Гомогенизатор топливовоздушной смеси для инжекторного двигателя внутреннего сгорания
Полезная модель относится к устройствам приготовления топливовоздушной смеси и гомогенизаторам в инжекторных двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Технический результат, данной полезной модели состоит в усовершенствовании известного стандартного устройства этого назначения. Указанный технический результат достигается тем, что предложен вихревой гомогенизатор топливовоздушной смеси для инжекторного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащий впускной коллектор с выходными отверстиями и инжекторы топлива, введенные через дополнительные отверстия внутрь впускного коллектора отличающийся тем, что гомогенизатор 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 этого 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, 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.
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.
Гомогенизатор топливовоздушной смеси для инжекторного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащий впускной коллектор с выходными отверстиями и инжекторы топлива, введенные через дополнительные отверстия внутрь впускного коллектора, отличающийся тем, что гомогенизатор 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 этого 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 ее боковой поверхности размещены наклонные отверстия в корпусе этого смесителя, тангенциально соединяющие через равные углы эту внутреннюю цилиндрическую полость в сопле Лаваля со упомянутой внешней полуоткрытой цилиндрической смесительной камерой, причем в корпусе впускного коллектора имеются дополнительные отверстия в зоне размещения смесителя, тангенциально соединяющие упомянутую полуоткрытую смесительную камеру с атмосферным 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.
