Свободнопоршневой водородно-кислородный дизель Советский патент 1993 года по МПК F02B71/00 F03G7/00 

Изобретение относится к двигателест- роению, к свободно-поршневым дизелям.

Целью изобретения является повышение эффективности работы дизеля за счет применения в нем более эффективного каталитического реактора.

На чертеже изображена схема свобод- нопоршневого водородно-кислородного дизеля.

Свободнопоршневой водородно-кисло- родный дизель содержит четыре вертикально установленные цилиндра 1, 2, 3, 4, сообщенные с впускными 5 и выпускными клапанами 6. паровыми форсунками 7 и датчиками давления газа 8. Внутри этих цилиндров 1. 2, 3, 4 установлены поршни 9, связанные попарно, через шатуны 10 с коромыслами 11, 12 и далее, через центральный вал 13с двумя клиновыми обгонными муфтами 14,15, которые, через цилиндрические шестерни 16, 17 и 18, 19, 20 связаны с выходным валом 21.

В нем установлены каталитические реакторы 22 на каждом цилиндре 1, 2, 3, 4 после выпускных клапанов 6, в которых на входе установлен гетерогенный катализатор 23. Далее в них установлены гетерогенные мембранные катализаторы. Для водорода мембрана 24, а для кислорода мембрана 25. За мембранами 24 и 25 расположены теплообменники 26, 27, полости которых сходятся в смесителе 28. В мембранной камере 29 установлен предохранительный клапан 30.

Предложенный дизель снабжен электронной схемой управления рабочим циклом содержащей электронный блок управления 31, задающее устройство 32, датчик давления газа 8, датчик температуры в каталитическом реакторе 33, датчик температуры 34 в смесителе 28 водорода с кислородом, паровую форсунку 7 с электроприводом, датчик открытия впускного клапана 35, датчик открытия выпускного клапана 36, впуск ной 5 и выпускной клапан 6 с электроприводами (на чертеже электрическая связь между электронным блоком управления 31 и впускным и выпускным клапаном б не показана).

Свободнопоршневой водородно-кисло- родный дизель работает следующим образом. В цилиндре 1 производится впуск, в цилиндре 2 - сжатие, в цилиндре 3 - рабочий ход, в цилиндре 4 - выпуск. Далее рабочие циклы в этих цилиндрах продолжаются по общей схеме впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Поэтому рассмотрим рабочий процесс, только происходящий в цилиндре 4, В нем произошел выпуск отработанного пара с температурой 450-550°С. через выпускной клапан 6 с электроприводом (сигнал на открытие клапана 6 подавался электронным блоком управления 31 после поступления на него сигнала с датчика открытия выпускного

клапана 36) во входной гетерогенный катализатор 23, каталитического реактора 22. Здесь производится предварительная термокаталитическая диссоциация водяного пара на водород и кислород. Далее катили0 тическими мембранами 24, 25 водород и кислород переносятся в теплообменники 26, 27, в которых они интенсивно охлаждаются до температуры порядка 100-200°С (при этой температуре водород с кислоро5 дом взаимодействуют очень слабо), которая регулируется с помощью системы: датчик температуры 34 в смесителе 28, электронный блок управления 31, задающее устройство 32 и привод подачи охладителя на

.0 теплообменники 26, 27 (на схеме не показан).

Далее датчик открытия впускного клапана 35 подаст электрический сигнал на электронный блок управления 31, который

5

подаст управляющий сигнал на закрытие

выпускного клапана 6 и управляющий сигнал на открытие впускного клапана 5. После чего поршень 9 в цилиндре 4 движется от крайнего верхнего положения к крайнему

0 нижнему положению. При этом в цилиндре 4 производится впуск смеси водорода с кислородом до момента, когда датчик открытия выпускного клапана 36 не подаст электрический сигнал на электронный блок управле5 кия 31, который подаст управляющий сигнал на закрытие впускного клапана 5. Далее поршень 9 в цилиндре 4 движется от крайнего нижнего положения к крайнему верхнему положению, при этом, в этом ци0 линдре 4 производится сжатие смеси водорода с кислородом, которая при достижении температуры сжатия 550-600°С самовоспламеняется. После чего в цилиндре 4 производитсягорение-расширение

5 (рекомбинация водорода с кислородом в водяной пар), температура при этом достигает 2800°С. При достижении давления горения максимального значения и начале его спада, датчик давления газа 8 дает об этом

0 электрический сигнал в электронный блок управления 31. Сюда же подается электрический сигнал с датчика температуры в каталитическом реакторе 33 и задающего устройства 32. С учетом всех этих сигналов

5 электронный блок управления 31 подает управляющий сигнал на паровую форсунку 7 после момента максимальной температуры горения. Паровая форсунка 7 с помощью количества впрыскиваемого водяного пара регулирует температуру выпуска водяного

пара в гетерогенный катализатор 23 в диапазоне 450 550°С. При подходе поршня 9 в цилиндре 4 к крайнему нижнему положе- ниНэ, датчик открытия выпускного клапана 36 дает сигнал в электронный блок управле- ни|я 31, который выдает управляющий сигнал на открытие выпускного клапана 6. Дг)лее поршень 9 в цилиндре 4 движется от крайнего нижнего положения к крайнему ве эхнему положению и в цилиндре 4 производится выпуск водяного пара через выпуск -юй клапан 6 в каталитический реактор22. Дслее процесс в этом цилиндре 4 повторяется снова.

В мембранной камере 29 установлен предохранительный клапан 30, который от- кр вается при увеличении давления газов вь ше допустимого и перепускает пар в сис- тему впрыска пара в цилиндр (на схеме не показана система, за исключением паровой фс рсунки 7).

; При пуске двигателя в работу к нему подключаются для его питания газовые бал- ло|ны с водородом и кислородом.

. Применение свободнопоршневого во- до родно-кислородного дизеля позволит сэксуг.

номить

большое

количество

юводородного топлива за счет применена уникального свойства избирательной проницаемости среды сплавов благородных металлов с другими элементами. Например сплава палладия в отношении водорода и сплава серебра в отношении кислорода (книга Б.М.Грязнова и др. с. 124, 135, 203-208); За счет внутренних полей и эьергий этих гетерогенных мембранных катализаторов производится отрыв молекул водорода и кислорода от молекул водяного пг ра (в нашем случае они уже оторваны при помощи предварительного гетерогенного, возможно и с соучастием гомогенного катализа с помощью сурьмяно-цинкового ката- Л1/ затора или другого более современного с

более низкой рабочей температурой катализа), диссоциация молекул на атомы, диффузия их на обратную сторону мембраны и рекомбинация атомов в молекулы там. Из этого видно, что топливом в предложенном дизеле является вода. И никаких выхлопов, так как система замкнутая.

Формула изобретения

1. Свободнопоршневой водородно-кислородный дизель, содержащий четыре вертикально размещенных цилиндра, снабженных впускными и выпускными клапанами, паровыми форсунками и датчиками давления газа, поршни, размещенные в цилиндрах и кинематически связанные с выходным валом при помощи шатунов, коромысел, промежуточных валов и цилиндрических шестерен, снабженных клиновымиобгонными муфтами,

сурьмяно-цинковый каталитический реактор для разложения воды на водород и кислород, электронную систему управления рабочим циклом, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения эффективности работы, сурьмяно-цинковый каталитический реактор размещен вне цилиндров после выпускных клапанов, выполнен в виде объемных элементов с использованием проволочной сетки, набивки из пористого

сплава и дополнительно снабжен разделительными мембранными катализаторами из благородных металлов и смесителем водорода с кислородом.

2. Дизель по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения работы по четырехтактному циклу, электронная система управления содержит электронный блок управления, задающее устройство, датчики температуры в каталитическом реакторе и смесителе водорода с кислородом, датчики открытия впускных и выпускных клапанов и электропривод паровой форсунки и клапанов.

Использование: автономные знергети- че|;кие установки, транспорт и другие самоходные средства. Сущность изобретения: двигатель содержит вертикально установ- лейные цилиндры 1, 2, 3, 4, сообщенные с впускными 5 и выпускными 6 клапанами, па;ровыми форсунками 7 и датчиками давления газа 8. Внутри цилиндров установлены поршни 9, связанные попарно через шатуны 10 с коромыслами 11,12 и далее, через центральный вал 13 с двумя клиновыми обгонными муфтами 14, 15 и через цилиндрические ше-.терни 16, 17, и 18, 19, 20 связаны с выходным валом 2-1. В дизеле предусмотрена система впрыска низкотемпературного пара воды в высокотемпературные пары цилиндра для регулирования температуры выхлопа в каталитический реактор в пределах 450-550°С, а также установлен термокаталитический реактор, в котором производится диссоциация водяного пара на водород и кислород, диффузия их через мембранные катализаторы, охлаждение их и смесеобразование. 1 з.п, ф-лы, 1 ил. «