное устройство предназначено только для максимальных режимов работы двигателя внутреннего сгорания и не будет качественно работать на переходных режимах и режимах холостого хода. Кроме того, возникает большое сопротивление проходящему потоку топливовоздушной смеси из-за конструкции устройства, основанной на использовании резких угловых переходов.
Известно (RU, заявка 94036254) устройство гомогенизации, содержащее корпус с проточным каналом, в котором расположен вихревой генератор, состоящий из последовательно расположенных конфузора, тороидальной камеры и диффузора.
Недостатки данного устройства аналогичны недостаткам предыдущего устройства, а именно: сложность изготовления устройства, данное устройство предназначено только для
максимальных режимов работы автомобиля и не будет работать на переходных режимах и режимах холостого хода. Кроме того, возникает большое сопротивление проходящему потоку топливовоздушной смеси из-за конструкции устройства, основанной на использовании резких угловых переходов.
Известен (RU, патент 2062900) карбюратор двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с проточным каналом и смесительной камерой, малый и большой диффузоры, размещенные в проточном канале, гомогенизатор, ускорительный насос, экономайзер, эконостат, переходную систему холостого хода и основной распылитель, выполненные с выходными каналами.
Недостатком данного устройства можно признать вывод турбулентных потоков топливной эмульсии параллельно потоку воздуха, в связи с чем распыления топливной эмульсии и, следовательно, эффективного смешивания воздуха с топливной эмульсией не происходит.
Известен (см. Б.В.Прохоров, А.И.Чванов и др. "Автомобили ВАЗ. Карбюраторы и топливные насосы", Тольятти, Волжский автомобильный завод, 1990 г., стр.50-58) карбюратор двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с проточным каналом и смесительной камерой, малый и большой диффузоры, размещенные в проточном канале, эмульсионные трубки главных дозирующих систем, основной распылитель, выполненный с выходными каналами в малых диффузорах.
Недостатком известного технического решения следует признать некачественное смесеобразование, получение грубодисперсной топливовоздушной смеси, большая часть которой не
сгорает в двигателе, а выходит с выхлопными газами, что приводит к неоправданному расходу бензина и отрицательно сказывается на экологической обстановке.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (см. «Автомобили «ЖИГУЛИ». М., «Транспорт», 1985, стр.63-65) карбюратор «ОЗОН» (ДАЗ-2107, ДВАЗ-2105), используемый в модели ВАЗ-2101. Указанный карбюратор содержит корпус карбюратора с поплавковой камерой, крышку карбюратора с воздушной заслонкой 1-ой камеры, распылитель 1-ой камеры, поплавковый механизм с запорным клапаном, главный топливный жиклер 1-ой камеры, эмульсионную трубку, наружную рубашку распылителя для кольцевого движения выхлопных газов для нагрева корпуса, боковые отверстия в канале подвода выхлопных газов в верхней части корпуса распылителя, верхний канал диметром 4 мм корпуса распылителя, отверстие выхода топливных газов в малое сопло распылителя, корпус распылителя с каналом выхода топливной эмульсии в малое сопло, эмульсионный канал корпуса распылителя. При этом главная дозирующая система карбюратора совместно с эконостатом и золотниковым устройством содержат ускоритель с форсункой - эмульсионный жиклер эконостата, эмульсионный канал эконостата, воздушный жиклер главной дозирующей системы, воздушный жиклер эконостата, игольчатый клапан, ось поплавка, шарик запорной иглы, поплавок, поплавковую камеру, главный жиклер, эмульсионный колодец, эмульсионную трубку, ось дросселя первичной камеры, канавку золотника, золотник, большой диффузор, малый диффузор, распылитель, трубку притока картерных газов и калиброванное отверстие.
Недостатком известного карбюратора следует признать неоправданный расход бензина, обусловленный его неполным сгоранием в цилиндрах.
Техническая задача, на решение которой направлено, разработанное техническое решение, состоит в усовершенствовании широко используемого карбюратора легковых автомобилей.
Технический результат, получаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в уменьшении расхода бензина при одновременном понижении токсичности выхлопа.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать карбюратор, содержащий корпус, в котором расположена указанная ранее главная дозирующая система, включающая насос ускорителя с форсункой и распылитель с эмульсионным каналом. Усовершенствование карбюратора состоит в том, что в указанном корпусе выполнен, по меньшей мере, один канал, обеспечивающий подачу горячих выхлопных газов в дополнительно выполненную рубашку эмульсионного канала распылителя через выполненные в указанном дополнительном канале радиальные отверстия с выходом газов в сопло распылителя по касательной к его внутренней поверхности, при этом выход форсунки насоса ускорителя и дополнительно выполненная рубашка расположены таким образом, что капельно-воздушная струя бензина поступает из форсунки насоса ускорителя на наружную поверхность дополнительной рубашки эмульсионного канала распылителя.
За основу разработанного технического решения взят серийный выпускаемый карбюратор. Сущность разработанного технического решения состоит в том, использован подогрев эмульсионного канала
каждого используемого в карбюраторе распылителя. С этой целью эмульсионный канал окружен дополнительно введенной рубашкой. Кроме того, дополнительно обеспечен вход горячих выхлопных газов в указанную дополнительно введенную рубашку эмульсионного канала. Для подачи горячих выхлопных газов в рубашку эмульсионного канала выполнен дополнительный канал в корпусе (предпочтительно, в крышке) карбюратора. Указанный канал обеспечивает поступление горячих выхлопных газов в дополнительно введенную рубашку эмульсионного канала через дополнительно радиально выполненные в канале боковые отверстия. Выхлопные газы через указанные отверстия далее поступают в указанную дополнительно выполненную рубашку эмульсионного канала. Затем горячие выхлопные газы выходят из указанной рубашки через дополнительно выполненное отверстие непосредственно в сопло распылителя. При указанном движении горячие выхлопные газы отдают тепловую энергию эмульсионному каналу. В эмульсионном канале топливо (воздушно-топливная эмульсия), поступающее из поплавковой камеры через существующие отверстия эмульсионного канала, переходит практически в газообразное состояние (при этом воздушно-топливную эмульсию активирует нагрев). Часть топлива, которая не превратилась в газ, и находится в жидком состоянии, в эмульсионном канале стекает на разогретую указанную дополнительно рубашку, дополнительно разогревается и дополнительно превращается в газообразное состояние. Дополнительно введенная рубашка эмульсионного канала выполнена таким образом, что на нее стекает оставшаяся часть не перешедшего в газообразное состояние топлива.
Разработанное техническое решение иллюстрировано чертежом, на котором использованы следующие обозначения: корпус
карбюратора 1, крышка 2 карбюратора с воздушной заслонкой первичной камеры, распылитель 3 первичной камеры, эмульсионный канал 4 корпуса распылителя, дополнительная рубашка 5 распылителя, камера 6 нагрева эмульсионного канала распылителя, дополнительно выполненный канал 7 для подвода выхлопных газов, вертикальный канал 8 в крышке карбюратора, верхний канал 9 диаметром 4 мм корпуса распылителя, дополнительно выполненные боковые отверстия 10 в канале 9 для подвода выхлопных газов в камеру 6 нагрева эмульсионного канала распылителя, дополнительно выполненное отверстие 11 выхода выхлопных газов в сопло распылителя, сопло 12 распылителя, трубка 13 подвода выхлопных газов к крышке карбюратора, эмульсионная трубка 14, главный топливный жиклер 15, поплавковый механизм 16 с запорным клапаном.
Разработанная конструкция карбюратора работает следующим образом.
Выхлопные газы в рубашку 6 эмульсионного канала распылителя 4 поступают через дополнительно просверленный канал 7 в крышке карбюратора 2. Канал 7 просверлен до соединения с каналом 8. Далее газ поступает в верхний канал распылителя 9. Через дополнительно выполненные боковые отверстия 10 выхлопные газы далее поступают в дополнительно выполненную рубашку 5 эмульсионного канала 4. Затем выхлопные газы выходят из указанной рубашки 5 и камеры 6 нагрева эмульсионного канала через дополнительно выполненное отверстие 11 непосредственно в сопло распылителя 12. При этом выхлопные газы отдают свою тепловую энергию топливо-воздушной смеси, находящейся в эмульсионном канале. Часть топлива, которая не перешла в газовую фазу, в эмульсионном канале 4 стекает на кончик изготовленной и
установленной рубашки 5, дополнительно разогревается и дополнительно превращается в газообразное состояние. Кроме того, топливо, поступающее из насоса ускорителя, через форсунку насоса ускорителя попадает также на нагретую наружную поверхность, введенной нами рубашки распылителя 5.
Ниже приведены результаты испытаний легкового автомобиля ВАЗ-2107 с предложенным реконструированным карбюратором «ОЗОН» (ДАЗ-2107 с системой АСХХ). Использован автомобиль ВАЗ-2107, год выпуска 1983, с двигателем объемом 1458 кубических см, карбюратор ДАЗ-2107.
Таблица 1Паспортные данные автомобиля ВАЗ-2107 по расходу топлива: Автомобили «ЖИГУЛИ». М., Транспорт, 1985 гРасход топлива л/100 км бензин А-92
Движение в городе
При скорости 90 км/час
10,2
7,4
Автомобиль оборудован системой ИРС ПО «Автоваз» фирмы «ГАРАНТ» с 1986 г., но с модификацией: ввод топливных газов из выхлопного коллектора в карбюратор через медную трубку диаметром 6 мм был осуществлен не под дроссельную заслонку первичной камеры карбюратора через патрубок подвода картерных газов, а через патрубок регулировочного винта для заводской подрегулировки карбюратора в центр нижней части сопла распылителя. На трубке подвода выхлопных газов был установлен кран, позволяющий отключать систему ИРС.
29 ноября 2006 года автомобиль был подготовлен к техническому осмотру. 30 ноября 2006 года при проведении технического осмотра были получены следующие данные по содержанию токсичных веществ в выхлопных газах:
Таблица 2Содержание токсичных веществ в выхлопных газах с отключенной системой ИРС
Режим холостого хода
Содержание СО фактическое, объем. доля, %
Предельно допустимое значение СО, объем. доля, %
Содержание СН фактическое, объем. доля, млн<sup>-1</sup>
Предельно допустимое значение СН, объем. доля, млн<sup>-1</sup>
Обороты холостого хода двигателя
1,29
3,5
1280
1200
Повышенные обороты (2000 мин.<sup>-1</sup>)
1,18
2,0
690
600
Таблица 3Содержание токсичных веществ в выхлопных газах с включенной системой ИРС
Режим холостого хода
Содержание СО фактическое
Предельно допустимое значение СО
Содержание СН фактическое
Предельно допустимое значение СН
Обороты холостого хода двигателя
0,86
3,5
1230
1200
Повышенные обороты (2000 мин.<sup>-1</sup>)
0,54
2,0
680
600
Приведенные данные таблиц 2 и 3 практически совпали с данными, полученными при регулировании карбюратора оператором КРП отдела экологических услуг Госпредприятие «Кубаньавтоцентр».
Таблица 4Расход топлива л/100 км бензин А-92 без реконструкции карбюратора
Расход топлива, л/100 км
Движение в городе
При скорости 90 км/час
При скорости 120 км/час
Без включения системы ИРС
9,4
7,6
Испытания не проводились
С включением системы ИРС
8,9
7,5
Испытания не проводились
10 января 2006 года на данный автомобиль был установлен реконструированный карбюратор ДАЗ-2107 Димитровградского завода. При этом система подачи выхлопных топливных газов выполнена через крышку карбюратора для подогрева корпуса распылителя первичной камеры и нагрева впрыскиваемой струи топлива из насоса ускорителя, с вводом выхлопных газов по касательной в сопло распылителя.
12 января 2007 года проведена проверка работы автомобиля на содержание токсичных веществ в выхлопных газах оператором КРП отдела экологических услуг Гос. предприятия «Кубаньавтоцентр» -
Таблица 5Содержание токсичных веществ в выхлопных газах с включенной системой ИРС и реконструированным карбюратором
Режим холостого хода
Содержание СО фактическое
Предельно допустимое значение СО
Содержание СН фактическое
Предельно допустимое значение СН
Обороты холостого хода двигателя
0,54
3,5
310
1200
Повышенные обороты (2000)
0,36
2,0
136
600
Для обеспечения максимально корректных результатов при контрольных замерах расхода топлива 15 декабря 2006 года в данном автомобиле в подкапотном пространстве был установлен дополнительный бак объемом 3 л для топлива с возможностью его подключения к топливному насосу при временном отключении основного бензопровода от бензобака. Этот дополнительный бак был обеспечен защитой от статического электричества при его заполнении. Точно также осуществлялись замеры расхода топлива до установки реконструированного карбюратора в период с 18 декабря по 23 декабря 2006 года.
Контрольные замеры расхода топлива проводились 18, 19 и 26 января 2007 года на данном автомобиле с нагрузкой в салоне 3 человека и грузом в багажнике 30 кг в багажнике.
Таблица 6Испытания 18 января 2007 года - движение по городу с предельной скоростью 60 км/час
Возникшие ситуации
Марка топлива
Количество топлива в бачке, л
Пробег автомобиля до полного расхода топлива, км
Расход топлива, л/100 км
Паспортный расход топлива, л/100 км
Общее стояние в пробках с работой двигателя на холостом ходу 10,5 мин.
А-76
2,4
30,6
7,84
10,2
Общее стояние в пробках с работой двигателя на холостом ходу 13 мин.
Аи-92
2,3
30,3
7,59
10,2
Среднее
7,71
10,2
Таблица 7Испытания 19 января 2007 года - движение по городу с предельной скоростью 60 км/час
Возникшие
Марка
Количест
Пробег
Расход
Паспортный
ситуации при движении
Топлива
во топлива в бачке, л
автомобиля до полного расхода топлива, км
топлива, л/100 км
расход топлива, л/100 км
Общее стояние в пробках с работой двигателя на холостом ходу 5,5 мин.
Аи-92
2,1
30,5
6,88
10,2
Бесперебойное движение с уменьшением скорости до 30 км/час
Аи-92
2,1
31,4
6,69
10,2
Среднее
6,79
10,2
Средний расход топлива по результатам испытаний 18 и 19 января 2007 года составил: (7,71+6,69)/2=7,25 л/100 км.
Экономия топлива, по сравнению с паспортными данными по расходу топлива при движении по городу, составила: 10,2-7,25=2,95 л/100 км.
Или в процентном соотношении: 2,95/10,2×100%=28%.
Таблица 8Испытания 26 января 2007 года - движение по трассе Краснодар - Ростов на Дону с максимальной скоростью 90 км/час
Возникшие ситуации при
Марка топлива
Количество
Пробег автомобиля
Расход топлива,
Средний расход
движении
топлива в бачке, л
до полного расхода топлива, км
л/100 км
топлива, л/100 км
Движение со скоростью 60 км/час - 1,5 км
Аи-92
1,0
15,8
6,329
7,4
Проезд через пост ГИБДД со скоростью 35 км/час
Бесперебойное движение с набором скорости до 90 км/час
Аи-92
1,0
16,3
6,134
7,4
Средний расход топлива (6,329+6,134):2=6,23.
Экономия топлива по сравнению с паспортными данными по расходу топлива при движении на трассе со скоростью от 0 до 90 км/час составила:
7,4-6,23=1,17 л/100 км или 1,17/7,4×100%=15,8%.