Комбинированный двигатель Тарана Советский патент 1993 года по МПК F02B75/16 

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с одновременным использованием парового двигателя и может быть использовано в автомобиле- и судостроении.

Цель изобретения - повышение эффективности.

На фиг, 1 изображен комбинированный двигатель, разрез; на фиг.2 - рабочая камера газовая, разрез; на фиг.З - клапан-регулятор, разрез; на фиг.4 - элемент маховика (вид А).

Комбинированный двигатель содержит цилиндрический корпус 1. к наружному срезу которого крепятся снутри головки 2, а

снаружи опорные шарикоподшипники 3 маховика 4.

В средней части цилиндрического корпуса (цилиндра) 1 имеются пазы 5 для возвратно-поступательного движения пальца 6, а также крепятся шарикоподшипники качения 7 маховика 4. Внутри цилиндра 1 помещены сильфоны 8, представляющие собой вставленные друг в друга металлические меха, состоящие из широких, гибких, жаропрочных колец, соединенных между собой поочередно то внутренними, то наружными краями (по типу гофрированной трубки). Каждый металлический мех жестко крепится к неподвижной головке 2 цилиндра 1 с внутренней стороны, образуя

00 (X

со о

со

неподвижную часть смльфона 8, и в сжатом состоянии между ними и кольцами их составляющими свободного пространства не должно быть, за исключением отдельных. В разжатом состоянии сильфоны 8 между кольцами металлических мехов и самими металлическими мехами образуют несколько полостей (отсеков), которые являются рабочими объемами: газовым 9, паровым 10, компрессора воздуха 11, компрессора холодильника 12 и соединяющегося с ним 13 составляющих рубашку охлаждения, и которые через каналы имеющиеся в головке 2}соединяются с клапанами-регуляторами 14, 15, 16, патрубками 17 и 18, которые крепятся к наружной стороне головки 2 цилиндра 1.

Рабочие объемы сообщаются с рабочими камерами газовой 19, паровой 20, а также с системой забора воздуха 21 из внешней среды через фильтр (на схеме не показан), системой удаления отработанных .газов через теплообменник 22, холодильником, резервуаром жидкости и резервуаром с меняющимся объемом для неуспевшего сконденсироваться пара (на схеме не показаны).

Рабочий объем компрессора холодильника 12 и 13 (рубашка охлаждения) может сообщаться с таким же объемом противоположных сильфонов 8.

Внутри цилиндра 1 подвижная часть сильфонов 8 каждым своим металлическим мехом жестко крепится, герметизируя каждый отсек (рабочий объем), с диском 23, име- ющимпротивозаклинивакхщие подшипники 24 (показаны пунктиром т.к. в срез не попали) движущиеся по внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1, и который жестко соединяется с таким же диском противоположных сильфонов с помощью пальца 6, который на своих концах, выходящих через пазы 5 за пределы цилиндра 1, имеет опорные роликовые подшипники 25,движущиеся по волнообразному пазу 26 маховика 4 (фиг.4), имеющем соединительную муфту 27 (фиг.1) с шестерней отбора мощности и к которому крепится привод клапанов и электрогенератора 28.

С целью недопущения перекашивания самих сильфонов 8 (металлических мехов) к диску 23 и отдельно к головке 2 цилиндра 1 жестко прикреплены цилиндрические направляющие 29 выполняющие срединный промежуток рабочих объемов компрессоров холодильника (рубашки охлаждения).

К головке 2 крепится кожух 30, в котором размещен двигатель, его коммуникации и системы функционирования.

Возможны варианты расположения рабочих объемов их количества, а также варианты конструкции, к примеру, рабочие объемы газовый и паровой могут быть в виде

полой спирали.

Рабочая камера газовая 19 (камера сгорания) состоит из двух полостей: полости сжатого воздуха 31с увеличенной внутренней поверхностью и полости топлива 32,

которые сообщаются между собой с помощью регулируемого клапана 33. Рабочая камера газовая 19 не охлаждается, кроме места соединения форсунки 34 и регулируемого клапана 33, у которого и гнездо и сердечник охлаждаются жидкостью.

Снаружи поверхность камеры газовой 19 покрыта теплоизолирующим материалом или совмещена с камерой паровой 20.

Полость сжатого воздуха 31 питается от

рабочего объема компрессора воздуха 11, а в полость топлива 32 впрыскивается горючее из форсунки 34 (в равной степени может быть применен дозатор, приспособление постояйно подающее жидкое топливо, устройство подающее газовое топливо и др.).

Рабочая камера газовая 19 имеет люк 35 для регулирования объема камеры, осмотра и крепления катализаторов 36.

В обоих полостях камеры имеются электроды высокого напряжения 37,

Стержень сердечника 38 клапана 33 полый и внутри его имеется система циркуляции охлаждающей жидкости, головка сердечника своей нерабочей частью 39 крепится к стенке полости топлива 32 двумя жаропрочными трубкообразными металлическими мехами (сильфонами) 40, между стенками которых пространство с меняющимся объемом 41 охлаждающей жидкости,

которая циркулирует в процессе работы клапана 33 и одновременно является составной (прижимной и отжимной) частью привода клапана 33.

Камера паровая 20 представляет собой

сосуд, который нагревается отработанными газами, а в период начала работы двигателя и в холодных условиях дополнительно электричеством. Снаружи паровая камера также теплоизолирована.

Вся система использования пара имеет замкнутый цикл. Вода в камеру подается дозатором или форсункой по мере необходимости.

Клапаны-регуляторы 14.15,16 спарены.

по строению и принципу работы сходны с клапаном 33 рабочей камеры 19.

Гидравлические камеры системы приводов клапанов-регуляторов и клапана рабочей камеры газовой взаимосвязаны с приводом клапанов 28 и представляют собой также сильфоны или металлические полые пружины.

Комбинированный двигатель работает следующим образом.

Первоначально придается принудительное вращение маховику 4, возникает разжатое состояние сильфонов 8, после чего начинается сжатие. В этот период все клапаны-регуляторы 14, 15, 16 и клапан 33 рабочей камеры газовой переключены в такое положение, что рабочий объем компрессора воздуха 11 нагнетает воздух в полость сжатого воздуха 31 рабочей камеры газовой (камеры сгорания) 19. В это время подается топливо в полость топлива 32 рабочей камеры газовой 19. С рабочего объема парового 10 отработанный пар через систему трубопроводов подается на конденсацию. С рабочего объема газового 9 отработанный газ своей системой трубопроводов подается на теплообменник 22, который теплом питает камеру паровую и далее на нагреватель хладагента (окончательный охладитель выхлоп- ных газов). С рабочего объема компрессоров холодильника 12 и 13(рубаш- ки охлаждения) хладагент подается на охла- дитель выхлопных газов и далее на холодильник, где конденсирует пар.

После окончания сжатия сильфонов 8 начинается рабочий ход: на электроды 37 подается ток, клапаны-регуляторы 14,15,16 переключаются в другое рабочее положение, открывается клапан 33 рабочей камеры газовой 19 и снова подается ток на электроды 37, происходит взрыв топлива, который разжимает рабочий объем газовый 9, одновременно сжатый перегретый пар рабочей камеры паровой 20 разжимает рабочий объем паровой 10, а в это время происходит всасывание воздуха из внешней среды в рабочий объем компрессора воздуха 11 и всасывания хладагента из системы холодильника в рабочий объем компрессоров холодильника 12 и 13 (рубашку охлаждения).

При разжатии сильфонов 8, жестко с ним соединенный палец б совершает возвратно-поступательное движение в пазу 5 цилиндрического корпуса 1, а своими опорными роликовыми подшипниками 25, которые движутся по волнообразному пазу 26 маховика 4, производит вращение этого маховика 4.

Так как в неподвижном цилиндрическом корпусе 1 имеется два набора сильфо- нов 8,то их работа осуществляется поочередно и сила вращения маховика 4 почти непрерывная.

Особенность работы рабочей камеры газовой (камеры сгорания) 19 состоит в том, что в период, когда заполняется полость

сжатого воздуха 31, в полость топлива 32 подается топливо. По окончании наполнения полости сжатого воздуха (перед открытием клапана 33) в обоих полостях, полости 5 сжатого воздуха 31 и полости топлива 32, производятся одновременно мощные электрические разряды, которые пронизывают газовое содержимое полостей при высокой температуре, что дополнительно готовит их

0 для более полной реакции. После чего от- крвается клапан 33 и повторно производится электрический разряд с целью максимального использования смеси воздуха и газообразного топлива.

5 Подаваемая вода в камеру паровую 20 преобразуется в рабочий пар. а отработанный пар после рабочего объема парового 10 подается на конденсацию на холодильник. Хладагент холодильника нагревается до

0 допустимых параметров в полости рабочего объема компрессоров холодильника 12 и 13 (рубашке охлаждения) и при охлаждении отработанных газов после теплообменника 22 камеры паровой.

5 Конструкция предусматривает использование нагрева стенок рабочей камеры газовой 19 и рабочей камеры паровой 20. Что позволяет в качестве топлива для рабочей камеры газовой 19 применять низкосорт0 ные виды топлива.

С целью предупреждения перехода тепла с камер на смежные детали, их крепление к клапанам-регуляторам, как и крепление клапанов-регуляторов к головке 2 цилиндра

5 1 и к трубопроводам должно быть через теп- лоизолирующие прокладки.

Как видно на схемах предусматривается и охлаждение элементов двигателя жидкостью.

0 Для обеспечения электричеством на обеих концах двигателя имеются генераторы электричества.

Применение камеры паровой позволит уменьшить расход топлива.

5 Использование электрического разряда для подготовки разогретого и сжатого воздуха и топлива в рабочей камере газовой перед их смешением и во время смешения в присутствии катализаторов позволит мак0 симально использовать их реакцию и повысит экономическую и экологическую эффективность.

Для улавливания продуктов сгорания после рабочего цикла могут быть примене5 ны жидкостные поглотители с периодической заменой жидкости и ее централизованным обезвреживанием, что также повысит экологичность устройства.

Предлагаемый комбинированный двигатель экономичнее существующих, так как

за счет повышения температуры в камере сгорания, предварительной подготовки компонентов сгорания электрическим разрядом, применения катализаторов и использования паровой камеры, утилизирующей тепло продуктов камеры сгорания, позволяет в качестве топлива использовать меньшее количество газового, дизельного или другого вида топлива за счет применения пара более 35%, в результате повышается КПД и меньше загрязняется среда обитания человека.

Формула изобретения 1, Комбинированный двигатель, содержащий корпус, рубашку охлаждения, ци- линдр, головки цилиндра с впускными и выпускными патрубками, снабженными запорными органами, рабочие элементы, раз- мещенные в цилиндре оппозитно, с образованием рабочих и компрессорных ка- мер переменного объема, камеру сгорания с устройством воспламенения заряда, махо- -вик, выполненный в виде втулки, установленной вокруг цилиндра, и палец, жестко связанный с рабочими элементами и распо- ложенный перпендикулярно оси цилиндра,

причем на внутренней поверхности маховика выполнен замкнутый криволинейный паз, в котором расположены посредством элементов качания концы пальца, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, он снабжен паровой камерой переменного объема с теплообменником, подсоединенным к выпускному патрубку, рабочие элементы выполнены в виде дисков и сильфонов, причем последние расположены концентрично оси цилиндра и жестко связаны с дисками и головками цилиндров, а рубашка охлаждения, рабочая, компрессорная и паровая камеры расположены между сильфонами.

2. Двигатель поп.1,отличающий- с я тем, что камера сгорания выполнена в виде полости постоянного объема, связанной с рабочей камерой при помощи впускного патрубка.

3. Двигатель по пп.1 и 2, о т л и ч а ю - иц и и с я тем, что он связан камерой с электродами для обработки топлива, связанной с камерой сгорания при помощи соединительного отверстия управляемым клапаном,

tpu.3

Использование: в двигателях внутреннего сгорания и паровых двигателях, может быть применен в авто- и судостроении. Двигатель содержит неподвижный цилиндрический корпус 1, внутри которого расположен палец 6, связывающий жестко два диска 23 и выходящий через паузы в корпусе 1 к волнообразным пазам иращающегося снаружи корпуса маховика 4, & по обе стороны дисков смонтированы сильфоны 8, работающие поочередно и представляющие собой вставленные друг в друга трубкообразные металлические меха, соединенные между собой то внутренними, то наружными краями металлические кольца в виде гофрированных трубок и образующие между собой рабочие объемы, герметически прикрепляющиеся к внутренней стороне головки 2 цилиндрического корпуса 1 и к диску, снабженному про- тивозакл и кивающими подшипниками, движущимися по неподвижному цилиндрическому корпусу 1, а в головке 2 предусмотрены каналы для заполнения рабочих объемов газом, паром, хладагентом и воздухом, поступление которых регулируется с помощью клапанов-регуляторов, попарно расположенных, между которыми установлены рабочие камеры: газовая 19 с клапаном 33, электродами высокого напряжения 37, питающихся от генераторов, закрепленных на корпусе, устройством для подачи топлива 34 и паровая с устройством для подачи воды. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. Ј