ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ МОТОР Российский патент 2014 года по МПК F02B43/10 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, конкретно к электролитическим моторам, использующим водяной электролит в рабочем цикле.

Известен двигатель внутреннего сгорания [1], 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 камере сгорания топлива и воды.

Недостатком известного двигателя является дороговизна в эксплуатации и высокая токсичность выхлопных газов.

Известен двигатель внутреннего сгорания [2], 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.

Недостатками данного двигателя являются повышенные массогабаритные размеры, сложная конструкция, работа на дорогом углеводородном топливе и высокая токсичность выхлопных газов, отравляющих окружающую среду.

Известен электролитический мотор [3], использующий водный электролит в рабочем цикле и включающий пульт управления, выхлопную трубу, не менее одного рабочего цилиндра, снабженного подвижным поршнем и рабочей камерой для электролита, электродуговой активатор электролита, соединенный по входу с электрическим аккумулятором и выходом электромеханического генератора, приводной вал которого через кинематическое звено и кривошипно-шатунный механизм соединен с подвижным поршнем рабочего цилиндра.

При этом в качестве электролита используется водный раствор щелочи типа едкого калия. Рабочая камера для водного электролита выполнена в виде съемной головки, установленной над рабочим цилиндром. В головке цилиндра установлены впускной клапан, соединенный с емкостью хранения электролита, и выпускной клапан, соединенный с выхлопной тубой, а также установлены разрядные электроды с возможностью принудительного регулирования зазора между ними для зажигания и тушения вольтовой (электрической) дуги в рабочей камере. Электродуговой активатор электролита выполнен в виде высоковольтного источника электрической энергии, соединенного с разрядными электродами для диссоциации (разложения) в рабочей камере воды (расходного материала электролита) на водород и кислород под действием вольтовой дуги. При другом варианте исполнения электролитического мотора зажигание и тушение вольтовой (электрической) дуги в рабочей камере может быть выполнено замыканием и размыканием контактов прерывателя-распределителя, кулачковый валик которого получает вращение от распределительного вала мотора.

Недостатком известного электролитического мотора является недостаточная надежность работы, связанная с фиксированным составом применяемого жидкого электролита и трудностью его воспламенения на основе щелочных материалов.

Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является повышение надежности работы электролитического мотора путем использования в качестве катализатора воды горючих веществ и приготовление жидкого электролита непосредственно в рабочей камере мотора.

Достижение заявленного технического результата и решение поставленной задачи обеспечиваются тем, что электролитический мотор, включающий пульт управления, выхлопную трубу, не менее одного рабочего цилиндра, снабженного подвижным поршнем и рабочей камерой для электролита, электродуговой активатор электролита, соединенный по входу с электрическим аккумулятором и выходом электромеханического генератора, приводной вал которого через кинематическое звено и кривошипно-шатунный механизм соединен с подвижным поршнем рабочего цилиндра, согласно изобретению он дополнительно содержит электронно-вычислительную машину (ЭВМ) управления, отдельную емкость для воды и отдельную емкость для жидкого химического катализатора на основе горючих материалов, емкости соединены через соответствующие электромагнитные вентили и впускные клапаны с полостью рабочей камеры, установленной под цилиндром и соосно с ним, в нижней рабочей камеры и соосно с ней установлен термостойкий электрод, электрически изолированный от токопроводящего корпуса рабочей камеры и соединенный с потенциальной шиной электродугового активатора, заземленная шина которого соединена с токопроводящим корпусом рабочей камеры, электрический аккумулятор выполнен в виде магнитного катализатора выхлопных газов рабочей камеры, установлен в потоке выхлопных газов между выхлопной трубой и выпускным клапаном, расположенным на боковой поверхности цилиндра в непосредственной близости от верхней мертвой точки его поршня, и содержит блок разно-полярных металлических пластин из немагнитного материала, соединенных с соответствующими электродами аккумулятора и установленных вдоль потока выхлопных газов, перпендикулярно магнитному потоку магнитных пластин, установленных на боковых сторонах аккумулятора, причем управляющие входы электромагнитных вентилей, электромеханического генератора и электродугового активатора соединены через ЭВМ с пультом управления.

При этом электродуговой активатор жидкого электролита выполнен в виде высоковольтного емкостного и/или индуктивного накопителя энергии с цифровым управлением частотой подачи активирующих высоковольтных разрядов на электролитическую смесь, сформированную в рабочей камере цилиндра. Высоковольтный индуктивно-емкостной накопитель энергии содержит последовательно соединенные мультивибратор с частотой единицы кГц, нагруженный на первичную обмотку высоковольтного трансформатора, выпрямитель, емкостной умножитель напряжения и магнитную катушку зажигания. Термостойкий электрод выполнен на основе вольфрама и/или графита.

Дополнительное введение ЭВМ управления, отдельных емкостей для воды и жидкого химического катализатора на основе горючих материалов, соединение емкостей через соответствующие электромагнитные вентили и впускные клапаны с полостью рабочей камеры, установка последней под цилиндром и соосно с ним, соединение электромагнитных вентилей по управляющим сигналам с выходом ЭВМ позволяют облегчить процесс создания жидкого электролита с концентрацией воды и катализатора, требуемой для устойчивого разложения электролита вольтовой дугой на горючие составляющие в зависимости от погодных условий, температуры мотора и скорости вращения его выходного вала. Следствием этого является повышение надежности работы мотора.

Установка в нижней рабочей камеры и соосно с ней термостойкого электрода, электрически изолированного от токопроводящего корпуса рабочей камеры, и соединение электрода с потенциальной шиной электродугового активатора, заземленная шина которого соединена с токопроводящим корпусом рабочей камеры, позволяет исключить ненадежные в работе подвижные электроды, используемые в прототипе, и, как следствие, дополнительно повысить надежность работы электролитического мотора.

Выполнение электрического аккумулятора в виде магнитного катализатора выхлопных газов рабочей камеры, установка его в потоке выхлопных газов между выхлопной трубой и выпускным клапаном, расположенным на боковой поверхности цилиндра в непосредственной близости от верхней мертвой точки его поршня, выполнение магнитного катализатора в виде блока разно-полярных металлических пластин из немагнитного материала, соединенных с соответствующими электродами аккумулятора и установленных вдоль потока выхлопных газов, перпендикулярно магнитному потоку магнитных пластин, установленных на боковых сторонах аккумулятора, позволяют использовать энергию выхлопных газов мотора для его зарядки. Это позволяет уменьшить зависимость электрического заряда аккумулятора от скорости вращения вала мотора, повысить надежность электропитания электродугового активатора жидкого электролита и, как следствие, дополнительно повысить надежность работы мотора.

Выполнение электродугового активатора жидкого электролита в виде высоковольтного емкостного и/или индуктивного накопителя энергии с цифровым управлением частотой подачи активирующих высоковольтных разрядов на электролитическую смесь, сформированную в рабочей камере цилиндра, позволяет использовать известную элементную базу для разложения электролита вольтовой дугой в рабочей камере мотора на горючие составляющие и, тем самым, выбрать рациональную конструкцию мотора на известной элементной базе.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 представлена функциональная схема каталитического мотора;

на фиг.2 - поперечный разрез рабочей камеры по линии А-А фиг.1;

на фиг.3 - рисунок, поясняющий конструкцию и принцип работы магнитного катализатора выхлопных газов.

Пример выполнения предлагаемого решения электролитического мотора.

Электролитический мотор (фиг.1) включает не менее одного рабочего цилиндра 1, снабженного подвижным поршнем 2 и рабочей камерой 3 для электролита, электродуговой активатор 4 электролита, соединенный по входу с каталитическим аккумулятором 5 и выходом электромеханического генератора 6. Приводной вал генератора 6 через кинематическое звено 7 и кривошипно-шатунный механизм 8 соединен с подвижным поршнем 2 цилиндра 1. Рабочая камера 3 установлена под цилиндром 1 и соосно с ним. В стенках 9 камеры 3 установлены впускные клапаны 10 и 11, соединенные через вентили 12 и 13 соответственно с емкостью 14 для воды и емкостью 15 для жидкого химического катализатора на основе горючих материалов. Состав химического катализатора и рациональная концентрация электролита является элементом НОУ-ХАУ заявителя. Вентили 12 и 13 выполнены электромагнитными с цифровым управлением. В нижней части рабочей камеры 3 и соосно с ней установлен термостойкий электрод 16, электрически изолированный от токопроводящего корпуса камеры 3, и соединен с потенциальной шиной 17 электродугового активатора 4, заземленная шина которого соединена с токопроводящим корпусом рабочей камеры 3. В верхней части цилиндра 1 вблизи верхней мертвой точки поршня 2 установлен предохранительный (по избыточному давлению горючих газов) выпускной клапан 18. Клапан 18 по выходу горючих газов соединен с дымовым входом аккумулятора 5. Аккумулятор 5 для уменьшения массы выполнен в виде магнитного катализатора (фиг.3) выхлопных газов рабочей камеры 2. Он содержит блок разнополярных металлических пластин 19 и 20 из немагнитного материала, соединенных с соответствующими электродами аккумулятора 5 и установленных вдоль потока 21 выхлопных газов и перпендикулярно магнитному потоку 22 магнитных пластин 23, установленных на боковых сторонах аккумулятора 5. Управляющие входы электромагнитных вентилей 12 и 13, электромеханического генератора 6 и электродугового активатора 4 соединены через ЭВМ 24 с пультом 25 управления. Электродуговой активатор 4 жидкого электролита выполнен в виде высоковольтного емкостного и/или индуктивного накопителя энергии с цифровым управлением частотой подачи активирующих высоковольтных разрядов на электролитическую смесь, сформированную в рабочей камере цилиндра. Высоковольтный индуктивно-емкостной накопитель энергии содержит последовательно соединенные мультивибратор 26 с частотой единицы кГц, нагруженный на первичную обмотку высоковольтного трансформатора 27, выпрямитель 28, емкостной умножитель 29 напряжения и магнитную катушку 30 зажигания, соединенную с термостойким электродом 16. Электрод 16 выполнен на основе вольфрама и/или графита.

Электролитический мотор работает следующим образом.

Перед пуском мотора емкости 14 и 15 заправлены соответственно технической водой и катализатором на основе горючих материалов. Поршень 2 мотора установлен в положении нижняя мертвая точка (НМТ).

Подают с пульта 1 на ЭВМ 24 управления сигнал «зажигание». При этом по заданной программе ЭВМ 24 вырабатывает управляющие сигналы, подаваемые на вентили 12, 13, электромеханический генератор 6 и активатор 4. При этом проходные отверстия вентилей 12 и 13 устанавливаются в положении формирования обогащенной горючей смеси в камере 2. Одновременно генератор 6 переводится в режим «стартера», напряжение с аккумулятора 5 подается на его соответствующие обмотки и вал генератора 6 приводится во вращение. Вращение вала генератора 6 через кинематическое звено 7 передается на кривошипно-шатунный механизм 8. При этом поршень 2 поднимается вверх в направлении верхней мертвой точки (ВМТ). Между нижней частью поршня 2 и днищем камеры 3 образуется разряжение. Под действием этого разряжения открываются клапаны 10, 11 и в камеру 3 всасываются через вентили 12, 13 соответственно вода и жидкий катализатор в заданном ЭВМ 24 соотношении. При этом в камере 3 производится смешение воды и катализатора и формируется электролит требуемой для зажигания плотности. После формирования требуемой плотности электролита и возвращения (под действием силы механизма 8) поршня 2 в положение НМТ с активатора 4 на электрод 16 подается высоковольтный импульс. При этом между электродом 16 и внутренней стороной стенки 9 камеры 3 возникает электрическая дуга. Под действием электрической дуги жидкостный электролит в камере 3 разлагается на горючие составляющие, происходит воспламенение последних, создание и расширение плазмы с образованием детонационной волны. Детонационная волна поднимает поршень 2 в направлении положения ВМТ. При превышении силы давления детонационной волны силы открытия выпускного клапана 18 происходит сброс части отработанных газов через полость магнитного катализатора аккумулятора 5 в выхлопную трубу 31. Проходя через полость магнитного катализатора заряды отработанных газов под действием силы Лоренца отдают свой заряд пластинам 19 и 20 аккумулятора 5 и производят его подзаряд. После сброса излишнего давления разрядной плазмы и достижения предельного ее значения в камере 3 происходит сжатие плазмы и образование вакуума в камере 3. Под действием силы вакуума поршень 2 движется в обратном направлении к НМТ и одновременно происходит автоматическое всасывание из емкостей 14 и 13 соответственно воды и жидкого катализатора в камеру 3. Далее процесс образования электролита, разложения его вольтовой дугой на горючие составляющие и их поджиг повторяется. После выхода мотора в рабочий режим происходит самостоятельное возвратно-поступательное движение поршня 2 в цилиндре 1 под последовательным действием сил расширения и сжатия плазмы в камере 2. При этом ЭВМ 24 корректирует состав электролита путем управления проходным сечением вентилей 12 и 13 и переводит генератор 6 из режима двигателя в режим генерации электрического напряжения для подзарядки аккумуляторной батареи 5 и электропитания активатора 4 в режиме повышенной мощности. Одновременно с вала 32 механизма 8 кинетическая энергия его вращения передается на вал отбора мощности потребителю механической энергии электролитического мотора.

Источники информации

1. А.с. СССР №1719681, F02В 47/02, 15.03.1992 г.

2. Патент России №2044900, F02В, 47/02, 27.09.1995 г.

3. Патент России №2261342, F02B 43/10, F02P 15/00, 27.09.2005 г.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, а именно к моторам, использующим водяной электролит в рабочем цикле. Техническим результатом является повышение надежности. Сущность изобретения заключается в том, что мотор включает не менее одного рабочего цилиндра 1, снабженного подвижным поршнем 2 и рабочей камерой 3 для электролита, электродуговой активатор 4 электролита, соединенный по входу с каталитическим аккумулятором 5 и выходом электромеханического генератора 6. Приводной вал генератора 6 посредством кривошипно-шатунного механизма 8 соединен с подвижным поршнем 2. Рабочая камера 3 расположена под цилиндром 1 и соосно с ним. Камера 3 сообщена с емкостью 14 для воды и емкостью 15 для жидкого химического катализатора на основе горючих материалов посредством клапанов 10, 11 и электромагнитных вентилей 12, 13, выполненных с цифровым управлением от ЭВМ 24. В нижней части рабочей камеры 3 и соосно с ней установлен термостойкий электрод 16, электрически изолированный от токопроводящего корпуса камеры 3, и соединен с потенциальной шиной 17 электродугового активатора 4, заземленная шина которого соединена с токопроводящим корпусом рабочей камеры 3. В верхней части цилиндра 1 вблизи верхней мертвой точки поршня 2 установлен предохранительный (по избыточному давлению горючих газов) выпускной клапан 18. Клапан 18 по выходу горючих газов соединен через каталитический аккумулятор 5 с дымовой трубой 31. Аккумулятор 5 для уменьшения массы выполнен в виде магнитного катализатора выхлопных газов рабочей камеры 2. Он содержит блок разнополярных металлических пластин 19 и 20. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электролитический мотор, включающий пульт управления, выхлопную трубу, не менее одного рабочего цилиндра, снабженного подвижным поршнем и рабочей камерой для электролита, электродуговой активатор электролита, соединенный по входу с электрическим аккумулятором и выходом электромеханического генератора, приводной вал которого через кинематическое звено и кривошипно-шатунный механизм соединен с подвижным поршнем рабочего цилиндра, отличающийся тем, что он дополнительно содержит электронно-вычислительную машину (ЭВМ) управления, отдельную емкость для воды и отдельную емкость для жидкого химического катализатора на основе горючих материалов, емкости соединены через соответствующие электромагнитные вентили и впускные клапаны с полостью рабочей камеры, установленной под цилиндром и соосно с ним, в нижней части рабочей камеры и соосно с ней установлен термостойкий электрод, электрически изолированный от токопроводящего корпуса рабочей камеры и соединенный с потенциальной шиной электродугового активатора, заземленная шина которого соединена с токопроводящим корпусом рабочей камеры, электрический аккумулятор выполнен в виде магнитного катализатора выхлопных газов рабочей камеры, установлен в потоке выхлопных газов между выхлопной трубой и выпускным клапаном, расположенным на боковой поверхности цилиндра в непосредственной близости от верхней мертвой точки его поршня, и содержит блок разнополярных металлических пластин из немагнитного материала, соединенных с соответствующими электродами аккумулятора и установленных вдоль потока выхлопных газов, перпендикулярно магнитному потоку магнитных пластин, установленных на боковых сторонах аккумулятора, причем управляющие входы электромагнитных вентилей, электромеханического генератора и электродугового активатора соединены через ЭВМ с пультом управления.

2. Электролитический мотор по п.1, отличающийся тем, что электродуговой активатор электролита выполнен в виде высоковольтного емкостного и/или индуктивного накопителя энергии с цифровым управлением частотой подачи активирующих высоковольтных разрядов на электролитическую смесь, сформированную в рабочей камере цилиндра.

3. Электролитический мотор по п.2, отличающийся тем, что высоковольтный индуктивно-емкостной накопитель энергии содержит последовательно соединенные мультивибратор с частотой единицы кГц, нагруженный на первичную обмотку высоковольтного трансформатора, выпрямитель, емкостной умножитель напряжения и магнитную катушку зажигания.

4. Электролитический мотор по п.1, отличающийся тем, что термостойкий электрод выполнен на основе вольфрама и/или графита.