Двигатель внутреннего сгорания работающий на воде и способ его работы

Научно-технические статьи, патенты,
технологии, изобретения, инновации

Двигатель внутреннего сгорания работающий на воде и способ его работы

Патент Российской Федерации RU2099548

Дата начала действия патента: 1994.11.29

Назначение: в двигателях внутреннего сгорания.

Сущность изобретения: ДВС по первому варианту выполнения включает образующие камеру сгорания (4), цилиндр (1) с головкой (3) и поршень (2), подпоршневая полость (5) которого сообщена с атмосферой. В головке (3) цилиндра размещены: впускной клапан (6), сообщающий камеру сгорания (4) с атмосферой при движении поршня (2) к НМТ и обратные клапаны (7), обеспечивающие выпуск в атмосферу продуктов из камеры сгорания. Камера сгорания (4) выполнена с предкамерами (8), в каждой из которых установлен клапан (9) подачи гремучего газа и свеча зажигания (10). Предпочтительно предкамеры выполнены в боковой стенке цилиндра над поршнем при его нахождении в НМТ. Способ работы двигателя включает сообщение камеры сгорания с атмосферой при движении поршня к НМТ, а также герметизацию камеры сгорания, подачу и воспламенение топливной смеси, производимые при приближении поршня к НМТ. В качестве топливной смеси используют гремучий газ. ДВС по второму варианту выполнения включает камеру сгорания (4), образованную цилиндром (1) с головкой (3) и поршнем (2), подпоршневая полость (5) которого сообщена с атмосферой. В головке (3) размещены клапан (9) подачи топливной смеси и свеча зажигания (10). В боковой стенке цилиндра (1) над поршнем при его расположении в НМТ установлены обратные клапаны (7), обеспечивающие выпуск продуктов из камеры сгорания (4) в атмосферу. Способ работы такого двигателя включает подачу в камеру сгорания топливной смеси и воспламенение ее - при приближении поршня к ВМТ, и выпуск через обратные клапаны продуктов из камеры сгорания - при приближении поршня к НМТ. Двигатели работают по двухтактному циклу, причем в двигателе по первому варианту рабочим является ход поршня к ВМТ, в двигателе по второму варианту рабочими являются оба хода.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретения касаются двигателей внутреннего сгорания, используемых в различных отраслях промышленности и представляющих собой наиболее массовый тип силовых установок.

Известен двигатель внутреннего сгорания, включающий образующие камеру сгорания цилиндр с головкой и поршень и размещенный в головке цилиндра впускной клапан, сообщающий камеру сгорания с атмосферой при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней (Двигатель внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М. Машиностроение, 1990, с. 5, рис. 1, рис. 4, с. 16-18).

Известно размещение в головке цилиндра двигателя клапана подачи топливной смеси и свечи зажигания (там же, с. 146-148, рис. 111). Подпоршневая полость в известных двигателях обычно находится под атмосферным давлением (там же, с. 66).

Способ работы известного двигателя включает следующие процессы (там же, с. 16-18, рис. 4):

  • впуск, при котором поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, а камера сгорания сообщена с атмосферой;

  • сжатие, при котором поршень движется от нижней мертвой точки к верхней, а камера сгорания герметизирована; при приближении поршня к верхней мертвой точке в камеру сгорания впрыскивают топливо и воспламеняют его;

  • сгорание и расширение (рабочий ход), при котором поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, а камера сгорания герметизирована;

  • выпуск, при котором поршень движется от нижней мертвой точки к верхней, а камера сгорания сообщена с атмосферой.

В известных поршневых двигателях внутреннего сгорания газы, образующиеся при сгорании топлива, давят на поршень, перемещая его в цилиндре; поступательное перемещение поршня кривошипно-шатунным механизмом преобразуется во вращение коленчатого вала.

Известно, что отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания являются одним из основных факторов загрязнения окружающей среды и включают оксиды углерода, азота, углеводороды, альдегиды, свинец и др. (см. там же, с. 34-36).

Настоящие изобретения направлены на создание экологически безопасного двигателя внутреннего сгорания.

Согласно первому варианту выполнения двигатель внутреннего сгорания включает камеру сгорания, образованную цилиндром с головкой и поршнем, подпоршневая полость находится под атмосферным давлением, размещенный в головке цилиндра впускной клапан, сообщающий камеру сгорания с атмосферой при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней, клапан подачи топливной смеси и свечу зажигания и отличается тем, что в головке цилиндра установлен, по крайней мере, один обратный клапан, обеспечивающий выпуск в атмосферу продуктов из камеры сгорания, а камера сгорания выполнена, по крайней мере, с одной предкамерой, в которой установлен клапан подачи топливной смеси и свеча зажигания.

Такое выполнение обеспечивает выхлоп через обратный клапан продуктов из камеры сгорания, резкое снижение давления с образованием разности давлений, действующих на поршень.

Отличие первого варианта выполнения двигателя состоит также в том, что предкамера выполнена в боковой стенке цилиндра над поршнем при его расположении в нижней мертвой точке.

Такое выполнение позволяет ориентировать фронт пламени в направлении выхлопа продуктов из камеры сгорания и получить большее разряжение.

Изобретение, относящееся к способу работы двигателя внутреннего сгорания, при котором при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней камеру сгорания сообщают с атмосферой, герметизируют камеру сгорания, подают топливную смесь и воспламеняют ее, отличается тем, что герметизацию камеры сгорания, подачу топливной смеси и воспламенение ее осуществляют при приближении поршня к нижней мертвой точке.

При таком выполнении операций обеспечивается двухтактная работа двигателя с рабочим ходом при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней.

Отличие предлагаемого способа состоит также в том, что в качестве топливной смеси предлагается использовать гремучий газ, например, получаемый электролизом воды.

Единственным соединением, образующимся в результате сгорания такой топливной смеси, является вода, а отработавшие газы представляют собой увлажненный воздух.

Второй вариант выполнения двигателя внутреннего сгорания, включающего камеру сгорания, образованную цилиндром с головкой и поршнем, подпоршневая полость которого находится под атмосферным давлением, и размещенные в головке цилиндра клапан подачи топливной смеси и свечу зажигания отличается тем, что в боковой стенке цилиндра над поршнем при его расположении в нижней мертвой точке установлен, по крайней мере, один обратный клапан, обеспечивающий выпуск продуктов из камеры сгорания.

Такое выполнение позволяет использовать энергию, выделяющуюся при сгорании топливной смеси, для перемещения поршня с выпуском отработавших газов при приближении поршня к нижней мертвой точке; при этом происходит резкое снижение давления в камере сгорания и ее герметизация с образованием разности давлений, действующих на поршень.

Изобретение, касающееся способа работы второго варианта выполнения двигателя состоит в том, что при приближении поршня к верхней мертвой точке в камеру сгорания подают топливную смесь и воспламеняют ее, а также производят выпуск продуктов из камеры сгорания и отличается тем, что выпуск продуктов из камеры сгорания осуществляется через обратный клапан при приближении поршня к нижней мертвой точке.

При таком выполнении операций оба хода поршня в цикле являются рабочими: к нижней мертвой точке под давлением газов, действующих на поршень со стороны камеры сгорания; к верхней мертвой точке под атмосферным давлением, действующим на поршень со стороны подпоршневой полости.

На фиг. 1 приведен первый вариант выполнения двигателя в разрезе; на фиг. 2 второй вариант выполнения двигателя внутреннего сгорания в разрезе.

При сгорании топливной смеси резко повышается давление в камере сгорания 4; этим давлением открываются установленные в головке 3 цилиндра обратные клапаны 7 и происходит выхлоп в атмосферу продуктов из камеры сгорания. Давление в камере сгорания 4 резко понижается и обратные клапаны 7 закрываются, герметизируя камеру сгорания 4.

Поршень 2 атмосферным давлением, действующим со стороны подпоршневой полости 5, перемещается от нижней мертвой точки к верхней, совершая рабочий ход.

По достижении поршнем 2 верхней мертвой точки открывается впускной клапан 6 и цикл повторяется.

  • герметизации камеры сгорания, подаче топливной смеси и воспламенении ее при приближении поршня к нижней мертвой точке.

Ход поршня от нижней мертвой точки к верхней является рабочим ходом и осуществляется под действием атмосферного давления со стороны подпоршневой полости 5.

Работает предлагаемый двигатель внутренненго сгорания следующим образом

При приближении поршня 2 к верхней мертвой точке в камеру сгорания 4 через клапан 9, приводимый, например, от распределительного вала, подают топливную смесь гремучий газ, и воспламеняют его. Давление в камере сгорания резко возрастает и, воздействуя на поршень 2, перемещает его к нижней мертвой точке. При приближении поршня к нижней мертвой точке в зону повышенного давления попадает обратный клапан 7, через который происходит выхлоп продуктов из камеры сгорания с резким понижением давления в ней ниже атмосферного. Продукты сгорания топливной смеси, представляющие собой водяной пар и остающиеся в камере сгорания, конденсируются, понижая абсолютную величину давления в камере сгорания и поршень под давлением, действующим со стороны подпоршневой полости 5, перемещается от нижней мертвой точки к верхней. Затем цикл повторяется.

  • выпуске продуктов из камеры сгорания через обратный клапан при приближении поршня к нижней мертвой точке.

Таким образом, двигатель по второму варианту выполнения работает по двухтактному циклу, причем оба такта являются рабочими:

  • при движении поршня к нижней мертвой точке за счет использования энергии, получаемой от сжигания топливной смеси;

  • при движении поршня к верхней мертвой точке за счет использования атмосферного давления.

Если в известных двигателях внутреннего сгорания энергия, получаемая при сжигании топлива, должна обеспечить приложение к поршню со стороны камеры сгорания сил, достаточных для преодоления инерции поступательно и вращательно движущихся частей, трения и полезного сопротивления потребителя энергии, то в предлагаемом двигателе по первому варианту выполнения энергия топлива расходуется на эвакуацию продуктов из камеры сгорания; перемещение поршня при рабочем ходе и работа против основных сил сопротивления выполняется атмосферным давлением, действующим со стороны подпоршневой полости.

Понятно, что энергозатраты при этом будут несопоставимо ниже энергозатрат в известных двигателях внутреннего сгорания.

В двигателе по второму варианту выполнения преследуется цель добиться цикла, в котором первый такт осуществлялся бы как рабочий ход в двигателе традиционной конструкции, а второй с использованием атмосферного давления, в соответствии с основной идеей двигателя по первому варианту выполнения.

  • в двигателе по второму варианту выполнения воду и ее пары.

Относительно низкая теплопроизводительность водородного топлива позволяет снять весьма высокие требования к материалам деталей двигателя, упростить конструкции основных деталей поршневой группы, механизма газораспределения, системы охлаждения и т.д.

Понятно, что получение топливной смеси для силовой установки транспортного средства с предлагаемым двигателем внутреннего сгорания может осуществляться электролизом воды в электролизере, установленном на этом транспортном средстве.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

  1. Двигатель внутреннего сгорания работающий на воде, включающий образующие камеру сгорания цилиндр с головкой и поршень, подпоршневая полость которого находится под атмосферным давлением, размещенный в головке цилиндра впускной клапан, сообщающий камеру сгорания с атмосферой при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней, клапан подачи топливной смеси и свечу зажигания, отличающийся тем, что в головке цилиндра установлен по крайней мере один обратный клапан, обеспечивающий выпуск в атмосферу продуктов из камеры сгорания, а камера сгорания выполнена по крайней мере с одной предкамерой, в которой установлен клапан подачи топливной смеси и свеча зажигания.

  2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что предкамера выполнена в боковой стенке цилиндра над поршнем при его расположении в нижней мертвой точке.

  3. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, при котором при движении поршня от верхней мертвой точки к нижней камеру сгорания сообщают с атмосферой, герметизируют камеру сгорания, подают топливную смесь и воспламеняют ее, отличающийся тем, что герметизацию камеры сгорания, подачу топливной смеси и ее воспламенение осуществляют при приближении поршня к нижней мертвой точке.

  4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве топливной смеси используют гремучий газ.

  5. Двигатель внутреннего сгорания, включающий камеру сгорания, образованную цилиндром с головкой и поршнем, подпоршневая полость которого находится под атмосферным давлением, размещенные в головке цилиндра клапан подачи топливной смеси и свечу зажигания, отличающийся тем, что в боковой стенке цилиндра над поршнем при его расположении в нижней мертвой точке установлен по крайней мере один обратный клапан, обеспечивающий выпуск продуктов из камеры сгорания.

  6. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, при котором при приближении поршня к верхней мертвой точке в камеру сгорания подают топливную смесь и воспламеняют ее, а также производят выпуск продуктов из камеры сгорания, отличающийся тем, что выпуск продуктов из камеры сгорания осуществляют через обратный клапан при приближении поршня к нижней мертвой точке.

Поделиться статьёй с друзьями:

Другие статьи раздела "Электроэнергетика":

  1. 09.12.13 Гидроэнергетика
  2. 09.12.13 Магнито-электрический генератор на основе кольцевого постоянного магнита
  3. 09.12.13 Тесла–генератор тока
  4. 28.10.13 Двигатель внутреннего сгорания работающий на воде и способ его работы
Страницы: 01 02 03 04 05