способ подачи топлива в цилиндры двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ подачи топлива в цилиндры двигателя внутреннего сгорания (ДВС), заключающийся в том, что топливо подают во впускной трубопровод двигателя, смешивают с воздухом, подогревают и перемещают к цилиндрам двигателя в капельном и паровом состоянии, отличающийся тем, что топливо подают на участок трубопровода, на котором обеспечивают условия возникновения режима закризисного кипения топлива, при котором топливную пленку разбивают на отдельные подвижные капли, не контактирующие с поверхностью трубопровода, затем капли перемещают на собственных паровых подушках по поверхности впускного трубопровода, на которой обеспечивают условия поддержания указанного режима, к цилиндрам двигателя.

2. Устройство для подачи топлива в цилиндры ДВС, содержащее топливоподающее устройство, впускной трубопровод, отличающееся тем, что во впускном трубопроводе размещают последовательно участки, выполненные в виде отдельных, введенных внутрь трубопровода, элементов, на которых обеспечивают условия возникновения и поддержания режима закризисного кипения топлива.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что участки, на которых обеспечивают условия возникновения и поддержания режима закризисного кипения топлива, выполнены непосредственно на стенках трубопровода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано для улучшения эффективных показателей ДВС.

Известен способ подачи топлива в цилиндры ДВС, реализуемый в двигателях с внешним смесеобразованием (карбюраторных с центральным или распределенным впрыском топлива), в котором топливо подают во впускной трубопровод двигателя, смешивают с воздухом, подогревают и перемещают к цилиндрам двигателя в капельном и паровом состоянии [Ленин И.М., Малашкин 0.П. и др. Системы топливоподачи автомобильных и тракторных двигателей. -М.: Машиностроение, 1976, с. 5-6]; этот способ выбран в качестве прототипа.

Операции этого способа могут быть осуществлены устройством [Ленин И.М., Малашкин О.П. и др. Системы топливоподачи автомобильных и тракторных двигателей. -М.: Машиностроение, 1976, с. 5-6], содержащим топливоподающее устройство и впускной трубопровод; это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатком известного способа является невысокое качество смесеобразования.

Недостатком известного устройства являются невысокие топливная экономичность и динамические характеристики двигателя.

Задачей изобретения является повышение топливной экономичности за счет разрушения малоподвижной топливной пленки, улучшение динамических характеристик двигателя и повышение его мощности.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе работы ДВС, заключающемся в том, что топливо подают во впускной трубопровод двигателя, смешивают с воздухом, подогревают и перемещают к цилиндрам двигателя в капельном и паровом состоянии, в отличие от прототипа топливо подают на участок трубопровода, на котором обеспечивают условия возникновения режима закризисного кипения топлива, при котором топливную пленку разбивают на отдельные подвижные капли, не контактирующие с поверхностью трубопровода, затем капли перемещают на собственных паровых подушках по поверхности впускного трубопровода, на которой обеспечивают условия поддержания указанного режима, к цилиндрам двигателя.

Операции заявленного способа могут быть реализованы устройством, содержащим топливоподающее устройство и впускной трубопровод, которое в отличие от прототипа содержит во впускном трубопроводе последовательно участки, на которых обеспечивают условия возникновения и поддержания режима закризисного кипения топлива, при этом эти участки выполнены в виде отдельных введенных внутрь трубопровода элементов.

Операции заявленного способа могут быть также реализованы устройством, в котором, в отличие от вышеописанного, участки, на которых обеспечивают условия возникновения и поддержания режима закризисного кипения топлива, выполнены непосредственно на стенках трубопровода.

Подача топлива на участок трубопровода, на котором обеспечивают условия возникновения режима закризисного кипения топлива, позволяет не допустить образования топливной пленки или разрушить ранее образовавшуюся топливную пленку за счет того, что при закризисном кипении пленка существовать не может, а разбивается на отдельные подвижные капли, не контактирующие с поверхностью трубопровода. Это позволяет улучшить распределение смеси по цилиндрам и сократить время транспортирования топлива от топливоподающего устройства до цилиндров двигателя.

Перемещение капель на собственных паровых подушках по поверхности впускного трубопровода, на которой обеспечивают условия поддержания режима закризисного кипения, к цилиндрам двигателя не позволяет образоваться пленке топлива на всем пути движения топлива от топливоподающего устройства до цилиндров без затрат энергии, свойственных созданию режима закризисного кипения топлива, так как поддержание этого режима требует значительно меньшего подвода теплоты.

Размещение во впускном трубопроводе последовательно участков, на которых обеспечивают условия возникновения и поддержания режима закризисного кипения топлива, позволяет направить на эти участки топливо и транспортировать топливо к цилиндрам двигателя не в виде малоподвижной и неравномерно делящейся по цилиндрам пленки, а в виде очень подвижных капель, перемещающихся по поверхности впускного трубопровода на собственных паровых подушках, что обеспечивает равномерное распределение топлива по цилиндрам и высокие скорости движения топлива к цилиндрам двигателя.

На фиг. 1 изображена схема устройства для осуществления способа по п.1. Устройство содержит топливоподающее устройство 1 (например, карбюратор или систему впрыска топлива), впускной трубопровод 2, содержащий участок 3, на котором обеспечивают условия возникновения режима закризисного кипения топлива, и участок 4, на котором обеспечивают условия поддержания этого режима, при этом эти участки могут быть выполнены в виде отдельных, введенных внутрь трубопровода, элементов либо выполнены непосредственно на стенках трубопровода.

Реализация способа и работа устройства осуществляется следующим образом. Топливо из топливоподающего устройства 1 направляют на участок 3, на котором обеспечивают условия возникновения режима закризисного кипения топлива. Закризисное кипение характеризуется тем, что топливо отделяется от поверхности впускного трубопровода 2 паровым слоем вследствие интенсивного парообразования. В этих условиях топливная пленка существовать не может, она разрушается на отдельные небольшие и очень подвижные капли. Скорость движения этих капель, перемещающихся по поверхности впускного трубопровода на собственных паровых подушках, сопоставима со скоростью воздушного потока, вызывающего их движение и значительно (в десятки раз) превышает скорость перемещения топливной пленки. В отличие от топливной пленки, движение этих капель полностью определяется движением воздушного потока (вследствие небольшого размера капель и их высокой подвижности), поэтому капли топлива в узлах ветвления впускного трубопровода 2 распределяются по цилиндрам двигателя столь же равномерно, как и воздушный поток. Условия возникновения закризисного режима кипения определяются сочетанием таких параметров как температура поверхности впускного трубопровода, теплофизические и геометрические свойства этой поверхности, аналогичные свойства топлива, смачиваемость поверхности топливом, скорость и температура воздушного потока и т.д. Режимы течения топливной пленки, включая режим ее закризисного кипения, описаны в [С.С.Кутателадзе, М. А.Стырикович. Гидродинамика газожидкостных систем. -М.: Энергия, 1976, с. 189-191] и [Р. И.Нигматулин. Динамика многофазных сред, том 2, -М.: Наука, 1987, с. 251-254]. Парообразование с поверхностей капель при закризисном кипении значительно меньше, чем парообразование с поверхности обдуваемой потоком воздуха пленки, движущейся по подогреваемой поверхности впускного трубопровода, поэтому наполнение двигателя при таком способе тонливоподачи значительно выше вследствие того, что, во-первых, топливо в жидкой фазе занимает в цилиндре двигателя значительно меньший объем, чем парообразное топливо и, во-вторых, подогрев воздуха значительно меньше.

При возникновении режима закризисного кипения топлива, для поддержания этого режима условия могут быть изменены. В частности температура поверхности впускного трубопровода 2 может быть значительно ниже. Поэтому капли топлива далее перемещаются к цилиндрам двигателя вдоль участка 4 впускного трубопровода 2, на котором обеспечивают условия поддержания режима закризисного кипения топлива.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить топливную экономичность двигателя за счет более равномерного распределения топлива по цилиндрам, улучшить динамические качества двигателя за счет значительно большей подвижности капель топлива и увеличить мощность двигателя, так как альтернативным методом получения такого же распределения топлива по цилиндрам и таких же динамических качеств в рамках прототипа является полное испарение топлива, что связано со значительно большими (в три-четыре раза) энергозатратами и снижением наполнения.