Двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям, использующим воду в рабочем цикле. Изобретение позволяет создать экономичный и экологически чистый двигатель внутреннего сгорания. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр, систему охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной клапан, насос и форсунку для подачи жидкости в цилиндр, устройство зажигания рабочей смеси. Форсунка выполнена с кавитатором. Устройство зажигания рабочей смеси выполнено в виде электродов с возможностью регулирования зазора между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой дуги (электрической дуги). Электроды установлены в камере сгорания, в качестве жидкости используется электролит, например водный раствор едкого кали. Под действием вольтовой дуги вода в камере сгорания диссоциирует на водород и кислород. Кавитатор форсунки выполнен в виде местного сужения ее канала. Активная вставка электрода выполнена из монолитного тугоплавкого материала, а ее держатель при этом выполнен охлаждаемым. Активная вставка электрода выполнена полой из тугоплавкого материала и изнутри охлаждаемой жидкостью. Держатель активной вставки электрода, регулирующего зазор, установлен в корпусе электрода на резьбе с возможностью регулирования зазора между электродами и фиксации держателя активной вставки контргайкой. Держатель активной вставки электрода, зажигающего вольтовую дугу, установлен в корпусе электрода с возможностью возвратно-поступательного перемещения в момент зажигания вольтовой дуги за счет пружины и распределительно-кулачкового вала, получающего вращение от распределительного вала двигателя. Подача тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи при тушении вольтовой дуги выполнено замыканием и размыканием контактов прерывателя-распределителя. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания, использующим воду в рабочем цикле.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, поршень, головку цилиндра с впускным, выпускным органами, образующие камеру сгорания, и устройство подачи и распыления в камеру сгорания топлива и воды.
А.с. СССР. №1719681, F 02 В 47/02, 15.03.1992 г. [1].
Недостатком известного двигателя является дороговизна в эксплуатации и высокая токсичность выхлопных газов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, впускной, выпускной клапаны, устройство зажигания рабочей смеси, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, насос и форсунку дозируемой подачи перегретой воды и систему подачи топливовоздушной смеси.
Патент России №2044900, F 02 B, 47/02, 27.09.1995 г. [2].
Недостатками данного двигателя являются повышенные массогабаритные размеры, сложная конструкция, работа на дорогом углеводородном топливе и высокая токсичность выхлопных газов, отравляющих окружающую среду.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании высокоэкономичного и экологически чистого четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.
Поставленная задача решается тем, что в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр с системой охлаждения, например жидкостной, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной клапан, насос и форсунку для подачи жидкости в цилиндр, устройство зажигания рабочей смеси, согласно изобретению форсунка выполнена с кавитатором. Устройство зажигания рабочей смеси выполнено в виде электродов с возможностью регулирования зазора между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой дуги (электрической дуги), причем электроды установлены в камере сгорания. В качестве жидкости используется электролит, например водный раствор едкого кали. Под действием вольтовой дуги вода в камере сгорания диссоциирует - разлагается на водород и кислород. При этом кавитатор форсунки может быть выполнен в виде местного сужения ее канала. Активная вставка электрода может быть выполнена из монолитного тугоплавкого материала, например из медно-вольфрамового сплава, а ее держатель при этом может быть выполнен охлаждаемым, например за счет передачи теплоты на корпус двигателя и в окружающую среду или активная вставка электрода может быть выполнена полой из тугоплавкого материала, например из медно-вольфрамового сплава, и изнутри охлаждаемой жидкостью, например, подведенной по трубкам из системы охлаждения двигателя. Держатель активной вставки электрода, регулирующего зазор, может быть установлен в корпусе электрода на резьбе с возможностью регулирования зазора между электродами и фиксации держателя активной вставки контргайкой. Держатель активной вставки электрода, зажигающего вольтовую дугу, может быть установлен в корпусе электрода с возможностью возвратно-поступательного перемещения в момент зажигания вольтовой дуги за счет пружины и распределительно-кулачкового вала, получающего вращение от распределительного вала двигателя. Подача тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи тока при тушении вольтовой дуги может быть выполнено замыканием и размыканием контактов прерывателя-распределителя, кулачковый валик которого получает вращение, например, от распределительного вала двигателя.
Сущность изобретения показана на чертежах, где:
на фиг.1 показан схематичный продольный разрез двигателя;
на фиг.2 - вид кулачкового валика прерывателя-распределителя;
на фиг.3 - схема кавитатора форсунки;
на фиг.4 - схема охлаждения полой активной вставки электрода.
Пример выполнения предлагаемого решения. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержит, по меньшей мере один цилиндр 1 (фиг.1) с системой охлаждения, например жидкостной (не показано), поршень 2 и головку цилиндра 3, образующие камеру сгорания 4, выпускной клапан 5 с принудительным управлением, форсунку 6, выполненную с кавитатором 7 (фиг.3) в виде местного сужения 8 ее канала 9, зону кавитации 10 и насос 11, например плунжерный, кинематически связанный с кривошипно-шатунным механизмом 12, выполненный для подачи в цилиндр электролита, например водного раствора едкого кали. Устройство зажигания рабочей смеси выполнено в виде электродов с возможностью регулирования зазора между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой дуги (электрической дуги), причем электроды установлены в камере сгорания, где под действием вольтовой дуги вода диссоциирует на водород и кислород. При этом, например, катод 13 выполнен с возможностью регулировании и установки зазора между электродами, для этого держатель 14 активной вставки 15 в корпусе 16 электрода установлен на резьбе и зафиксирован контргайкой 17. Анод 18 в этом случае может быть выполнен с возможностью зажигания вольтовой дуги за счет возвратно-поступательного перемещения держателя 19 активной вставки 20 в момент зажигания вольтовой дуги в корпусе 21 электрода пружиной 22 и распределительно-кулачковым валом 23, получающим вращение от распределительного вала двигателя. Подача тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи тока при тушении вольтовой дуги может быть выполнено замыканием и размыканием контактов (не показано) прерывателя-распределителя 24 с кулачковым валиком 25 (фиг.2), получающим вращение, например, от распределительного вала двигателя. При этом активная вставка электрода может быть выполнена из тугоплавкого монолитного материала, например из медно-вольфрамового сплава, а ее держатель выполнен охлаждаемым за счет передачи теплоты на корпус двигателя и в окружающую среду или активная вставка может быть выполнена полой - с полостью 26 (фиг.4) из тугоплавкого материала и изнутри охлаждаемой жидкостью, подведенной из системы охлаждения двигателя по трубке 27. Для хранения запаса электролита, например водного раствора едкого кали, выполнен электролитный бак 28.
Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
Перед пуском двигателя электролитный бак 28 (фиг.1-4) заправляют электролитом, например водным раствором едкого кали, и, вкручивая или выкручивая держатель 14 активной вставки 15, катода 13 в корпусе 16, устанавливают необходимый зазор между электродами вольтовой дуги и держатель 14 фиксируют контргайкой 17. Включают зажигание и прерыватель-распределитель 24 через замкнутые контакты (не показано) подает постоянный ток, например, силой 3-4 А на электроды 13 и 18 вольтовой дуги. Первый такт - поршень 2 от ВМТ перемещается к НМТ. Выпускной клапан 5 закрыт. В цилиндре 1 создается разрежение. Насос 11 забирает из электролитного бака 28 цикловую дозу электролита и под давлением, например, 2 МПа и через форсунку 6 подает в цилиндр 1. В кавитаторе 7 форсунки 6 - в местном сужении 8 канала 9 скорость подаваемого электролита резко возрастает, а давление падает до критического значения и схлопывание образовавшихся в кавитационной зоне 10 пузырей приводит к диссоциации воды на водород и кислород и к тончайшему распыливанию электролита. Затем за счет протекания постоянного тока через электролит (катод 13, анод 18) происходит электролиз воды. Второй такт - сжатие. Поршень 5 от НМТ перемещается к ВМТ. Выпускной клапан 5 закрыт. Давление в цилиндре 1 достигает, например, 1 - 1,2 МПа, образовавшаяся рабочая смесь нагревается, например, до 300 - 400°С. Третий такт - рабочий ход. Распределительно-кулачковый вал 23 и пружина 22 возвратно-поступательно перемещают держатель 19 активной вставки 20 в корпусе 21 анода 18 до соприкосновения с катодом 13 и зажигают вольтовую дугу, под действием которой вода в камере сгорания 4 диссоциирует на водород и кислород и воспламеняется с температурой, например, до 8000°С. Давление над поршнем 2 резко повышается, под действием которого поршень 2 от ВМТ перемещается к НМТ. Затем, еще до прихода поршня 2 к НМТ, прерыватель-распределитель 24 кратковременно размыкает свои контакты (не показано) и тушит вольтовую дугу, затем контакты вновь замыкаются и постоянный ток поступает на электроды вольтовой дуги. Четвертый такт - выпуск. Выпускной клапан 5 принудительно открыт. Поршень 2 от НМТ перемещается к ВМТ, цилиндр 1 освобождается от отработавших продуктов и циклы повторяются. При этом головка 3 цилиндра и электроды вольтовой дуги охлаждаются жидкостью из системы охлаждения двигателя, которая, например, на охлаждение активных вставок 15 и 20 электродов вольтовой дуги поступает по подводящей трубке 27 в полость 26 и затеи по отводящей трубке (не показано) отводится в систему охлаждения двигателя.
Предлагаемый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания в эксплуатации высоко экономичен и экологически чист, найдет широкое применение преимущественно в качестве силовой установки на транспорте.
1. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, систему охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной клапан, насос и форсунку для подачи жидкости в цилиндр, устройство зажигания рабочей смеси, отличающийся тем, что форсунка выполнена с кавитатором, устройство зажигания рабочей смеси выполнено в виде электродов, с возможностью регулирования зазора между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой дуги (электрической дуги), причем электроды установлены в камере сгорания, в качестве жидкости используется электролит, например, водный раствор едкого кали, под действием вольтовой дуги вода в камере сгорания диссоциирует на водород и кислород.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что кавитатор форсунки выполнен в виде местного сужения ее канала.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что активная вставка электрода выполнена из монолитного тугоплавкого материала, а ее держатель при этом выполнен охлаждаемым.
4. Двигатель по п.1 или 3, отличающийся тем, что активная вставка электрода выполнена полой из тугоплавкого материала и изнутри охлаждаемой жидкостью.
5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что держатель активной вставки электрода, регулирующего зазор, установлен в корпусе электрода на резьбе с возможностью регулирования зазора между электродами и фиксации держателя активной вставки контргайкой.
6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что держатель активной вставки электрода, зажигающего вольтовую дугу, установлен в корпусе электрода с возможностью возвратно-поступательного перемещения в момент зажигания вольтовой дуги за счет пружины и распределительно-кулачкового вала, получающего вращение от распределительного вала двигателя.
7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что подача тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи при тушении вольтовой дуги выполнено замыканием и размыканием контактов прерывателя-распределителя.
