Способ создания жидкостного двигателя внутреннего сгорания и жидкостной двигатель
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, использующим жидкость в качестве подвижного элемента. Способ создания жидкостного двигателя внутреннего сгорания, содержащего гидросистему с рабочей жидкостью, цилиндры, турбину и устройства подготовки и воспламенения сжатой горючей смеси, заключающийся в создании давления, выталкивающего жидкость из емкостей цилиндров к турбине, согласно изобретению обеспечивают неизменное, однонаправленное движение жидкости, используя закольцованную систему с цилиндрами, из которых рабочая жидкость проходит попеременно то через один, то через другой, ускоряясь в каждом из них взрывом горючей смеси из камер сгорания, связанных с цилиндрами на турбину, после которой жидкость поступает в емкость другого цилиндра, вытесняя из нее газовые продукты сгорания закончившегося процесса, и вновь ускоряясь из цилиндра, поступает на турбину. Жидкостной двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбину, цилиндры, камеры сгорания, систему подготовки и подачи в камеры сгорания горючей смеси, гидросистему с рабочей жидкостью, согласно изобретению жидкость движется неизменно и однонаправленно то через один цилиндр, то через другой на турбину, ускоряясь в каждом из них взрывом горючей смеси из камер сгорания, связанных с цилиндрами, и возвращаясь после турбины в емкость другого цилиндра, вытесняя из него продукты прежнего сгорания и вновь, ускоряясь, жидкость движется на турбину, причем в качестве жидкости используются или вода, или антифриз, или негорючие смеси. Изобретение обеспечивает уменьшение расхода горючего, расхода кислорода из атмосферы и снижение вредных выбросов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, использующим жидкость в качествае подвижного элемента, преобразующего давление газов сгорающей смеси во вращательное движение вала.
Способ может быть использован как для создания мощных силовых агрегатов, так и для транспортных средств.
Известен патент США №3202.108 на способ и устройство, позволяющее получать полунепрерывное движение воды к преобразующему устройству за счет энергии газовой смеси, вытесняющей жидкость из вертикального цилиндра, куда она поступает из другого вертикального сосуда, играющего роль ресивера, где воздух сжимается движением самой жидкости. По этому способу вся масса жидкости дважды в ресивере и дважды в цилиндре тормозится и изменяет исправление движения на обратное, на что затрачивается основная часть энергии горючего. Таким же недостатком обладают все поршневые четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, и КПД их не превышает 40%.
Наиболее близким аналогом является способ создания жидкостного двигателя внутреннего сгорания, содержащего гидросистему с рабочей жидкостью, цилиндры, турбину и устройства подготовки и воспламенения сжатой горючей смеси, заключающийся в создании давления, выталкивающего жидкость из емкостей цилиндров к турбине (DE 2720171, 1978, 52 с., фиг.4). Недостатком этого изобретения является большой расход горючего.
Технической задачей изобретения является уменьшение расхода горючего на единицу мощности, уменьшение расхода кислорода из атмосферы и снижение вредных выбросов в нее.
Поставленная задача решается за счет того, что способ создания жидкостного двигателя внутреннего сгорания, содержащего гидросистему с рабочей жидкостью, цилиндры, турбину и устройства подготовки и воспламенения сжатой горючей смеси, заключающийся в создании давления, выталкивающего жидкость из емкостей цилиндров к турбине, согласно изобретению обеспечивают неизменное, однонаправленное движения жидкости, используя закольцованную систему с цилиндрами, из которых рабочая жидкость проходит попеременно то через один, то через другой, ускоряясь в каждом из них взрывом горючей смеси из камер сгорания, связанных с цилиндрами, на турбину, после которой жидкость поступает в емкость другого цилиндра, вытесняя из нее газовые продукты сгорания закончившегося процесса, и вновь ускоряясь из цилиндра, поступает на турбину.
Управление работой двигателя связывают с движением поршневых или мембранных нагнетателей воздуха для горючей смеси, работающих от давления в одном цилиндре для подачи смеси и ее зажигания в другом цилиндре.
Заполнив горючей смесью камеру сгорания, увеличивают плунжером количество горючего в смеси, снижая коэффициент избытка воздуха для ее самовоспламенения.
Используют активную турбину, закрытую кожухом с тороидальной полостью с воздушной зоной у сопла для ускорения потока и с отдувом воздухом жидкости от лопаток на выходе турбины при его циркуляции.
Жидкостной двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбину, цилиндры, камеры сгорания, систему подготовки и подачи в камеры сгорания горючей смеси, гидросистему с рабочей жидкостью, согласно изобретению жидкость движется неизменно и однонаправленно то через один цилиндр, то через другой на турбину, ускоряясь в каждом из них взрывом горючей смеси из камер сгорания, связанных с цилиндрами, и возвращаясь после турбины в емкость другого цилиндра, вытесняя из него продукты прежнего сгорания и вновь, ускоряясь, жидкость движется на турбину, причем в качестве жидкости используются или вода, или антифриз, или негорючие смеси.
Т.е. поставленная задача достигается путем направленного непрерывного движения жидкости в одну сторону в закольцованной системе с преобразователем и двумя (или более) поочередно действующими цилиндрами, подменяющими друг друга в цепи движения жидкости. Движение обеспечивается давлением от вспышки газовой смеси в камерах сгорания и протекает в закольцованной системе только в одном направлении - преобразователь движения, турбина. В этом случае остаются потери только на трение в трубах и движение по окружности. Трение снижается электрополировкой труб. Преобразователем движения жидкости во вращение вала предлагается активная турбина ковшового типа, усовершенствованная тем, что закрыта кожухом с тороидальной полостью для вращения ковшей. Кроме того, турбину обеспечивают поддувом воздуха в сопловую часть для ускорения струи жидкости и направляют этот воздух циркулировать через уравнительные трубки от входного фланца к выходному, чтобы отдувать жидкость от лопаток-ковшей и ликвидировать вакуум при отбросе жидкости центробежными силами в возвратную трубу к цилиндрам, одна из трубок питается через редуктор от ресивера небольшим давлением воздуха. Жидкость от турбины возвращается ко входной улитке цилиндров и открывает входной клапан (силой инерционного движения) в тот гидроцилиндр, в котором нет давления. Движением входного клапана закрывается пробочный клапан между цилиндром и его камерой сгорания, используя пружинное перекидное устройство с двумя крайними положениями. Поступающая в цилиндр жидкость вытеснит из него через выхлопной клапан отработавшие ранее продукты сгорания. Камеры сгорания обеспечиваются сжатым до 8 ати (или более) воздухом через редуктор от ресивера. Расход воздуха компенсируется нагнетателями поршневого или мембранного типа. Поршневые нагнетатели углубляются боковиной в полость цилиндра и срезаны так, что между стенками их остается продольный проем для свободного перетекания жидкости. Конец цилиндра нагнетателя с поршнем остается снаружи цилиндра. Поршень имеет уплотнения. В зоне проема поршень закрыт обтекателем для снижения завихрений. Шток поршня выходит из нагнетателя наружу и содержит пружину с регулировкой сжатия, ибо он своим хвостовиком воздействует на воздушный клапан и на контакты цели зажигания. Воздушный клапан при прямом ходе подает воздух в силовой цилиндр плунжера горючего, а при закрывании включает контакты в цепи зажигания, это после заполнения воздухом камеры сгорания и обеспечения в ней газовоздушной смеси.
Автоматическое функционирование двигателя обеспечивается поочередно от штоков нагнетателей, отжимающих защелки своих воздушных клапанов для снабжения смесью камер сгорания на другом гидроцилиндре.
Зажигание на свечи подается через две последовательно включаемые пары контактов, одна из которых на корпусе цилиндра включается штоком нагнетателя, а другая - на сильфонном реле при воздушном клапане и включается им при наличии давления в сильфоне (на чертежах не отражено). Изменение скорости двигателя достигается одновременным изменением установки редукторов воздуха и горючего. Вместо поршневых нагнетателей можно использовать мембранные с наружным штоком и защитной крышкой от разрыва. Возможен вариант исполнения двигателя, при котором воздух и горючее подаются через регулируемые каналы после клапана и плунжера, и каналы позволяют подать в камеру сгорания больше горючего, чем допустимо (К=1,38), и добиться самовоспламенения смеси как у дизелей. На выходе из цилиндров находится флажковый клапан, исключающий передавливание жидкости в другой цилиндр. На входе горючей смеси в камеру сгорания находятся огнепреградители и обратные клапаны. В качестве рабочей жидкости могут служить антифриз, вода, негорючие смеси. Остаточное давление или вакуум в гидроцилиндрах регулируют пружиной штоков нагнетателей.
Возможно исполнение двигателя с тремя цилиндрами пониженной загрузки. На трубопроводах от редукторов воздуха и газа имеются краны, позволяющие отсекать подачу.
На фиг.1 изображен двигатель с разрезом по головной части цилиндра 3 с камерами сгорания 12, пробочным клапаном 15, перекидным устройством 17, выхлопным клапаном 11, входным (для жидкости) клапаном 18 и продувным клапаном камеры 14.
На фиг.2 изображена проекция с разрезам по нагнетателю воздуха 4 с поршнем 24 и обтекателем 25.
На фиг.3 изображена турбина в разрезе. Ее кожух с минимальным зазором облегает ротор 26 с ковшами-лопатками 27. Выступы-ребра на кожухе (на фиг.2) предназначены для охлаждения турбины от вентилятора 22 (фиг.3). Трубки 21 являются уравнительными для поддува воздуха к выходному фланцу турбины.
На Фиг.2 изображен момент работы ближнего гидроцилиндра, когда поршень нагнетателя 4 полностью выдавил воздух в ресивер 5, а пружина нагнетателя 7 полностью сжата. Флажковый клапан 23 закрыл выход из дальнего цилиндра. Редуктор 6 является основные регулятором давления воздуха в камерах 12. Баллон с горючим 20 имеет редуктор (на схеме не отмечен), механически связанный с редуктором воздуха 6. Но показан и смеситель горючего.
Двигатель работает следующим образом.
Ресивер 5 должен быть заполнен воздухом с давлением выше рабочего в камере 12, а гидросистема должна быть заполнена рабочей жидкостью в объеме, меньшем на один цилиндр и половину турбины. Между соплом турбины и ее лопатками поддерживается воздушная зона за счет подачи воздуха от ресивера, а сопловой фланец турбины расположен после гидрозатвора на выходе из цилиндров, не допуская прорыва газов.
Запуск двигателя при пустых плунжерах производится отжатием вручную защелки воздушного клапана 8 одного из цилиндров 3 и кратковременной подачей воздуха в силовой цилиндр плунжера 10 с быстрым его сбросом. Возвратная пружина в цилиндре 9 обеспечит забор горючего в плунжер 10, а последующая подача воздуха от клапана 8 обеспечит функционирование системы. Горючее от редуктора на баллоне 20 и воздух от клапана 8 поступают в камеру 12 до давления, установленного редуктором 6, после чего клапан 8 закроется своей слабой пружинкой, отсекая подачу воздуха и включая цепь зажигания. Взрыв газовой смеси в камере 12 вытеснят из нее пробочный клапан 15 в цилиндр 3, преодолев при этом сопротивление пружин перекидного устройства 17 на рычаг 16, занявший теперь нижнее положение и закрывший своим роликом на конце рычага клапан 18 входа жидкости в цилиндр 3 из возвратной трубы 19, исключив возможность ее выхода в эту трубу, а хвостовиком прижмет выхлопной клапан 11, который подвешен в выхлопной трубке на поплавке. Начнется силовой выброс жидкости через сопло 2 на лопатки 27 ротора 26. При движении жидкости через цилиндр 3 она поступит и в нагнетатель 4 и надавит через обтекатель 25 на поршень 24, дополняя ресивер 5 сжатым воздухом. При этом шток нагнетателя 7 сожмет свою возвратную пружину, а плунжер 10, отжимаясь пружиной силового цилиндра, наберет горючее для следующего цикла. Горючим может быть газ, спирт, водород и тот же бензин при изменении установок на редукторах горючего и воздуха 6. Энергия движения жидкости, ускоренной из сопла 2 на лопатки 27, вызовет вращение ротора 26, а жидкость, обойдя в кожухе турбины по окружности против часовой стрелки (на данном чертеже) до выходного фланца турбины, будет устремлена центробежными силами в трубу 19, так как вакуум при подъеме лопаток 27 будет нейтрализован отдувом жидкости воздухом, поступающим через уравнительные трубки от редуктора на ресивере 5. Этот воздух будет подниматься лопатками к сопловому фланцу турбины, но затем по уравнительным трубкам 21 он будет возвращаться и отдувать жидкость в возвратную трубу 19. Из возвратной трубы 19 жидкость поступает в разделительную улитку на входе в цилиндры, клапан 18 которых откроется только в цилиндр, где нет давления жидкости, а другой - закрыт внутренним давлением. Клапан 18 ударит по ролику рычага 16 своего перекидного устройства 17 и выбьет его из нижнего положения вверх, закрыв пробочный клапан 15 и открыв выхлопной клапан 11. Через него жидкость вытеснит продукты сгорания предыдущего процесса. Клапан 11 подвешен в выхлопной трубке на поплавке и закроется, как только жидкость достигнет поплавка. После вытеснения жидкости из цилиндра 3 клапан 11 остается закрытым силой давления в цилиндре, до его спадания. Каждый из цилиндров 3 заполняется жидкостью как раз тогда, когда в параллельном цилиндре закончено ее истечение, и его нагнетатель 4 своей пружиной возвращается в исходное положение, сталкивая своим штоком 7 защелку воздушного клапана 8, и подаст этим воздух в камеру сгорания 12 и силовой цилиндр 9 плунжера 10, обеспечив горючую смесь, подаваемую в камеру 12 другого цилиндра 3. Далее воздушный клапан 8, возвращаясь в закрытое состояние, обеспечит там и зажигание. Начнется силовой процесс в другом цилиндре, и жидкость из него будет заполнять этот цилиндр, вытесняя продукты сгорания. Зажигание смеси в камерах 12 обеспечивается свечой 13, если регулировкой вентилей в каналах подачи топлива не использован процесс самовоспламенения. Продувной клапан 14 в камере сгорания 12 сбалансирован по весу пружиной и закрывается при наличии давления в камере. Регулировкой пружины на штоке 7 достигаются вакуум или остаточное давление в цилиндрах 3 и автоматическая очередность работы.
1. Способ создания жидкостного двигателя внутреннего сгорания, содержащего гидросистему с рабочей жидкостью, цилиндры, турбину и устройства подготовки и воспламенения сжатой горючей смеси, заключающийся в создании давления, выталкивающего жидкость из емкостей цилиндров к турбине, отличающийся тем, что обеспечивают неизменное, однонаправленное движения жидкости, используя закольцованную систему с цилиндрами, из которых рабочая жидкость проходит попеременно то через один, то через другой, ускоряясь в каждом из них взрывом горючей смеси из камер сгорания, связанных с цилиндрами, на турбину, после которой жидкость поступает в емкость другого цилиндра, вытесняя из нее газовые продукты сгорания закончившегося процесса, и вновь ускоряясь из цилиндра, поступает на турбину.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что управление работой двигателя связывают с движением поршневых или мембранных нагнетателей воздуха для горючей смеси, работающих от давления в одном цилиндре для подачи смеси и ее зажигания в другом цилиндре.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, заполнив горючей смесью камеру сгорания, увеличивают плунжером количество горючего в смеси, снижая коэффициент избытка воздуха для ее самовоспламенения.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют активную турбину, закрытую кожухом с тороидальной полостью с воздушной зоной у сопла для ускорения потока и с отдувом воздухом жидкости от лопаток на выходе турбины при его циркуляции.
5. Жидкостной двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбину, цилиндры, камеры сгорания, систему подготовки и подачи в камеры сгорания горючей смеси, гидросистему с рабочей жидкостью, отличающийся тем, что жидкость движется неизменно и однонаправлено то через один цилиндр, то через другой на турбину, ускоряясь в каждом из них взрывом горючей смеси из камер сгорания, связанных с цилиндрами, и возвращаясь после турбины в емкость другого цилиндра, вытесняя из него продукты прежнего сгорания и вновь, ускоряясь, жидкость движется на турбину, причем в качестве жидкости используется или вода, или антифриз, или негорючие смеси.
