Способ работы двигателя и устройство для его осуществления Российский патент 2018 года по МПК F02B43/10 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам подачи криогенных жидкостей в двигатель внутреннего сгорания, и может быть использовано при создании новых типов двигателей с отсутствием выброса вредных веществ.

Известен водородный двигатель [1], содержащий систему питания водородом двигателя внутреннего сгорания, содержащую источник водорода высокого давления, регулятор давления с блоком управления, электромагнитный клапан с блоком управления, искровую свечу зажигании. Однако водород в таком двигателе используется только для замещения углеводородного топлива. К недостаткам такого двигателя можно отнести низкий коэффициент полезного действия из-за высокотемпературного выхлопа.

Этими же недостатками обладают все водородные двигатели фирмы Toyota, содержащие в открытой базе данных на 5680 патентов на водородные двигатели [2]

Известен способ работы двигателя [3], основанный на попеременном сжигании топлива в камере сгорания путем подогрева воздуха и впрыскивании в него жидкости. Однако в нем впрыскивается только органическое топливо, что не позволяет сократить выбросы вредных веществ.

В качестве прототипа на способ работы двигателя можно выбрать способ работы двигателя, основанный на попеременном режиме сжигания [4], движения подвижного элемента (поршня, диафрагмы) в противоположную сторону за счет введения в камеру сухого подогретого воздуха с одновременной подачей и диспергирования криогенной жидкости, электрически соединенными с аккумулятором в виде сверхпроводящего кольца, расположенного в баке с жидким воздухом (азотом), а баки соединены со смесителем, который в свою очередь попеременно соединен с противоположными камерами сгорания.

Задачей изобретения является создание экологически чистого двигателя и повышение КПД.

Поставленная задача решается за счет того, что способ работы двигателя, основанный на попеременном режиме сжигания, движения подвижного элемента в противоположную сторону за счет введения в камеру сухого подогретого воздуха с одновременной подачей и диспергирования криогенной жидкости, при этом в качестве режима сгорания используют смеси газообразного кислорода и водорода, получаемые путем испарения отдельно хранящихся жидкого кислорода и водорода, перевода испарившегося водорода в газовый контейнер с гидридами интерметаллидов, заполнения камеры смешивания газообразным кислородом с последующей дозированной подачей газообразного водорода в смеситель и последующего попеременного направления смеси водорода и кислорода в камеру сгорания с попеременным вводом в противоположную сторону и диспергирования криогенной жидкости. Подвижный элемент выполнен в виде поршня или диафрагмы.

Двигатель, содержащий камеру сгорания, соединенную попеременно с баком топлива и баком криогенной жидкости, и подвижный элемент, при этом баки топлива и баки криогенной жидкости выполнены в виде вложенных друг в друга баков, имеющих форму сфер, причем бак с жидким водородом окружен баком с жидким кислородом, а бак с жидким кислородом окружен баком с жидким воздухом или азотом, каждый из баков имеет независимые патрубки, патрубок от бака с жидким водородом последовательно соединен с контейнером с гидридами интерметаллидов и газовым дозатором, газовый патрубок от контейнера и патрубок от бака с жидким кислородом снабжены нагревателями, электрически соединенными со сверхпроводящим аккумулятором в виде сверхпроводящего кольца, расположенного в баке с жидким воздухом или азотом, а баки соединены со смесителем, который в свою очередь попеременно соединен с противоположными камерами сгорания. Сверхпроводящий аккумулятор энергии расположен преимущественно в нижней части бака с жидким азотом или воздухом. Патрубки сочленены с водородно-кислородным топливным элементом, содержащим анод и катод, отделенные друг от друга мембраной из твердополимерного электролита, причем анод и катод соединены как со сверхпроводящим аккумулятором энергии, так и со всеми потребителями электрической энергии. Потребителями электрической энергии являются нагреватели. Баки отделены друг от друга вакуумной теплоизоляцией.

К особенностям можно отнести и то, что сверхпроводящий аккумулятор энергии расположен преимущественно в нижней части бака с жидким азотом (воздухом). К другим особенностям можно отнести и то, что патрубки сочленены с водородно-кислородным топливным элементом, содержащим анод и катод, отделенные друг от друга мембраной из твердополимерного электролита, причем анод и катод соединены как со сверхпроводящим аккумулятором энергии, так и со всеми потребителями электрической энергии (нагревателями), и то, что баки отделены друг от друга вакуумной теплоизоляцией.

На рис. 1 изображена часть двигателя, содержащего преимущественно контейнеры с криогенной жидкостью и контейнер для хранения газообразного водорода.

Особенностью вновь предложенного двигателя является то, что баки топлива и баки криогенной жидкости 3 выполнены в виде вложенным друг в друга баков, имеющих форму сфер, причем бак с жидким водородом 5 (с наименьшей температурой кипения) окружен баком 6 с жидким кислородом, а бак 7 с жидким кислородом окружен баком с жидким воздухом (азотом), каждый из баков 5, 6, 7 имеет независимые патрубки 8, 9, 10, патрубок от бака 6 с жидким водородом последовательно соединен с контейнером 11 с гидридами интерметаллидов и газовым дозатором 12, газовый патрубок от контейнера 11 и патрубок от бака с жидким кислородом 7 снабжены нагревателями 13, электрически 14 соединенными с аккумулятором 15 в виде сверхпроводящего кольца, расположенного в баке с жидким воздухом (азотом) 7, а баки 5 и 6 соединены со смесителем 16, который в свою очередь попеременно соединен с противоположными камерами сгорания.

К недостаткам такого способа работы двигателя можно отнести лишь частичную замену углеводородного топлива, которую компенсируют при движении поршня в противоположную сторону за счет введения в камеру сухого подогретого воздуха с одновременной подачей и диспергирования криогенной жидкости. Другими словами, такой способ лишь частично снижает выброс вредных веществ.

В предлагаемом способе работы двигателя, основанном на попеременном режиме сжигания, движения подвижного элемента (поршня, диафрагмы) в противоположную сторону за счет введения в камеру сухого подогретого воздуха с одновременной подачей и диспергирования криогенной жидкости.

К особенностям вновь предложенного способа можно отнести то, что в качестве режима сгорания используют смеси газообразного кислорода и водорода, получаемые путем испарения отдельно хранящихся жидкого кислорода и водорода, перевода испарившегося водорода в газовый контейнер с гидридами интерметаллидов, заполнения камеры смешивания газообразным кислородом с последующей дозированной подачей газообразного водорода в смеситель и последующего попеременного направления смеси водорода и кислорода в камеру сгорания с попеременным вводом в противоположную сторону и диспергирования криогенной жидкости.

В качестве прототипа при рассмотрении двигателя можно рассмотреть двигатель [4], содержащий камеру сгорания 1, соединенную попеременно с баком топлива 2 и баком криогенной жидкости 3, и подвижный элемент (поршень, мембрана) 4.

Особенностью вновь предложенного двигателя является то, что баки топлива и баки криогенной жидкости выполнены в виде вложенным друг в друга баков, имеющих форму сфер, причем бак с жидким водородом (с наименьшей температурой кипения) окружен баком с жидким кислородом, а бак с жидким кислородом окружен баком с жидким воздухом (азотом), каждый из баков имеет независимые патрубки, патрубок от бака с жидким водородом последовательно соединен с контейнером с гидридами интерметаллидов и газовым дозатором, газовый патрубок от контейнера и патрубок от бака с жидким кислородом снабжены нагревателями.

К особенностям можно отнести и то, что сверхпроводящий аккумулятор энергии 15 расположен преимущественно в нижней части бака 7 с жидким азотом (воздухом). К другим особенностям можно отнести и то, что патрубки 8 и 9 сочленены с водородно-кислородным топливным элементом 17, содержащим анод 18 и катод 19, отделенные друг от друга мембраной 20 из твердополимерного электролита, причем анод 18 и катод 19 соединены как со сверхпроводящим аккумулятором энергии 15, так и со всеми потребителями электрической энергии (нагревателями 12), и то, что баки 5, 6, 7 отделены друг от друга вакуумной теплоизоляцией 21.

На рис 2. изображен двигатель при движении поршня в одну сторону, а на рис. 3 в противоположную сторону.

Зажигание водорода можно осуществлять как в режиме двигателя Отто (от искры) так и двигателя Дизеля (от сжатия).

Предложенный способ и устройство предназначены для создания полностью экологически чистого двигателя при повышенном КПД. Повышение КПД достигается за счет высокотемпературного сгорания водорода и низкотемпературного испарения жидкого воздуха с другой стороны поршня.

Источники информации

1. Патент RU 32458232 на систему зажигания водородного двигателя.

2. Каталог на 5680 патентов на водородные двигатели фирмы Toyota (Каталог есть в интернете).

3. SU №1254185, 30.08.1986.

4. Патент RU №2552621 на двигатель внутреннего сгорания и способ его работы.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам подачи криогенных жидкостей в двигатель внутреннего сгорания, и может быть использовано при создании новых типов двигателей с отсутствием выброса вредных веществ. Способ работы двигателя, основанный на попеременном режиме сжигания, движения подвижного элемента в противоположную сторону за счет введения в камеру сухого подогретого воздуха с одновременной подачей и диспергирования криогенной жидкости, при этом в качестве режима сгорания используют смеси газообразного кислорода и водорода, получаемые путем испарения отдельно хранящихся жидкого кислорода и водорода, перевода испарившегося водорода в газовый контейнер с гидридами интерметаллидов, заполнения камеры смешивания газообразным кислородом с последующей дозированной подачей газообразного водорода в смеситель и последующего попеременного направления смеси водорода и кислорода в камеру сгорания с попеременным вводом в противоположную сторону и диспергирования криогенной жидкости. Рассмотрен двигатель, содержащий камеру сгорания, соединенную попеременно с баком топлива и баком криогенной жидкости, и подвижный элемент, при этом баки топлива и баки криогенной жидкости выполнены в виде вложенных друг в друга баков, имеющих форму сфер, причем бак с жидким водородом окружен баком с жидким кислородом, а бак с жидким кислородом окружен баком с жидким воздухом или азотом, каждый из баков имеет независимые патрубки, патрубок от бака с жидким водородом последовательно соединен с контейнером с гидридами интерметаллидов и газовым дозатором, газовый патрубок от контейнера и патрубок от бака с жидким кислородом снабжены нагревателями, электрически соединенными со сверхпроводящим аккумулятором в виде сверхпроводящего кольца, расположенного в баке с жидким воздухом или азотом, а баки соединены со смесителем, который в свою очередь попеременно соединен с противоположными камерами сгорания. Изобретение обеспечивает повышение КПД экологического двигателя. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ работы двигателя, основанный на попеременном режиме сжигания, движения подвижного элемента в противоположную сторону за счет введения в камеру сухого подогретого воздуха с одновременной подачей и диспергирования криогенной жидкости, отличающийся тем, что в качестве режима сгорания используют смеси газообразного кислорода и водорода, получаемые путем испарения отдельно хранящихся жидкого кислорода и водорода, перевода испарившегося водорода в газовый контейнер с гидридами интерметаллидов, заполнения камеры смешивания газообразным кислородом с последующей дозированной подачей газообразного водорода в смеситель и последующего попеременного направления смеси водорода и кислорода в камеру сгорания с попеременным вводом в противоположную сторону и диспергирования криогенной жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подвижный элемент выполнен в виде поршня или диафрагмы.

3. Двигатель, содержащий камеру сгорания, соединенную попеременно с баком топлива и баком криогенной жидкости, и подвижный элемент, отличающийся тем, что баки топлива и баки криогенной жидкости выполнены в виде вложенных друг в друга баков, имеющих форму сфер, причем бак с жидким водородом окружен баком с жидким кислородом, а бак с жидким кислородом окружен баком с жидким воздухом или азотом, каждый из баков имеет независимые патрубки, патрубок от бака с жидким водородом последовательно соединен с контейнером с гидридами интерметаллидов и газовым дозатором, газовый патрубок от контейнера и патрубок от бака с жидким кислородом снабжены нагревателями, электрически соединенными со сверхпроводящим аккумулятором в виде сверхпроводящего кольца, расположенного в баке с жидким воздухом или азотом, а баки соединены со смесителем, который в свою очередь попеременно соединен с противоположными камерами сгорания.

4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что сверхпроводящий аккумулятор энергии расположен преимущественно в нижней части бака с жидким азотом или воздухом.

5. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что патрубки сочленены с водородно-кислородным топливным элементом, содержащим анод и катод, отделенные друг от друга мембраной из твердополимерного электролита, причем анод и катод соединены как со сверхпроводящим аккумулятором энергии, так и со всеми потребителями электрической энергии.

6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что потребителями электрической энергии являются нагреватели.

7. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что баки отделены друг от друга вакуумной теплоизоляцией.