Двухтактный двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двухтактным двигателям внутреннего сгорания. Изобретение позволяет создать экономичный и экологически чистый двухтактный двигатель внутреннего сгорания. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндр с рубашкой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной канал, источник водорода и кислорода, устройство подачи топлива, форсунку и систему зажигания. Выпускной канал выполнен в виде выпускного окна в нижней части цилиндра. Источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера, который с возможностью подводки постоянного тока к его электродам и с возможностью свободного прохода через него в прямом и обратном направлениях водного раствора электролита и продуктов рабочего процесса установлен в камере сгорания. Устройство подачи топлива выполнено в виде насоса высокого давления для подачи водного раствора электролита через форсунку в цилиндр. Система зажигания выполнена в виде электродов с возможностью регулирования зазора между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой (электрической) дуги, причем электроды установлены в камере сгорания. 7 з.п. ф-лы, 5 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 кривошипно-камерной продувкой, содержащий цилиндр с прорезанными в нижней его части продувочными окнами, где при перемещении поршня вниз происходит рабочий ход и продувка цилиндра, а при перемещении поршня вверх происходит сжатие и впуск в кратер свежего заряда. Для питания используется углеводородное топливо (см. Рытвинский Г.Н. Знакомьтесь - двигатель, Москва, Машиностроение, с.28-29, рис.15).
Недостатками известного двигателя являются значительные эксплуатационные расходы на углеводородное топливо и высокая токсичность выхлопных газов.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с полостью охлаждения, водоохладитель, насос, водородный реактор с энергоаккумулирующим веществом, бак с водой, соединенный через нагнетатель с водородным реактором, водонагреватель, соединенный трубопроводом с водородным реактором и подсоединенный к впускному трубопроводу. Собирающийся в газовой полости водонагревателя водород поступает в камеру сгорания через воздуховпускной трубопровод (см. а.с. СССР №1071791, опубл. 07.02.1984).
Недостатком известного двигателя является материалоемкая конструкция, которую из-за громоздкости невозможно эксплуатировать в качестве силовой установки, например, на легковом автомобильном транспорте. К тому же из-за потребления в работе воздуха имеет токсичный выхлоп.
Наиболее близким к предлагаемому изобретений является двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной, впускной клапаны, источник водорода и кислорода, устройство подачи топлива, форсунку и систему зажигания. Форсунка установлена рядом со свечей 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, F 02 B 43/10, 27.06.2000 г./.
Недостатком ближайшего аналога является сложность конструкции из-за наличия двух систем питания, в том числе и баллонного водорода, высокие 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 рубашкой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной канал, источник водорода и кислорода, устройство подачи топлива, форсунку и систему зажигания, согласно изобретению выпускной канал выполнен в виде выпускного окна в нижней части цилиндра. Источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера, который с возможностью подводки постоянного тока к его электродам и с возможностью свободного прохода через него в прямом и обратном направлениях водного раствора электролита, например водного раствора едкого кали, и продуктов рабочего процесса установлен в камере сгорания. Устройство подачи топлива выполнено в виде насоса высокого давления, например, плунжерного для подачи водного раствора электролита через форсунку в цилиндр. Система зажигания выполнена в виде электродов с возможностью регулирования зазора между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой /электрической/ дуги. Причем электроды установлены в камере сгорания. При этом электролизер может иметь вид двух электродов-полублоков цилиндрической формы, своими полыми элементами концентрично и с зазором вписывающимися друг в друга, в которых либо выполнены отверстия, например, при выполнении их из листового металла, например никеля, либо которые выполнены из металлической сетки, например из никелевой сетки. Форсунка может иметь кавитатор, выполненный в виде местного сужения ее канала. Активная вставка электрода может быть выполнена из монолитного тугоплавкого материала, например из медно-вольфрамового сплава. Либо активная вставка электрода может быть выполнена полой из тугоплавкого материала, например из медно-вольфрамового сплава и изнутри охлаждаемой жидкостью, например, подведенной по трубке из рубашки охлаждения двигателя. Держатель активной вставки электрода, регулирующего зазор, может быть установлен в корпусе электрода на резьбе с возможностью регулирования зазора между электродами и фиксации держателя активной вставки контргайкой. Держатель активной вставки электрода, зажигающего вольтовую дугу, может быть установлен в корпусе электрода с возможностью возвратно-поступательного перемещения в момент зажигания вольтовой дуги за счет пружины и распределительно-кулачкового вала, получающего вращение от коленчатого вала двигателя. Подача постоянного тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи тока при тушении вольтовой дуги может быть выполнено замыканием и размыканием контактов прерывателя-распределителя, кулачковый вал которого получает вращение от коленчатого вала двигателя.
Сущность изобретения показана на чертежах, где:
фиг.1 - продольный разрез двигателя;
фиг.2 - разрез полой активной вставки электрода;
фиг.3 - схема местного сужения канала форсунки;
фиг.4 - разрез А-А фиг.1;
фиг.5 - вид Б фиг.1.
Пример выполнения предлагаемого решения.
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр 1 /фиг.1-5/ с рубашкой охлаждения, например, жидкостной, поршень 3 и головку цилиндра 4, образующие камеру сгорания 5, выпускное окно 6 в нижней части цилиндра. Источник водорода и кислорода, выполненный в виде электролизера 7, который с возможностью подводки постоянного тока, например, от бортового аккумулятора 8 к его электродам и с возможностью свободного прохода через него в прямом и обратном направлениях водного раствора электролита и продуктов рабочего процесса установлен в камере сгорания. Электролизер может иметь вид двух электродов-полублоков 9 цилиндрической формы, диэлектрической прокладкой 10 изолированных друг от друга и своими полыми элементами концентрично и с зазором 11 вписывающимися друг в друга, в которых либо выполнены отверстия 12, либо которые выполнены из металлической сетки. Устройство подачи топлива, выполненное в виде насоса 13 высокого давления, например, плунжерного для подачи водного раствора электролита через форсунку 14 с кавитатором 15 в цилиндр. Кавитатор может быть выполнен в виде местного сужения 16 канала 17, кавитационная зона 18. Систему зажигания, выполненную в виде электродов 19 и 20, с возможностью регулирования зазора 21 между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой /электрической/ дуги, причем электроды установлены в камере сгорания. При этом активная вставка 22 электрода может быть выполнена либо из монолитного тугоплавкого материала, например из медно-вольфрамового сплава, либо из того же материала, полой и изнутри охлаждаемой жидкостью, подведенной из рубашки охлаждения двигателя по трубке 23 в полость 24. Держатель 25 активной вставки электрода, регулирующего зазор, может быть установлен в корпусе 26 электрода на резьбе с возможностью регулирования зазора между электродами и фиксации держателя активной вставки контргайкой 27. Держатель 28 активной вставки электрода, зажигающего вольтовую дугу, может быть установлен в корпусе 29 электрода с возможностью возвратно-поступательного перемещения в момент зажигания вольтовой дуги за счет пружины 30 и распределительно-кулачкового вала 31, получающего вращение от коленчатого вала двигателя. Подача постоянного тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи тока при тушении вольтовой дуги может быть выполнено замыканием и размыканием контактов /не показано/ прерывателя-распределителя 32, кулачковый вал которого получает вращение от коленчатого вала двигателя. Электролитный бак 33 для хранения водного раствора электролита.
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.
Перед пуском двигателя электролитный бак 33 /фиг.1-5/ заправляют водным раствором электролита, например водным раствором едкого кали. Вкручивая или выкручивая по резьбе корпуса 26 держатель 25 активной вставки 22, регулирующего зазор электрода 19, устанавливают зазор 21 между электродами вольтовой дуги и держатель 25 фиксируют контргайкой 27. Затем, например, включением зажигания через замкнутые контакты /не показано/ прерывателя-распределителя 32 на электроды 19 и 20 вольтовой дуги подают постоянный ток, например, силой 3-4А. И на электроды-полублоки 9 электролизера 7 подают постоянный ток от аккумулятора 8. Поршень 3 от НМТ перемещается к ВМТ. После перехода им выпускного окна 6 в нижней части цилиндра 1 с жидкостной рубашкой охлаждения 2 происходит такт сжатия. Насос высокого давления 13 забирает из электролитного бака 33 цикловую дозу водного раствора электролита и под давлением, например, 2 МПа и через форсунку 14 с кавитатором 15 впрыскивает ее в электролизер 7. В кавитаторе 15 - в местном сужении 16 канала 17 - скорость впрыскиваемого водного раствора электролита резко возрастает, а давление падает до критического значения, и схлопывание образовавшихся в кавитационной зоне 18 пузырей приводит к диссоциации и к тончайшему распыливанию водного раствора электролита, который затем либо через отверстия 12 и зазоры 11, либо через сетчатые электроды-полублоки 9 электролизера 7 свободно проходит в прямом и обратном направлениях и контактирует с обширной поверхностью электролизера 7 и с электродами 19 и 20 вольтовой дуги. Затем при протекании постоянного тока через водный раствор электролита происходит электролиз воды - разложение воды на водород и кислород. В конце такта сжатия распределительно-кулачковый вал 31 и пружина 30 зажигающего вольтовую дугу электрода 2 возвратно-поступательно перемещают держатель 28 активной вставки 22 в корпусе 29 до соприкосновения активных вставок 22 электродов и зажигают вольтовую дугу, под действием которой рабочая смесь в камере сгорания 5 диссоциирует и воспламеняется. Давление над поршнем 3 резко возрастает, под действием которого поршень 3 от ВМТ перемещается к НМТ - происходит рабочий ход и выпуск отработавших продуктов через выпускное окно 6 в нижней части цилиндра 1. Еще до прихода поршня 3 к выпускному окну 6 прерыватель-распределитель 32 на короткое время размыкает контакты /не показано/ электрической цепи вольтовой дуги и тушит ее. Затем контакты прерывателя-распределителя 32 вновь замыкаются и на электроды 19 и 20 вольтовой дуги опять поступает постоянный ток, и циклы повторяются. При этом цилиндр 1, головка 4 цилиндра, электролизер 7 охлаждаются рубашкой 2 охлаждения двигателя, а полые активные вставки 22 электродов вольтовой дуги охлаждаются изнутри жидкостью, подведенной по трубкам 23 в полость 24 из рубашки 2 охлаждения двигателя.
Предлагаемый двухтактный двигатель внутреннего сгорания в эксплуатации высокоэкономичен и экологически чист, найдет широкое применение в качестве силовой установки для различных транспортных средств.
1. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с рубашкой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной канал, источник водорода и кислорода, устройство подачи топлива, форсунку и систему зажигания, отличающийся тем, что выпускной канал выполнен в виде выпускного окна в нижней части цилиндра, источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера, который с возможностью подводки постоянного тока к его электродам и с возможностью свободного прохода через него в прямом и обратном направлениях водного раствора электролита и продуктов рабочего процесса установлен в камере сгорания, устройство подачи топлива выполнено в виде насоса высокого давления для подачи водного раствора электролита через форсунку в цилиндр, система зажигания выполнена в виде электродов с возможностью регулирования зазора между ними, подачи на них постоянного тока, зажигания и тушения вольтовой (электрической) дуги, причем электроды установлены в камере сгорания.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что электролизер имеет вид двух электродов-полублоков цилиндрической формы, своими полыми элементами концентрично и с зазором вписывающимися друг в друга, в которых либо выполнены отверстия, либо которые выполнены из металлической сетки.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что форсунка имеет кавитатор, выполненный в виде местного сужения канала.
4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что активная вставка электрода выполнена из монолитного тугоплавкого материала.
5. Двигатель по п.1 или 4, отличающийся тем, что активная вставка электрода выполнена полой из тугоплавкого материала и изнутри охлаждаемой жидкостью.
6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что держатель активной вставки электрода, регулирующего зазор, установлен в корпусе электрода на резьбе с возможностью регулирования зазора между электродами и фиксации держателя активной вставки контргайкой.
7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что держатель активной вставки электрода, зажигающего вольтовую дугу, установлен в корпусе электрода с возможностью возвратно-поступательного перемещения в момент зажигания вольтовой дуги за счет пружины и распределительно-кулачкового вала, получающего вращение от коленчатого вала двигателя.
8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что подача постоянного тока на электроды вольтовой дуги и кратковременное прерывание подачи тока при тушении вольтовой дуги выполнено замыканием и размыканием контактов прерывателя-распределителя, кулачковый вал которого получает вращение от коленчатого вала двигателя.
