Способ работы двигателя и устройство для его осуществления

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам подачи криогенных жидкостей в двигатель внутреннего сгорания, и может быть использовано при создании новых типов двигателей с отсутствием выброса вредных веществ.

Известен водородный двигатель [1], содержащий систему питания водородом двигателя внутреннего сгорания, содержащую источник водорода высокого давления, регулятор давления с блоком управления, электромагнитный клапан с блоком управления, искровую свечу зажигании. Однако водород в таком двигателе используется только для замещения углеводородного топлива. К недостаткам такого двигателя можно отнести низкий коэффициент полезного действия из-за высокотемпературного выхлопа.

Этими же недостатками обладают все водородные двигатели фирмы Toyota, содержащие в открытой базе данных на 5680 патентов на водородные двигатели [2]

Известен способ работы двигателя [3], основанный на попеременном сжигании топлива в камере сгорания путем подогрева воздуха и впрыскивании в него жидкости. Однако в нем впрыскивается только органическое топливо, что не позволяет сократить выбросы вредных веществ.

В качестве прототипа на способ работы двигателя можно выбрать способ работы двигателя, основанный на попеременном режиме сжигания [4], движения подвижного элемента (поршня, диафрагмы) в противоположную сторону за счет введения в камеру сухого подогретого воздуха с одновременной подачей и диспергирования криогенной жидкости, электрически соединенными с аккумулятором в виде сверхпроводящего кольца, расположенного в баке с жидким воздухом (азотом), а баки соединены со смесителем, который в свою очередь попеременно соединен с противоположными камерами сгорания.

Задачей изобретения является создание экологически чистого двигателя и повышение КПД.

Поставленная задача решается за счет того, что способ работы двигателя, основанный на попеременном режиме сжигания, движения подвижного элемента в противоположную сторону за счет введения в камеру сухого подогретого воздуха с одновременной подачей и диспергирования криогенной жидкости, при этом в качестве режима сгорания используют смеси газообразного кислорода и водорода, получаемые путем испарения отдельно хранящихся жидкого кислорода и водорода, перевода испарившегося водорода в газовый контейнер с гидридами интерметаллидов, заполнения камеры смешивания газообразным кислородом с последующей дозированной подачей газообразного водорода в смеситель и последующего попеременного направления смеси водорода и кислорода в камеру сгорания с попеременным вводом в противоположную сторону и диспергирования криогенной жидкости. Подвижный элемент выполнен в виде поршня или диафрагмы.

Двигатель, содержащий камеру сгорания, соединенную попеременно с баком топлива и баком криогенной жидкости, и подвижный элемент, при этом баки топлива и баки криогенной жидкости выполнены в виде вложенных друг в друга баков, имеющих форму сфер, причем бак с жидким водородом окружен баком с жидким кислородом, а бак с жидким кислородом окружен баком с жидким воздухом или азотом, каждый из баков имеет независимые патрубки, патрубок от бака с жидким водородом последовательно соединен с контейнером с гидридами интерметаллидов и газовым дозатором, газовый патрубок от контейнера и патрубок от бака с жидким кислородом снабжены нагревателями, электрически соединенными со сверхпроводящим аккумулятором в виде сверхпроводящего кольца, расположенного в баке с жидким воздухом или азотом, а баки соединены со смесителем, который в свою очередь попеременно соединен с противоположными камерами сгорания. Сверхпроводящий аккумулятор энергии расположен преимущественно в нижней части бака с жидким азотом или воздухом. Патрубки сочленены с водородно-кислородным топливным элементом, содержащим анод и катод, отделенные друг от друга мембраной из твердополимерного электролита, причем анод и катод соединены как со сверхпроводящим аккумулятором энергии, так и со всеми потребителями электрической энергии. Потребителями электрической энергии являются нагреватели. Баки отделены друг от друга вакуумной теплоизоляцией.

К особенностям можно отнести и то, что сверхпроводящий аккумулятор энергии расположен преимущественно в нижней части бака с жидким азотом (воздухом). К другим особенностям можно отнести и то, что патрубки сочленены с водородно-кислородным топливным элементом, содержащим анод и катод, отделенные друг от друга мембраной из твердополимерного электролита, причем анод и катод соединены как со сверхпроводящим аккумулятором энергии, так и со всеми потребителями электрической энергии (нагревателями), и то, что баки отделены друг от друга вакуумной теплоизоляцией.

На рис. 1 изображена часть двигателя, содержащего преимущественно контейнеры с криогенной жидкостью и контейнер для хранения газообразного водорода.

Особенностью вновь предложенного двигателя является то, что баки топлива и баки криогенной жидкости 3 выполнены в виде вложенным друг в друга баков, имеющих форму сфер, причем бак с жидким водородом 5 (с наименьшей температурой кипения) окружен баком 6 с жидким кислородом, а бак 7 с жидким кислородом окружен баком с жидким воздухом (азотом), каждый из баков 5, 6, 7 имеет независимые патрубки 8, 9, 10, патрубок от бака 6 с жидким водородом последовательно соединен с контейнером 11 с гидридами интерметаллидов и газовым дозатором 12, газовый патрубок от контейнера 11 и патрубок от бака с жидким кислородом 7 снабжены нагревателями 13, электрически 14 соединенными с аккумулятором 15 в виде сверхпроводящего кольца, расположенного в баке с жидким воздухом (азотом) 7, а баки 5 и 6 соединены со смесителем 16, который в свою очередь попеременно соединен с противоположными камерами сгорания.

К недостаткам такого способа работы двигателя можно отнести лишь частичную замену углеводородного топлива, которую компенсируют при движении поршня в противоположную сторону за счет введения в камеру сухого подогретого воздуха с одновременной подачей и диспергирования криогенной жидкости. Другими словами, такой способ лишь частично снижает выброс вредных веществ.

В предлагаемом способе работы двигателя, основанном на попеременном режиме сжигания, движения подвижного элемента (поршня, диафрагмы) в противоположную сторону за счет введения в камеру сухого подогретого воздуха с одновременной подачей и диспергирования криогенной жидкости.

К особенностям вновь предложенного способа можно отнести то, что в качестве режима сгорания используют смеси газообразного кислорода и водорода, получаемые путем испарения отдельно хранящихся жидкого кислорода и водорода, перевода испарившегося водорода в газовый контейнер с гидридами интерметаллидов, заполнения камеры смешивания газообразным кислородом с последующей дозированной подачей газообразного водорода в смеситель и последующего попеременного направления смеси водорода и кислорода в камеру сгорания с попеременным вводом в противоположную сторону и диспергирования криогенной жидкости.

В качестве прототипа при рассмотрении двигателя можно рассмотреть двигатель [4], содержащий камеру сгорания 1, соединенную попеременно с баком топлива 2 и баком криогенной жидкости 3, и подвижный элемент (поршень, мембрана) 4.

Особенностью вновь предложенного двигателя является то, что баки топлива и баки криогенной жидкости выполнены в виде вложенным друг в друга баков, имеющих форму сфер, причем бак с жидким водородом (с наименьшей температурой кипения) окружен баком с жидким кислородом, а бак с жидким кислородом окружен баком с жидким воздухом (азотом), каждый из баков имеет независимые патрубки, патрубок от бака с жидким водородом последовательно соединен с контейнером с гидридами интерметаллидов и газовым дозатором, газовый патрубок от контейнера и патрубок от бака с жидким кислородом снабжены нагревателями.

К особенностям можно отнести и то, что сверхпроводящий аккумулятор энергии 15 расположен преимущественно в нижней части бака 7 с жидким азотом (воздухом). К другим особенностям можно отнести и то, что патрубки 8 и 9 сочленены с водородно-кислородным топливным элементом 17, содержащим анод 18 и катод 19, отделенные друг от друга мембраной 20 из твердополимерного электролита, причем анод 18 и катод 19 соединены как со сверхпроводящим аккумулятором энергии 15, так и со всеми потребителями электрической энергии (нагревателями 12), и то, что баки 5, 6, 7 отделены друг от друга вакуумной теплоизоляцией 21.

На рис 2. изображен двигатель при движении поршня в одну сторону, а на рис. 3 в противоположную сторону.

Зажигание водорода можно осуществлять как в режиме двигателя Отто (от искры) так и двигателя Дизеля (от сжатия).

Предложенный способ и устройство предназначены для создания полностью экологически чистого двигателя при повышенном КПД. Повышение КПД достигается за счет высокотемпературного сгорания водорода и низкотемпературного испарения жидкого воздуха с другой стороны поршня.

Источники информации

1. Патент RU 32458232 на систему зажигания водородного двигателя.

2. Каталог на 5680 патентов на водородные двигатели фирмы Toyota (Каталог есть в интернете).

3. SU №1254185, 30.08.1986.

4. Патент RU №2552621 на двигатель внутреннего сгорания и способ его работы.