ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК F02B43/10 F02P15/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, и может быть широко использовано в двигателестроении.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с полостью охлаждения, водоохладитель, насос, водородный реактор с энергоаккумулирующим веществом, бак с водой, через нагнетатель соединенный с водородным реактором, и водонагреватель, трубопроводом соединенный с водородным реактором и воздуховпускным трубопроводом двигателя. Собирающийся в газовой полости водонагревателя водород через воздуховпускной трубопровод поступает в камеру сгорания /А.с. СССР, №1071791, F 02 B 43/10, 07.02.1984 г./ [1].

Недостатком известного двигателя является материалоемкая конструкция, которую из-за громоздкости невозможно эксплуатировать в качестве силовой установки, например, на легковом автомобильном транспорте. К тому же из-за потребления в работе воздуха двигатель имеет токсичный выхлоп.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с системой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной, выпускной клапаны, источник водорода и кислорода, устройство подачи топлива, форсунку и систему зажигания. Форсунка установлена рядом со свечой зажигания и в конце такта сжатия через боковой канал производит подачу порции водорода, чем и способствует зажиганию обедненной бензовоздушной смеси, повышая экономичность. /Патент РФ, №2151892, F 02 В 43/10, F 02 M 51/08, 2000 г./ [2].

Недостатком ближайшего аналога является сложная конструкция из-за наличия двух систем питания, высокие эксплуатационные расходы, связанные с потреблением углеводородного топлива и высокая токсичность выхлопных газов.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании высоко экономичного и экологически чистого двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, например жидкостной, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной и выпускной клапаны, источник водорода и кислорода, устройство подачи топлива, форсунку и систему зажигания, согласно изобретению источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера, сообщенного впускным трубопроводом с цилиндром, размещенного в герметичном корпусе с рубашкой охлаждения, например жидкостной, общей с цилиндром или обособленной, установлен на двигателе обособленно для каждого цилиндра, выполнен с возможностью подачи питания от источника постоянного тока к его электродам, свободного прохода через него водного раствора электролита и подачи полученной газовой смеси во впускной трубопровод, и снабжен выходным патрубков с отсекателем, например, выполненным в виде обратного клапана. Устройство подачи топлива выполнено в виде насоса высокого давления, например плунжерного для подачи водного раствора электролита, например водного раствора едкого кали в электролизер, кинематически или через блок управления связанного с кривошипно-шатунным механизмом. Система зажигания выполнена в виде электродов, с возможностью регулирования зазора между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой /электрической/ дуги, причем электроды установлены в камере сгорания, где под действием вольтовой дуги рабочая смесь диссоциирует и воспламеняется. При этом электролизер может иметь вид двух электродов-полублоков цилиндрической или прямоугольной формы, своими полыми элементами концентрично с зазором или прямоугольными элементами параллельно с зазорам вписывающимися друг в друга, которые диэлектрической прокладкой изолированы друг от друга, и в которых либо выполнены отверстия, при выполнении их из листового металла, например из никеля, либо которые выполнены из металлической сетки, например из никелевой. Форсунка может иметь кавитатор, выполненный в виде местного сужения канала. Активная вставка электрода может быть выполнена из монолитного тугоплавкого материала, например из медно-вольфрамового сплава, либо активная вставка электрода может быть выполнена полой из того же материала и изнутри охлаждаемой жидкостью, например подведенной по трубке из рубашки охлаждения двигателя. Держатель активной вставки регулирующего зазор электрода может быть в корпусе установлен на резьбе, с возможностью регулирования зазора между электродами и фиксации держателя активной вставки контргайкой. Держатель активной вставки зажигающего вольтовую дугу электрода может быть в корпусе установлен 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 может быть выполнено замыканием и размыканием контактов прерывателя-распределителя.

Сущность изобретения показана на чертеже, где:

фиг.1 - продольный разрез двигателя;

фиг.2 - разрез полой активной вставки электрода;

фиг.3 - схема сужения канала форсунки;

фиг.4 - разрез А-А фиг.1;

фиг.5 - вид Б фиг.1.

Пример выполнения предлагаемого решения. Двигатель внутреннего сгорания, содержит, по меньшей мере, один цилиндр 1 /фиг.1-5/ с рубашкой охлаждения 2, поршень 3 и головку цилиндра 4, образующие камеру сгорания 5, впускной 6 и выпускной 7 клапаны с механизмом газораспределения 8. Источник водорода и кислорода, выполненный в виде впускного трубопровода 9, сообщенного с цилиндром электролизера 10, размещенного в герметичном корпусе 11 с рубашкой охлаждения, например, общей с цилиндром, установлен на двигателе обособленно для каждого цилиндра, выполнен с возможностью подачи питания к его электродам от источника постоянного тока, например от аккумулятора 12, снабжен выходным патрубком 13 с отсекателем 14. При этом электролизер может иметь вид двух электродов-полублоков 15, например цилиндрической формы, изолированных друг от друга диэлектрической прокладкой 16, своими полыми элементами 17 концентрично с зазором 18 вписывающимися друг в друга, в которых либо выполнены отверстия 19, либо которые выполнены из металлической сетки. Устройство подачи топлива выполнено в виде насоса высокого давления 20, например плунжерного, кинематически или через блок управления связанного с кривошипно-шатунным механизмом, и форсунки 21 с кавитатором 22 в виде местного сужения 23 канала 24, с кавитационной зоной 25 для подачи водного раствора электролита в электролизер. Систему зажигания, выполненную в виде электродов 26 и 27, с возможностью регулирования зазора 28 между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой /электрической/ дуги установленные в камере сгорания, Причем активная вставка 29 электрода может быть выполнена либо из монолитного тугоплавкого материала, например из медно-вольфрамового сплава, либо из тога же материала полой и изнутри охлаждаемой жидкостью, подведенной из рубашки охлаждения двигателя по трубке 30. Держатель 31 активной вставки регулирующего зазор электрода в корпусе 32 может быть установлен на резьбе, с возможностью регулирования зазора между электродами и фиксации держателя активной вставки контргайкой 33. Держатель 34 активной вставки зажигающего вольтовую дугу электрода может быть в корпусе 35 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, в момент зажигания вольтовой дуги, за счет пружины 36 и распределительно-кулачкового вала 37. Подача постоянного 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 38. Электролитный бак 39 предназначен для хранения водного раствора электролита.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Перед пуском двигателя электролитный бак 39 заправляют водным раствором электролита, например водным раствором едкого кали. Вкручивая или выкручивая по резьбе корпуса 32 держатель 31 активной вставки 29 электрода 26, устанавливают зазор 28 между электродами вольтовой дуги и держатель 31 фиксируют контргайкой 33. Затем, например, включением зажигания, через замкнутые контакты /не показано/ от прерывателя-распределителя 38 на электроды 26 и 27 вольтовой дуги подают постоянный ток, например, силой 3-4 А. И на электроды-полублоки 15 электролизера ТО падают постоянный ток, например, от бортового аккумулятора 12. Первый такт - впуск. Поршень 3 от ВМТ перемещается к НМТ. Выпускной клапан 7 закрыт, впускной клапан 6 механизмом газораспределения 8 открыт. В цилиндре 1 с рубашкой охлаждения 2 создается разрежение. Полученная в электролизере 10 с герметичным корпусом 11 и, например, общей с цилиндром 1 рубашкой охлаждения 2 водородо-кислородная смесь, через выходной патрубок 13 с отсекателем 14 и далее через впускной трубопровод 9 засасывается в рабочий объем цилиндра 1, где за счет протекания постоянного тока /электроды 26 и 27 вольтовой дуги/ через распыленный водный раствор электролита происходит электролиз воды. В электролизере 10 создается разрежение. Насос высокого давления 20 забирает из электролитного бака 39 цикловую дозу водного раствора электролита и через форсунку 21 с кавитатором 22, например, под давлением 2 МПа впрыскивает в электролизер 10. В кавитаторе 22 за счет сужения 23 канала 24 скорость впрыскиваемого водного раствора электролита резко возрастает, а давление падает до критического значения, и схлопывание образовавшихся в кавитационной зоне 25 пузырей приводит к тончайшему распыливанию водного раствора электролита в электролизере и к разложению воды на водород и кислород. Водный раствор электролита через отверстия 19 в электродах-полублоках 15 и зазоры 18 между элементами 17 либо через выполненные из сетки электроды-полублоки 15 легко проходит через электролизер 10 и при протекании постоянного тока через него приводит к электролизу воды. Поршень 3 от НМТ перемещается к ВМТ - происходит сжатие.

Впускной 6, выпускной 7 клапаны закрыты. При подходе поршня 3 к ШТ распределительно-кулачковый вал 37 зажигающего вольтовую дугу электрода 27 и пружина 36 возвратно-поступательно перемещают держатель 34 активной вставки 29 в корпусе 35 до соприкосновения активных вставок 29 и зажигают вольтовую дугу, под действием которой рабочая смесь в камере сгорания 5 диссоциирует и воспламеняется. Давление над поршнем 3 резко повышается. Под действием давления поршень 3 от ВМТ перемещается к НМТ - происходит рабочий ход. Еще до прихода поршня 3 к НМТ прерыватель-распределитель 38 на короткое время размыкает контакты /не показано/ электрической цепи вольтовой дуги и тушит ее, затем контакты вновь замыкаются и на электроды 26 и 27 вольтовой дуги опять поступает постоянный ток. Поршень 3 от НМТ перемещается к ВМТ. Выпускной клапан 7 механизмом газораспределения 8 открывается и цилиндр 1 освобождается от отработавших продуктов, циклы повторяются.

При взрывах, обратных ударах в устройстве срабатывает отсекатель 14, а взрывная волна гасится в цилиндре 1 за счет перемещения поршня 3. При этом полые активные вставки 29 электродов 26 и 27 вольтовой дуги охлаждаются жидкостью, подведенной по трубкам 30 из рубашки охлаждения 2 двигателя.

Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания в эксплуатации высоко экономичен и экологически чист, найдет широкое применение, преимущественно в качестве силовой установки для транспортных средств.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности, к двигателям внутреннего сгорания использующим водород в рабочем цикле. Изобретение позволяет создать экономичный и экологически чистый двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной и выпускной клапаны, источник водорода и кислорода, устройство подачи топлива, форсунку и систему зажигания. Источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера, сообщенного впускным трубопроводом с цилиндром, размещенного в герметичном корпусе с рубашкой охлаждения. Электролизер установлен на двигателе обособленно для каждого цилиндра, выполнен с возможностью подачи питания от источника постоянного тока к его электродам, свободного прохода через него водного раствора электролита и подачи полученной газовой смеси во впускной трубопровод, и снабжен выходным патрубком с отсекателем. Устройство подачи топлива выполнено в виде насоса высокого давления для подачи водного раствора электролита в электролизер, кинематически или через блок управления связанного с кривошипно-шатунным механизмом. Система зажигания выполнена в виде электродов, с возможностью регулирования зазора между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой (электрической) дуги, причем электроды установлены в камере сгорания. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, впускной и выпускной клапаны, источник водорода и кислорода, устройство подачи топлива, форсунку и систему зажигания, отличающийся тем, что источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера, сообщенного впускным трубопроводом с цилиндром, размещенного в герметичном корпусе с рубашкой охлаждения, установлен на двигателе обособленно для каждого цилиндра, выполнен с возможностью подачи питания от источника постоянного тока к его электродам, свободного прохода через него водного раствора электролита и подачи полученной газовой смеси во впускной трубопровод и снабжен выходным патрубком с отсекателем, устройство подачи топлива выполнено в виде насоса высокого давления для подачи водного раствора электролита в электролизер, кинематически или через блок управления связанного с кривошипно-шатунным механизмом, система зажигания выполнена в виде электродов с возможностью регулирования зазора между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой (электрической) дуги, причем электроды установлены в камере сгорания.2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что электролизер имеет вид двух электродов-полублоков цилиндрической или прямоугольной формы, своими полыми элементами концентрично с зазором или прямоугольными элементами параллельно с зазором вписывающимися друг в друга, в которых либо выполнены отверстия, либо которые выполнены из металлической сетки.3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что форсунка имеет кавитатор, выполненный в виде местного сужения канала.4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что активная вставка электрода выполнена из монолитного тугоплавкого материала.5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что активная вставка электрода выполнена полой из тугоплавкого материала и изнутри охлаждаемой жидкостью.6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что держатель активной вставки регулирующего зазор электрода в корпусе установлен на резьбе с возможностью регулирования зазора между электродами и фиксации держателя активной вставки контргайкой.7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что держатель активной вставки зажигающего вольтовую дугу электрода в корпусе установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в момент зажигания вольтовой дуги за счет пружины и распределительно-кулачкового вала.8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что подача постоянного тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи тока при тушении вольтовой дуги выполнено замыканием и размыканием контактов прерывателя-распределителя.