Гибридный двигатель с управляемым горением

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гибридным силовым установкам. Технический результат заключается в уменьшении токсичности выхлопных газов и в повышении полноты сгорания топлива. Согласно изобретению на одном валу с ДВС установлены двигатель Стирлинга и электрогенератор. Каждый цилиндр ДВС оборудован источником магнитного поля, установленным в его верхней части, и выполненным в виде кольцевого электромагнита, встроенного в стенку цилиндра, или нескольких радиальных электромагнитов. Рабочий цилиндр двигателя Стирлинга заключен в кожух, полость внутри которого соединена с системой выхлопа из ДВС, а электрогенератор посредством электрических проводов соединен с источником магнитного поля. 5 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, конкретнее к гибридным двигателям внутреннего сгорания (ДВС), скомпонованным с двигателем Стирлинга.

Проблема снижения токсичности выхлопных газов напрямую связана с эффективностью сгорания топливовоздушной смеси (ТВС) в камерах сгорания ДВС. Улучшение степени сгорания ТВС путем интенсификации работы двигателя приведет к снижению токсичности отходящих выхлопных газов и улучшит чистоту атмосферного воздуха. Двигатели Стирлинга имеют чрезвычайно хорошие показатели по эмиссии токсичных веществ в атмосферу, но их низкая приемистость делает их непригодными для автомобильного транспорта.

Известны различные способы интенсификации работы ДВС, сущность которых сводится к регулировкам рабочего процесса: состава смеси, опережения зажигания, степени сжатия, перекрытия клапанов, количества свечей и т.д. Проблема заключается в том, что при проектировании современного ДВС учитываются одновременно все эти способы и тем самым дальнейшее совершенствование ДВС по повышению полноты сгорания и снижению эмиссии токсичных веществ практически исчерпаны (книга В.А.Звонова "Токсичность двигателя внутреннего сгорания», М., Машиностроение, 1981, с.80..91.). Применение катализаторов в системе выхлопа может значительно уменьшить эмиссию токсичных веществ, но приводит к ухудшению его экономичности. Практически все способы по интенсификации перемешивания топливо-воздушной смеси одновременно ухудшают экономические показатели ДВС.

Наиболее распространены способы и устройства улучшения подготовки ТВС путем впрыскивания топлива через форсунку с электромагнитным клапаном в поток воздуха и смешивания определенных пропорций топлива и воздуха в форкамере перед впускным клапаном двигателя с последующим впрыском ТВС через впускной клапан в камеры двигателя (книга А.Р.Спинова "Системы впрыска бензиновых двигателей", М., 1994 г.). Благодаря наличию бортового компьютера, датчиков токсичности, расхода топлива и воздуха, температуры, способ позволяет интенсифицировать работу ДВС и снизить расход топлива и токсичность отходящих выхлопных газов ДВС. Недостаток аналога состоит в несовершенстве технологии смешивания ТВС и ее воспламенения существующим электроискровым способом в камерах сгорания двигателя.

Известны способы и устройства интенсификации работы ДВС путем модернизации способов и устройств электроискрового зажигания ТВС в камерах (Статья "Из искры возгорится пламя", авторы - Ю.Соловьев, Л.Голованов, "Авторевю", № 17, 1996 г.). Сущность предложений сводится к модернизации электросвечей зажигания путем изменения их конструкций, технологии напыления на них износостойких покрытий. Достоинства новой электросвечи с одним центральным электродом, предложенной шведской фирмой SAAB, состоят в повышении срока службы таких электросвечей, улучшении процесса воспламенения ТВС в камерах сгорания двигателя. Их недостатки состоят в недостаточной интенсификации процесса воспламенения и горения ТВС в камерах при реализации известных способов электроискрового воспламенения смеси от существующих систем электрозажигания, основанных на получении высоковольтных импульсов напряжения малой длительности с использованием эффекта самоиндукции при коммутации тока в индуктивной катушке зажигания, ввиду малого времени существования искры, ограниченного электромагнитной постоянной времени существующей индуктивной катушки зажигания и ввиду отсутствия операций по предварительному приготовлению ТВС к наилучшему сгоранию в камерах двигателя (отсутствуют операции озонирования воздуха, электростатического распыления топлива в камеры сгорания, электрополевого дожига несгоревших компонент ТВС на такте выпуска выхлопных газов).

Известны способ и устройство интенсификации работы бензинового ДВС путем впрыска топлива через специальные форсунки непосредственно в камеры сгорания ДВС в момент наивысшего сжатия воздуха в соответствующей камере сгорания, с последующим электроискровым зажиганием ТВС от обычных электросвечей зажигания (Статья М.Кадакова "Новый двигатель Mitsubishi в "Авторевю", № 2, 1996 г.). Интенсификация работы ДВС достигается благодаря улучшению распыления и перемешивания топлива с воздухом, повышению степени сжатия смеси до 12:1, в связи с охлаждением воздуха при впрыскивании топлива, устранением эффекта детонации. Фактически разработан и испытан бензиновый квазидизель. Экспериментально подтверждено повышение мощности такого двигателя на 10%, снижение токсичности выхлопных газов на 30-90% по отдельным составляющим, возможность работы на обедненных ТВС, что дополнительно улучшит экологию двигателя при движении автотранспорта в городе.

Недостатки предложенного способа и устройства состоят в усложнении конструкции ДВС (трудности конструктивного размещения форсунок высокого давления в камерах ДВС, что требует изменения конструкции двигателя) и в несовершенстве способа воспламенения ТВС обычным электроискровым способом, который не обеспечивает полное сгорание смеси в камерах, особенно на высоких оборотах двигателя.

Известна система подачи топлива с электронным устройством управления для ДВС, содержащая двигатель внутреннего сгорания с камерами сгорания, поршнями, впускными и выпускными клапанами, включающий систему подготовки топливовоздушной смеси и впрыска топлива в камеры сгорания с регуляторами подачи топлива и окислителя, систему электроискрового воспламенения топливовоздушной смеси, состоящую из высоковольтного преобразователя напряжения, распределителя высоковольтных импульсов с соответствующими регулятором угла опережения электрозажигания и электросвечами по числу камер сгорания, датчики расхода топлива и окислителя, их температуры, оборотов двигателя, токсичности выхлопных газов, а также логически-функциональный оптимизатор режимов, присоединенный по выходу к регуляторам подачи топлива и окислителя, их температуры, оборотов двигателя, токсичности выхлопных газов, а также логически-функциональный оптимизатор режимов, присоединенный по выходу к регуляторам подачи топлива и окислителя, регулятору угла опережения зажигания смеси, а по входу к выходам указанных датчиков, по патенту США № 4596220, F02D 43/00, 1986. Из данного источника информации известен также способ интенсификации работы ДВС путем подготовки топливовоздушной смеси, впрыска топлива, воспламенения и сжигания.

Известны способ и устройство для интенсификации и управления процессом горения в ДВС по патенту РФ №2135814, прототип, путем воздействия сильным электрическим полем на топливо-воздушную смесь в камерах сгорания цилиндров ДВС.

Недостатком этого устройства и способа является недостаточная эффективность воздействия электрического поля на горение, полноту сгорания и эмиссию токсичных веществ в продуктах сгорания. Кроме того, создание мощных полей потребует мощных источников энергии, мощностью более 5 кВт, и является небезопасным в эксплуатации.

С момента изобретения более ста лет назад двигателя внутреннего сгорания (ДВС) предпринимались многочисленные попытки повышения его экономичности с использованием процесса парообразования из воды. То был самый расцвет эпохи паровых двигателей и поэтому попытка скрестить паровой двигатель с ДВС с целью экономии еще очень дефицитного в то время бензина, кем только не предпринималась. Любой двигатель внутреннего сгорания не просто впустую выбрасывает большую часть получаемой им тепловой энергии (70-80%), но, более того, он даже выходит из строя, если его лишить возможности через систему охлаждения отдавать тепло воде. С другой стороны, получающая это тепло вода, превращаясь во время кипения или испарения в пар, при обычном атмосферном давлении увеличивается в своем объеме в 1700 раз. При этом давление образовавшегося пара может помогать рабочему газу приводить в движение поршни или турбины тепловых двигателей и тем давать существенное приращение мощности, максимального крутящего момента и коэффициента полезного действия (КПД) этих моторов. Существует три основных варианта использования впрыска воды на ДВС: 1. От контакта воды с горячими выхлопными газами происходит процесс парообразования, после чего пар вращает небольшую турбину, которая помогает основному двигателю. О разработке подобной силовой установки для своих автомобилей недавно (в ноябре 2005 г.) заявила компания BMW. На многих спортивных автомобилях, использующих турбонаддув, вода распыляется в сжатом компрессором воздухе для охлаждения этого воздуха, вместе с которым она затем попадает цилиндры, где и становится паром. Здесь нужно заметить, что любой газ (это относится и к воздуху, и к пару) при понижении своей температуры на один градус, при атмосферном давлении, уменьшается на 1/273 своего объема и, наоборот, при сжатии, особенно резком, температура газа возрастает. Чтобы в цилиндры ДВС с меньшими затратами энергии поместилось больше сжатого воздуха, этот воздух предварительно охлаждается распылением в нем (не подогретой) воды, которая имеет очень высокую теплоемкость. Это распыление осуществляется либо до прохождения сжатого воздуха через дополнительный охлаждающий радиатор, либо после него, но, в любом случае, даже мельчайшие нагревающиеся капельки воды должны превращаться в пар только внутри цилиндра, иначе польза от этого пара становится ничтожной. Специально подогретая вода впрыскивается непосредственно в цилиндры. От контакта с горящим топливом, раскаленным поршнем и цилиндром, вода вскипает, и расширяющийся пар помогает рабочим газам приводить поршни в движение. Здесь впрыск воды фактически заменяет собой турбонаддув. В этом случае расширяющийся в цилиндре пар значительно безопаснее для экологии, чем сжатый воздух, содержащий в себе до 80% азота атмосферного воздуха, из которого при высокой температуре образуются окислы азота NOx. Кроме того, избыточный кислород в сильно сжатом воздухе приводит к обгоранию цилиндров, поршней, поршневых колец, прогару клапанов и окислению электрических контактов свечей. После нескольких лет эксплуатации ДВС с впрыском воды внутренности его цилиндров выглядят совсем как новые. Более эффективное непосредственное охлаждение водой раскаленных и интенсивно трущихся поверхностей цилиндра продлевает жизнь ДВС. Помимо прибавки мощности и экономии топлива на 18-20% существенно улучшается и охлаждение ДВС, так как здесь цилиндры охлаждаются водой не столько снаружи, сколько изнутри. К сожалению, по причине очень сложной настройки, недостаточной ее надежности и сравнительной дороговизны моторы с впрыском воды распространение получили только в авиации, автоспорте и любительских автосамоделках (в последнем случае не всегда оправдывают себя). Но достижения современной науки и техники, особенно электроники, позволяют надеяться на большую эффективность моторов с впрыском воды. Именно электроника должна регулировать точное дозирование инжектируемой в цилиндры воды и ее предварительный подогрев от внешних стенок цилиндра (в водяной рубашке) и от выхлопного патрубка с глушителем, каталитическим нейтрализатором и сажевым фильтром, чтобы в момент впрыска температура воды максимально приближалась к своей точке кипения, которая в сжатой газовой среде неизбежно повышается.

При давлении в цилиндрах более 500 атмосфер температура кипения воды будет значительно выше, но уже при температуре выше 400°С весь объем воды принимает газообразное состояние независимо от дальнейшего повышения давления. Предварительный подогрев воды необходим для улучшения процесса парообразования, чем больше воды вскипит в цилиндрах работающих ДВС, тем больше сэкономится топлива и сохранится природа на нашей планете.

При избыточном нагреве цилиндра микропроцессор может увеличить подачу в него воды, при этом снизить подачу топлива ровно настолько, чтобы от этой замены при существующей нагрузке ощутимо не изменилась скорость вращения маховика двигателя, установленная водителем на данный момент. В идеале (при хорошей регулировке), мотору с впрыском воды уже не нужен ни радиатор с расширительным бачком, ни в вентилятор, обдувающий двигатель снаружи. В этом случае водяной насос, помимо своей надежности, должен, независимо от режима работы ДВС, быстро и точно изменять свою производительность и давление подаваемой им воды. Давление воды в охлаждающей водяной рубашке электроникой регулировать желательно в каждом такте работы двигателя, так как сильно нагретые цилиндры (особенно из сплавов легких металлов) становятся мягкими и под большим давлением деформируются, образуя либо нежелательные зазоры между поршнями и цилиндрами, либо недопустимые выпуклости, препятствующие движению поршней. Вода должна быть хорошо очищена, иначе накипь быстро закупорит тонкие форсунки. Чтобы за очень короткое время одного такта двигателя (1/250 долю секунды) вода успела полностью вскипеть еще в цилиндре, ее распылять в нем необходимо очень мелкими капельками через множество очень маленьких отверстий (диаметром около 0,1 мм), под большим давлением. Впрочем, допустимо, чтобы какая-то часть воды переходила в пар уже после выхода ее из цилиндра с горячими отработавшими газами в выпускной трубе. Тогда удастся снизить температуру и шум выбрасываемых автомобилями газов, а увеличенный от образовавшегося или перегретого пара их объем позволит эффективно вращать электрическую турбину, установленную внутри этой же трубы. Таким же, как и воду, способом следует максимально подогревать и топливо, поступающее в цилиндры двигателя. Тогда, нагревшись, оно станет менее вязким, легче проходить будет через очень узкие проходы форсунок, тоньше распыляться, лучше смешиваться с воздухом, воспламеняться и полнее сгорать, что, кроме экономии топлива, позволит снизить электрическое напряжение на свечах зажигания и этим продлить срок их жизни. Известно, что при сильных холодах, даже авиационный бензин не горит и практически не испаряется. Что касается воздуха, участвующего в горении, то его предварительно не подогревать, а, наоборот, желательно охлаждать, так как он - газ, а значит, в отличие от жидкостей и твердых тел, при нагревании очень сильно увеличивает (здесь преждевременно) свой объем. Впрыскиваемая вода и образующийся из нее пар может создавать нужную температуру, давление, скорость и даже форму распространения пламени в цилиндре и этим предотвращать взрывные явления (детонацию), что позволит без вреда для двигателя создавать еще большее давление горящей топливовоздушной смеси или (и) использовать более дешевый низко октановый бензин. Даже при высокой влажности воздуха (в дождливую погоду) ДВС работают мягче, спокойней, по крайней мере, по внешним ощущениям. Применяемые на инжекторных двигателях датчики кислорода могут с высокой точностью следить за содержанием кислорода в воздухе с учетом зимних температур, колебаний атмосферного давления, чередований высокой влажности воздуха с засушливой погодой и загазованностью. Параметры водо-воздушного аэрозоля можно регулировать также добавкой небольшого количества спирта, уровень детонации и скорость горения которых несколько ниже, чем у бензина, что позволяет сгладить резкий пик выделившейся энергии. Но важнейший для работы мотора процесс горения топлива нельзя заглушать полностью. Для этого важно каким-то образом повысить процентное содержание кислорода в поступающем в цилиндр воздухе или соответственно уменьшить содержание азота, который не только не поддерживает горение, но и сильно препятствует этому горению. Автомобили пока не оснащаются емкостями с чистым кислородом или устройствами для выделения из воздуха чистого кислорода. Содержание кислорода в воздушной массе увеличивают с помощью быстро вращающейся центрифуги, где сравнительно более тяжелые молекулы кислорода (молекулярный вес - 32) будут собой вытеснять более легкие частицы азота (м.в. - 28). Конечно, чистый кислород таким способом не получить. Но если в поступающем в цилиндр воздухе сократить количество азота хотя бы в два раза - с 79% до 30%, то количество кислорода в нем увеличится уже почти в три раза - с 20% до 70%, а выделяющаяся в горении энергия возрастет еще больше - в 5 раз. При столь интенсивном горении горючее сгорать будет уже полностью, и обязательные автомобильные нейтрализаторы, отнимающие у двигателя часть его мощности для дожигания ядовитых остатков несгоревшего топлива, углерода, угарного газа, станут уже не нужными. Сокращение азота в поступающем в цилиндры воздухе приведет к снижению массы выбрасываемых автомобилями окислов азота, вызывающих кислотные дожди, губительные для всего живого на земле, повреждающие архитектурные памятники, различные сооружения, в том числе лакокрасочные покрытия кузовов самих же автомобилей. Молекулы азота и кислорода можно разделять и по степени их намагниченности, предварительно их ионизировав.

Намагничивать при низких температурах и ионизировать при высоких можно топливо, воздух, инжектируемую воду, и затем продукты сгорания.

Расположенными вокруг цилиндра катушками индуктивности, защищенными термостойкой керамикой, можно попытаться придать нужную форму горючей смеси (компактно сгруппировать ее в центре, равномерно распределить ее же по всему объему цилиндра или же сместить ее, например, поближе к искре свечи) и скорость ее сжигания, повысив которую, увеличить мощность двигателя, либо, понизив, избежать детонации. Эту детонацию хорошо бы использовать, так как скорость распространения пламени при взрыве, по сравнению с регулируемым горением, в 5-20 и более раз выше, в зависимости от степени сжатия и других условий. Разумеется, прочность двигателя должна соответствовать предложенным нагрузкам.

С целью уменьшения нежелательных последствий от резких ударов рабочего газа верхнюю часть поршня или его сочленения с шатуном (палец) лучше слегка подпружинить, а топливо вводить в цилиндр несколькими маленькими порциями, на протяжении всего такта воспламенения. Подверженные сильнейшему излучению от пламени поршни и цилиндры могли бы изготавливаться не только из сплавов железа или более легких по весу алюминия и магния, но и керамики, а еще лучше - из монокристаллического (полупроводникового) кремния или германия, которые в солнечных батареях вырабатывают электроэнергию. Она, через электродвигатель, помогала бы поршням вращать коленвал мотора. Самые смелые предложения в этом направлении появились еще лет 20 назад. Они касаются того, чтобы заменить кремний, обладающий в фотоэлектрических батареях односторонней электропроводимостью, таким же (четырехвалентным) однокристаллическим углеродом, т.е. твердейшим и жаростойким искусственным алмазом, из которого попытаться делать "вечные" поршни, цилиндры, сопла турбин реактивных самолетов или хотя бы их поверхности. Обсуждая варианты экологичных двигателей, нельзя не упомянуть водородные и гибридные автомобильные силовые установки, которые также нуждаются во всестороннем усовершенствовании.

Последние электроэнергию могли бы вырабатывать и накапливать не только отбирая часть мощности от ДВС или благодаря силе инерции движущегося автомобиля (во время торможения электрогенератором), но и за счет хода амортизаторов всех колес на неровностях дороги. Может использоваться даже вибрация работающего мотора, которому уже не потребуется устанавливать на коленчатом валу утяжеляющие мотор балансиры, уравновешивающие паразитную инерцию поршней и шатунов. Развитие любой техники идет путем неуклонного ее усложнения, и, несмотря на возросшую себестоимость, оно всегда, прямо или косвенно, окупает себя. Есть возможности усовершенствования и двухтактных ДВС, устанавливаемых, в основном, на мотоциклах. Они выдают значительно большую, чем четырехтактные, мощность и разгонную динамику за счет меньшего холостого хода поршней и сопутствующего ему сопротивления инерции и трения.

Однако нынешние двухтактные двигатели более "прожорливые", так как вместе с отработавшими газами в выхлопную трубу у них вылетает часть топливовоздушной смеси, поступающей в это время в цилиндр для последующего сжигания. Логично к существующему циклу добавить кратковременную фазу принудительной, например, с помощью турбонаддува, вентиляции цилиндра, частично охлаждающей его изнутри простым воздухом в начальный момент обратного хода поршня, с тем, чтобы предотвратить выбросы и обеспечить улучшенные условия сгорания более обогащенной топливовоздушной смеси, впускаемой в цилиндр только после закрытия выпускного клапана.

Иногда на подводных лодках, в космосе, в шахтах и тоннелях, на мощных электростанциях используются очень экологичные двигатели Стирлинга. У них в абсолютно замкнутом пространстве под большим давлением (200-500 атмосфер) инертный газ нагревается от печки с внешним подводом тепла, а с другой стороны цилиндра, уже в особом холодильнике, он же охлаждается, т.е. уменьшает свой объем. Возникающая разница давления, над поршнем и под ним, толкает этот поршень, затем в работу вступают другие цилиндры или запасенная энергия вращающегося маховика. Вместо поршней могут работать и турбины. Двигатель Стирлинга может работать на любом топливе: твердом, жидком, газообразном, от энергии Солнца, атомного реактора и, вообще, от любых источников тепла, даже не связанных с горением.

Благодаря высочайшему максимальному крутящему моменту на низких оборотах "Стирлинг" способен преодолевать значительные перегрузки, и при этом, в отличие от обычных моторов, он не глохнет и позволяет обойтись даже без коробки передач или вариатора. Сравнительная мощность, КПД, экономичность, нетребовательность к топливу и смазке, неприхотливость и простота обслуживания, универсальность применения, бесшумность, легкий запуск в холодное время года, долговечность, малый удельный вес и компактность, низкая себестоимость, надежность и многие другие параметры выгодно отличают двигатели Стирлинга от традиционных ДВС.

Производители серийных автомобилей пока не интересуются обладающими поистине фантастическими характеристиками "Стирлингами" по причине сравнительно медленной их разгонной динамики. Но в той же гибридной силовой установке в паре с электрогенератором и электродвигателем "Стирлинг" вполне бы мог прижиться на любом автомобиле. Ввиду роста цен на нефть и неизбежного глобального энергетического и экологического кризиса есть смысл чаще возвращаться к самым различным способам экономии топлива.

Целью изобретения является интенсификация процесса горения, повышение полноты сгорания, уменьшение эмиссии токсичных веществ без затрат энергии или при незначительных затратах.

Решение указанной задачи достигнуто за счет того, что в гибридном двигателе с управляемым горением, содержащем, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, образующие ДВС, систему подачи топливо-воздушной смеси в ДВС, систему выхлопа из ДВС, систему интенсификации горения топливо-воздушной смеси в ДВС, каждый цилиндр оборудован источником магнитного поля установленным в его верхней части и выполненным в виде кольцевого электромагнита, встроенного в стенку цилиндра или нескольких радиальных электромагнитов, на одном валу с ДВС установлены двигатель Стирлинга и электрогенератор, рабочий цилиндр двигателя Стирлинга заключен в оболочку, полость внутри которой соединена с системой выхлопа из ДВС, а электрогенератор посредством электрических проводов соединен с источником магнитного поля.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью. Новизна подтверждается патентными исследованиями, изобретательский уровень - получением значительного уменьшения токсичности продуктов сгорания без дополнительных затрат энергии или с незначительными затратами энергии.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1...5, где:

на фиг.1 приведена схема исполнения устройства,

на фиг.2 - конструкция одноцилиндрового ДВС с радиальными электромагнитами,

на фиг.3 - конструкция одноцилиндрового ДВС с кольцевым электромагнитом,

на фиг.4 - конструкция четырехцилиндрового ДВС с кольцевыми электромагнитами,

на фиг.5 приведен вариант устройства с радиальными электромагнитами и их перекоммутацией для создания вращающегося поля.

Устройство для реализации способа (фиг.1) содержит ДВС, который имеет, по меньшей мере, один цилиндр 1 с поршнем 2, который установлен на шатуне 3 и имеет поршневые кольца 4. В верхней части цилиндра установлены выпускной клапана 5 и свеча зажигания 6. Также имеется система подвода топливо-воздушной смеси 7. Внутри цилиндра 1 в его верхней части соосно ему установлен источник магнитного поля 8. В системе подачи топливо-воздушной смеси 7 может быть установлен постоянный кольцевой магнит 9 в плоскости, перпендикулярной плоскости источника магнитного поля 8. Внутри цилиндра 1 образуется вихрь 10.

На валу 11 установлен двигатель Стирлинга 12, содержащий рабочий цилиндр 13, имеющий наружный кожух 14, рабочий поршень 15, шатун 16, соединяющий поршень 15 с валом 11. Система выпуска продуктов сгорания 17 соединяет полость «А» между рабочим цилиндром 13 и кожухом 14 с полостью «Б» над цилиндром 1. В состав двигателя Стирлинга 12 входит холодильник 18, соединенный трубой 19 с внутренней полостью «В» рабочего цилиндра 13. Выхлопной патрубок 20 соединяет полость «А» с глушителем 21. На одном валу 11 с двигателями ДВС и двигателем Стирлинга установлен электрогенератор 22, который электропроводами 23 и 24 соединен с источником магнитного поля 8.

На фиг.2 приведен одноцилиндровый ДВС, у которого источник магнитного поля выполнен в виде радиальных электромагнитов, установленных радиально по отношению к цилиндру 1.

На фиг.3 приведен вариант одноцилиндрового ДВС с источником магнитного поля в виде кольцевого электромагнита 8, который электропроводами 23 и 24 подключен через выключатель 25 и регулятор тока 26 к электрогенератору 22.

На фиг.4 приведен вариант исполнения устройства на базе четырехцилиндрового ДВС с источником магнитного поля в виде электромагнитов 8, радиально встроенных в стенки каждого цилиндра 1 в его верхней части.

На фиг.5 приведена схема ДВС с электромагнитами 8, установленным радиально к цилиндру 1 в его верхней части, который проводами 23 подключен к электрогенератору 22, а электропроводами 24 - к коммутатору тока 27, для создания вращающегося поля в полости «Г» внутри цилиндра 1.

При работе продукты сгорания внутри цилиндра 1, содержащие определенное количество ионов и электрически заряженных частиц, подвергаются воздействию магнитного поля, созданного кольцевым электромагнитом 8 или радиальными электромагнитами 8, и закручивается вдоль оси цилиндра 1, т.е. образуется вихрь, ось которого совпадает с осью цилиндра 1. Это приводит к интенсификации горения и уменьшению токсичности выхлопных газов. Потребление энергии электромагнитами составляет около 1% от номинальной мощности двигателя, а увеличение его мощности составляет 10...14%. Если установлен дополнительный кольцевой магнит 9, то топливо-воздушная смесь закручивается в плоскости, перпендикулярной плоскости, в которой образуется вихрь 10, в результате вихрь 10 будет закручен одновременно в двух плоскостях, что еще более интенсифицирует горение.

После запуска ДВС при помощи вала 11 приводится в действие двигатель Стирлинга 12, рабочий поршень 14 которого движется поступательно в рабочем цилиндре 13, но временно не дает мощности, а только ее потребляет. Выхлопные газы из полости «Б» ДВС по системе выпуска продуктов сгорания 17 поступают в полость «А» и в течение 5...10 мин прогревают полость «В» внутри рабочего цилиндра 13. Двигатель Стирлинга 12 начинает выдавать мощность на вал 11. Сочетание положительных свойств ДВС и двигателя Стирлинга позволит создать гибридный двигатель с оптимальными характеристиками, сохранив приемистость ДВС и экологическую чистоту двигателя Стирлинга. Соотношение мощностей ДВС и «Стирлинга» примерно по 50%.

Применение изобретения позволило:

1) повысить полноту сгорания топлива на 40...95%;

2) уменьшить токсичность выхлопных газов на 30...90%;

3) снизить расход топлива на 20...35% за счет утилизации тепла выхлопных газов ДВС и высокого КПД двигателя Стирлинга;

4) уменьшить детонацию при горении топлива в камерах сгорания цилиндров ДВС за счет перераспределения 50% нагрузки на двигатель Стирлинга;

5) применять для гибридного двигателя низкооктановое топливо без присадок и без изменения регулировок системы зажигания и газораспределения;

6) уменьшить расход энергии для обеспечения низкой токсичности выхлопа;

7) управлять горением в цилиндрах ДВС применением вращающегося поля, регулированием его интенсивности, мощности, скорости вращения, включением магнитного поля в необходимый момент и его выключением в момент, когда его действие не эффективно;

8) предельно упростить конструкцию устройства для снижения токсичности выхлопных газов и интенсификации процесса горения и в ДВС, и в двигателе Стирлинга;

9) обеспечить безопасность работы гибридного двигателя, исключив применение высокого напряжения;

10) при повреждении одного из двигателей, входящих в компоновку, продолжить движение.

Гибридный двигатель с управляемым горением, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, образующие ДВС, систему подачи топливо-воздушной смеси в ДВС, систему выхлопа из ДВС, систему интенсификации горения топливо-воздушной смеси в ДВС, отличающийся тем, что каждый цилиндр оборудован источником магнитного поля, установленным в его верхней части, и выполненным в виде кольцевого электромагнита, встроенного в стенку цилиндра или нескольких радиальных электромагнитов, на одном валу с ДВС установлены двигатель Стирлинга и электрогенератор, рабочий цилиндр двигателя Стирлинга заключен в кожух, полость внутри которого соединена с системой выхлопа из ДВС, а электрогенератор посредством электрических проводов соединен с источником магнитного поля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам очистки и обработки топлив. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к средствам, обеспечивающим лучшие условия сгорания топлива. .

Изобретение относится к обработке различных видов углеводородного топливного сырья и может быть использовано в различных технологических процессах, как при переработке углеводородного сырья, с целью повышения выхода светлых нефтепродуктов, так и при подготовке его при сжигании в различных энергетических установках.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для обработки жидкого топлива. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к активаторам жидкого топлива. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к устройствам для магнитной обработки жидкого топлива. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам и устройствам для обработки топлива. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к улучшению экологических характеристик современных автомобилей. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к электрохимическим устройствам для получения водорода из воды и окисления органических продуктов. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам подготовки топлива к сгоранию в двигателях. .

Изобретение относится к системам теплоснабжения, в частности к теплогенерирующим установкам. .

Изобретение относится к бытовой объединенной тепло-энергоустановке. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрогенерирующих установках, работающих на жидком низкопотенциальном источнике энергии. .

Изобретение относится к области автономной энергетики и когенерационных установок с двигателями Стирлинга, предназначено для одновременного производства электроэнергии и тепла.

Изобретение относится к двигателестроению и может применяться на транспорте и в энергетике. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к силовым установкам на базе дизелей, включающих системы утилизации теплоты отработавших газов. .

Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет повысить коэффициент полезного действия двигателя без ухудшения его эксплуатационной надежности. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для привода различных механизмов и в автотранспорте. .

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к силовым установкам на базе дизелей для выработки электрической энергии. .

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, и также может найти применение при проектировании паровых, гидравлических и пневматических двигателей.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гибридным силовым установкам

Наверх