RU1513U1 - Устройство для обработки топливо-воздушной смеси - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТОПЛИВО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ, содержащее воздухозаборный патрубок и регулятор подачи воздуха, выход которого подключен к входу смесительной камеры, выполненной с кольцевым каналом и жиклерами, отличающееся тем, что оно снабжено нагревателем воздуха, при этом воздухозаборный патрубок установлен на входе нагревателя воздуха, выход которого соединен с входом регулятора подачи воздуха, выполненным в виде регулятора-ограничителя.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагреватель воздуха выполнен в виде теплообменника, расположенного на приемной трубе системы выпуска газов автомобиля.3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что телпообменник выполнен в виде змеевика из плоской медной трубки.4. Устройство п. 2, отличающееся тем, что нагреватель воздуха снабжен электронагревателем воздуха.5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регулятор-ограничитель выполнен с байпасом.6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что отношение проходного сечения байпаса к максимальному проходному сечению основного канала регулятора-ограничителя выбирают от 0,15 до 0,25.7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение номинального проходного сечения регулятора-ограничителя к суммарному проходному сечению жиклеров смесительной камеры выбирают от 3,5 до 6,4.8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение номинального проходного сечения регулятора-ограничителя к номинальному проходному сечению карбюратора автомобиля выбирают от 0,09 до 0,18.9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено пороговым блоком, вход которого подключен к датчику температуры, а регулятор-ограничитель выполнен с входным клап�

Description

-f 4025017Ж

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТОПЛИЮ-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ. Изобретение относится к области автомобилестроения и может быть использовано для дополнительной обработки топливовоздушной смеси с целью снижения токсичности выхлопных газов автомобиля и уменьшения расхода топлива как в уже вьтускаемых моделях, так и во вновь разрабатьгоаемых.

Известно устройство для дополнительной обработки топливовлоздушной смеси, содержащее кольцевую смесительную камеру с жиклерами (воздушными каналами) и отклонителями в виде ребер, установленных в полости камеры (см. патент Великобритании Л1247636, F02M23/12,1969). Воздух поступает через жиклеры в полость смесительной камеры, интенсифицируя процесс образования смеси.

Однако известное устройство недостаточно эффективно. Так, ребра вносят дополнительное аэродинамическое сопротивление, а в холодное время года и на непрогретом двигателе на ребрах и на стенках камеры конденсируется топливо. Кроме того, количество подаваемого воздуха в известном устройстве определяется суммарной площадью жиклеров и, таким образом, является фиксированным. Это не позволяет оптимизировать состав горючей смеси в зависимости от режима работы двигателя.

По существу, тот же недостаток присущ устройствам с щелевыми элементами в полости смесительных камер: щелевые элементы имеют высокое аэродинамическое сопротивление, не позволяют управлять количеством подводимого воздуха и, в ряде случаев, образуют дополнительные поверхности конденсации (см. заявку РСТ М 86 01258, F02M , 1985).

В связи с этим, для снижения токсичности выхлопа щирокое распространение получили катвшиэаторы. Например, известно устройство для дополнительной обработки топливо-воздушной смеси, содержащее воздущный фильтр, компрессор, блок управления, два вентиля, датчик расхода, катализатор и смесительную камеру (см. патент Франции J62670837, F02M , 1992). В этом устройстве компрессор создает давление вторичного воздуха, который сразу после запуска двигателя поступает через первый вентиль в смесительную камеру, улучшая смесеобразование, а через 3-5с, через второй вентиль, подается в катализатор.

Таким образом, данное устройство оочетает преимущества механических и химических средств снижения токсичности выхлопа, однако его существенными недостатками является высокая стоимость и сложность, а также, связанная с этим, недостаточная надежность.

Наиболее близким к предложенному является устройство для обработки топливо-воздушной смеси, содержащее смесительную камеру с кольцевым каналом, наклонными жиклерами и ребрами и механический регулятор подачи воздуха с воздушным фильтром и воздухозаборным патрубком, обеспечивающий управление расходом вторичного воздуха в зависимости от скорости автомобиля (см. патент США №4345574, F02M , 1982). Воздухозаборный патрубок установлен на входе регулятора лодачи воздуха, выход которого соединен со входом смесительной каме.

МПК F02M 23/12

поскольку на ребрах и стенках камеры конденсируется топливо, что приводят к дополнительному обеднению смеси. Кроме того, ребра имеют значительное аэродинамическое сопротивление, а наклонные жиклеры не позволяют перекрыть объем обработки смеси в камере, где создаются мертвые зоны. Недостаточная эффективность данного устройства обусловлена и тем, что жиклеры в нем частично сохранили функции ограничителей подачи воздуха, что не позволяет в полной мере оптимизировать режим и направление подачи воздуха.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от йспользбвания изобретения, является повышение эффективности обработки топливо-воздушной смеси при сохранении простоты, низкой стоимости и надежности устройства.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство для обработки топливо-воздушной смеси, содержащее воздухозаборный патрубок и регулятор подачи воздуха, выход которого подключен ко входу смесительной камеры, выполненной с кольцевым каналом и жиклерами, снабжено нагревателем воздуха, при зтом воздухозаборный патрубок установлен на входе нагревателя воздуха, выход которого соединен со входом регулятора подачи воздуха, котор/ый выполнен в виде регулятораограничителя.

Целесообразно также нагреватель воздуха выполнить в виде теплообменника, расположенного на приемной трубе системы выпуска газов автомобиля.

При зтом теплообменник может быть выполнен в виде змеевика из плоской медной трубки.

Кроме того нагреватель воздуха может быть снабжен злектронагревателем воздуха.

Рекомендуется также регулятор-ограничитель выполнить с байпасом.

При зтом отношение проходного сечения байпаса к максимальному проходному сечению основного канала регулятораограничителя лежит в диапазоне О,15-0,25.

Кроме того; отношение номинального проходного сечения регулятора-ограничителя к суммарному проходному сечению жиклеров смесительной камеры лежит в диапазоне 3,5-6,4.

Помимо этого, отношение номинального проходного сечения регулятора-ограничителя к номинальному проходному сечению карбюратора автомобиля составляет 0,09-0,18.

Кроме того, устройство может быть снабжено пороговым блоком, вход которого подключен к датчику температуЕял, а регулятор-ограничитель воздуха выполнен с входным клапаном, управлякяций вход которого соединен с выходом порогового блока.

При этом второй выход порогового блока может быть подключен к управляющему входу электронагревателя воздуха.

Рекомендуется также свободный конец воздухозаборного патрубка размешать во внутренней полости воздушного фильтра автомобиля.

Кроме того устройство может быть снабжено воздушным фильтром, установленным между нагревателем воздуха и воздухозаборным патрубком.

9V (UM

iконическими, причем большие и меньшие основания конуса поочередно обращены во внутреннюю полость смесительной камеры.

При этом угол раствора конуса составляет 75-98 градусов.

И, наконец, число, расположение и размеры жиклеров выбирают из условия полного перекрытия воздушными потоками сечения смесительной камеры.

На фиг.1 схематично изображен наиболее предпочтительный вариант реализации предлагаемого устройства. Фиг. 2 иллюстрирует выполнение и расположение теплообменника. Варианты выполнения смесительной камеры показаны на фиг.3,4, а на фиг.5 изображен корпус смесительной камеры для двухкамерного карбюратора.

Устройство содержит (фиг.1-5) смесительную камеру 1, установленную в корпусе 2. Как показано на фиг.1, кольцо камеры

1запрессовано в корпусе 2.

Камера 1 выполнена с кольцевым каналом 3, который патрубками 4 и 5 соединен с регулятором-ограничителем 6 подачи воздуха. Регулятор 6 содержит основной канал 7, сечение которого может изменяться, и нерегулируемый байпас 8. В канале 7 установлены регулировочный винт 9 и электромагнитный клапан 10, а в байпасе 8 жиклер 11. Жиклер 11 и винт 9 быть установлены в тройнике 12. Воздухозаборный патрубок 13 через воздушный фильтр 14 соединен с теплообменником 15 и электронагревателем 16. Выход датчика 17 температуры подключен ко входу порогового блока 18, выходы которого соединены с управляющими входами клапана 10 и электронагревателя 16. Корпус

2устанавливается между выходным патрубком карбюратора 19 с дроссельной заслонкой 20 и входным патрубком (впускным коллектором) 21 двигателя. Внутренняя полость камеры 1 сообщается с полостью канала 3 через жиклеры 22.

Канал (каналы) 3 может соединяться с патрубком 4 каналом

23,выполненшз1м в корпусе 2 (фиг.5).

Теплообменник (фиг.2) может быть выполнен в виде змеевика

24,расположенного на приемных трубах 25 системы выпуска гаэов. Стрелками на фиг.1 показано направление движения воздуха. Электронагреватель 16 выполнен с кнопкой включения,

выведенной на панель приборов автомобиля или включается автоматически при повороте ключа в замке зажигео ия. Отключение электронагревателя 16 производится по команде блока 18, может быть выполнен в виде двух компараторов, на первые входы которых подается сигнеьл с датчика 17 (это может быть штатный датчик температуры охлаждающей жидкости или специальный датчик температуры охлаждающей жидкости или воздуха), на вторые напряжения от соответствующих источников опорного напряжения или с делителя напряжения, а выходы которых образуют выходы блока 18. При зтом на приборной панели автомобиля может быть установлен индикатор, подключенный к соответствующему выходу блока 18 и сигнализирующий водителю об отключении электронагревателя 16, после чего водитель может запускать двигатель.

Под проходным сечением, упомянутым выше, следует понимать минимашьное сечение, ограничивающее прохождение воздуха. Отнощение проходных сечений может, таким образом, быть заменено обратным отношением аэродинамических сопротивлений. Номинальным сечением регулятора 6 выше названо суммарное сечение жиклера 11 и канеипа, образованного винтом 9 и стенкой канала 7 в рабочем режиме. Как правило, номинальное сечение регулятора 6 составляет 1,5-2,7 от сечения жиклера 11, т.е. проходного

сечения байпаса 8. Номинальное сечение регулятора является оптимальным с точки зрения токсичности выхлопа и потребления гор«)чегЬ и может быть определено экспериментально для каждой марки автомобиля. Хорошей оценкой является величина 1,62, то есть сечение канала 7 относится к сечению байпаса 8 как 0,62,

Выполнение регулятора 6 в виде регулятора-ограничителя означает, что в рабочем режиме суммарное сечение каналов регулятора 6 меньше суммарного сечения жиклеров 22 или трубок 24, т.е. регулировка подачи воздуха осуществляется не изменением его давления, а изменением проходного сечения регулятора 6, ограничивающего поступление воздуха в камеру 1.

Таким образом, существенными особенностями предлагаемого устройства является наличие нагревателя (злементы 15,16) и выполнение регулятора 6 в виде регулятора-ограничителя подачи воздуха, что позволяет снять ограничения, накладываемые в известных устройствах на форму и суммарное сечение жиклеров 22 1. Следует учесть также, что только совместное использование зтих отличийобеспечивает достижение

вышеуказе1нного результата.

Нагреватель может, в частном случае, быть выполнен в виде только теплообменника 15 или только злектронагревателя 16, управляемого или неуправляемого.

Регулятор 6 может не содержать байпаса 8, а вместо злектромагнитного клапана 10 и винта 9 можно воспользоваться регулируемым вентилем, управление которым осуществляется вручную или автоматически (средства такого управления широко известны).

Как уже отмечалось, устройство может быть снабжено отдельным воздушным фильтром, однако использование штатного фильтра двигателя предпочтительнее, поскольку он имеет большую площадь и не засоряется достаточно долго.

В случае встречного расположения соседних конических жиклеров 22 снижение токсичности выхлопа достигается в основном за счет интенсивного диспергирования капель горючего, а при одинаковом расположении жиклеров 22 превалирует процесс испарения.

Границы перечисленных выше диапазонов и пределов определены зксПериментально. В зтих границах эффективность устройства максимальна, а вне указанного диапазона она падает на 10-20Х, хотя ожидаемый результат достигается и вне упомянутых пределов.

Устройство работает следующим образом. Е1ополнительная обработка топливо-воздушной смеси осуществляется в камере 1, установленной между карбюратором и впускным коллектором двигателя автомобиля, струями нагретого воздуха, которых подается через жиклеры 22. Поскольку количество воздуха определяется не суммарной площадью жиклеров 22, а суммарным проходным сечением регулятора 6, т.е. сечением жиклера 11 и положением винта 9, число жиклеров 22 может быть велико, например, равно 16, а их диаграммы направленности (созданные ими воздушные потоки) полностью перекрывают сечение (полость) камеры 1.

Количество дополнительно подаваемого воздуха зависит от режима работы двигателя. Обычно, при запуске холодного двигателя, в его цилиндры попадает лишь 10% топлива в виде паров. Остальное топливо образует пленку на стенках патрубка 21 и стекает в цилиндры. Происходит переобогащение смеси, что затрудняет пуск, увеличивается токсичность продуктов сгорания, усиливается образование нагара, происходит ускоренный износ

двигателя. Чтобы избежать этого, в полость камер 1 подают горячий воздух, прошедший электронагреватель 16. При этом клапан 10 закрыт, что позволяет избежать излишнего обеднения смеси, и воздух в камеру 1 {канал 3) подается через жиклер 11 байпаса 8.

Механическое и термическое воздействие струй горячего воздуха на капли топлива в камере 1 приводят к их диспергированию и испарению, что облегчает пуск двигателя. При запуске двигателя в холодное время следует выждать 30-50с после включения зажигания и лишь затем включать стартер, позволив электронагревателю 16 прогреть воздух, поступающий в камеру 1.

После прогрева двигателя, которое фиксируется блоком 18 по сигналу датчика 1, клапан 10 открьгоается, а электронагреватель 16 отключается. При этом нагрев воздуха до температуры 180 градусов происходит в теплообменнике 15. Разогрев топливовоздушной смеси горячим воздухом на последней стадии, непосредственно перед подачей во впускной коллектор двигателя, позволяет избежать снижения давления насыщенных паров ниже нормы, исключить образование паровых пробок и явление перколяции, снизить расход топлива. Количество воздуха устанавливается винтом 9.

Проведенные исследования и испытания показали, что предлагаемое устройство позволяет:

-снизить токсичность на холостом ходу в 10 раз (даже при содержании СО 4 об.% без предлагаемого устройства),

снизить токсичность на оборотах максимального крутящего момента на 40%,

-снизить расход топлива на оборотах максимального крут пцего момента на 12,5%,

-повысить приемистость автомобиля.

Заявитель:

Claims (17)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТОПЛИВО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ, содержащее воздухозаборный патрубок и регулятор подачи воздуха, выход которого подключен к входу смесительной камеры, выполненной с кольцевым каналом и жиклерами, отличающееся тем, что оно снабжено нагревателем воздуха, при этом воздухозаборный патрубок установлен на входе нагревателя воздуха, выход которого соединен с входом регулятора подачи воздуха, выполненным в виде регулятора-ограничителя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагреватель воздуха выполнен в виде теплообменника, расположенного на приемной трубе системы выпуска газов автомобиля.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что телпообменник выполнен в виде змеевика из плоской медной трубки.

4. Устройство п. 2, отличающееся тем, что нагреватель воздуха снабжен электронагревателем воздуха.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регулятор-ограничитель выполнен с байпасом.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что отношение проходного сечения байпаса к максимальному проходному сечению основного канала регулятора-ограничителя выбирают от 0,15 до 0,25.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение номинального проходного сечения регулятора-ограничителя к суммарному проходному сечению жиклеров смесительной камеры выбирают от 3,5 до 6,4.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение номинального проходного сечения регулятора-ограничителя к номинальному проходному сечению карбюратора автомобиля выбирают от 0,09 до 0,18.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено пороговым блоком, вход которого подключен к датчику температуры, а регулятор-ограничитель выполнен с входным клапаном, управляющий вход которого соединен с выходом порогового блока.

10. Устройство по пп. 4 и 9, отличающееся тем, что второй выход порогового блока подключен к управляющему входу электронагревателя воздуха.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что свободный конец воздухозаборного патрубка размещен во внутренней полости воздушного фильтра автомобиля.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено воздушным фильтром, установленным между нагревателем воздуха и воздухозаборным патрубком.

13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что жиклеры смесительной камеры выполнены коническими, причем большие основания конуса обращены во внутреннюю полость смесительной камеры.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что отношение расстояния между большими основаниями смежных конусов к их диаметрам выбирают от 0,94 - до 1 - 14.

15. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что жиклеры смесительной камеры выполнены коническими, причем большие и меньшие основания конуса поочередно обращены во внутреннюю полость смесительной камеры.

16. Устройство по пп. 13 и 15, отличающееся тем, что угол конуса составляет от 75 до 98°.

17. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что число, расположение и размеры жиклеров выбирают из условия полного перекрытия воздушными потоками сечения смесительной камеры.