Результат интеллектуальной деятельности: Гидродвигатель внутреннего сгорания с электрическим генератором

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с гидравлическим приводом и может быть использовано в энергетике для выработки электроэнергии и тепла, а также в транспортном машиностроении.

Известны ДВС с гидравлическим приводом на выходе, содержащие рабочие цилиндры, частично заполненные жидкостью, систему питания, зажигания и газообмена, в которых гидравлический привод выходного вала выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма или в виде гидротурбин [1, 2, 3]. Известные ДВС имеют следующие недостатки: низкий КПД, высокие эксплуатационные затраты, низкий ресурс.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является гидравлический двигатель внутреннего сгорания [4], содержащий заполненные жидкостью два теплоизолированных рабочих цилиндра, каждый из которых выполнен состоящим из двух соосно расположенных на одном основании внутреннего и внешнего цилиндров с полусферами в верхней части, нижние части рабочих цилиндров соединены энергообразующей магистралью. При этом полость между внутренним и внешним цилиндром заполнена жидкостью и сообщена с полостью внутреннего цилиндра, внешний цилиндр снабжен дозаторами кислорода и водорода. Верхние части рабочих цилиндров снабжены системой зажигания.

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции, обусловленная наличием гидродвигателя с механическим приводом к электрическому генератору.

Целью изобретения является упрощение конструкции гидравлического двигателя внутреннего сгорания. Указанная цель достигается тем, что гидродвигатель внутреннего сгорания содержит заполненные жидкостью два теплоизолированных рабочих цилиндра, каждый из которых выполнен состоящим из двух расположенных на одном основании внутреннего и внешнего цилиндров с полусферами в верхней части, нижние части рабочих цилиндров соединены энергообразующей магистралью. Полость между внутренним и внешним цилиндром заполнена жидкостью и сообщена с полостью внутреннего цилиндра. Внешний цилиндр снабжен дозаторами кислорода и водорода, а верхние части рабочих цилиндров снабжены системой зажигания.

Новым в гидродвигателе внутреннего сгорания является выполнение вокруг патрубка между верхним и нижним трубопроводом энергообразующей магистрали обмотки линейного электрического генератора, концентрично которой размещен кольцевой постоянный магнит. При этом в качестве жидкости может быть использована ферромагнитная жидкость на водной основе, например, водный раствор сульфата меди или хлорида марганца. Во избежание слипания частиц ферромагнитов может использоваться поверхностно-активное вещество, например олеиновая или лимонная кислоты.

На чертеже представлена схема гидродвигателя внутреннего сгорания с электрическим генератором. Гидродвигатель содержит заполненные жидкостью два теплоизолированных рабочих цилиндра 1 и 2, каждый из которых выполнен состоящим из двух соосно расположенных внутреннего 3 и внешнего 4 цилиндров на основании 5. Между цилиндрами 3 и 4 расположена теплоизолирующая полость 6, заполненная жидкостью и сообщающаяся с полостью внутреннего цилиндра 3. Нижние части рабочих цилиндров 1 и 2 соединены энергообразующей магистралью 7 в виде двух горизонтальных трубопроводов, соединенных патрубком 8. Внешний цилиндр 4 снабжен дозатором кислорода 9 и дозатором топлива 10. Верхние части рабочих цилиндров 1 и 2 снабжены свечами 11 системы зажигания и соединены между собой трубопроводом подачи охлажденной жидкости 12 с форсунками 13 системы распыливания охлажденной жидкости. В трубопровод подачи охлажденной жидкости 12 жидкость поступает из холодильника 14. В трубопроводах энергообразующей магистрали 7 расположены перепускные клапаны 15.

Вокруг средней части патрубка 8 энергобразующей магистрали 7 установлена обмотка 16 линейного электрического генератора, концентричного которой размещен кольцевой постоянный магнит 17.

Полости рабочих цилиндров 1 и 2, не заполненные жидкостью до отметки «max», являются камерами сгорания. Полости рабочих цилиндров 1 и 2, не заполненные жидкостью до отметки уровня «min», являются рабочими камерами (конденсации).

Для запуска гидродвигателя рабочие цилиндры 1 и 2 полностью заполняют с помощью дозатора (не показан) для удаления воздуха. При этом перепускные клапаны 15 энергообразующей магистрали 7 открыты. Затем в межцилиндровую полость 6, заполненную жидкостью, через дозатор кислорода 9 подают кислород во внутреннюю полость рабочих цилиндров 1 и 2. В рабочий цилиндр 1 подают объем кислорода, ровный объему камеры сгорания (отметка «max»), а в рабочий цилиндр 2 подается объем кислорода, равный объему камеры конденсации (отметка «min»). Соответствующие объемы жидкости, вытесняемые кислородом из рабочих цилиндров 1 и 2, удаляются из системы через дозатор (на фиг. не показан).

В результате этих действий система гидродвигателя переходит к рабочему циклу. В теплоизолированную полость 6 через дозатор топлива 10 подается водород, который барботирует через слой жидкости, воспламеняется свечами 11 системы зажигания и горит, создавая давление в камере сгорания рабочего цилиндра 1.

В это время правый перепускной клапан 15 верхнего трубопровода энергообразующей магистрали 7 и левый перепускной клапан 15 нижнего трубопровода закрыты (чертеж), а левый перепускной клапан 15 верхнего трубопровода и правый перепускной клапан 15 нижнего трубопровода открыты. Под давлением жидкость переходит из полости внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 1 в полость внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 2 через патрубок 8 энергообразующей магистрали 7.

Кольцевой постоянный магнит 17 создает магнитное поле вокруг средней части патрубка 8. Перемещение столба ферромагнитной жидкости в магнитном поле создает ЭДС в обмотке 16 линейного электрического генератора, снимаемую с электрического разъема (не показан).

Часть жидкости под давлением из энергообразующей магистрали 7 проходит через холодильник 14 и после охлаждения распыляется форсункой 13 системы распыливания охлажденной жидкости в рабочий цилиндр 2. По окончании распыливания охлажденной жидкости в камеру конденсации рабочего цилиндра 2 в работу вступает система сброса избыточного давления газов (не показана), которая удаляет избыточное давление газов. Когда жидкость заполнит до отметки «max» полость внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 2, открытые перепускные клапаны 15 закрывают, а закрытые - открывают.

Далее процесс продолжается и жидкость под давлением переходит из полости внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 2 в полость внутреннего цилиндра 3 рабочего цилиндра 1 через патрубок 8 энергообразующей магистрали 7.

Кольцевой постоянный магнит 17 создает магнитное поле вокруг патрубка 8. Перемещение столба ферромагнитной жидкости в магнитном поле вновь создает ЭДС в обмотке 16 линейного электрического генератора. Далее цикл повторяется.

Во время работы гидродвигателя поступающая из холодильника теплота может быть использована для теплофикации.

Техническим преимуществом предложенного гидродвигателя является отсутствие механического взаимодействия трущихся деталей (за исключением клапанов), что упрощает конструкцию и повышает КПД. Кроме того, в гидродвигателе отсутствует выхлоп отработавших газов, т.к. при сгорании водорода с кислородом образуется вода.

Использование предлагаемого технического решения упрощает конструкцию гидродвигателя с электрическим генератором.

Литература

1. Патент Великобритании №1380739, МКИ F02B 75/32, 1975 г.

2. Патент РФ №2006622, МКИ F02B 71/04, 1994 г.

3. Патент РФ №2198308, МКИ F02B 71/04, 2001 г.

4. Патент РФ №2330166, МКИ F02B 71/04, 2008 г.