Гидродвигатель внутреннего сгорания (патент)
Материал данного раздела прислал на веб-сайт o8ode.ru автором-изобретателем,
контакты с создателем:
Пак Александр aleks.pak2010@yandex.ru
По вопросам внедрения мотора на воде в жизнь — пишите создателю.
Гидродвигатель внутреннего сгорания (патент) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) Заявка: 2007105638/06
(24) Дата начала отсчета срока деяния патента: 2007.02.14
(45) Размещено: 2008.07.27
(56) Перечень документов, цитированных в отчете о поиске:
RU 2198308 C1, 10.02.2003. RU 2042844 C1,
27.08.1995. US 4326380 А, 27.04.1982. FR 2346551
A1, 28.10.1977. GB 1380739 A1, 15.01.1975.
DE 2612961 А, 06.11.1977. JP 54-39524, 28.11.1979.
Адресок для переписки:
660001, Красноярский край, г.Красноярск, ул. Корнеева, 48А, кв.84, А. Паку
(72) Создатель(ы):
Пак Александр (RU);
Гордиенко
Андрей Викторович (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Пак Александр (RU)
ГИДРОДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Изобретение относится к теплотехнике, а конкретно к гидродвигателям внутреннего сгорания, и создано для использования в энергетике и транспортном машиностроении. Гидродвигатель содержит более одной пары рабочих цилиндров, объединенных энергообразующей магистралью, выполненной из 2-ух трубопроводов, объединенных средством гидравлического привода выходного вала, соединенных с преобразователем, обеспечен дозаторами подачи горючего — кислородно-водородной консистенции и кислорода. Изобретение обеспечивает увеличение КПД гидродвигателя внутреннего сгорания. 3 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к теплотехнике, а конкретно к движкам внутреннего сгорания (ДВС) с гидравлическим приводом выходного вала, и может быть применено в энергетике для выработки электроэнергии и тепла, также в транспортном машиностроении.
Известны ДВС с гидравлическим приводом выходного вала, содержащие, само мало, два либо три рабочих цилиндра, отчасти заполненных жидкостью, систему питания, зажигания и газообмена, в каких гидравлический привод выходного вала выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма либо в виде гидротурбины (см., к примеру, патент Англии 1380739, МКИ F02В 75/32, 1975 г., патент РФ 2006622, МКИ F02В 71/04,1994 г., патент РФ 2198308, МКИ F02В 71/04, 2001 г.).
Известные ДВС имеют последующие недочеты:
— низкий КПД (35-68%), обусловленный потерями на преодоление трения, потерями тепла на остывания воды и с выхлопными газами;
— высочайшие издержки на эксплуатацию, техническое сервис и ремонт;
— органическую экономичность (КПД), обусловленную неполным сгоранием горючего;
— маленький моторесурс.
Более близким по технической сути и достигаемому результату к заявленному решению является бензиновый двигатель, содержащий более 3-х рабочих цилиндров, заполненных жидкостью, нижняя часть которых сообщена с гидравлическим приводом выходного вала в виде гидротурбины и маховиком, где каждый цилиндр обеспечен компрессионной камерой и соединен 2-мя разными магистралями — энергообразующей и сливной — с пополнительной емкостью, размещенной после гидротурбины; компрессионные камеры в нижней части соединены с рабочими цилиндрами по типу сообщающихся сосудов и с пополнительной емкостью через магистраль сжатия, в какой смонтирован гидронасос на выходном валу гидротурбины и установлен насос со стартером, а в высшей части компрессионные камеры дополнительно соединены с рабочими цилиндрами, патрубками подачи горючей консистенции, при этом система питания с нагнетателем воздуха — вентилятором присоединена к высшей части компрессионных камер; рабочие цилиндры и компрессионные камеры теплоизолированы изнутри и оборудованы поплавками с теплоизолированной поверхностью, установленными на штоках с зазорами (RU 2198308 C1, F02B 71/04, 2003.02.10).
Недочетом известного решения являются низкий КПД (59-68%), обусловленный потерями тепла с выхлопными газами и недостаточно действенной термоизоляцией стен цилиндров.
Задачей реального изобретения является увеличение КПД гидродвигателя внутреннего сгорания.
Технический итог получается из-за понижения теплопотерь при работе гидродвигателя внутреннего сгорания.
Намеченная цель решается тем, что в гидродвигателе внутреннего сгорания, снабженном системой подачи и забора воды, содержащем теплоизолированные рабочие цилиндры, заполненные жидкостью, нижние части которых соединены энергообразующей магистралью и сообщены с гидравлическим приводом выходного вала и маховиком, а верхние снабжены системой зажигания, выполнена, по последней мере, одна пара рабочих цилиндров, соединенных меж собой энергообразующей магистралью, выполненной в виде системы, состоящей из 2-ух трубопроводов, объединенных средством гидравлического привода выходного вала, соединенных с преобразователем и снабженных перепускными клапанами, при этом один из трубопроводов дополнительно обеспечен автоматическими запускными клапанами, каждый рабочий цилиндр выполнен состоящим из 2-ух соосно расположенных на одном основании цилиндров, внутреннего и наружного, выполненных в высшей части в виде полусфер, с выполнением внутреннего цилиндра наименьшей высоты и поперечника, чем наружный, полость, образованная меж внутренним и наружным цилиндром, заполнена жидкостью и сообщена с полостью внутреннего цилиндра, наружный цилиндр обеспечен дозатором горючего — кислородно-водородной консистенции и дозатором кислорода, гидродвигатель обеспечен охлаждающей системой воды.
Различительными от макета признаками являются:
— выполнение в гидродвигателе, по последней мере, одной пары рабочих цилиндров — обеспечивает двухтактный ход работы гидродвигателя;
— соединение рабочих цилиндров энергообразующей магистралью, выполненной в виде системы, состоящей из 2-ух трубопроводов, объединенных средством гидравлического привода выходного вала, соединенных с преобразователем и снабженных перепускными клапанами, при этом один из трубопроводов дополнительно обеспечен автоматическими запускными клапанами — обеспечивает пуск гидродвигателя и последовательную работу цилиндров с вращением выходного вала в одном направлении;
— выполнение рабочих цилиндров, состоящими из 2-ух соосно расположенных на одном основании цилиндров, внутреннего и наружного, с теплоизолирующей полостью, образованной меж внешней стеной внутреннего цилиндра и внутренней стеной внешнего цилиндра, заполненной жидкостью и сообщенной с полостью внутреннего цилиндра — обеспечивает улучшение термоизоляции цилиндров и понижение теплопотерь;
— выполнение внутреннего цилиндра, имеющим наименьшую высоту и поперечник, чем наружный, и выполненными в высшей части в виде полусфер — позволяет сделать лучше изолированность внутренней поверхности наружного цилиндра и уменьшить утраты тепла.
— наличие дозаторов горючего и кислорода на наружном цилиндре — обеспечивает безопасность внедрения горючей кислородно-водородной консистенции вследствие ее барботажа через слой воды;
— наличие системы остывания воды позволяет исключить выброс за счет конденсации остаточных паров.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где
на фиг.1 — схематично представлен вид одной пары гидродвигателя внутреннего сгорания;
на фиг.2 — преобразователь роторного типа;
на фиг.3 — схема сборки гидродвигателя, состоящего из 2-ух пар рабочих цилиндров.
Элементы конструкции бензинового двигателя обозначены на фигурах последующими позициями:
1, 2 — рабочие цилиндры;
3 — внутренний цилиндр;
4 — наружный цилиндр;
5 — основание рабочих цилиндров;
6 — теплоизолирующая полость;
7 — дозаторы горючего;
8 — дозаторы кислорода;
9 — системы зажигания;
10 — система равномерного распыления охлажденной воды с форсунками;
11 — трубопровод подачи охлажденной воды;
12, 13 — клапаны перетока охлажденной воды;
14 — теплообменник;
15 — дозатор подачи и удаления воды из системы мотора;
16 — трубопровод подачи прохладной воды в теплообменник;
17 — трубопровод удаления нагретой воды из теплообменника;
18 — система сброса лишнего давления;
19 — выводящий трубопровод;
20 — преобразователь;
21, 22 — энергообразующие магистрали;
23, 24 — автоматические запускные клапаны энергообразующих магистралей;
25, 26, 27, 28 — перепускные клапаны энергообразующих магистралей;
29 — корпус преобразователя;
30 — ротор;
31 — прорези;
32 — подвижные пластинки;
33 — впускная полость преобразователя;
34 — выпускная полость преобразователя;
35 — изолированная камера;
36 — общий выходной вал;
37 — направляющий цилиндр;
38 — сцепная муфта;
39 — генератор электроэнергии;
40 — маховик;
41, 42 — трубопроводы подачи и забора воды к дозатору от энергообразующих магистралей;
43, 44 — трубопроводы подачи и забора воды к теплообменнику от энергообразующих магистралей;
45, 46 — клапаны перетока воды;
47 — патрубок подачи воды в гидродвигатель;
48 — патрубок слива воды из гидродвигателя.
Заявленный гидродвигатель внутреннего сгорания состоит из более одной пары рабочих цилиндров. В паре рабочих цилиндров любой из рабочих цилиндров 1, 2, включает внутренний цилиндр 3, сделанный из материала с высочайшим коэффициентом теплопроводимости, и наружный цилиндр 4, сделанный из материала с низким коэффициентом теплопроводимости. Внутренний 3 и наружный 4 цилиндры выполнены в высшей части в виде полусфер, имеют общее основание 5. Стены внутреннего и наружного цилиндров образуют теплоизолирующую полость 6. Наружный цилиндр 4 в нижней части соединен с дозатором горючего 7 и дозатором кислорода 8. В высшей части каждый рабочий цилиндр обеспечен системой зажигания 9, форсунками системы равномерного распыления охлажденной воды 10, соединенной трубопроводом подачи охлажденной воды 11, снабженным клапанами перетока охлажденной воды 12, 13 с теплообменником 14, имеющим трубопроводы подачи прохладной воды 16 и удаления нагретой воды 17. Каждый рабочий цилиндр обеспечен системой сброса лишнего давления 18, соединенной с выводящим трубопроводом 19. Полости внутренних цилиндров 3 в каждой паре рабочих цилиндров соединены энергообразующими магистралями 21 и 22, снабженными автоматическими запускными клапанами рабочих цилиндров 23, 24 и перепускными клапанами 25, 26, 27, 28. Энергообразующие магистрали 21 и 22 соединены меж собой преобразователем 20. Преобразователь 20 содержит: корпус 29; эксцентрично расположенный в направляющем цилиндре 37 ротор 30 с прорезями 31 и подвижными пластинами 32; впускную полость 33; выпускную полость 34; изолированные камеры 35. На оси ротора 30 преобразователя 20 размещен выходной вал 36, на котором установлен электрогенератор 39 и маховик 40. Пары рабочих цилиндров в гидродвигателе соединены меж собой через преобразователь 20 выходным валом 36, части которого соединены вместе муфтой 38.
Энергообразующая магистраль 21 соединена с дозатором подачи и удаления воды из системы гидродвигателя 15 трубопроводами подачи и забора воды 41 и 42 и с теплообменником 14 трубопроводами 43 и 44 через клапаны перетока воды 45 и 46. Наружные цилиндры 4, энергообразующие магистрали 21, 22, трубопроводы 41, 42, 43, 44 и преобразователь 20 теплоизолированы снаружи материалом с низким коэффициентом теплопроводимости.
Для подачи воды в гидродвигатель и слива воды дозатор подачи и удаления воды из системы гидродвигателя 15 соединен с патрубками подачи воды 47 и слива воды 48.
Полости рабочих цилиндров, не заполненные жидкостью на отметке уровня «max», являются камерами сгорания.
Полости, не заполненные жидкостью на отметке уровня «min», рабочих цилиндров являются рабочими камерами (конденсации).
Работа гидродвигателя внутреннего сгорания включает стадии:
— пуск гидродвигателя внутреннего сгорания:
«первый этап»;
«второй этап»,
— двухтактный ход гидродвигателя:
«рабочий ход — конденсация — А»;
«рабочий ход — конденсация — Б».
Пуск гидродвигателя внутреннего сгорания производят в два шага.
«Первый этап» — рабочие цилиндры гидродвигателя стопроцентно заполняют жидкостью при помощи дозатора подачи и забора воды 15, чтоб удалить воздух из системы гидродвигателя, при всем этом клапаны системы сброса лишнего давления 18 рабочих цилиндров, автоматические запускные клапаны 23, 24, перепускные клапаны 25, 26 энергообразующей магистрали 21 и перепускные клапаны 27, 28 энергообразующей магистрали 22 открыты.
«Второй этап» — в межцилиндровую полость 6, заполненную жидкостью, через дозатор кислорода 8 подают кислород во внутреннюю полость рабочих цилиндров, при всем этом клапаны системы сброса лишнего давления 18 закрыты. В рабочий цилиндр 1 подают объем кислорода, равный объему камеры сгорания (отметка «max»), а в рабочий цилиндр 2 подается объем кислорода, равный объему камеры конденсации (отметка «min»). Надлежащие объемы воды, вытесняемые кислородом из рабочих цилиндров, удаляются из системы мотора через дозатор подачи и забора воды 15. При помощи системы сброса лишнего давления газов 18 убирают лишнее давление газов, если таковое находится, из рабочих цилиндров. В итоге этого соблюдается конечное давление, возникающее в рабочих цилиндрах, соответственное номинальному режиму работы гидродвигателя.
В итоге этих действий система гидродвигателя перебегает к рабочему циклу.
Рабочий ход гидродвигателя происходит в два такта.
«Рабочий ход — конденсация — А» (фиг.1). В теплоизолирующуюю полость 6 умеренно подается через дозатор горючего 7 кислородо-водородная смесь, которая барботирует через слой воды и воспламеняется при помощи системы зажигания 9 и пылает, создавая давление в камере сгорания рабочего цилиндра 1. В это время клапан системы сброса лишнего давления 18 рабочего цилиндра 1, перепускные клапаны 26, 27, клапан перетока воды 46 и клапан перетока охлажденной воды 12 закрыты, а клапан системы сброса лишнего давления 18 рабочего цилиндра 2, автоматические запускные клапаны 23, 24, перепускные клапаны 25, 28, клапан перетока воды 45 и клапан перетока охлажденной воды 13 открыты. Под давлением жидкость перебегает из полости внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 1 в полость внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 2 через энергообразующие магистрали 21, 22 и преобразователь 20.
Из дозатора дискретной подачи и удаления воды 15 по окончании «рабочего хода — конденсация — А» излишек воды из энергообразующей магистрали 21 удаляется при помощи соответственных трубопроводов 41, 42 в количестве, которое появляется при сгорании определенного объема кислорода и водорода, введенного в систему гидродвигателя в качестве горючей консистенции.
При прохождении воды через впускную полость 33, камеру 35 и выпускную полость 34 преобразователя 20 ее поток давит на располагаемые в прорезях 31 подвижные пластинки 32, которые прижимаются к внутренней поверхности камеры 35 и направляющего цилиндра 37. (Прижим пластинок 32 к внутренней поверхности камер 35 и направляющего цилиндра 37 преобразователя 20 осуществляется за счет центробежного ускорения, которое появляется на пластинках 32, при движении их вокруг центральной оси вращающегося ротора 30.) Обратно расположенные пластинки 32 имеют две стороны и, выступающие над поперечником ротора 30, различные площади, которые воспринимают с обратных сторон различные давления, присутствующие во впускной 33 и выпускной 34 полостях преобразователя 20. В итоге этих критерий происходит движение пластинки 32 из зоны высочайшего давления в зону низкого давления, там где пластинка 32 более выступает над поперечником ротора 30 и имеет самую большую площадь, воспринимающую различные давления с обратных сторон. Камеры 35, расположенные в верхней и нижней части преобразователя 20, делают роль барьера, разделяющего области высочайшего и низкого давления. Движение пластинки 32, расположенной в прорези 31, приводит во вращение ротор 30 и соединенный с ним выходной вал 36, в итоге которого жидкость, отдав энергию на пластинки 32, корпус 29 и ротор 30, уходит в выпускную полость 34 из камеры 35.
Часть воды под давлением попадает по трубопроводам 11 и 43 из энергообразующей магистрали 21 через теплообменник 14 и клапаны 13 и 45 в форсунку рабочего цилиндра 2 системы равномерного распыления охлажденной воды 10 и распыляется в протяжении всего рабочего хода в полости внутреннего цилиндра 3 и полости 6 рабочего цилиндра 2. По окончании распыления охлажденной воды в камере конденсации рабочего цилиндра 2 в работу вступает система сброса лишнего давления газов 18, которая удаляет лишнее давление газов, если таковое находится, из камеры конденсации по сигналу датчика давления и датчика уровня воды (не показаны). Когда жидкость заполнит до отметки «max» полость внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 2, клапаны сброса лишнего давления 18 каждого рабочего цилиндра, перепускные клапаны 25, 28, клапан перетока охлажденной воды 13 и 45 закрывают, а клапаны 12, 26, 27, 46 открывают.
«Рабочий ход — конденсация — Б» — происходит в том же порядке как и «Рабочий ход — конденсация — А», в каком подача горючего и кислорода делается в рабочий цилиндр 2, а конденсация осуществляется в рабочем цилиндре 1. После окончания работы, которую сделала система сброса лишнего давления газов 18 рабочего цилиндра 2, когда горючее начинает подаваться в систему мотора и уровень воды во внутреннем цилиндре достигнул отметки «max», через заполненную жидкостью полость 6, образованную внутренним 3 и наружным 4 цилиндрами рабочего цилиндра 2, дозатор дискретной подачи кислорода 8 подает кислород в камеру сгорания малыми порциями, которые нужны для поддержания исходного неизменного объема кислорода, находящегося в камере сгорания и соответственного определенному условию горения горючего, при котором может быть более много использовать водород при его сгорании с кислородом. Объем кислорода, который нужно ввести в систему для поддержания нужного режима работы мотора, соответствует его количеству растворенного в определенном объеме воды, удаляемого дозатором подачи и удаления воды из системы мотора за один «рабочий ход — конденсация А».
По окончании такта «рабочий ход — конденсация — Б» вновь начинается такт «рабочий ход — конденсация А» и т.д., в каких клапан сброса лишнего давления 18 рабочих цилиндров закрыт. Клапан 18 служит для поддержания неизменного объема и давления кислорода в камере сгорания, которое соответствует номинальному режиму гидродвигателя.
Подача и удаление кислорода из камер сгорания при помощи дозаторов и систем сброса излишнего давления газов осуществляется по данному методу, находящемуся зависимо от номинального режима работы гидродвигателя.
Работой клапанов и других рабочих органов управляет автоматическая система по данному методу.
Внедрение заявленного гидродвигателя внутреннего сгорания позволит:
— повысить КПД до 80-85% за счет: более полного использования остаточного давления сгораемых газов, которое повлияет на пластинки преобразователя (10%); использования пониженного давления (ниже атмосферного), образующегося в итоге конденсации остаточных паров и остывания газов, образованных при сгорании горючего (5%); внедрения теплоизолирующей полости, заполненной жидкостью и сферической формы в высшей части внутреннего и наружного цилиндров, которая уменьшает площадь рабочего цилиндра, на которую действуют раскаленные газы, образованные в итоге сгорания горючего (2%); более полного использования сгорания водорода, содержащегося в горючем, при его сгорании в камере сгорания, где повсевременно находится один из компонент реакции, который сдвигает константу равновесия реакции горения — консистенции водорода и кислорода на право 2Н2+O 22Н2О;
— неопасно использовать совместную подачу кислорода и водорода в камеру сгорания;
— использовать теплоту, удаленную из системы гидродвигателя при помощи теплообменника для отопления, что приводит к более оптимальному использованию тепла, образованного при сгорании горючего в камере сгорания гидродвигателя;
— понизить материалоемкость производства гидродвигателя;
— повысить экологичность гидродвигателя за счет внедрения в качестве горючей консистенции кислорода и водорода;
— сохранение кислорода среды.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Гидродвигатель внутреннего сгорания, снабженный системой подачи и забора воды, содержащий теплоизолированные рабочие цилиндры, заполненные жидкостью, нижние части которых соединены энергообразующей магистралью и сообщены с гидравлическим приводом выходного вала и маховиком, а верхние снабжены системой зажигания, отличающийся тем, что содержит, по последней мере, одну пару рабочих цилиндров, соединенных меж собой энергообразующей магистралью, выполненной в виде системы, состоящей из 2-ух трубопроводов, объединенных средством гидравлического привода выходного вала, соединенных с преобразователем и снабженных перепускными клапанами, при этом один из трубопроводов дополнительно обеспечен автоматическими запускными клапанами, каждый рабочий цилиндр выполнен состоящим из 2-ух соосно расположенных на одном основании цилиндров, внутреннего и наружного, выполненными в высшей части в виде полусфер и выполнением внутреннего цилиндра наименьшей высоты и поперечника, чем наружный, полость, образованная меж внутренним и наружным цилиндром, заполнена жидкостью и сообщена с полостью внутреннего цилиндра, наружный цилиндр обеспечен дозатором горючего — кислородно-водородной консистенции, и дозатором кислорода, гидродвигатель обеспечен охлаждающей системой воды.