RU2136942C1

RU2136942C1 - Method of and system for supply of internal combustion engine and carburetor used in system

Info

Publication number: RU2136942C1
Application number: RU98101764A
Authority: RU
Inventors: И.А. Макаров
Original assignee: Макаров Игорь Альбертович
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; fuel systems of internal combustion engines. SUBSTANCE: method comes to forming main flow of fuel-air mixture, generating hot steam using heat of engine exhaust gases with consumption of 0.2-0.4 of summary fuel consumption at rated duty, mixing steam by means of jet pump with fuel-air emulsion if idling system and delivering this mixture into main flow in form of separate cross stream at supersonic speed through gas-dynamic acoustic radiator with oscillation frequency of 18000-22000 Hz. Design peculiarity of supply system and CARBURETOR is provision of series-connected jet pump and gas-dynamic acoustic radiator connected to hot steam generation circuit with evaporation of idling system fuel using hot steam in jet pump. EFFECT: reduced toxicity of exhaust gases at any duties by creation of high-homogeneous fuel-air mixture with saturation of mixture with increased amount of water steam and finely divided water drops, increased economy and enhanced temperature conditions of engine. 5 cl, 43 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах питания двигателей внутреннего сгорания автомобилей и других транспортных средств, а также в прочих устройствах, для привода которых используются двигатели внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering and can be used in power systems of internal combustion engines of cars and other vehicles, as well as in other devices for the drive of which internal combustion engines are used.

Проблема экологической безопасности и экономичности автомобилей и других транспортных средств, использующих двигатели внутреннего сгорания, является самой актуальной в настоящее время в связи с резким увеличением количества эксплуатируемых транспортных средств и большой концентрации их, особенно в городах. Наибольшую опасность представляют выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, которые содержат вредные окислы, несгоревшие частицы углерода, продукты неполного сгорания топлива и другие вредные вещества. The problem of environmental safety and economy of cars and other vehicles using internal combustion engines is the most urgent at present due to the sharp increase in the number of vehicles in use and their high concentration, especially in cities. The greatest danger is the exhaust gases of internal combustion engines, which contain harmful oxides, unburned carbon particles, products of incomplete combustion of fuel and other harmful substances.

Одно из направлений повышения экономичности двигателей внутреннего сгорания и снижения вредных выбросов в атмосферу связано с совершенствованием подготовки топливовоздушной смеси в системах питания двигателей. One of the ways to increase the efficiency of internal combustion engines and reduce harmful emissions into the atmosphere is associated with improved preparation of the air-fuel mixture in engine power systems.

Известен способ питания двигателя внутреннего сгорания, включающий формирование потока топливовоздушной смеси и дополнительную подачу в указанный поток атмосферного воздуха через систему холостого хода (см. патент США N 4075296, кл. F 02 M 3/08, 261/41 D, 1978). Данный способ позволяет несколько снизить токсичность выхлопных газов, особенно на режимах запуска и холостого хода. A known method of powering an internal combustion engine, including the formation of a stream of air-fuel mixture and additional supply to the specified stream of atmospheric air through an idle system (see US patent N 4075296, CL F 02 M 3/08, 261/41 D, 1978). This method allows you to slightly reduce the toxicity of exhaust gases, especially in the start and idle modes.

Известен также способ питания двигателя внутреннего сгорания, включающий формирование потока топливовоздушной смеси и облучение ее акустическими колебаниями, преимущественно ультразвукового диапазона (см. авторское свидетельство СССР N 1749528, кл. F 02 M 27/08, 1992). В известном способе ультразвуковые колебания генерируются газоструйным излучателем Гартмана, установленным в потоке топливовоздушной смеси. Для существенного снижения содержания токсичных веществ в выхлопных газах двигателя необходимы излучатели высокой мощности, что требует наличия источника рабочего газа повышенного давления и температуры. В указанном изобретении повышение энергетических возможностей рабочего газа достигается использованием выхлопных газов для питания газоструйного излучателя Гартмана. Однако, для устойчивой длительной работы излучателя необходимо тщательно очищать выхлопные газы от несгоревших частиц. Высокая температура выхлопных газов приводит к необходимости использования в системе питания температуро-стойких материалов. Указанные недостатки привели к ограниченному использованию данного способа в автомобилестроении. There is also known a method of powering an internal combustion engine, including forming a stream of air-fuel mixture and irradiating it with acoustic vibrations, mainly of the ultrasonic range (see USSR author's certificate N 1749528, class F 02 M 27/08, 1992). In the known method, ultrasonic vibrations are generated by a Hartmann gas-jet emitter mounted in a stream of air-fuel mixture. To significantly reduce the content of toxic substances in the exhaust gases of the engine, high power emitters are required, which requires a source of working gas of high pressure and temperature. In this invention, an increase in the energy potential of the working gas is achieved by using exhaust gases to power the Hartmann gas-jet emitter. However, for stable long-term operation of the emitter, it is necessary to thoroughly clean the exhaust gases from unburned particles. The high temperature of the exhaust gases necessitates the use of temperature-resistant materials in the power system. These shortcomings led to the limited use of this method in the automotive industry.

Известен также способ питания двигателя внутреннего сгорания, включающий формирование потока топливовоздушной смеси, турбулизацию его струями, подаваемыми в поток через газодинамические акустические излучатели, равномерно размещенные по периметру потока за его пределами, и облучение зоны турбулизации акустическими колебаниями, генерируемыми в струях (см. патент Российской Федерации N 2018020, кл. F 02 M 27/08, 1994). Данное изобретение позволяет за счет увеличения количества ультразвуковых излучателей перейти на использование в них атмосферного воздуха с обычной температурой и отказаться от использования горячих выхлопных газов. Однако, известный способ обладает ограниченными возможностями по воздействию на поток топливовоздушной смеси в связи с низкими энергетическими характеристиками атмосферного воздуха. Повышение эффективности обработки топливовоздушной смеси по данному изобретению можно было бы достигнуть увеличением расхода воздуха через газодинамические ультразвуковые излучатели, но в этом случае существенно ухудшается процесс первичного формирования потока топливовоздушной смеси в карбюраторе, так как количество воздуха, подаваемого в карбюратор, необходимо уменьшить на величину расхода воздуха через газодинамические ультразвуковые излучатели. There is also known a method of powering an internal combustion engine, including forming a stream of air-fuel mixture, turbulizing it with jets supplied to a stream through gas-dynamic acoustic emitters evenly placed around the perimeter of the stream outside, and irradiating the turbulization zone with acoustic oscillations generated in the jets (see Russian patent Federation N 2018020, class F 02 M 27/08, 1994). This invention allows, due to an increase in the number of ultrasonic emitters, to switch to the use of atmospheric air with normal temperature in them and to refuse to use hot exhaust gases. However, the known method has limited ability to affect the flow of the air-fuel mixture due to the low energy characteristics of atmospheric air. An increase in the efficiency of processing the air-fuel mixture according to this invention could be achieved by increasing the air flow through gas-dynamic ultrasonic emitters, but in this case, the process of the primary formation of the air-fuel mixture flow in the carburetor is significantly worsened, since the amount of air supplied to the carburetor must be reduced by through gas-dynamic ultrasonic emitters.

Наиболее близким к заявленному способу питания по совокупности существенных признаков является способ питания двигателя внутреннего сгорания, включающий формирование потока топливовоздушной смеси, генерирование горячего водяного пара за счет тепла выхлопных газов двигателя и смешивание его с потоком топливовоздушной смеси (см. авторское свидетельство СССР N 901601, кл. F 02 M 25/02, 1982). Добавление в топливовоздушную смесь водяных паров приводит к снижению максимальных температур при воспламении и горении топлива в двигателе, что способствует уменьшению образования окислов азота и окиси углерода, а также позволяет повысить степень сжатия в двигателе и работать на низкооктановых топливах без угрозы детонационного воспламенения и улучшить его экономичность. Положительный эффект возрастает при смешивании топливовоздушной смеси с горячими водяными парами, так как при этом увеличивается доля водяных паров в указанной смеси и утилизируется тепло выхлопных газов. Использование горячих водяных паров имеет еще одно преимущество в том, что они способствуют ускоренному переводу топлива в парообразное состояние. Недостатком данного способа является кратковременность контакта горячих водяных паров с каплями топлива в топливовоздушной смеси, определяемая временем прохождения смеси по впускному трубопроводу двигателя, и низкая интенсивность взаимодействия горячих водяных паров с каплями топлива, что не позволяет в полной мере реализовать энергетические возможности горячего водяного пара при гомогенизации топливовоздушной смеси и ограничивает количество водяного пара, смешиваемого с топливовоздушной смесью. The closest to the claimed method of power supply on the set of essential features is a method of powering an internal combustion engine, including forming a stream of air-fuel mixture, generating hot water vapor due to the heat of the exhaust gases of the engine and mixing it with a stream of air-fuel mixture (see USSR copyright certificate N 901601, class F 02 M 25/02, 1982). Adding water vapor to the fuel-air mixture reduces the maximum temperatures during ignition and combustion of fuel in the engine, which helps to reduce the formation of nitrogen oxides and carbon monoxide, and also allows to increase the degree of compression in the engine and work on low-octane fuels without the threat of detonation ignition and improve its economy . The positive effect increases when mixing the air-fuel mixture with hot water vapor, as this increases the proportion of water vapor in the mixture and utilizes the heat of the exhaust gases. The use of hot water vapor has another advantage in that it facilitates the accelerated conversion of fuel to a vapor state. The disadvantage of this method is the short duration of contact of hot water vapor with droplets of fuel in the air-fuel mixture, determined by the time the mixture passes through the engine intake pipe, and the low intensity of the interaction of hot water vapor with fuel droplets, which does not allow to fully realize the energy potential of hot water vapor during homogenization air-fuel mixture and limits the amount of water vapor mixed with the air-fuel mixture.

Известна система питания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая карбюратор и контур генерации водяного пара, включающий последовательно соединенные водяную емкость и парогенератор на выхлопном коллекторе двигателя. Верхняя полость парогенератора сообщена паропроводом с карбюратором (см. патент СССР N 1784067, кл. F 02 B 47/02, 1992). Данная система питания позволяет достаточно эффективно реализовать преимущества смешивания горячего водяного пара с топливовоздушной смесью. Недостатком данной системы является возможность выброса капель воды в топливовоздушную смесь в режимах запуска и на переходных режимах. Другим недостатком данного изобретения является кратковременность контакта горячих водяных паров с каплями топлива в топливовоздушной смеси, определяемая временем прохождения смеси по впускному трубопроводу двигателя. A known power system for an internal combustion engine comprising a carburetor and a water vapor generation circuit, including a series connected water tank and a steam generator on an exhaust manifold of the engine. The upper cavity of the steam generator is connected by a steam line with a carburetor (see USSR patent N 1784067, class F 02 B 47/02, 1992). This power system allows you to quite effectively realize the benefits of mixing hot water vapor with the air-fuel mixture. The disadvantage of this system is the possibility of dropping water droplets into the air-fuel mixture in start-up and transient modes. Another disadvantage of this invention is the short duration of contact of hot water vapor with droplets of fuel in the air-fuel mixture, determined by the time the mixture passes through the inlet pipe of the engine.

Наиболее близкой к заявленной системе питания по совокупности существенных признаков является система питания для двигателя внутреннего сгорания, содержащая карбюратор и контур генерации водяного пара, включающий последовательно соединенные водяную емкость, парогенератор на выхлопном коллекторе двигателя и ресивер, верхняя полость которого сообщена паропроводом с карбюратором, а нижняя полость снабжена трубопроводом отвода конденсата с водяной емкостью (см. авторское свидетельство СССР N 901601, кл. F 02 M 25/02, 1982). Данная система питания позволяет достаточно эффективно реализовать преимущества смешивания горячего водяного пара с топливовоздушной смесью, предотвращает попадание капель воды в топливовоздушную смесь и возвращает их в контур генерации пара. Недостатком данного изобретения является кратковременность контакта горячих водяных паров с каплями топлива в топливовоздушной смеси, определяемая временем прохождения смеси по впускному трубопроводу двигателя, и низкая интенсивность взаимодействия горячих водяных паров с каплями топлива. The closest to the claimed power system in terms of essential features is a power system for an internal combustion engine, comprising a carburetor and a water vapor generation circuit including a series-connected water tank, a steam generator on an engine exhaust manifold and a receiver, the upper cavity of which is connected by a steam line to the carburetor, and the lower the cavity is equipped with a condensate discharge pipe with a water tank (see USSR author's certificate N 901601, class F 02 M 25/02, 1982). This power system allows you to quite effectively realize the benefits of mixing hot water vapor with the air-fuel mixture, prevents water droplets from entering the air-fuel mixture and returns them to the steam generation circuit. The disadvantage of this invention is the short duration of contact of hot water vapor with droplets of fuel in the air-fuel mixture, determined by the time the mixture passes through the intake manifold of the engine, and the low intensity of interaction of hot water vapor with droplets of fuel.

Известен карбюратор, содержащий корпус со смесительной камерой, дроссельную заслонку и систему холостого хода, отводящий канал которой выведен в задроссельную полость смесительной камеры. Система холостого хода имеет винт регулировки состава смеси холостого хода и охватывающую его вспомогательную смесительную камеру с кольцевой обечайкой, в которой выполнены радиальные каналы (см. Говорущенко Н. Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. - М.: Транспорт, 1990, с.98-99). Недостатком данного карбюратора является невозможность поддерживать оптимальный состав топливовоздушной смеси на пониженных режимах работы двигателя. Known carburetor comprising a housing with a mixing chamber, a throttle and an idle system, the discharge channel of which is brought into the throttle cavity of the mixing chamber. The idle system has a screw for adjusting the composition of the idle mixture and an auxiliary mixing chamber with an annular shell surrounding it, in which radial channels are made (see Govorushchenko N. Ya. Fuel Economy and Reduction of Toxicity in Road Transport. - M .: Transport, 1990, p. 98-99). The disadvantage of this carburetor is the inability to maintain the optimal composition of the air-fuel mixture at reduced engine operating modes.

Известен также карбюратор, содержащий корпус со смесительной камерой, дроссельную заслонку и систему холостого хода, имеющую установленную в топливном канале холостого хода промежуточную камеру, соединенную отводящим каналом с задроссельной полостью смесительной камеры, и винт регулировки состава смеси холостого хода, выполненный с продольным каналом для подвода воздуха в промежуточную камеру. В наконечнике винта имеются продольное и радиальные отверстия, соединяющие продольный канал винта с промежуточной камерой (см. патент США N 4075296, кл. F 02 M 3/08, 261/41 D, 1978). Данный карбюратор позволяет улучшить смесеобразование при работе двигателя с уменьшенной мощностью за счет подвода дополнительного воздуха, но не приводит к существенному уменьшению окислов азота и окиси углерода в выхлопных газах двигателя. Also known is a carburetor comprising a housing with a mixing chamber, a throttle valve and an idle system having an intermediate chamber mounted in the idle fuel channel connected by a discharge channel to the throttle cavity of the mixing chamber, and an idle mixture composition adjustment screw made with a longitudinal channel for supplying air into the intermediate chamber. At the tip of the screw there are longitudinal and radial holes connecting the longitudinal channel of the screw with the intermediate chamber (see US patent N 4075296, CL F 02 M 3/08, 261/41 D, 1978). This carburetor can improve mixture formation during engine operation with reduced power due to the supply of additional air, but does not lead to a significant reduction in nitrogen oxides and carbon monoxide in the exhaust gases of the engine.

Наиболее близким к заявленному карбюратору по совокупности существенных признаков является карбюратор, содержащий корпус со смесительной камерой, дроссельную заслонку и систему обработки паром топлива холостого хода, имеющую в топливном канале холостого хода промежуточную камеру, соединенную отводящим каналом с задроссельной полостью смесительной камеры, и винт регулировки состава смеси холостого хода, выполненный с продольным каналом для подвода пара в промежуточную камеру (см. патент СССР N 568382, кл. F 02 M 1/00, 25/00, 1977). Карбюратор предназначен для работы в системе питания двигателя внутреннего сгорания с дополнительным топливом, например, спиртом или ацетоном, и продольный канал в винте регулировки состава смеси холостого хода предназначен для подвода паров дополнительного топлива в промежуточную камеру карбюратора, где указанные пары смешиваются с топливовоздушной эмульсией системы холостого хода, а затем подаются в задроссельную полость смесительной камеры, что предотвращает обеднение топливовоздушной смеси в карбюраторе и снижает возможность образования окислов азота и других вредных газов при сгорании. Данный карбюратор обладает ограниченными возможностями по количеству паров дополнительной жидкости, подаваемых в топливовоздушную смесь, и по интенсивности их перемешивания с топливовоздушной эмульсией системы холостого хода, что снижает возможности получения топливовоздушной смеси с уменьшенным образованием окислов азота, окиси углерода и других вредных газов при воспламенении и горении топлива. The closest to the claimed carburetor in terms of essential features is a carburetor comprising a housing with a mixing chamber, a throttle valve and an idle fuel vapor treatment system having an intermediate chamber in the idle fuel channel connected by a discharge channel to the throttle cavity of the mixing chamber, and a composition adjustment screw idle mixture, made with a longitudinal channel for supplying steam to the intermediate chamber (see USSR patent N 568382, class F 02 M 1/00, 25/00, 1977). The carburetor is designed to operate in the power supply system of an internal combustion engine with additional fuel, for example, alcohol or acetone, and the longitudinal channel in the idle mixture adjustment screw is designed to supply additional fuel vapors to the carburetor intermediate chamber, where these pairs are mixed with the air-fuel emulsion of the idle system stroke, and then fed into the throttle cavity of the mixing chamber, which prevents depletion of the air-fuel mixture in the carburetor and reduces the possibility rofessional nitrogen oxides and other harmful gases when burned. This carburetor has limited capabilities in the number of additional liquid vapors supplied to the fuel-air mixture, and in the intensity of their mixing with the air-fuel emulsion of the idle system, which reduces the possibility of obtaining a fuel-air mixture with a reduced formation of nitrogen oxides, carbon monoxide and other harmful gases during ignition and combustion fuel.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка способа, системы питания и карбюратора для двигателя внутреннего сгорания, которые бы обеспечивали интенсификацию смесеобразования и создание высокогомогенной смеси топлива с воздухом с насыщением ее повышенным количеством водяных паров и мелкодисперсных водяных капель на любых режимах, что ведет к пониженному содержанию окислов азота, окиси углерода и других токсичных веществ в выхлопных газах при работе двигателя, повышает экономичность его работы и улучшает температурный режим работы двигателя. The problem to which the claimed invention is directed, is to develop a method, a power system and a carburetor for an internal combustion engine, which would provide an intensification of mixture formation and the creation of a highly homogeneous mixture of fuel with air with its saturation with an increased amount of water vapor and finely divided water droplets in any modes, which leads to a reduced content of nitrogen oxides, carbon monoxide and other toxic substances in the exhaust gases during engine operation, increases the efficiency of its operation and improves the temperature of the engine.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе питания двигателя внутреннего сгорания, включающем формирование потока топливовоздушной смеси, генерирование горячего водяного пара за счет тепла выхлопных газов двигателя и смешивание его с потоком топливовоздушной смеси, согласно изобретению предварительно водяной пар с расходом 0,2...0,4 от суммарного расхода топлива на номинальном режиме смешивают с помощью струйного насоса с топливовоздушной эмульсией системы холостого хода, а затем подают указанную смесь в поток топливовоздушной смеси в виде отдельной поперечной струи через газодинамический акустический излучатель с частотой колебаний 18000...22000 Гц. The stated technical problem is solved in that in the known method of powering an internal combustion engine, including forming a stream of air-fuel mixture, generating hot water vapor due to heat of exhaust gases of the engine and mixing it with a stream of air-fuel mixture, according to the invention, water vapor at a flow rate of 0.2. ..0.4 of the total fuel consumption in the nominal mode is mixed with the help of a jet pump with a fuel-air emulsion of the idle system, and then the specified mixture is fed into the pot a fuel-air mixture in a separate stream through transverse gasdynamic acoustic radiator with the oscillation frequency of 18000 ... 22000 Hz.

При такой обработке топлива горячим водяным паром достигается высокая гомогенность топливовоздушной смеси, так как в поток топливовоздушной смеси подают заранее подготовленную смесь топлива системы холостого хода и водяного пара, при этом количество горячего водяного пара составляет 0,2...0,4 от суммарного расхода топлива на номинальном режиме, что достаточно, чтобы перевести все топливо системы холостого хода в парообразное состояние и получить гомогенную смесь паров топлива с горячим водяным паром до ее подачи в поток топливовоздушной смеси. Использование струйного насоса для смешения горячего водяного пара и топлива системы холостого хода обеспечивает перевод топлива системы холостого хода в паровую фазу без образования жидкостных пробок, что гарантирует равномерное поступление топлива системы холостого хода в зону смешения и минимальные потери давления при смешении. Это также повышает энергетические возможности гомогенной смеси перед подачей ее в поток топливовоздушной смеси и дает возможность генерировать в подаваемой струе интенсивные акустические колебания, используя для этого газодинамический акустический излучатель. При расширении подаваемой струи в газодинамическом акустическом излучателе происходит падение давления в струе, что приводит к конденсации водяных паров, образованию мелкодисперсного тумана из водяных капель и дополнительному подводу к расширяющейся струе тепловой энергии, связанной с внутренней теплотой парообразования, способствуя повышению мощности излучения газодинамического акустического излучателя. При смешивании паровой струи с потоком топливовоздушной смеси мелкодисперсные водяные капли играют роль дополнительного турбулизатора зоны смешения, а их повышенная температура способствует прогреву топливовоздушной смеси и переводу большей части топлива в парообразное состояние, что повышает гомогенность топливовоздушной смеси. Облучение зоны смешения акустическими колебаниями интенсифицирует процессы тепло- и массообмена и препятствует образованию крупнодисперсных капель, так как при частотах 18000...20000 Гц наблюдаются интенсивное образование микрокаверн в каплях, их разрушение и равномерное распределение капель в зоне смешения. В результате во впускной трубопровод двигателя будут поступать высокогомогенная насыщенная водяными парами топливовоздушная смесь и мелкодисперсные капли топлива, воды и топливоводяной эмульсии, при этом основной размер капель не превышает 10 Мкм. Наличие в топливовоздушной смеси насыщенных водяных паров и мелкодисперсных водяных капель способствует снижению максимальных температур при воспламенении и горении топлива в двигателе, что обеспечивает снижение образования окислов азота, окиси углерода и других токсичных веществ, повышая экологическую безопасность двигателя внутреннего сгорания. При этом не требуется существенных изменений конструкции двигателя и способ можно использовать практически во всех карбюраторных двигателях внутреннего сгорания. Важным преимуществом изобретения является повышенная экономичность двигателя, так как акустическая обработка зоны смешения горячего водяного пара с топливовоздушной смесью дает возможность увеличить количество подаваемого в топливовоздушную смесь водяного пара, исключив при этом опасность заливания двигателя водой. Повышенное содержание водяных паров и мелкодисперсных водяных капель приводит к увеличению мощности двигателя при том же расходе топлива, так как водяной пар является практически идеальным рабочим телом при цикле расширения. Снижение максимальных температур при воспламенении и горении топлива уменьшает тепловые нагрузки на поршни и стенки цилиндров двигателя. With this treatment of fuel with hot water vapor, a high homogeneity of the air-fuel mixture is achieved, since a previously prepared mixture of fuel of the idle system and water vapor is supplied to the air-fuel mixture stream, while the amount of hot water vapor is 0.2 ... 0.4 of the total flow fuel in nominal mode, which is enough to transfer all the idle system fuel to a vapor state and to obtain a homogeneous mixture of fuel vapor with hot water vapor before it is fed into the air-fuel stream mixtures. The use of a jet pump for mixing hot water vapor and idle system fuel ensures that the idle system fuel is transferred to the vapor phase without the formation of liquid plugs, which ensures a uniform flow of idle system fuel into the mixing zone and minimal pressure loss during mixing. It also increases the energy capabilities of a homogeneous mixture before it is fed into the air-fuel mixture flow and makes it possible to generate intense acoustic vibrations in the supplied stream using a gas-dynamic acoustic emitter. With the expansion of the supplied jet in a gas-dynamic acoustic emitter, a pressure drop occurs in the jet, which leads to condensation of water vapor, the formation of fine mist from water droplets and an additional supply of thermal energy to the expanding jet associated with the internal heat of vaporization, contributing to an increase in the radiation power of a gas-dynamic acoustic emitter. When mixing a steam jet with a stream of air-fuel mixture, finely dispersed water droplets play the role of an additional turbulator of the mixing zone, and their elevated temperature contributes to the heating of the air-fuel mixture and the transfer of most of the fuel to a vapor state, which increases the homogeneity of the air-fuel mixture. Irradiation of the mixing zone by acoustic vibrations intensifies the processes of heat and mass transfer and prevents the formation of coarse droplets, since at frequencies of 18,000 ... 20,000 Hz intense formation of microcavities in the droplets, their destruction and uniform distribution of droplets in the mixing zone are observed. As a result, a highly homogeneous water-vapor saturated air-fuel mixture and fine droplets of fuel, water and a fuel-water emulsion will enter the engine inlet pipe, while the main droplet size does not exceed 10 μm. The presence of saturated water vapor and finely divided water droplets in the air-fuel mixture helps to reduce the maximum temperatures during ignition and combustion of fuel in the engine, which reduces the formation of nitrogen oxides, carbon monoxide and other toxic substances, increasing the environmental safety of the internal combustion engine. It does not require significant changes in the design of the engine and the method can be used in almost all carburetor internal combustion engines. An important advantage of the invention is the increased efficiency of the engine, since the acoustic treatment of the mixing zone of hot water vapor with the air-fuel mixture makes it possible to increase the amount of water vapor supplied to the air-fuel mixture, eliminating the risk of the engine being flooded with water. The increased content of water vapor and finely divided water droplets leads to an increase in engine power at the same fuel consumption, since water vapor is an almost ideal working fluid during the expansion cycle. Lowering the maximum temperature during ignition and combustion of the fuel reduces the thermal load on the pistons and cylinder walls of the engine.

Для системы питания двигателя внутреннего сгорания поставленная техническая задача решается тем, что система питания, содержащая карбюратор и контур генерации водяного пара, включающий последовательно соединенные водяную емкость, парогенератор на выхлопном коллекторе двигателя и ресивер, верхняя полость которого сообщена паропроводом с карбюратором, а нижняя полость снабжена трубопроводом отвода конденсата, согласно изобретению снабжена последовательно соединенными струйным насосом и газодинамическим акустическим излучателем, подключенным непосредственно к полости смесительной камеры карбюратора, при этом паропровод соединен с активным соплом струйного насоса, камера низкого давления струйного насоса подключена к топливному каналу системы холостого кода карбюратора, а камера смешения струйного насоса выполнена в виде цилиндрического канала, образующего дросселлирующий канал газодинамического акустического излучателя. For the internal combustion engine power supply system, the stated technical problem is solved in that the power supply system comprising a carburetor and a water vapor generation circuit including a water tank connected in series, a steam generator on an engine exhaust manifold and a receiver, the upper cavity of which is connected by a steam line to the carburetor, and the lower cavity is provided the condensate drain pipe, according to the invention, is equipped with a series-connected jet pump and a gas-dynamic acoustic emitter, directly connected to the cavity of the mixing chamber of the carburetor, while the steam line is connected to the active nozzle of the jet pump, the low-pressure chamber of the jet pump is connected to the fuel channel of the carburetor idle code system, and the mixing chamber of the jet pump is made in the form of a cylindrical channel forming a dividing channel of a gas-dynamic acoustic emitter.

Газодинамический акустический излучатель целесообразно подключить к задроссельной полости смесительной камеры карбюратора. It is advisable to connect the gas-dynamic acoustic emitter to the throttle cavity of the carburetor mixing chamber.

Трубопровод отвода конденсата может быть подключен к входу парогенератора, а верхняя полость ресивера соединена с верхней полостью водяной емкости. The condensate drain pipe can be connected to the input of the steam generator, and the upper cavity of the receiver is connected to the upper cavity of the water tank.

Включение в состав системы питания для двигателя внутреннего сгорания струйного насоса и присоединение камеры низкого давления струйного насоса к топливному каналу системы холостого хода карбюратора, а паропровода - к активному соплу струйного насоса обеспечивают получение на выходе из струйного насоса гомогенной смеси водяных паров и топлива с давлением, достаточным для генерации интенсивных акустических колебаний. Последовательное соединение струйного насоса и газодинамического акустического излучателя и выполнение камеры смешения струйного насоса в виде цилиндрического канала, образующего дросселирующий канал газодинамического акустического излучателя, обеспечивают минимальные потери давления в тракте и повышенные перепады давления при генерировании акустических колебаний. Подключение газодинамического акустического излучателя непосредственно к полости смесительной камеры карбюратора позволяет в полной мере реализовать все преимущества предлагаемого способа, которые отмечены ранее. The inclusion in the composition of the power system for the internal combustion engine of the jet pump and the connection of the low-pressure chamber of the jet pump to the fuel channel of the carburetor idle system and the steam pipe to the active nozzle of the jet pump ensure that a homogeneous mixture of water vapor and fuel with pressure is obtained at the outlet of the jet pump, sufficient to generate intense acoustic vibrations. The serial connection of the jet pump and the gas-dynamic acoustic emitter and the execution of the mixing chamber of the jet pump in the form of a cylindrical channel forming a throttling channel of the gas-dynamic acoustic emitter provide minimal pressure loss in the path and increased pressure drops during the generation of acoustic vibrations. Connecting a gas-dynamic acoustic emitter directly to the cavity of the mixing chamber of the carburetor allows you to fully realize all the advantages of the proposed method, which are noted earlier.

Подключение газодинамического акустического излучателя к задроссельной полости смесительной камеры карбюратора позволяет увеличить перепад давления на газодинамическом акустическом излучателе, используя местное падение давления на дроссельной заслонке. Подключение трубопровода отвода конденсата к входу парогенератора способствует лучшей утилизации тепла выхлопных газов и ускоренному выходу на номинальный режим парогенерации, а соединение верхней полости ресивера с верхней полостью водяной емкости обеспечивает поступление в смесительную камеру карбюратора достаточного количества водяных паров на режиме запуска. Connecting a gas-dynamic acoustic emitter to the throttle cavity of the carburetor mixing chamber allows you to increase the pressure drop across the gas-dynamic acoustic emitter using a local pressure drop on the throttle. The connection of the condensate drain pipe to the input of the steam generator contributes to better utilization of heat of exhaust gases and accelerated output to the nominal mode of steam generation, and the connection of the upper cavity of the receiver with the upper cavity of the water tank ensures that a sufficient amount of water vapor enters the mixing chamber of the carburetor in the start mode.

Для карбюратора поставленная техническая задача решается тем, что в карбюраторе, содержащем корпус со смесительной камерой, дроссельную заслонку и систему обработки паром топлива холостого хода, имеющую в топливном канале холостого хода промежуточную камеру, соединенную отводящим каналом с задроссельной полостью, и винт регулировки состава смеси холостого хода, выполненный с продольным каналом для подвода пара в промежуточную камеру, согласно изобретению отводящий канал выполнен с входным дросселирующим и выходным диффузорным участками, образующими газодинамический акустический излучатель, а винт регулировки состава смеси холостого хода снабжен расположенным в промежуточной камере сужающимся наконечником с соплом, образующим совместно с промежуточной камерой и отводящим каналом струйный насос. For the carburetor, the stated technical problem is solved in that in a carburetor containing a housing with a mixing chamber, a throttle valve and an idle fuel vapor treatment system having an intermediate chamber in the idle fuel channel connected by a discharge channel with an throttle cavity and an idle mixture adjustment screw stroke made with a longitudinal channel for supplying steam to the intermediate chamber, according to the invention, the discharge channel is made with an input throttling and output diffuser section kami, forming a gas-dynamic acoustic emitter, and the screw for adjusting the composition of the idle mixture is equipped with a tapering tip located in the intermediate chamber with a nozzle, which forms a jet pump together with the intermediate chamber and the outlet channel.

Сущность реализации предлагаемого изобретения в карбюраторе заключается в том, чтобы максимально использовать существующие конструкции карбюраторов для реализации заявленного способа. Для этого отводящий канал, соединяющий промежуточную камеру системы холостого хода карбюратора с задроссельной полостью выполнен с входным дросселирующим и выходным диффузорным участками, образующими газодинамический акустический излучатель. Снабжение винта регулировки состава смеси холостого хода карбюратора сужающимся наконечником с соплом позволяет применить его в качестве активного сопла струйного насоса с использованием дросселирущего участка отводящего канала системы холостого хода карбюратора в качестве камеры смешения струйного насоса. В результате на выходе из дросселирующего участка отводящего канала получают гомогенную смесь топлива и водяного пара с давлением, достаточным для генерирования акустических колебаний и облучения ими зоны смешения в задроссельной полости карбюратора с достижением всех преимуществ заявленного способа. The essence of the implementation of the invention in a carburetor is to make the most of existing carburetor designs for implementing the inventive method. For this, a discharge channel connecting the intermediate chamber of the carburetor idle system with the throttle cavity is made with an inlet throttling and outlet diffuser sections forming a gas-dynamic acoustic emitter. Providing a screw for adjusting the composition of the carburetor idle mixture with a tapered tip with a nozzle allows it to be used as the active nozzle of a jet pump using the throttle portion of the outlet channel of the carburetor idle system as a mixing chamber for the jet pump. As a result, at the exit from the throttling section of the outlet channel, a homogeneous mixture of fuel and water vapor is obtained with a pressure sufficient to generate acoustic vibrations and irradiate the mixing zone in the throttle cavity of the carburetor with all the advantages of the claimed method.

Заявителю неизвестны способы питания двигателей внутреннего сгорания, системы питания и карбюраторы с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники. The applicant does not know how to power internal combustion engines, power systems and carburetors with the indicated combination of essential features and the claimed combination of essential features does not follow explicitly from the current state of the art.

На фиг. 1 схематично показана предлагаемая система питания для карбюраторного двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - схема карбюратора; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2. In FIG. 1 schematically shows the proposed power system for a carburetor internal combustion engine; in FIG. 2 - carburetor circuit; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2.

Система питания для двигателя внутреннего сгорания, реализующая заявленный способ, содержит впускной трубопровод 1, на входе в который установлен карбюратор 2, и контур генерации водяного пара, включающий последовательно соединенные водяную емкость 3, парогенератор 4 и ресивер 5. Ресивер 5 снабжен трубопроводом 6 отвода конденсата, соединяющим нижнюю полость ресивера 5 с входом парогенератора 4. Парогенератор 4 установлен на выхлопном коллекторе 7 двигателя. К верхней полости ресивера 5 подключен паропровод 8, выход которого соединен с активным соплом 9 струйного насоса 10. Камера низкого давления 11 струйного насоса подключена к топливному каналу 12 системы холостого хода карбюратора 2. За струйным насосом 10 установлен газодинамический акустический излучатель 13, подключенный непосредственно к задроссельной полости 14 карбюратора 2. Камера смешения 15 струйного насоса выполнена в виде цилиндрического канала, являющегося одновременно дросселирующим каналом газодинамического акустического излучателя 13. Верхняя полость ресивера 5 соединена трубопроводом 16 с верхней полостью водяной емкости 3, имеющей дренажный клапан 17. Контур генерации пара имеет клапан 18, который может служить как для заправки, так и для слива воды. The power supply system for an internal combustion engine that implements the claimed method comprises an inlet pipe 1, at the input of which a carburetor 2 is installed, and a water vapor generation circuit including a water tank 3 connected in series, a steam generator 4 and a receiver 5. The receiver 5 is equipped with a condensate drain pipe 6 connecting the lower cavity of the receiver 5 with the input of the steam generator 4. The steam generator 4 is installed on the exhaust manifold 7 of the engine. A steam line 8 is connected to the upper cavity of the receiver 5, the output of which is connected to the active nozzle 9 of the jet pump 10. The low-pressure chamber 11 of the jet pump is connected to the fuel channel 12 of the carburetor idle system 2. Behind the jet pump 10, a gas-dynamic acoustic emitter 13 is connected directly to throttle cavity 14 of the carburetor 2. The mixing chamber 15 of the jet pump is made in the form of a cylindrical channel, which is simultaneously the throttling channel of the gas-dynamic acoustic radiation atelier 13. The upper cavity of the receiver 5 is connected by a pipe 16 to the upper cavity of the water tank 3 having a drain valve 17. The steam generation circuit has a valve 18, which can serve both for refueling and for draining water.

Карбюратор 2 (см. фиг. 2 и 3) содержит корпус 19 со смесительной камерой 20, в которой расположена дроссельная заслонка 21, и систему обработки паром топлива холостого хода. Указанная система включает промежуточную камеру 22, к которой подключен топливный канал 12 системы холостого хода, и отводящий канал 23, соединяющий промежуточную камеру 22 с задроссельной полостью 14 карбюратора. Карбюратор снабжен винтом 24 регулировки состава смеси холостого хода, выполненным с продольным каналом 25, к которому подключен паропровод 8. Отводящий канал 23 выполнен с входным дросселирующим участком 26 и выходным диффузорным участком 27, образующими газодинамический акустический излучатель 13. Винт 24 снабжен расположенным в промежуточной камере 22 сужающимся наконечником 28 с соплом 29, образующим совместно с промежуточной камерой 22 и дросселирующим участком 26 струйный насос 10, при этом дросселирующий участок 26 является камерой смешения струйного насоса. The carburetor 2 (see FIGS. 2 and 3) comprises a housing 19 with a mixing chamber 20, in which a throttle valve 21 is located, and a system for processing idle fuel steam. The specified system includes an intermediate chamber 22, to which the fuel channel 12 of the idle system is connected, and a discharge channel 23 connecting the intermediate chamber 22 with the throttle cavity 14 of the carburetor. The carburetor is equipped with a screw 24 for adjusting the composition of the idle mixture made with a longitudinal channel 25 to which the steam line is connected 8. The exhaust channel 23 is made with an inlet throttling section 26 and an output diffuser section 27 forming a gas-dynamic acoustic emitter 13. The screw 24 is provided with an intermediate chamber 22 tapering tip 28 with a nozzle 29, forming together with the intermediate chamber 22 and the throttling section 26 of the jet pump 10, while the throttling section 26 is a mixing chamber truynogo pump.

Способ осуществляют следующим образом. Топливовоздушную смесь приготавливают любым известным методом: распыление и дробление частиц топлива перемешиванием их с воздухом за счет разрежения (карбюраторная схема), распыление топлива в воздушном потоке через форсунку и т.д. В рассматриваемом примере в карбюраторе 2 смешивают топливо с воздухом, получая в смесительной камере поток топливовоздушной смеси в виде распыленных в воздухе капель топлива. В парогенераторе 4 за счет тепла выхлопных газов двигателя переводят воду в парообразное состояние с температурой пара 100^oC и выше при абсолютном давлении пара примерно 100 КПа (далее в примере реализации способа указываются абсолютные давления пара и топливовоздушной смеси). Размеры парогенератора подбираются таким образом, чтобы вырабатывать пар в количестве 0,2... 0,4 от суммарного расхода топлива в двигателе на номинальном режиме работы. Для двигателей мощностью 60...100 Квт необходимо вырабатывать 1...8 кг пара в час. Горячий пар смешивают в струйном насосе 10 с топливом системы холостого хода, имеющим на входе в камеру смешения струйного насоса давление 50. . . 60 КПа. При этом топливо системы холостого хода переходит в парообразное состояние без образования жидкостных пробок на выходе. Давление смеси на выходе из струйного насоса составляет 80...90 Кпа. Смесь водяного пара и паров топлива системы холостого хода подают одиночной струей в задроссельную полость 14 смесительной камеры карбюратора через газодинамический акустический излучатель 13 при давлении в задроссельной полости 10...50 Кпа в зависимости от режима работы двигателя. Давление на входе в газодинамический акустический излучатель в 2. ..4 раза превышает давление топливовоздушной смеси в задроссельной полости смесительной камеры карбюратора. Указанного перепада давления достаточно для работы газодинамического акустического излучателя с частотой колебаний 18000...22000 Гц. Струю, выходящую из газодинамического акустического излучателя, подают в поток топливовоздушной смеси с эксцентриситетом относительно оси потока, что обеспечивает дополнительную турбулизацию зоны смешения и повышает эффективность системы питания при работе двигателя на пониженных режимах. Зона смешения подвергается интенсивному облучению акустическими колебаниями, генерируемыми в газодинамическом акустическом излучателе, что обеспечивает формирование гомогенной смеси на входе во впускной трубопровод двигателя.The method is as follows. The air-fuel mixture is prepared by any known method: atomization and crushing of fuel particles by mixing them with air due to rarefaction (carburetor circuit), atomization of fuel in the air stream through the nozzle, etc. In the considered example, fuel is mixed with air in a carburetor 2, receiving a stream of air-fuel mixture in the form of droplets of fuel sprayed in the air in the mixing chamber. In the steam generator 4, due to the heat of the exhaust gases of the engine, water is converted to a vapor state with a vapor temperature of 100 ^° C. or higher with an absolute vapor pressure of about 100 KPa (the absolute pressure of the vapor and air-fuel mixture are indicated below in the example of the method). The dimensions of the steam generator are selected in such a way as to produce steam in an amount of 0.2 ... 0.4 from the total fuel consumption in the engine at the nominal operating mode. For engines with a power of 60 ... 100 kW it is necessary to produce 1 ... 8 kg of steam per hour. Hot steam is mixed in the jet pump 10 with the idle system fuel having a pressure of 50 at the inlet to the mixing chamber of the jet pump. . 60 kPa. In this case, the idle system fuel passes into a vapor state without the formation of liquid plugs at the outlet. The pressure of the mixture at the outlet of the jet pump is 80 ... 90 kPa. A mixture of water vapor and idle system fuel vapor is fed in a single jet into the throttle cavity 14 of the carburetor mixing chamber through a gas-dynamic acoustic emitter 13 at a pressure in the throttle cavity of 10 ... 50 KPa, depending on the engine operating mode. The pressure at the entrance to the gas-dynamic acoustic emitter is 2. ..4 times higher than the pressure of the air-fuel mixture in the throttle cavity of the carburetor mixing chamber. The specified differential pressure is sufficient for operation of a gas-dynamic acoustic emitter with an oscillation frequency of 18000 ... 22000 Hz. The jet emerging from the gas-dynamic acoustic emitter is fed into the air-fuel mixture flow with an eccentricity with respect to the flow axis, which provides additional turbulence of the mixing zone and increases the efficiency of the power system when the engine is operating in low conditions. The mixing zone is subjected to intense irradiation with acoustic vibrations generated in a gas-dynamic acoustic emitter, which ensures the formation of a homogeneous mixture at the inlet to the engine intake pipe.

Система питания, реализующая заявленный способ, работает следующим образом. Вода из водяной емкости 3 поступает в парогенератор 4, где испаряется за счет тепла выхлопных газов двигателя. Водяные пары поступают в ресивер 5 и оттуда по паропроводу 8 подаются к активному соплу 9 струйного насоса 10, где смешиваются с топливом системы холостого хода карбюратора 2, поступающим по каналу 12. Смесь водяного пара с топливом через газодинамический акустический излучатель 13 подается в задроссельную полость 14 камеры смешения карбюратора, где она смешивается с топливовоздушной смесью в присутствии акустических колебаний с частотой 18000...22000 Гц. Подготовленная топливовоздушная смесь по впускному трубопроводу 1 поступает в двигатель внутреннего сгорания. A power system that implements the claimed method works as follows. Water from the water tank 3 enters the steam generator 4, where it evaporates due to the heat of the exhaust gases of the engine. Water vapor enters the receiver 5 and from there it passes through the steam line 8 to the active nozzle 9 of the jet pump 10, where it is mixed with the fuel of the idle system of the carburetor 2, which enters the channel 12. The mixture of water vapor with fuel through the gas-dynamic acoustic emitter 13 is fed into the throttle cavity 14 a carburetor mixing chamber, where it is mixed with a fuel-air mixture in the presence of acoustic vibrations with a frequency of 18000 ... 22000 Hz. Prepared air-fuel mixture through the inlet pipe 1 enters the internal combustion engine.

На режиме запуска тепла выхлопных газов недостаточно для полного перевода воды в парообразное состояние и в ресивер 5 поступает смесь водяного пара и воды. Вода собирается в нижней полости ресивера и возвращается по трубопроводу 6 отвода конденсата на вход парогенератора 4, что исключает попадание неиспарившейся воды в паропровод 8 и способствует ускоренному выходу системы питания на установившийся режим. При недостаточном количестве водяных паров в ресивере 5 они поступают в него из верхней полости водяной емкости 3 по трубопроводу 16. Наличие дренажного клапана 17 гарантирует безопасную эксплуатацию системы в случае чрезмерного генерирования водяного пара в парогенераторе 4. In the heat start mode, the exhaust gases are not enough to completely transfer water to a vapor state and a mixture of water vapor and water enters the receiver 5. Water is collected in the lower cavity of the receiver and returned through the condensate drain pipe 6 to the input of the steam generator 4, which eliminates the entry of unevaporated water into the steam pipe 8 and contributes to the accelerated exit of the power system to steady state. If there is insufficient water vapor in the receiver 5, they enter it from the upper cavity of the water tank 3 through the pipe 16. The presence of a drain valve 17 ensures safe operation of the system in case of excessive generation of water vapor in the steam generator 4.

Система может работать как на дистилированной, так и на водопроводной воде. При эксплуатации в зимних условиях для генерирования пара можно использовать водные растворы этилового или метилового спирта и разогревать парогенератор на запуске, например, с помощью электронагревателя или газовой горелки. The system can operate on both distilled and tap water. When operating in winter conditions, to generate steam, you can use aqueous solutions of ethyl or methyl alcohol and heat the steam generator at the start, for example, using an electric heater or gas burner.

Все агрегаты и элементы конструкции предлагаемой системы питания и карбюратора для двигателя внутреннего сгорания, реализующих заявленный способ, широко используются в машиностроении. Поэтому заявляемое изобретение может быть осуществлено на серийных заводах и в обслуживающих центрах с использованием известных материалов и технологий, что подтверждает его промышленную применимость. All units and structural elements of the proposed power system and carburetor for an internal combustion engine that implement the claimed method are widely used in mechanical engineering. Therefore, the claimed invention can be carried out in serial factories and in service centers using well-known materials and technologies, which confirms its industrial applicability.

Claims

1. The method of supplying an internal combustion engine, including the formation of a stream of air-fuel mixture, the generation of hot water vapor due to the heat of the exhaust gases of the engine and mixing it with the air-fuel mixture, characterized in that the water vapor at a flow rate of 0.2 - 0.4 from the total flow the fuel in nominal mode is mixed using a jet pump with an idle air-fuel emulsion, and then this mixture is fed into the air-fuel mixture stream in the form of a separate transverse jet through ha odinamichesky acoustic transducer with an oscillation frequency of 18,000 - 22,000 Hz.

2. A power system for an internal combustion engine, comprising a carburetor and a water vapor generation circuit including a series-connected water tank, a steam generator on an engine exhaust manifold and a receiver, the upper cavity of which is connected by a steam line to the carburetor, and the lower cavity is provided with a condensate discharge pipe, characterized in that it is equipped with a series-connected jet pump and a gas-dynamic acoustic emitter connected directly to the cavity of the mixing chamber to rbyuratora, wherein the steam pipe is connected to the active nozzle of the jet pump, the jet pump low pressure chamber connected to the fuel channel system carburetor idle stroke, and the mixing chamber of the jet pump is formed as a cylindrical channel which forms a throttling channel gasdynamic acoustic radiator.

3. The system according to claim 2, characterized in that the gas-dynamic acoustic emitter is connected to the throttle cavity of the mixing chamber of the carburetor.

4. The system according to p. 2, characterized in that the condensate drain pipe is connected to the input of the steam generator, and the upper cavity of the receiver is connected to the upper cavity of the water tank.

5. A carburetor comprising a housing with a mixing chamber, a throttle valve and an idle fuel vapor processing system having an intermediate chamber in the idle fuel channel connected by a discharge channel to the throttle cavity of the mixing chamber, and an idle mixture composition adjustment screw made with a longitudinal channel for supplying steam to the intermediate chamber, characterized in that the outlet channel is made with an inlet throttling and outlet diffuser sections forming a gas-dynamic acoustic th emitter, and the composition of the mixture adjusting screw is provided with idling disposed in the intermediate chamber tapered tip with a nozzle, forming together with the intermediate chamber and the exhaust channel jet pump.