Двухтактный поршневой 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. Двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр, систему охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной орган, насос и форсунку для подачи жидкости в цилиндр, устройство зажигания рабочей смеси. Выпускной орган выполнен в виде выпускного окна в нижней части цилиндра. 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 рабочая смесь в камере сгорания диссоциирует. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания, использующим воду в рабочем цикле.
Известен двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания с кривощипно-камерной продувкой, содержащий цилиндр с прорезанными в нижней его части продувочными окнами, где при перемещении поршня относительно продувочных окон вниз происходит рабочий ход и продувка цилиндра, а при перемещении его вверх происходит сжатие и впуск в картер свежего заряда. Таким образом, в двигателе за два такта происходит полный рабочий цикл. Для питания используется углеводородное топливо (Рытвинский Г.Н. "Знакомьтесь-двигатель". - М.: Машиностроение, стр.28-29, рис.15, 1993 г.) [1].
Недостатками известного двигателя являются значительные эксплуатационные расходы на углеводородное топливо и высокая токсичность выхлопных газов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с системой охлаждения, впускной, выпускной органы, устройство зажигания рабочей смеси, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, насос и форсунку дозируемой подачи перегретой воды и систему подачи топливо-воздушной смеси (Патент России №2044900, F 02 В 47/02, 1995 г.) [2].
Недостатками данного двигателя являются его работа на дорогом углеводородном топливе и высокая токсичность выхлопных газов, отравляющих окружающую среду.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании высоко экономичного и экологически чистого двухтактного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Поставленная задача решается тем, что в двухтактном поршневом двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере один цилиндр, систему охлаждения, например жидкостную, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной орган, насос и форсунку для подачи жидкости в цилиндр, устройство зажигания рабочей смеси, согласно изобретению выпускной орган выполнен в виде выпускного окна в нижней части цилиндра. 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 (водный раствор электролита), например водный раствор едкого кали. Под действием вольтовой дуги рабочая смесь в камере сгорания диссоциирует и воспламеняется. При этом кавитатор форсунки может быть выполнен в виде местного сужения ее канала. Активная вставка электрода может быть выполнена из монолитного тугоплавкого материала, а ее держатель при этом может быть выполнен охлаждаемым, например, за счет передачи теплоты на корпус двигателя, либо активная вставка электрода может быть выполнена полой из тугоплавкого материала и изнутри охлаждаемой жидкостью, например, подведенной по трубке 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. Подача постоянного тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи тока при тушении вольтовой дуги могут быть выполнены замыканием и размыканием контактов прерывателя-распределителя.
Сущность изобретения показана на чертежах, где
фиг.1 - схематичный продольный разрез двигателя;
фиг.2 - вид кулачкового валика прерывателя-распределителя;
фиг.3 - схема кавитатора форсунки;
фиг.4 - схема жидкостного охлаждения полой активной вставки электрода.
Пример выполнения предлагаемого решения.
Двухтактный поршневой 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, выпускное окно 5 в нижней части цилиндра, форсунку 6 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, выполненные для подачи в цилиндр электролита (водного раствора электролита), например водного раствора едкого кали.
Устройство зажигания рабочей смеси выполнено в цилиндре в виде электродов. Например, электрод 13 может быть выполнен с возможностью регулирования и установки зазора между электродами, для чего держатель 14 активной вставки 15 в корпусе 16 электрода установлен на резьбе и зафиксирован контргайкой 17. Другой электрод 18 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. Причем подача постоянного тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи тока при тушении вольтовой дуги могут быть выполнены замыканием и размыканием контактов (не показано) прерывателя-распределителя 24 с приводным кулачковым валом 25 (фиг.2). При этом активная вставка электрода может быть выполнена из тугоплавкого монолитного материала, например из медно-вольфрамового сплава, а ее держатель может охлаждаться, например, за счет передачи теплоты на корпус двигателя либо активная вставка электрода может быть выполнена полой с полостью 26 (фиг.4) и охлаждаемой изнутри жидкостью, подведенной по трубке 27 из системы охлаждения двигателя в электролитный бак 28 для хранения запаса электролита.
Двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
Перед пуском двигателя электролитный бак 28 (фиг.1-4) заправляют электролитом (водным раствором электролита), например водным раствором едкого кали, и, вкручивая или выкручивая держатель 14 активной вставки 15, например, электрода 13 в корпусе 16, устанавливают необходимый зазор между электродами вольтовой дуги, и держатель 14 активной вставки фиксируют контргайкой 17. Затем включают зажигание и прерыватель-распределитель 24 через замкнутые контакты (не показано) подает постоянный ток, например, силой 3-4А на электроды 13 и 18 вольтовой дуги. Насос 11 забирает из электролитного бака 28 цикловую дозу электролита и под давлением, например, 2МПа и через форсунку 6 с кавитатором 7 подает ее в камеру сгорания 4.
В кавитаторе 7 форсунки 6 в местном сужении 8 канала 9 скорость впрыскиваемого электролита резко возрастает, а давление падает до критического значения, и схлопывание образовавшихся в кавитационной зоне 10 пузырей приводит к диссоциации воды и к тончайшему распыливанию электролита. Затем за счет протекания постоянного тока через распыленный и сжатый поршнем 2 в камере сгорания 4 электролит (катод 13 - анод 18) происходит диссоциация - разложение воды на водород и кислород. Распределительно-кулачковый вал 23 и пружина 22 зажигающего вольтовую дугу электрода 18 возвратно-поступательно перемещают держатель 19 активной вставки 20 в корпусе 21 электрода до соприкосновения активных вставок 15 и 20 электродов вольтовой дуги и зажигают вольтовую дугу. Под действием вольтовой дуги рабочая смесь в камере сгорания 4 диссоциирует и воспламеняется. Давление над поршнем 4 резко повышается, под действием которого поршень 2 от ВМТ перемещается к НМТ - происходит первый такт - рабочий ход и выпуск отработавших продуктов через выпускные окна 5 в нижней части цилиндра 1. Еще до прихода поршня 2 к выпускным окнам 5 прерыватель-распределитель 24 на короткое время размыкает контакты (не показано) электрической цепи вольтовой дуги и тушит ее, затем контакты прерывателя-распределителя 24 вновь замыкаются и на электроды вольтовой дуги опять поступает постоянный ток. Второй такт - сжатие. Поршень 2 от НМТ перемещается к ВМТ и сжимает продукты, оставшиеся в цилиндре 1, выше выпускных окон 5 от предыдущего рабочего хода поршня и циклы повторяются.
При этом цилиндр 1, головка цилиндра 3 и электроды вольтовой дуги охлаждаются жидкостью из системы охлаждения двигателя, которая, например, на охлаждение полых активных вставок 15 и 20 электродов вольтовой дуги поступает по подводящей трубке 27 в полость 26, а монолитные активные вставки электродов могут охлаждаться за счет передачи теплоты на корпус двигателя.
Предлагаемый двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания в эксплуатации высоко экономичен и экологически чист, найдет широкое применение преимущественно в качестве силовой установки для транспортных средств.
1. Двухтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, систему охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной орган, насос и форсунку для подачи жидкости в цилиндр, устройство зажигания рабочей смеси, отличающийся тем, что выпускной орган выполнен в виде выпускного окна в нижней части цилиндра, 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 рабочая смесь в камере сгорания диссоциирует.
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 вольтовою дугу, установлен в корпусе электрода с возможностью возвратно-поступательного перемещения в момент зажигания вольтовой дуги за счет пружины и распределительно-кулачкового вала.
7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что подача тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи тока при тушении вольтовой дуги выполнено замыканием и размыканием контактов прерывателя-распределителя.
