устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания, содержащее емкость с водой, поплавковую камеру, трубопроводы подачи воды и распылители воды, присоединенные к карбюратору, отличающееся тем, что распылители воды инжекторного типа содержат сопло Лаваля с боковыми воздушными отверстиями и подключены: по одному к горловинам диффузоров первичной и вторичной смесительных камер и два распылителя - за дроссельной заслонкой первичной смесительной камеры карбюратора, трубопроводы которых содержат электромагнитные клапаны воды, один из которых электрически связан с топливным электромагнитным клапаном холостого хода, а другой - с концевым выключателем, приводимым в действие рычагом привода топливного ускорительного насоса карбюратора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что два распылителя воды, подключенные за дроссельной заслонкой первичной смесительной камеры, установлены в прокладке между карбюратором и впускным трубопроводом двигателя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкость с водой, поплавковые камеры, трубопроводы подачи воды и распылители воды, соприкасающиеся с водой, теплоизолированы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к устройствам для подачи воды в карбюраторный двигатель автомобиля.

Известно устройство для подачи воды в карбюраторный двигатель внутреннего сгорания, содержащее емкость с водным раствором марганцовокислого калия (KMnO₄), соединительную магистраль, запорный орган и патрубок, который непосредственно связан с карбюратором под дроссельной заслонкой (авт. св. СССР №1263898, МКП F 02 M 25/02, дата приоритета 05.04.85) [1].

В известном устройстве повышение экономичности и снижение токтичности осуществляется достаточно простыми средствами подачи присадки в карбюратор. Однако поступление водного раствора в карбюратор непосредственно через патрубок не производит качественного распыла и приводит к неустойчивой работе двигателя.

Известно устройство для подачи воды в карбюраторный двигатель, содержащее емкость для воды, соединительную магистраль с регулятором подачи воды в кольцевую полость и радиальные каналы, выполненные в большом диффузоре карбюратора (авт. св. СССР №1244367, МКП F 02 M 25/02, дата приоритета 11.01.85) [2].

В данном устройстве качество распыла улучшается при увеличении количества радиальных каналов, выполненных в горловине диффузора карбюратора. Однако не решена задача оптимального соотношения подачи воды к топливу на режимах работы двигателя - холостые обороты и резкое увеличение нагрузки (действие ускорительного насоса).

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее емкость с водой, расширительную камеру, распылители воды, расположенные в горловине диффузора и до дроссельной заслонки смесительной камеры карбюратора. А также лепестковую прокладку и двухлопастный винт, расположенный за дроссельной заслонкой (патент Российской Федерации №2015397, МКП F 02 M 25/02, дата приоритета 01.02.88) [3].

Однако наличие расширительной камеры, которая является тройником для подачи воды и раздачи из нее эмульсии в диффузор и смесительную камеру карбюратора, снижает разряжение в распылителях воды, уменьшая качество распыла. Наличие в карбюраторе лепестковой прокладки с двухлопастным винтом для повышения гомогентности водотопливновоздушной смеси увеличивает сопротивление горючей смеси и ухудшает наполняемость цилиндров рабочей смесью, что приводит к резкому падению мощности двигателя.

Целью изобретения является:

- возможность широкого практического применения воды в качестве добавки к топливу карбюраторных двигателей без существенного изменения конструкции карбюратора и двигателя;

- обеспечение оптимального соотношения подачи воды к топливу на всех режимах работы двигателя с высокой стабильностью распыла воды;

- повышение экономии расхода топлива при работе двигателя на низкооктановом топливе без снижения мощности, уменьшение содержания вредных веществ в отработанных газах и снижение дымности.

Указанная цель достигается тем, что устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания, содержащее емкость с водой, поплавковую камеру, трубопроводы подачи воды и распылители воды, подсоединенные к карбюратору. Распылители воды ижекторного типа содержат сопло Лаваля с боковыми воздушными отверстиями и подключены: по одному к горловинам диффузоров первичной и вторичной смесительных камер и два за дроссельной заслонкой первичной смесительной камеры карбюратора, трубопроводы которого содержат электромагнитные клапаны воды, один из которых электрически связан с топливным электромагнитным клапаном холостого хода, а другой - с концевым выключателем, приводимым в действие рычагом топливного ускорительного насоса карбюратора. Причем два распылителя воды, подсоединенные за дроссельной заслонкой первичной смесительной камеры, установлены в прокладке между карбюратором и впускным трубопроводом двигателя. Емкость с водой, поплавковые камеры, трубопроводы подачи воды и распылители воды, соприкасающиеся с водой, теплоизолированы.

На чертеже показано устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания на примере двухкамерного карбюратора типа "Солекс".

Устройство для подачи воды в двигатель внутреннего сгорания содержит емкость 1 с водой, соединенную через кран 2, трубопровод 3 и тройник 4 с поплавковыми камерами 5 и 6. Поплавковая камера 5 через краны 7 и 8 и трубопроводы 9 и 10 соединена с распылителями воды 11 и 12, которые подключены соответственно к диффузорам 13 и 14 первичной и вторичной смесительных камер карбюратора 15. Поплавковая камера 6 через краны 16 и 17 и трубопроводы 18 и 19 соединена с распылителями воды 20 и 21 (на чертеже показан торец распылителя 21), которые подключены за дроссельной заслонкой 22 первичной смесительной камеры к прокладке 23, расположенной между карбюратором 15 и впускным трубопроводом 24 двигателя (на чертеже не показан).

Карбюратор 15 содержит в горловине диффузора 13 топливный жиклер 25 и топливный распылитель 26 ускорительного насоса (на чертеже не показан), а в горловине диффузора 14 - топливный жиклер 27 и дроссельную заслонку 28 вторичной смесительной камеры.

Трубопровод 18 распылителя 20 содержит электромагнитный клапан воды 29, который электрически связан с топливным электромагнитным клапаном (на чертеже не показан) экономайзера принудительного холостого хода, а трубопровод 19 распылителя 21 содержит электромагнитный клапан воды 30, который электрически связан с концевым выключателем 31, шток 32 которого приводится в действие рычагом 33 привода топливного ускорительного насоса (на чертеже не показан) карбюратора 15. Распылители 11, 12, 20 и 21, количество которых зависит от количества смесительных камер карбюратора, одинаковы по конструкции и содержат сопло Лаваля 34, боковые воздушные отверстия 35, штуцер 36 с трубопроводом 37 (типа медицинской иглы) и контргайку 38.

До подключения к карбюратору распылители проверяются и регулируются на качество распыла и удельный расход воды в зависимости от оптимального соотношения подачи воды к топливу на различных режимах работы определенного двигателя.

Устройство работает следующим образом.

При закрытых кранах 7, 8, 16 и 17 двигатель запускается на топливе (без включения воды) и прогревается до устойчивой работы на режиме холостого хода. Затем открываются краны 7, 8, 16 и 17 и автомобиль готов к работе с добавлением воды в качестве антидетонационной присадки к низкооктановому бензину. Например, двигатель работает без детонации на бензине А-76 вместо необходимого бензина АИ-93.

При работе двигателя на режиме малых и средних нагрузок (дроссельная заслонка 22 первичной камеры открывается на две трети, а дроссельная заслонка 28 вторичной камеры закрыта) в работу вместе с топливным жиклером 25 включается распылитель 11.

Вода из трубопровода 37 увлекается через сопло Лаваля 34 движущимся со сверхзвуковой скоростью воздухом, поступающим через боковые отверстия 35 распылителя 11, и водовоздушная смесь в туманообразном виде поступает в смесительную камеру, перемешиваясь с топливно-воздушной смесью. Полученная горючая водотопливно-воздушная смесь, поступая в цилиндры двигателя (на чертеже не показано) с остаточными газами, образует рабочую смесь, которая качественно и без детонации сгорает в камерах сжатия (на чертеже не показано).

На данном режиме распылитель 12 не работает, так как дроссельная заслонка 28 вторичной камеры закрыта, а распылитель 20 изменяет подачу водовоздушной смеси в сторону уменьшения по мере увеличения открытия дроссельной заслонки 22 первичной смесительной камеры.

В режиме резкого увеличения нагрузки вступает в работу топливный ускорительный насос (на чертеже не показан) и рычаг 33 привода ускорительного насоса нажимает на шток 32 концевого выключателя 31, электрически связанного с электромагнитным клапаном воды 30, который открывает трубопровод 19 для прохода воды в распылитель 21. Параллельно с впрыском топлива через распылитель 25, через водяной распылитель 21 подается водовоздушная смесь, уравновешивая пропорциональное соотношение воды с топливом.

При режиме максимальной мощности двигателя дроссельные заслонки 22 и 28 обеих камер полностью открыты и распылители воды 11, 12 и 20 увеличивают подачу водовоздушной смеси в зависимости от увеличения числа оборотов двигателя, выравнивая пропорциональное соотношение водотопливной смеси.

В режиме холостого хода, когда топливная смесь холостого хода обеспечивается только первичной камерой и дроссельные заслонки 22 и 28 полностью закрыты, вступает в работу распылитель 20, уравновешивая пропорциональное соотношение водотопливной горючей смеси. В противном случае длительная работа двигателя на низкооктановом бензине в данном режиме приведет к быстрому нагреву двигателя и калильному зажиганию (стуку двигателя) при выключении зажигания сразу после работы на холостых оборотах.

При режиме экономайзера принудительного холостого хода в определенном интервале оборотов коленчатого вала отключается подача топлива в систему холостого хода электромагнитным запорным клапаном (на чертеже не показано) путем прекращения подачи на него электропитания. В это время прекращается подача электропитания и на электромагнитный клапан воды 29, который перекрывает доступ воды к распылителю 20. В противном случае длительный подсос водовоздушной смеси в цилиндры двигателя может покрыть влагой электроды свечей зажигания и сведет на нет режим экономайзера принудительного холостого хода.

В случае перебора или недостатка воды на определенных режимах работы двигателя, который выражается в перебое работы двигателя (излишек воды) или возникновении детонации (недостаток воды), определенный распылитель, отвечающий за указанный режим работы, можно отрегулировать соответственно на уменьшение или увеличение подачи воды (30-50 процентов воды по отношению к топливу).

В зимнее время емкость с водой, поплавковая камера, магистраль подачи воды и распылители воды теплоизолированы (на чертеже теплоизоляция не показана).

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает требуемое соотношение воды к топливу на всех режимах работы двигателя при качественном распыле воды.

Предложенное устройство дает следующий технико-экономический эффект:

- двигатель автомобиля становится всеядным в интервале октановых чисел бензина от А-76 до АИ-98;

- отпадает необходимость нефтеперерабатывающим заводам изготавливать дорогостоящие высокооктановые бензины;

- экономия топлива (не менее 15 процентов) достигается без существенного изменения конструкции двигателя;

- обеспечивается экологическая безопасность (безвредный выхлоп).

Предложенное устройство успешно прошло испытания на автомобиле ВАЗ 2106 в течение десяти лет в реальных эксплуатационных условиях Урала.