Двухтактный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двухтактным двигателям. Изобретение позволяет создать высокоэкономичный и экологически чистый двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр с впускным, выпускным клапанами, поршнем и головкой цилиндра со свечой зажигания, образующими камеру сгорания, источник водорода и кислорода, источник давления подачи водорода и кислорода. Поршень выполнен с герметичной полостью, где установлен впускной клапан, выполненный автоматическим (самодействующим). Источник давления подачи водорода и кислорода выполнен в виде нагнетателя, кинематически связанного с коленчатым валом двигателя, сообщенного подающим каналом с герметичной полостью поршня и впускным трубопроводом с всасывающим клапаном и дросселем, сообщенным с источником водорода и кислорода. Нагнетатель выполнен в виде полого сильфонного (гофрированного) нагнетателя, который соосно и разъемно нагнетательной стороной закреплен к юбке поршня, а всасывающей - к картеру двигателя. Источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера с подводкой питания от бортового источника постоянного тока. Выпускной трубопровод через холодильник сообщен с электролизером. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, и может быть широко использовано в двигателестроении.

Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания с клапанно-щелевой продувкой, содержащий кривошипно-шатунный, газораспределительный механизмы и системы - охлаждения, смазки, питания, зажигания, где в цилиндре двигателя от начала сгорания предыдущей порции заряда до подготовки к сгоранию следующей достаточно одного оборота коленчатого вала или двух ходов поршня. Воздух при этом поступает от источника давления, например нагнетателя. Для питания используется углеводородное топливо (см. Рытвинский Г.Н. Знакомьтесь - двигатель М.: Машиностроение, 1993 г., стр.10-14, рис.56).

Недостатками известного двигателя являются значительные эксплуатационные расходы из-за дороговизны углеводородного топлива и высокая токсичность выхлопных газов.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр, свечу зажигания, воздуховпускной патрубок с диффузором и карбюратором, систему питания водородом и источник электрического тока, первый полюс которого связан с свечой зажигания и с электродом в поплавковой камере карбюратора. Второй полюс связан с корпусом двигателя, с иглообразным электродом в диффузоре и с воздуховпускным патрубком системы питания водородом. В результате бензоводородовоздушная смесь электризуется и при поступлении в камеру сгорания в зоне свечи зажигания концентрируются молекулы водорода, что создает повышенную скорость процесса выгорания обедненной смеси и повышает экономичность двигателя (см. а.с. СССР 1020594, опубл. 30.05.1983).

Недостатками этого двигателя также являются высокие эксплуатационные расходы на углеводородное топливо и высокая токсичность отработавших газов.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с полостью охлаждения, водоохладитель, насос, водородный реактор с энергоаккумулирующим веществом, бак с водой, через нагнетатель соединенный с водородным реактором, и водонагреватель, трубопроводом соединенный с водородным реактором и воздуховпускным трубопроводом двигателя. Собирающийся в газовой полости водонагревателя водород через воздуховпускной трубопровод поступает в камеру сгорания двигателя (см. а.с. СССР 1071791, опубл. 07.02.1984).

Недостатком известного двигателя является сложная, материалоемкая и ненадежная конструкция, которую из-за громоздкости невозможно эксплуатировать в качестве силовой установки, например, на легковом автомобильном транспорте.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, впускной, выпускной клапаны и головку цилиндра со свечой зажигания, образующими камеру сгорания, систему подачи углеводородного топлива и источник водорода с форсункой его подачи. Форсунка установлена рядом со свечой зажигания и в конце такта сжатия через боковой канал производит подачу порции водорода, чем и способствует зажиганию обедненной бензовоздушной смеси, повышая экономичность двигателя (Патент РФ 2151892, опубл. 26.06.2000).

Недостатками ближайшего аналога являются сложность конструкции из-за наличия двух систем питания, в том числе и баллонного водорода, и значительные эксплуатационные расходы, связанные с потреблением углеводородного топлива, и высокая токсичность выхлопных газов, отравляющих окружающую среду.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании высокоэкономичного и экологически чистого двухтактного двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в двухтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр с впускным, выпускным клапанами, поршнем и головкой цилиндра со свечой зажигания, образующими камеру сгорания, источник водорода и кислорода, источник давления подачи водорода и кислорода. Согласно изобретению поршень выполнен с герметичной полостью, где установлен впускной клапан, выполненный автоматическим (самодействующим), источник давления подачи водорода и кислорода выполнен в виде нагнетателя, кинематически связанного с коленчатым валом двигателя, сообщенного подающим каналом с герметичной полостью поршня и впускным трубопроводом с всасывающим клапаном и дросселем, сообщенным с источником водорода и кислорода.

Нагнетатель может быть выполнен в виде полого сильфонного (гофрированного) нагнетателя, который соосно и разъемно нагнетательной стороной закреплен к юбке поршня, а всасывающей - к картеру двигателя.

Источник водорода и кислорода может быть выполнен в виде электролизера с подводкой питания от бортового источника постоянного тока.

Выпускной трубопровод через холодильник может быть сообщен с электролизером.

Фиг.1 - продольный разрез двигателя,

фиг.2 - вид А фиг.1,

фиг.3. - вид Б фиг.1.

Пример выполнения предлагаемого решения. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей меде, один цилиндр 1 (фиг.1), выпускной клапан 2 с принудительным управлением 3, поршень 4 с впускным автоматически действующим клапаном 5, установленным в герметичной полости 6, головку цилиндра 7 со свечой зажигания 8, образующими камеру сгорания 9, систему охлаждения 21 двигателя. Источник давления подачи водорода и кислорода (нагнетатель) выполнен в виде полого сильфонного (гофрированного) нагнетателя 10, кинематически связанного с коленчатым валом, соосно и разъемно, например, болтами 11 (фиг.1-3), нагнетательной стороной закреплен к юбке поршня, а всасывающей, например, болтами 12, разъемно к картеру двигателя.

При этом сильфонный нагнетатель подающим каналом 13 сообщен с герметичной полостью поршня, а трубопроводом с всасывающим клапаном 14 и с дроссельной заслонкой 15 сообщен с источником водорода и кислорода. Причем нагнетательным клапаном для сильфонного нагнетателя служит впускной клапан в поршне двигателя. Источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера 16 с подводкой постоянного тока к электродам 17 от бортового аккумулятора 18. Выпускной трубопровод 19 двигателя может быть через холодильник 20 сообщен с электролизером.

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Для пуска двигателя включают зажигание, открывают дроссельную заслонку 15 (фиг.1) и стартером проворачивают вал. Постоянный ток от аккумулятора 18 поступит на электроды 1 электролизера 16. При протекании постоянного тока через электролит, например водный раствор едкого кали, происходит разложение воды на водород и кислород. Поршень 4 от НМТ перемещается к ВМТ - такт сжатия. Выпускной 2 и впускной 5 клапаны закрыты. Полученная в результате электролиза водородокислородная смесь из электролизера 16 по впускному трубопроводу, через дроссельную заслонку 15 и открытый всасывающий клапан 14 поступит в сильфонный нагнетатель 10. То есть при такте сжатия сильфонный нагнетатель 10 забирает из электролизера 16 цикловую дозу смеси, определенную дросселем 15. Свеча зажигания 8 электрической искрой воспламеняет сжатую в камере сгорания 9 рабочую смесь. Расширяющиеся газы создают в цилиндре 1 над поршнем 4 давление, под действием которого поршень 4 перемещается от ВМТ к НМТ, происходит рабочий ход. Впускной 5, выпускной 2 и всасывающий 14 клапаны закрыты. В сильфонном нагнетателе 10 в результате перемещения поршня 4 происходит сжатие цикловой дозы смеси. В конце такта расширения механизмом газораспределения 3 принудительно открывается выпускной клапан 2 и в цилиндре 1 давление газов упадет до атмосферного значения. Впускной автоматически действующий клапан 5 под давлением, созданным в сильфонном нагнетателе 10, откроется, и цикловая доза водородокислородной смеси через подающий канал 13 и герметичную полость 6 поступит в цилиндр 1. И циклы повторяются. Частота оборотов вала двигателя регулируется дросселем 15, которым увеличивают или уменьшают цикловую дозу смеси, поступающую в цилиндр 1. Выпускной трубопровод 19 для сбора конденсата воды из выхлопных газов и возврата ее в цикл через холодильник 20 сообщают с электролизером 16.

Электроды электролизера могут быть выполнены, например, из никеля, любой известной формы, например, в виде полых цилиндров, с проточками, обеспечивающими свободное прохождение газа и электролита в рабочей полости, или могут быть выполнены из сетки, концентрично с зазором вписывающиеся один в другой, например катод, выполненный с зазором, вписывающийся в анод.

Всасывающий клапан может быть выполнен, например, в виде лепесткового клапана, например, из резины.

Сильфонный (гофрированный) нагнетатель может быть выполнен из металла, например нержавеющей стали, или из эластичного материала, например из резины.

Холодильник может быть выполнен, например, в виде радиатора с атмосферным охлаждением и сообщен с источником водорода и кислорода.

Предлагаемый двухтактный двигатель внутреннего сгорания в эксплуатации высоко экономичен и экологически чист. Найдет широкое применение во всех отраслях народного хозяйства.

1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с впускным, выпускным клапанами, поршнем и головкой цилиндра со свечой зажигания, образующими камеру сгорания, источник водорода и кислорода, источник давления подачи водорода и кислорода, отличающийся тем, что поршень выполнен с герметичной полостью, где установлен впускной клапан, выполненный автоматическим (самодействующим), источник давления подачи водорода и кислорода выполнен в виде нагнетателя, кинематически связанного с коленчатым валом двигателя, сообщенного подающим каналом с герметичной полостью поршня и впускным трубопроводом с всасывающим клапаном и дросселем, сообщенным с источником водорода и кислорода.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что нагнетатель выполнен в виде полого сильфонного (гофрированного) нагнетателя, который соосно и разъемно нагнетательной стороной закреплен к юбке поршня, а всасывающей - к картеру двигателя.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера с подводкой питания от бортового источника постоянного тока.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что выпускной трубопровод через холодильник сообщен с электролизером.