RU2064069C1

RU2064069C1 - Fuel system of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2064069C1
Application number: RU93029866/06A
Authority: RU
Inventors: ченко И.И. Не; И.И. Неяченко
Original assignee: Научно-технический центр Акционерного общества "АвтоВАЗ"
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 1996-07-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: fuel system has fuel supply device, intake manifold, fuel-air mixture electric heater, placed after fuel supply device and made in form of flat or hollow, for instance, cylindrical body. Heater has through trap holes on initial section and it is installed in intake manifold for blowing out with air. Fuel supply device injects fuel on initial section of heater where fuel draught is formed and fuel passes through rows of holes. Invention has some peculiarities of vertical filling. EFFECT: enlarged operating capabilities. 14 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к системам питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС). The invention relates to the field of engineering, in particular to power systems for internal combustion engines (ICE).

Известна система питания двигателя внутреннего сгорания (заявка Япония (JP) B N 62-25867, кл. F 02M 31/12, публ. 5.06.87), которая содержит электронагреватель топливо-воздушной смеси в виде электрообогреваемой трубки, закрепленной после топливоподающего устройства через тепловую и электрическую изоляцию. Теплоизлучающая (внутреняя) часть нагревательной трубки образует часть впускного канала. Наружная (теплоизолированная) часть трубки находится на некотором расстоянии от стенок впускного трубопровода и не предназначена для обогрева топливовоздушной смеси. A known power system of an internal combustion engine (application Japan (JP) BN 62-25867, class F 02M 31/12, publ. 5.06.87), which contains an electric heater fuel-air mixture in the form of an electric tube fixed after the fuel supply device through a heat and electrical insulation. The heat-emitting (inner) part of the heating tube forms part of the inlet channel. The outer (thermally insulated) part of the tube is located at some distance from the walls of the inlet pipe and is not intended for heating the air-fuel mixture.

Недостатком этого устройства является его незначительная эффективность по испарению топлива, обусловленная неразвитой полезной теплопередающей поверхностью. The disadvantage of this device is its low efficiency in the evaporation of fuel, due to the undeveloped useful heat transfer surface.

Известен нагреватель топливо-воздушной смеси, входящий в состав аналогичной системы питания двигателя внутреннего сгорания (патент США N 4327697, кл. F 02M 31/12 от 4.05.82), выполненный в виде электрообогреваемой трубки с полезной теплоизлучающей поверхностью внутри трубки. В вариантном исполнении данного нагревателя предусмотрено развитие теплоизлучающей поверхности в виде применения оребрения или сетки, находящейся в тепловом контакте с поверхностью. Недостатком такого решения является резкое увеличение аэродинамического сопротивления впускного тракта из-за уменьшения проходных сечений и повышенной турбулизации потока, что приводит к потере максимальной мощности двигателя. Known heater fuel-air mixture, which is part of a similar power supply system of an internal combustion engine (US patent N 4327697, CL F 02M 31/12 from 05/05/82), made in the form of an electrically heated tube with a useful heat-radiating surface inside the tube. An embodiment of this heater provides for the development of a heat-radiating surface in the form of using fins or a mesh in thermal contact with the surface. The disadvantage of this solution is a sharp increase in the aerodynamic drag of the intake tract due to a decrease in the flow cross sections and increased flow turbulization, which leads to a loss of maximum engine power.

Известна система питания двигателя внутреннего сгорания с впрыском топлива во впускной канал (заявка Франция FR N 2 567 965, кл. F 02M 31/12 публ. 24.01.86), содержащая впускной трубопровод, устройство топливоподачи (форсунка) и нагреватель топливовоздушной смеси, размещенный после устройства топливоподачи, отличающаяся тем, что нагреватель выполнен в виде полого тела, находящегося во впускном канале и обтекаемого со всех сторон воздушным потоком, при этом топливо впрыскивается во внутреннюю полость на стенки нагревателя. A known power system of an internal combustion engine with fuel injection into the inlet channel (application France FR N 2 567 965, CL F 02M 31/12 publ. 24.01.86), containing the inlet pipe, the fuel supply device (nozzle) and the air-fuel mixture heater after the fuel supply device, characterized in that the heater is made in the form of a hollow body located in the inlet channel and streamlined from all sides by an air stream, while the fuel is injected into the internal cavity on the heater walls.

Данное устройство выбрано в качестве прототипа. This device is selected as a prototype.

Недостатком этого устройства является его относительно малая эффективность по испарению топлива, хотя и несколько более высокая, чем у первого рассмотренного аналога. Аэродинамическое сопротивление данного нагревателя несколько выше, чем у первого аналога, но значительно ниже, чем у второго. The disadvantage of this device is its relatively low efficiency in the evaporation of fuel, although somewhat higher than that of the first considered analog. The aerodynamic resistance of this heater is slightly higher than that of the first analogue, but significantly lower than that of the second.

В отличие от рассмотренных аналогов нагреватель-прототип обеспечивает полезный теплосъем с обеих сторон полого тела нагревателя (например, обогреваемой трубки). А именно: с внутренней стороны тепло передается топливной пленке (т. п.), образованной от растекания капель впрыскнутого топлива, а с наружной стороны тепло передается воздушному потоку, а затем, по мере дальнейшего продвижения по впускному каналу, от воздушного потока к летящим каплям топлива. In contrast to the considered analogues, the prototype heater provides useful heat removal on both sides of the hollow body of the heater (for example, a heated tube). Namely: from the inside, heat is transferred to the fuel film (etc.) formed from the spreading of droplets of injected fuel, and from the outside, heat is transferred to the air stream, and then, as it moves further through the inlet, from the air stream to flying drops fuel.

Однако, из многочисленных экспериментальных и теоретических исследований процессов смесеобразования во впускных системах двигателей внутреннего сгорания достоверно известно, что подогрев топливовоздушной смеси наиболее эффективно (более, чем в 2 раза по сравнению с подогревом капель топлива от воздуха) осуществляется путем подвода тепла непосредственно к топливной пленке (т. п. ), что обусловлено благоприятным сочетанием однонаправленных потоков тепло- и массообмена и их характеристиками в этом случае [1, 2] Причем, скорость испарения топлива с поверхности т.п. резко возрастает при уменьшении ее толщины. However, from numerous experimental and theoretical studies of the processes of mixture formation in the intake systems of internal combustion engines, it is reliably known that heating the air-fuel mixture is most effective (more than 2 times compared to heating fuel droplets from air) by supplying heat directly to the fuel film ( etc.), which is due to the favorable combination of unidirectional heat and mass transfer flows and their characteristics in this case [1, 2] Moreover, the evaporation rate t Pliva surface etc. increases sharply with a decrease in its thickness.

Учитывая приведенные обстоятельства, наличие у нагревателя-прототипа несмачиваемых топливной теплоизлучающих поверхностей является причиной его недостаточной эффективности. Given the above circumstances, the presence of a prototype heater with non-wettable fuel radiating surfaces is the reason for its lack of effectiveness.

Целью заявляемого технического решения является повышение эффективности испарения топлива в системе питания двигателя внутреннего сгорания на режимах холодного пуска и прогрева без увеличения аэродинамического сопротивления впускного тракта, т. е. без снижения максимальной мощности двигателя, в сравнении с известными устройствами. The purpose of the proposed technical solution is to increase the efficiency of fuel evaporation in the power supply system of an internal combustion engine in cold start and warm-up modes without increasing the aerodynamic resistance of the intake tract, i.e., without reducing the maximum engine power, in comparison with known devices.

Для достижения поставленной цели предлагается использовать систему питания, содержащую устройство топливоподачи, впускной трубопровод, в который поступает топливо и воздух, нагреватель топливовоздушной смеси, выполненный в виде плоского или полого тела (например, трубка или сегмент трубки) и расположенного во впускном тракте после устройства топливоподачи с зазором относительно стенок канала. Причем, в отличие от прототипа, начальный участок нагревателя снабжен сквозными отверстиями, сообщающими наружную и внутреннюю поверхности нагревателя, а топливная форсунка или иное устройство топливоподачи расположены таким образом, что впрыскиваемое топливо направляется на начальный участок нагревателя, преимущественным образом для сквозных отверстий. Назначение начального участка нагревателя сформировать поток т.п. из осевших капель впрыснутого топлива. Назначение сквозных отверстий обеспечить доступ части т.п. движущейся под действием воздушного потока по направлению к цилиндру, к наружной поверхности нагревателя. При этом достигается положительный эффект в виде увеличения поверхности обогреваемой и испаряющейся т. п. и уменьшения ее толщины при сохранении габаритов нагревателя, т.е. достигается цель заявляемого технического решения. Проникновение т.п. через сквозные отверстия происходит под действием воздушного потока, а также благодаря свойству углеводородных топлив хорошо смачивать и растекаться тонким слоем на металлических или металлокерамических поверхностях, имеющих температуру ниже температуры кипения топлива, о чем подробнее изложено ниже. To achieve this goal, it is proposed to use a power system containing a fuel supply device, an inlet pipe into which fuel and air enter, an air-fuel mixture heater made in the form of a flat or hollow body (for example, a tube or tube segment) and located in the inlet tract after the fuel supply device with a gap relative to the walls of the channel. Moreover, unlike the prototype, the initial section of the heater is equipped with through holes communicating the outer and inner surfaces of the heater, and the fuel nozzle or other fuel supply device is arranged so that the injected fuel is directed to the initial section of the heater, mainly for through holes. The purpose of the initial section of the heater is to form a flow, etc. from settled droplets of injected fuel. The purpose of the through holes is to provide access to parts of the like. moving under the influence of air flow towards the cylinder, to the outer surface of the heater. At the same time, a positive effect is achieved in the form of an increase in the surface of the heated and evaporating, etc., and a decrease in its thickness while maintaining the dimensions of the heater, i.e. the goal of the claimed technical solution is achieved. Penetration etc. through the through holes occurs under the influence of air flow, and also due to the property of hydrocarbon fuels, it is well wetted and spread with a thin layer on metal or cermet surfaces having a temperature below the boiling point of the fuel, as described in more detail below.

Проникновение т. п. через сквозные отверстия можно облегчить и усилить благодаря увеличению динамического напора воздушного потока, например, за счет некоторого сужения протока, выполненного сразу после отверстий по ходу движения потока. The penetration of the like through the through holes can be facilitated and enhanced by increasing the dynamic pressure of the air flow, for example, due to some narrowing of the duct, made immediately after the holes in the direction of flow.

Другой возможностью усилить динамическое воздействие воздушного потока является применение улавливающих козырьков, которыми снабжаются каждое из отверстий и которые направлены против потока. Причем достаточно выступание этих козырьков над поверхностью нагревателя на высоту, соразмерную с толщиной т. п. что составляет доли миллиметра. Таким образом, аэродинамическое сопротивление впускного тракта остается практически неизменным. Another way to enhance the dynamic effect of the air flow is the use of catching visors, which are supplied with each of the holes and which are directed against the stream. Moreover, the protrusion of these visors above the surface of the heater to a height commensurate with the thickness, etc., which is a fraction of a millimeter, is sufficient. Thus, the aerodynamic drag of the intake tract remains virtually unchanged.

В зависимости от скорости воздушного потока впрыснутое топливо может выпадать в виде т.п. на различных участках нагревателя по длине и ширине его начального участка. Для того, чтобы гарантировано обеспечить заявляемый эффект отверстия могут располагаться по всему периметру нагревателя поперек воздушного потока в один или несколько рядов. Depending on the airflow rate, the injected fuel may fall out in the form of the like. in different sections of the heater along the length and width of its initial section. In order to ensure the claimed effect, the holes can be located along the entire perimeter of the heater across the air flow in one or more rows.

Однако, делать более 2-3-х рядов отверстий очевидно невыгодно, ввиду полезной поверхности испарения. However, making more than 2-3 rows of holes is obviously disadvantageous, due to the useful surface of evaporation.

Размер отверстий и их шаг в ряду могут быть неравные и подбираются экспериментальным путем с целью обеспечения максимального эффекта по испарению топлива. The size of the holes and their step in the row can be unequal and are selected experimentally in order to ensure the maximum effect on the evaporation of fuel.

Применение характерных поперечных размеров отверстий и шага более 4-5 мм является малоэффективным. Чем меньше эти размеры, тем эффект должен быть выше. Но уменьшение размеров эффективно только до определенной величины, при которой начинает сказываться увеличение гидравлического сопротивления отверстий прохождению топлива. Конкретный интервал размеров обоснован ниже. The use of the characteristic transverse dimensions of the holes and a pitch of more than 4-5 mm is ineffective. The smaller these sizes, the effect should be higher. But the reduction in size is effective only to a certain size, at which the increase in the hydraulic resistance of the holes to the passage of fuel begins to affect. The specific size range is justified below.

Как уже упоминалось выше, углеводородные топлива очень хорошо смачивают и растекаются на поверхностях, имеющих относительно низкую температуру (ниже температуры кипения топлива). В нашем случае это значит, что температура начального участка должна быть ниже температуры конечного участка и ниже температуры кипения головных фракций. Такое переменное поле температур достигается размещением нагревательного элемента на конечном участке нагревателя, что способствует как надежному формированию потока т.п. так и ее пофракционному испарению по мере продвижения из относительно холодной зоны нагревателя в горячую. As mentioned above, hydrocarbon fuels are very well wetted and spread on surfaces having a relatively low temperature (below the boiling point of the fuel). In our case, this means that the temperature of the initial section should be lower than the temperature of the final section and below the boiling point of the head fractions. Such an alternating temperature field is achieved by placing the heating element in the final section of the heater, which contributes to both reliable flow formation, etc. and its fractional evaporation as it moves from the relatively cold zone of the heater to the hot.

Электрический нагревательный элемент, входящий в состав нагревателя, может быть выполнен различной формы и из любого подходящего материала, например резистивная нить, резистивное напыление и т.д. Однако, наиболее целесообразно применение материалов, обладающих положительным температурным коэффициентом электрического сопротивления, т.е. сопротивление которых возрастает при увеличении температуры, что обеспечивает эффект саморегулирования. Например, наибольшее распространение получили нагревательные элементы, выполненные из металлокерамики на основе BaTiO₃. Такие элементы, получившие название РСТ (Positive Temperature Coefficient) или позисторы, способны резко на несколько порядков увеличивать свое электрическое сопротивление при достижении определенной (задаваемой технологией изготовления) температуры.The electric heating element included in the heater can be made of various shapes and from any suitable material, for example, resistive filament, resistive spraying, etc. However, the use of materials with a positive temperature coefficient of electrical resistance, i.e. the resistance of which increases with increasing temperature, which provides the effect of self-regulation. For example, heating elements made of cermet based on BaTiO _{3 are} most widely used. Such elements, called PCT (Positive Temperature Coefficient) or posistors, are able to sharply increase their electrical resistance by several orders of magnitude when a certain temperature (specified by the manufacturing technology) is reached.

Как правило, металлокерамические РТС-элементы выполняются в виде пластин разнообразной формы, закрепляемых на плоских поверхностях нагревателя, что является наиболее технологичным способом. С этой целью тело нагревателя должно включать в себя один или несколько плоских элементов, в том числе, например, во внутренних полостях. As a rule, RTS metal-ceramic elements are made in the form of plates of various shapes, fixed on flat surfaces of the heater, which is the most technologically advanced way. To this end, the heater body must include one or more flat elements, including, for example, in internal cavities.

С целью повышения к.п.д. нагревателя и минимизации потерь тепла, нагреватель может закрепляться с помощью радиальных ребер в теплоизолирующей проставке, которая, в свою очередь, может устанавливаться в разъеме между деталями впускного тракта двигателя например, между впускным трубопроводом и головкой блока для систем распределенного впрыска топлива или между карбюратором и впускным трубопроводом для карбюраторной системы питания. In order to increase the efficiency the heater and minimize heat loss, the heater can be fixed with radial ribs in a heat-insulating spacer, which, in turn, can be installed in the connector between the parts of the intake path of the engine, for example, between the intake pipe and the head of the unit for distributed fuel injection systems or between the carburetor and the intake a pipeline for a carburetor feed system.

Вместе с тем, полная теплоизоляция нагревателя от деталей двигателя приводит к резкому его охлаждению за счет испарения топлива при отключении питания, что, как правило, предусматривается после прогрева двигателя. Охлажденное тело нагревателя при этом становится местом повышенной конденсации топлива, что в свою очередь (в некоторых случаях) может быть причиной ухудшения показателей прогретого двигателя. Для предотвращения такого эффекта предлагается закреплять нагреватель при помощи радиальных ребер в стенке впускного канала, обогреваемой жидкостью системы охлаждения двигателя. Подбирая теплопроводность ребер и располагая их на удалении от нагревательного элемента, возможно добиваться хорошего компромисса как для "холодного", так и для "горячего" двигателя. At the same time, the complete thermal insulation of the heater from engine parts leads to a sharp cooling due to the evaporation of fuel when the power is turned off, which, as a rule, is provided after the engine warms up. At the same time, the cooled body of the heater becomes a place of increased condensation of fuel, which in turn (in some cases) can cause a deterioration in the performance of a heated engine. To prevent this effect, it is proposed to fix the heater with radial ribs in the wall of the inlet channel, heated by the liquid of the engine cooling system. By selecting the thermal conductivity of the fins and placing them at a distance from the heating element, it is possible to achieve a good compromise for both the "cold" and the "hot" engine.

При ограниченных габаритах нагревателя очевидно, что чем относительно короче начальный участок нагревателя, имеющий одностороннее смачивание топливом, тем эффективность нагревателя выше (подробнее изложено далее по тексту). Сократить до минимума относительную длину начального участка возможно при плавном сопряжении его внутренней поверхности со стенкой канала. При этом функцию формирования потока т.п. будет выполнять участок впускного канала, находящийся в непосредственной близости перед нагревателем и на который направляется поток капель топлива устройством топливоподачи. Наиболее легко такое решение реализуется в системах питания с центральной топливоподачей, т. к. на стенках смесительной камеры после прохождения дроссельной заслонки практически на всех режимах работы двигателя формируется поток т.п. With limited dimensions of the heater, it is obvious that the relatively shorter the initial section of the heater having one-sided wetting with fuel, the higher the efficiency of the heater (described in more detail below). To minimize the relative length of the initial section is possible with smooth conjugation of its inner surface with the channel wall. In this case, the function of forming a flow, etc. will perform a section of the inlet channel, located in close proximity to the heater and to which the flow of fuel droplets is directed by the fuel supply device. This solution is most easily implemented in power supply systems with a central fuel supply, since a flow is formed on the walls of the mixing chamber after passing the throttle valve in almost all engine operating modes, etc.

Однако, испарение т. п. с наружной стенки нагревателя (в полости между стенкой впускного канала и стенкой нагревателя)) при выполнении сопряжения начального участка, как указано выше, может быть, затруднено вследствие образования в этой полости застойной зоны. Для интенсификации испарения в эту полость по дополнительному каналу может подаваться воздух из наддроссельного пространства. However, evaporation, etc., from the outer wall of the heater (in the cavity between the wall of the inlet channel and the wall of the heater)) when pairing the initial portion, as indicated above, may be difficult due to the formation of a stagnant zone in this cavity. To intensify evaporation, air from the over-throttle space can be supplied into this cavity through an additional channel.

Сущность заявляемого решения поясняется на приложенных фигурах:
на фиг. 1а, 1б приведена схема формирования потока т.п. на неорошаемой поверхности нагревателя, обдуваемого воздушным потоком, со следующими обозначениями: 1 границы растекающейся т.п. 2- сквозные отверстия; а - характерный поперечный размер отверстий; l длина выделенного участка нагревателя для проведения расчетов (расчет дан ниже по тексту); S_x - сухой участок поверхности нагревателя.The essence of the proposed solution is illustrated in the attached figures:
in FIG. 1a, 1b shows a flow formation scheme, etc. on the dry surface of a heater blown by air flow, with the following notation: 1 boundary spreading etc. 2-through holes; a is the characteristic transverse size of the holes; l the length of the selected section of the heater for calculations (the calculation is given below); S _x - dry area of the surface of the heater.

фиг. 1б является укрупненным фрагментом фиг. 1а,
на фиг. 2 приведены результаты расчетов приращения полезной площади нагревателя DS, DSS в зависимости от характерного поперечного размера отверстий "а" для различных случаев реализации предлагаемого решения, о чем подробнее ниже,
на фиг. 3 приведен вариант исполнения системы питания с нагревателем топливо-воздушной смеси и впрыском топлива во впускной канал так называемая система распределенного впрыска топлива, при которой используются индивидуальные форсунки подачи топлива в каждый из цилиндров двигателя.FIG. 1b is an enlarged fragment of FIG. 1a
in FIG. 2 shows the results of calculating the increment of the useful area of the heater DS, DSS depending on the characteristic transverse size of the holes "a" for various cases of the implementation of the proposed solution, as more detailed below
in FIG. Figure 3 shows an embodiment of a power system with a fuel-air mixture heater and fuel injection into the inlet channel of the so-called distributed fuel injection system, in which individual fuel injection nozzles are used in each of the engine cylinders.

На фиг. 3 обозначены: 1 топливная форсунка; 2 впускной трубопровод; 3- нагреватель топливовоздушной смеси; 4 сквозные отверстия на начальном участке, 5 теплоизолирующая проставка; 6 контакты электропитания нагревателя; 7 головка блока цилиндров двигателя; 8 впускной клапан;
на фиг. 4 приведен вариант исполнения сквозных отверстий на начальном участке нагревателя с применением улавливающих козырьков.In FIG. 3 marked: 1 fuel injector; 2 inlet pipe; 3- air-fuel mixture heater; 4 through holes in the initial section; 5 heat-insulating spacer; 6 heater power contacts; 7 engine cylinder head; 8 inlet valve;
in FIG. 4 shows an embodiment of through holes in the initial portion of the heater using catching visors.

На фиг. 4 обозначены: 3 тело нагревателя; 9 поток т.п. 10 - воздушный поток;
на фиг. 5 приведен вариант конструкции нагревателя топливо-воздушной смеси для системы распределенного впрыска топлива подобно фиг. 3, но закрепленного при помощи радиальных ребер в стенке впускного канала головки блока цилиндров. Дополнительным отличием данной конструкции от конструкции, приведенной на фиг. 3, является выполнение полого тела нагревателя в виде сегмента цилиндра.In FIG. 4 marked: 3 heater body; 9 stream etc. 10 - air flow;
in FIG. 5 shows an embodiment of a fuel-air mixture heater for a distributed fuel injection system similar to FIG. 3, but fixed with radial ribs in the wall of the inlet channel of the cylinder head. An additional difference between this design and the design shown in FIG. 3, is the embodiment of the hollow body of the heater as a cylinder segment.

На фиг. 5 обозначены: 3 нагреватель топливо-воздушной смеси; 4 - сквозные отверстия с улавливающими козырьками; 7 головка блока цилиндров; 11 радиальные ребра; 12 впускной канал; 13 нагревательный РТС-элемент; 14 - положительный контакт нагревателя, (массовым контактом служат радиальные ребра 11); 15 изолирующая оболочка;
на фиг. 6 приведен вариант исполнения системы с нагревателем топливо-воздушной смеси и впрыском топлива во впускной трубопровод так называемая система центрального или моновпрыска топлива, при которой используется одно топливоподающее устройство для всех цилиндров двигателя, подобно обычной карбюраторной системе питания.In FIG. 5 marked: 3 heater fuel-air mixture; 4 - through holes with catching visors; 7 cylinder head; 11 radial ribs; 12 inlet; 13 heating RTS element; 14 - positive contact of the heater (radial ribs 11 serve as a mass contact); 15 insulating sheath;
in FIG. Figure 6 shows an embodiment of a system with a fuel-air mixture heater and fuel injection into the intake manifold, the so-called central or mono-fuel injection system, in which one fuel supply device is used for all engine cylinders, similar to a conventional carburetor power system.

На фиг. 6 обозначены: 1 топливная форсунка; 2 впускной трубопровод; 3 нагреватель топливо-воздушной смеси; 4 сквозные отверстие; 5 - теплоизолирующая проставка; 6 контакты электропитания нагревателя; 16 - корпус топливоподающего устройства; 17 дроссельная заслонка; 18 водяная рубашка впускного трубопровода; 19 кольцевой канал дополнительной подачи воздуха; 20 управляемый регулятор подачи воздуха. In FIG. 6 marked: 1 fuel injector; 2 inlet pipe; 3 heater fuel-air mixture; 4 through holes; 5 - heat-insulating spacer; 6 heater power contacts; 16 - fuel supply device body; 17 throttle; 18 water shirt inlet pipe; 19 annular channel of additional air supply; 20 controlled air flow regulator.

Положительный эффект от заявляемого технического решения становится возможным, как уже отмечалось выше, благодаря особенностям поведения т.п. на металлической поверхности, обдуваемой воздушным потоком. По данной проблеме в Центральном научно-исследовательском институте топливной аппаратуры (г.Санкт-Петербург) был проведен цикл исследовательских работ [3, 4] которые в частности показали, что "жидкие углеводородные топлива, благодаря хорошей смачиваемости, эффективно формируются в виде пленок, в том числе и очень тонких, и не имеют склонности к разрывам на струи". При истечении топлива из отверстия на плоскую горизонтальную поверхность, обдуваемую воздушным потоком, струя топлива интенсивно растекается, образуя поток тонкой топливной пленки. A positive effect of the claimed technical solution becomes possible, as already noted above, due to the behavior of the like. on a metal surface blown by air flow. On this issue, the Central Research Institute of Fuel Equipment (St. Petersburg) conducted a series of research works [3, 4] which in particular showed that “liquid hydrocarbon fuels, due to good wettability, are effectively formed in the form of films, in including very thin ones, and they don’t have a tendency to tear on the stream. " When fuel flows from an opening onto a flat horizontal surface blown by an air stream, the fuel stream spreads intensively, forming a stream of a thin fuel film.

Применительно к заявляемому решению каждое из отверстий на начальном участке нагревателя является источником формирования на внешней неорошаемой каплями поверхности нагревателя струй т.п. которые, интенсивно растекаясь и сливаясь между собой, образуют единый сплошной поток тонкой топливной пленки. На фиг. 1а приведена схема образования потока т.п. 1 при истечении топлива из 2-х отверстий 2. In relation to the claimed solution, each of the holes in the initial section of the heater is a source of formation of jets on the outside of the non-drip surface of the heater, etc. which, intensively spreading and merging with each other, form a single continuous stream of thin fuel film. In FIG. 1a is a flow diagram of the like. 1 at the expiration of fuel from 2 holes 2.

Фиг. 16 увеличенный фрагмент фиг. 1а. Аналогичным образом поток т.п. на внутренней орошаемой поверхности, пройдя в промежутках между отверстиями, образует ряд струй, которые также на некотором расстоянии сливаются в единый сплошной поток. FIG. 16 is an enlarged fragment of FIG. 1a. Similarly, the flow of the like. on the internal irrigated surface, passing in the spaces between the holes, forms a series of jets, which also merge at a certain distance into a single continuous stream.

Таким образом, если на начальном участке нагревателя на орошаемой стороне образовался поток т.п. определенной толщины, то после прохождения ряда отверстий образуется два потока т.п. на внутренней и наружной поверхностях нагревателя. При оптимальном подборе размеров и расположении отверстий возможно достижение двухкратного утончения топливной пленки. Thus, if a flow is generated in the initial portion of the heater on the irrigated side, etc. of a certain thickness, then after passing through a series of holes two flows are formed, etc. on the inner and outer surfaces of the heater. With optimal selection of sizes and arrangement of holes, it is possible to achieve a two-fold thinning of the fuel film.

Согласно обобщенным экспериментальным данным [3] ширина потока т.п. образующейся при истечении топлива из отверстия на горизонтальную плоскую металлическую поверхность, обдуваемую воздушным потоком, подчиняется параболической зависимости в следующем виде
b_п=AXⁿ
где b_п ширина потока т.п.According to the generalized experimental data [3], the flow width, etc. formed at the outflow of fuel from the hole onto a horizontal flat metal surface blown by the air flow obeys a parabolic dependence in the following form
b _p = AX ⁿ
where b _{p the} width of the stream, etc.

X расстояние от отверстия, А коэффициент, зависящий от скорости воздуха W_в
(A=0,47-0,35 для W_в=9-38 м/с)
n коэффициент, зависящий от расхода топлива G_т
(n=0,38-0,62 для G_т=0,4-3,5 к /ч)
Показано, что ширина потока т.п. прямо пропорциональна расходу топлива и обратно пропорциональна скорости воздуха.X distance from the hole, A coefficient depending on air speed W _in
(A = 0.47-0.35 for W _at = 9-38 m / s)
n coefficient depending on fuel consumption G _t
(n = 0.38-0.62 for G _t = 0.4-3.5 f / h)
It is shown that the flow width etc. directly proportional to fuel consumption and inversely proportional to air speed.

Приведенные в [3] экспериментальные данные и зависимости позволяют произвести оценочный расчет эффективности заявляемого технического решения в отношении увеличения площади поверхности испарения т.п. и применительно к параметрам двигателя ВАЗ. The experimental data and dependences given in [3] allow an estimated calculation of the effectiveness of the claimed technical solution with respect to increasing the evaporation surface area, etc. and in relation to the parameters of the VAZ engine.

По-видимому, то обстоятельство, что в заявляемом техническом решении не всегда используются плоские горизонтальные поверхности испарения, будет давать отклонения от расчета. Однако, учитывая, что влияние силы тяжести на формирование потока т.п. по мере увеличения скорости воздушного потока и расхода топлива становится незначительным (3), оценочный расчет должен быть достаточно точным. Apparently, the fact that flat horizontal evaporation surfaces are not always used in the claimed technical solution will give deviations from the calculation. However, given that the influence of gravity on the formation of a flow, etc. as air velocity and fuel consumption increase, it becomes insignificant (3), the estimated calculation should be fairly accurate.

Характерный размер отверстия обозначим через "а" и для упрощения расстояние между отверстиями примем также равным "а" (см. фиг. 16). Длину участка испарения обозначим через "l". Сухой участок- S_x. Тогда
S1=2•a•1 полезная площадь при одностороннем смачивании (прототип);
S2=2(S1-S_x)- полезная площадь при двухстороннем смачивании (заявка);

Принимаем А= 0,47 и n=0,38, что приближенно соответствует условиям холодного пуска и прогрева двигателей ВАЗ, причем в самом неблагоприятном случае для формирования потока т.п. Длину нагревателя примем 11=30 мм и 12=40 мм, что также приемлемо для впускных систем двигателей ВАЗ.The characteristic size of the hole is denoted by "a" and to simplify the distance between the holes will also be equal to "a" (see Fig. 16). The length of the evaporation section is denoted by "l". Dry plot - S _x . Then
S1 = 2 • a • 1 usable area with unilateral wetting (prototype);
S2 = 2 (S1-S _x ) - usable area with bilateral wetting (application);

We take A = 0.47 and n = 0.38, which approximately corresponds to the conditions for cold start and warming up of VAZ engines, and in the worst case, for flow formation, etc. The length of the heater will be 11 = 30 mm and 12 = 40 mm, which is also acceptable for the intake systems of VAZ engines.

Результаты расчета приведены на фиг. 2. Кривая 1 соответствует 11=30 мм и кривая 2 12=40 мм. Как видно, при уменьшении характерного размера "а" до а= 0,5 мм приращение полезной площади приближается к 100% т.е. полезная поверхность почти удваивается. При неограниченном увеличении "а" DS ассимптотически приближается к 0, но всегда остается больше 0. Очевидно, что применение отверстий размером более 4-5 мм при длине нагревателя в пределах 40 мм становится малоэффективным (эффект менее 25%). Для гарантированного охвата эффективного диапазона размером отверстий в формуле заявляемого решения задано а=0,1-10 мм. Увеличение длины нагревателя также приводит к росту DS, но влияние изменения длины на DS значительно меньше, чем изменения размера отверстий. The calculation results are shown in FIG. 2. Curve 1 corresponds to 11 = 30 mm and curve 2 12 = 40 mm. As you can see, with a decrease in the characteristic size "a" to a = 0.5 mm, the increment of usable area approaches 100%, i.e. the useful surface is almost doubled. With an unlimited increase in "a", DS asymptotically approaches 0, but always remains greater than 0. Obviously, the use of holes larger than 4-5 mm with a heater length within 40 mm becomes ineffective (the effect is less than 25%). For guaranteed coverage of the effective range by the size of the holes in the formula of the proposed solution, a = 0.1-10 mm is specified. Increasing the length of the heater also leads to an increase in DS, but the effect of a change in length on the DS is significantly less than a change in the size of the holes.

Однако, приведенный выше расчет предполагал, что поток т.п. уже в сформированном виде поступает на нагреватель, т.е. сквозные отверстия расположены на переднем крае нагревателя. Такой случай характерен, например, для применения данной конструкции нагревателя в системе питания с центральной подачей топлива (карбюратор, моновпрыск), что изображено на фиг. 6. However, the above calculation assumed that the flow of the like. already in the formed form it enters the heater, i.e. through holes are located at the front edge of the heater. Such a case is typical, for example, for the application of this heater design in a power system with a central fuel supply (carburetor, single injection), as shown in FIG. 6.

Если же нагреватель имеет собственный развитый участок для формирования потока т. п. что может иметь место, например, в системах распределенного впрыска топлива (см. фиг. 3), то при вычислении приращения полезной площади необходимо учитывать одностороннее орошение каплями поверхности начального участка. При этом суммарное приращение полезной площади DSS несколько уменьшается. If the heater has its own developed area for the formation of a flow, etc. that can occur, for example, in distributed fuel injection systems (see Fig. 3), then when calculating the increment of usable area, it is necessary to take into account one-sided irrigation with drops of the surface of the initial section. In this case, the total increment of the useful area DSS is slightly reduced.

Если соотношение длин начального участка (с односторонним смачиванием, т.е. до сквозных отверстий) и конечного участка (с двусторонним смачиванием, т. е. после сквозных отверстий) обозначить через "к", то легко показать, что суммарное приращение полезной площади в этом случае DSS будет рассчитываться следующим образом. If the ratio of the lengths of the initial section (with one-sided wetting, that is, through holes) and the final section (with two-sided wetting, that is, after the through holes) is denoted by "k", then it is easy to show that the total increment of usable area in In this case, the DSS will be calculated as follows.

на фиг. 2 кривая 3 соответствует исходным данным при расчете зависимости 2 (т. е. l=40 мм) и дополнительному условию к=1/2, т.е. когда длина начального участка в 2 раза меньше длины конечного участка.

in FIG. 2, curve 3 corresponds to the initial data when calculating the dependence 2 (i.e., l = 40 mm) and the additional condition k = 1/2, i.e. when the length of the initial section is 2 times less than the length of the final section.

Очевидно, чем относительно меньше начальный участок, тем больше эффект по DSS (в пределе DSS=DS). Obviously, the relatively smaller the initial portion, the greater the effect on DSS (in the limit of DSS = DS).

Однако, приращение полезной площади, как уже отмечалось выше, валяется не единственной и не самым главным преимуществом заявляемого решения. Уменьшение толщины т. п. приводит к ее быстрому прогреву и резкому увеличению интенсивности теплообмена, что позволяет увеличить температуру и мощность подогрева т.п. без риска ее перегрева. И в конечном счете приводит к значительному увеличению удельной эффективности испарения топлива с единицы поверхности нагревателя. However, the increment of usable area, as already noted above, is not the only and not the most important advantage of the proposed solution. A decrease in the thickness, etc., leads to its rapid heating and a sharp increase in the intensity of heat transfer, which allows to increase the temperature and heating power, etc. without the risk of overheating. And ultimately leads to a significant increase in the specific efficiency of fuel evaporation from a unit surface of the heater.

Наличие относительно холодного начального участка нагревателя благоприятно сказывается на формировании потока топливной пленки и способствует ее пофракционному испарению по мере ее продвижения в более нагретую зону конечного участка (4). The presence of a relatively cold initial section of the heater favorably affects the formation of the fuel film flow and contributes to its fractional evaporation as it moves into the warmer zone of the final section (4).

По совокупности преимуществ заявляемого решения можно ожидать не менее 1,5-2-кратного увеличения эффективности по испарению топлива в сравнении с прототипом при равных габаритах. In terms of the combination of advantages of the proposed solution, one can expect at least a 1.5-2-fold increase in the efficiency of fuel evaporation in comparison with the prototype with equal dimensions.

Устройство работает следующим образом: перед холодным пуском двигателя, например, за 10-15 секунд до пуска или непосредственно одновременно с включением стартера, на нагревательный элемент устройства подается напряжение питания от аккумуляторной батареи автомобиля. При этом происходит быстрый разогрев нагревателя с переменным полем температур возрастание температуры от начального участка к конечному, причем, температура начального участка не превышает 70^oC (4). Топливо в виде капель и струй поступает из форсунки 1 (см. фиг. 3,6) на начальный участок нагревателя 3, где оседает и образует поток т.п. 9 (см. фиг. 4), движущейся под действием воздушного потока 10 по направлению к цилиндрам двигателя. При достижении потоком т.п. сквозных отверстий 4 происходит отделение части потока т.п. и переход с орошаемой (внутренней) на неорошаемую (наружную) поверхность нагревателя 3. Затем струи т.п. образовавшиеся после прохождения потоком т.п. ряда сквозных отверстий, растекаются и сливаются (см. на фиг. 1). Таким образом, горячий конечный участок нагревателя оказывается смоченным потоком т.п. с двух сторон, где и происходит ее интенсивный разогрев и испарение. Часть топлива, неуспевшего испариться, срывается воздушным потоком с кромок нагревателя, подвергаясь интенсивному распыливанию, и уносится в цилиндры в виде тумана и капель.The device operates as follows: before a cold start of the engine, for example, 10-15 seconds before starting, or directly at the same time as the starter is turned on, a voltage is supplied to the heating element of the device from the vehicle’s battery. In this case, the heater with a variable temperature field quickly heats up, the temperature rises from the initial section to the final one, and the temperature of the initial section does not exceed 70 ^o C (4). Fuel in the form of drops and jets comes from the nozzle 1 (see Fig. 3.6) to the initial section of the heater 3, where it settles and forms a stream, etc. 9 (see Fig. 4), moving under the action of air flow 10 towards the engine cylinders. When a stream reaches the like through holes 4 there is a separation of part of the stream, etc. and transition from irrigated (internal) to non-irrigated (external) surface of heater 3. Then, jets etc. formed after passing through a stream, etc. a number of through holes, spread and merge (see in Fig. 1). Thus, the hot end portion of the heater is wetted by the flow of the like. on both sides, where its intense heating and evaporation takes place. Part of the fuel, which failed to evaporate, is torn off by the air flow from the edges of the heater, subjected to intensive atomization, and is carried away into the cylinders in the form of fog and drops.

При использовании варианта конструкции нагревателя с сопряжением входной части начального участка со стенками впускного канала, как изображено на фиг. 6, наружная поверхность нагревателя обдувается воздушным потоком, поступающим из кольцевой щели 19, выполненной в проставке 5, в которую воздух поступает по дополнительному каналу 20 из наддроссельного пространства. Дополнительный воздушный поток при этом регулируется исполнительным устройством 21, которое, как правило, входит в состав стандартной системы питания для регулирования холостого хода двигателя. When using a design variant of the heater with the input part of the initial portion mating with the walls of the inlet channel, as shown in FIG. 6, the outer surface of the heater is blown by the air flow coming from the annular gap 19, made in the spacer 5, into which air enters through an additional channel 20 from the throttle space. The additional air flow is regulated by the actuator 21, which, as a rule, is part of a standard power supply system for regulating the engine idle speed.

После пуска двигателя в режиме прогрева нагреватель остается под напряжением, т. е. в разогретом состоянии, и обеспечивает испарение топлива, выпавшего в т.п. При этом потребляемый ток питания нагревателя будет уменьшаться вследствие прогрева двигателя (т.е. меньшей требуемой теплопередачи на испарение топлива) и благодаря эффекту саморегулирования РТС-элементов. After starting the engine in warm-up mode, the heater remains energized, i.e., in a pre-heated state, and ensures the evaporation of fuel falling into the like. In this case, the consumed heater current supply will decrease due to engine warming up (i.e., less than the required heat transfer for fuel evaporation) and due to the effect of self-regulation of the PTC elements.

После полного прогрева двигателя питание нагревателя может быть отключено и обогрев топливо-воздушной смеси может осуществляться через водяную рубашку 18 системы охлаждения двигателя (фиг. 6). ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 After the engine has completely warmed up, the heater's power can be turned off and the fuel-air mixture can be heated through the water jacket 18 of the engine cooling system (Fig. 6). YYY2 YYY4

Claims

1. The power supply system of an internal combustion engine, comprising a fuel supply device, an inlet pipe, an air-fuel mixture heater, located after the fuel supply device by the flow movement in the intake pipe channel and made in the form of a hollow or flat body, or a set of such bodies having an air gap relative to the channel walls and equipped with an electric heating element, and the heater is made with through holes communicating the inner and outer surfaces of the heater, I distinguish ayasya in that the through holes are formed in the initial region of the heater, the fuel supply and the device is taken such that supplies fuel to the start site of the heater preferably to through holes.

2. The system according to claim 1, characterized in that at the location of the through-holes, the heater body has a stepped configuration that narrows the flow area for the air flow.

3. The system according to claim 1, characterized in that the through holes in the initial portion of the heater are provided with catching visors directed against the flow of the air-fuel mixture.

4. The system according to claims 1 to 3, characterized in that the through holes are located in one or more rows arranged across the air-fuel stream.

5. The system according to claims 1 to 4, characterized in that the characteristic transverse size of the through holes and the pitch of the holes in the row is from 0.1 to 10 mm.

6. The system according to claims 1-5, characterized in that the electric heating element is located on the final section of the heater.

7. The system according to claims 1-6, characterized in that the electric heating element is made of a material with a positive temperature coefficient of electrical resistance.

8. The system according to claims 1 to 7, characterized in that the heater body includes one or more flat elements.

9. The system according to claims 1-8, characterized in that the heater is made with radial ribs.

10. The system according to claims 1 to 9, characterized in that it is equipped with a heat insulating gasket.

11. The system according to claims 1 to 10, characterized in that the heater is fixed with radial ribs in a heat-insulating spacer.

12. The system according to claims 1 to 9, characterized in that the heater is fixed with radial ribs in the channel wall of the cylinder head.

13. The system according to claims 1-12, characterized in that the initial portion of the heater smoothly mates with the walls of the channel.

14. The system according to claims 1 to 13, characterized in that it is made with an additional air channel, the walls of the heater and the walls of the inlet channel form a cavity in communication with the throttle space through the additional air channel.