Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к конструкции двигателей внутреннего сгорания.
Известен двигатель внутреннего сгорания, при работе которого в камеру сгорания вводят инертный газ-носитель, газ, поддерживающий горение, и топливо. Отработавшие газы (ОГ) обрабатывают водой для отделения от них и поглощения в воде количества двуокиси углерода, внесенного в газ носитель в результате сгорания топлива. Обработанные таким образом ОГ возвращают на повторное использование в качестве газа-носителя [1] . КПД такого двигателя невысок.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий систему питания топливом и подачи сжатого воздуха, устройство для образования топливовоздушной смеси, а также водяной резервуар, водяной трубопровод и высокотемпературный насос высокого давления, приводимый в действие мотором или валом отбора мощности [2] . Недостатком такого двигателя является невысокий КПД вследствие того, что в системе необходимо поддерживать не только требуемый уровень давления, но и температуры, для чего система имеет теплообменники для передачи тепла воде, проходящей через трубопровод. Кроме того, выброс вредных веществ в атмосферу достаточно высок.
Известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания, имеющую крышку со свечой, системы подачи топлива и вывода отработавших газов. Двигатель снабжен устройством для образования и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, вал и нагнетатель воздуха [3] . Этот двигатель при низком КПД не обеспечивает надежной работы, а также полноты сгорания топлива, что ограничивает выбор видов топлива и делает двигатель экологически не чистым.
Целью изобретения является повышение КПД двигателя и снижение выброса вредных веществ в атмосферу.
Поставленная цель достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания, имеющую крышку со свечой, системы подачи топлива и вывода отработавших газов, устройство для образования и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, вал и нагнетатель воздуха, снабжен системой подачи воды, кожухом, охватывающим камеру сгорания и систему вывода отработавших газов, установленных на валу с возможностью вращения, разделительным кольцом и по меньшей мере двумя дисками.
Устройство для образования и подачи топливовоздушной смеси выполнено в виде трубопровода, центральная и входная части которого расположены внутри вала с образованием кольцевого зазора, соединенного с камерой сгорания и системой подачи воды, причем разделительное кольцо расположено соосно с валом в центральной части камеры сгорания и прикреплено с одной стороны к крышке последней, а с другой - посредством одного из дисков к валу и трубопроводу, второй диск расположен на торце выходной части трубопровода с зазором относительно стенки разделительного кольца с образованием полостей между ними.
Система вывода отработавших газов выполнена в виде криволинейных трубопроводов с выходными соплами и входными патрубками, последние расположены в полости между дисками, а выходные сопла - с наружной стороны камеры сгорания, на участках криволинейных трубопроводов, прилегающих к внутренним стенкам камеры сгорания, выполнены отверстия для подачи воды.
Предлагаемая конструкция двигателя принципиально отличается от известных конструкций двигателей следующим: выполнением камеры сгорания, вращающейся вместе с системой вывода отработавших газов на валу двигателя, системой подачи воды в камеру сгорания и способами подачи воды и топливовоздушной смеси в камеру сгорания.
На фиг. 1 изображен двигатель, общий вид; на фиг. 2 - камера сгорания, общий вид; на фиг. 3 - расположение криволинейных трубопроводов с патрубками и соплами в камере сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания содержит камеру сгорания 1, имеющую крышку 2 со свечой 3, системы подачи топлива 4 и вывода отработавших газов 5, устройство 6 для образования и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, вал 7 и нагнетатель воздуха 8. Двигатель снабжен системой подачи воды 9 в камеру сгорания, кожухом 10, охватывающим камеру сгорания и систему вывода отработавших газов, которые установлены на валу 7 с возможностью вращения. Устройство для образования и подачи топливовоздушной смеси 6 выполнено в виде трубопровода, центральная и входная части которого расположены внутри вала 7 с образованием кольцевого зазора 11, соединенного с камерой сгорания 1 и системой подачи воды 9.
В камере сгорания установлены по меньшей мере два диска 12, 13 и разделительное кольцо 14, причем последнее расположено соосно с валом 7 в центральной части камеры сгорания и прикреплено с одной стороны к крышке 2 последней, а с другой стороны - посредством одного из дисков 13 к валу 7 и трубопроводу 6. Второй диск 12 расположен на торце выходной части трубопровода 6 с зазором 15 относительно стенки разделительного кольца 14 с образованием полостей А, В, С между ними.
Система вывода отработавших газов 5 выполнена в виде криволинейных трубопроводов 16 с входными патрубками 17 и выходными соплами 18. Патрубки расположены в полости между дисками, а выходные сопла - с наружной стороны камеры сгорания. На участках криволинейных трубопроводов 16, прилегающих к внутренним стенкам камеры сгорания, выполнены отверстия 19 для подачи воды.
Двигатель работает следующим образом.
Перед запуском двигателя подогревают топливо подогревателем 20. Для запуска двигателя используют стартер, вращающий вал 7 двигателя, на котором расположен нагнетатель воздуха 8. Нагреватель подает воздух в трубопровод 6 для образования топливовоздушной смеси и воду через подогреватель 21 воды и регулятор 22 подачи воды в кольцевой зазор 11 для подачи в камеру сгорания 1. От насоса высокого давления 23 системы 4 подачи топлива топливо через подогреватели 24 и 20, регулятор 25 подается к трубопроводу 6, а затем, смешиваясь с воздухом, - в полость А камеры сгорания.
Зажигание топливовоздушной смеси происходит известным способом, например, от свечи 3. Воспламененная топливовоздушная смесь огибает жаропрочный диск 12 и попадает в центральную часть камеры сгорания, полость С, где расположены входные патрубки 17. Сгоревшие легкие газы высокой температуры через входные патрубки 17 подают в криволинейные трубопроводы 16. Подача воды в камеру сгорания осуществляется из кольцевого зазора 11 в полость В, отделенную жаропрочным диском 13 и разделительным кольцом 14 от полостей А и С.
При вращении вала с камерой сгорания приводимая в движение жидкость (вода) образует на внутренней цилиндрической поверхности камеры сгорания жидкостное водяное кольцо Д.
Через отверстия 19 криволинейных трубопроводов 16 вода из жидкостного (водяного) кольца Д попадает внутрь криволинейных трубопроводов 16 в поток сгоревших газов высокой температуры, в результате чего происходит быстрое превращение воды в пар, что мгновенно увеличивает объем рабочего тела и способствует дополнительному росту реактивного момента, создаваемого вытекающей из сопел 18 парогазовой струей. Создается дополнительная работа, увеличивая тем самым КПД двигателя, и его мощность. Отработанный газ с паром поступает в конденсатор 26, где водяной пар после охлаждения превращается в воду, которая собирается в баке 27. Из бака 27 через регулятор подачи воды 28 поступает в нагнетатель воздуха 8. Таким образом осуществляется замкнутый цикл движения воды в системе двигателя. При этом вода, воздуха и топливо подаются непрерывно, что обеспечивает беспрерывное горение в камере сгорания. Для равномерной подачи топлива в камеру сгорания в систему подачи топлива 4 включен компенсатор давления 29. Нагнетатель воздуха 8 и кожух 10, охватывающий камеру сгорания 1 с криволинейными трубопроводами 16, патрубками 17 и выходными соплами 18, закреплены на корпусе 30 редуктор, с выходного вала 31 которого осуществляется отбор мощности.
Двигатель обладает повышенным КПД, так как вода, поступающая через отверстия 19 в криволинейные трубопроводы, под действием высокой температуры сгоревшей топливовоздушной смеси превращается в пар. Это обуславливает существенный рост объема рабочего тела, что увеличивает реактивный момент, создаваемый вытекающей парогазовой струей.
Двигатель экологически чист, так как вращение камеры сгорания с разделительными жаропрочными дисками, разделяющими камеры сгорания на три полости: горения топливовоздушной смеси, забора сгоревших газов и подачи воды, не позволяет несгоревшей топливной смеси попадать в патрубки, при этом, смешиваясь со свежей порцией топливной смеси, оставшаяся часть топлива сгорает почти полностью. В криволинейные трубопроводы попадают только сгоревшие газы, что обеспечивает снижение выброса вредных веществ в атмосферу.
Высокая полнота сгорания топлива позволяет работать двигатель на любом топливе от газа, например СН4 (метан) до мазута.
Двигатель может быть установлен на транспортных средствах, а также использован в стационарных установках на теплоэлектростанциях, в теплосетях или в качестве генератора пара.
(56) 1. Заявка РСТ N 84-03538, кл. F 02 B 47/10, опублик. 1984.
2. Патент США N 4408573, кл. F 02 M 25/02. опублик. 1983.
3. Патент США N 2509359, кл. 60-39.35, опублик. 1950.
Использование: в двигателестроении, а именно в конструкциях двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: для обеспечения полноты сгорания топлива двигатель внутреннего сгорания, содержащий камеру сгорания 1, имеющую крышку 2 со свечой 3, системы подачи топлива 4 и вывода отработавших газов 5, устройство 6 для образования и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания 1, вал 7 и нагреватель 8 воздуха, снабжен системой 9 подачи воды, кожухом 10, охватывающим камеру сгорания 1 и систему вывода отработавших газов 5, которые установлены на валу 7 с возможностью вращения, разделительным кольцом 14 и по меньшей мере двумя дисками 12, 13 соответственно. Устройство 6 для образования и подачи топливовоздушной смеси выполнено в виде трубопровода, центральная и входная части которого расположены внутри вала 7 с образованием кольцевого зазора 11, соединенного с камерой сгорания 1 и системой подачи воды 9. Для сохранения температуры горения топливовоздушной смеси разделительное кольцо 14 расположено соосно с валом 7 в центральной части камеры сгорания 1 и прикреплено с одной стороны к крышке 2 последней, а с другой стороны посредством одного из дисков 13 - к валу 7 и трубопроводу 6. Второй диск 12 расположен на торце выходной части трубопровода 6 с зазором 15 относительно стенки разделительного кольца 14 с образованием полостей А, В, С между ними. Система 5 вывода отработавших газов выполнена в виде криволинейных трубопроводов 16 с выходными соплами 18 и входными патрубками 17, последние расположены в полости между дисками 12, 13, а выходные сопла 18 - с наружной стороны камеры сгорания 1, при этом на участке криволинейных трубопроводов 16, прилегающих к внутренним стенкам камеры сгорания 1, выполнены отверстия 19 для подачи воды. 3 ил.
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий камеру сгорания, имеющую крышку со свечой, системы подачи топлива и вывода отработавших газов, устройство для образования и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания, вал и нагнетатель воздуха, отличающийся тем, что он снабжен системой подачи воды, кожухом, охватывающим камеру сгорания и систему вывода отработавших газов, установленные на валу с возможностью вращения, разделительным кольцом и по меньшей мере двумя дисками, устройство для образования и подачи топливовоздушной смеси выполнено в виде трубопровода, центральная и входная части которого расположены внутри вала с образованием кольцевого зазора, соединенного с камерой сгорания и системой подачи воды, причем разделительное кольцо расположено соосно с валом в центральной части камеры сгорания и прикреплено с одной стороны к крышке последней, а с другой стороны посредством одного из дисков к валу и к трубопроводу, второй диск расположен на торце выходной части трубопровода с зазором относительно стенки разделительного кольца с образованием полостей между ними, система вывода отработавших газов выполнена в виде криволинейных трубопроводов с выходными соплами и входными патрубками, последние расположены в полости между дисками, а выходные сопла - с наружной стороны камеры сгорания, на участках криволинейных трубопроводов, прилегающих к внутренним стенкам камеры сгорания, выполнены отверстия для подачи воды.
