автомобиль с гидрогазодинамическим двигателем

Формула изобретения

Автомобиль, содержащий раму с ходовой частью и подвеской, на которой установлены кабина водителя, кузов, двигатель, посредством силовой передачи соединенный с задним мостом, и механизмы управления, отличающийся тем, что двигатель представляет собой лопастной гидромотор, два реактора, входные патрубки которых через запорные краны и впускные клапаны соединены с расходным баком, соединенным с баком для хранения рабочего тела, причем выходные патрубки упомянутых реакторов соединены через запорные краны и распределительный кран с входной полостью лопастного гидромотора, выходная полость которого связана с винтовой полостью циклона, выходной патрубок которого соединен с расходным баком, а его внутренняя полость через выхлопную трубу соединена с атмосферой, причем внутри реакторов размещены в несколько рядов газовые генераторы, каждый из которых представляет собой автоматически открываемый и закрываемый контейнер, внутри которого размещены активные элементы, выполненные из церия, или иттрия, или сплава, относящегося к группам церия и иттрия семейства лантаноидов, кроме того, газовые генераторы через механизмы привода кинематически связаны с гидравлической системой управления двигателем, рабочим телом которого является дистиллированная вода.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к автомобильному транспорту и может найти применение в качестве транспортного средства.

Известен автомобиль ГАЗ-51А (4х2), содержащий раму, на которой размещены кабина, кузов, двигатель, который посредством силовой передачи соединен с задними колесами, механизмы управления. Масса автомобиля 2500 кг, грузоподъемность 2000 - 2500 кг, максимальная скорость 70 км/час, мощность двигателя 70 л. с. при 2800 об/мин, расход топлива 20 л. на 100 км при скорости движения 40 км/час. /Краткий автомобильный справочник, НИИАТ, изд. 8, М., Транспорт, 1979, с. 116-118/.

Недостатками известного автомобиля ГАЗ-51А являются: большой расход топлива, загрязнение окружающей среды выхлопными газами.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией автомобиля и его двигателем.

Известен также автомобиль ЗИЛ-130 (4х2), содержащий раму, на которой размещены кабина, кузов, двигатель, соединенный посредством силовой передачи с задними колесами, управляемые передние колеса, механизмы управления. Масса автомобиля 4300 кг, грузоподъемность 5000 кг, максимальная скорость движения 90 км/час, мощность двигателя 150 л.с., при 3200 об/мин, расход топлива 28 л на 100 км при скорости движения 30-40 км/час. /Там же с. 125-130/.

Известный автомобиль ЗИЛ-130, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатки известного автомобиля ЗИЛ-130, принятого за прототип, те же.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя, а также самого автомобиля.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных характеристик автомобиля.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что бензиновый четырехтактный восьмицилиндровый двигатель заменен двигателем, содержащим лопастной гидромотор, два реактора, входные патрубки которых через запорные краны и впускные клапаны соединены с расходным баком, соединенным с баком для хранения рабочего тела, причем выходные патрубки упомянутых реакторов соединены через запорные краны и распределительный кран с входной полостью лопастного гидромотора, выходная полость которого связана с винтовой полостью циклона, выходной патрубок которого соединен с расходным баком, а его внутренняя полость через выхлопную трубу соединена с атмосферой, причем внутри реакторов размещены в несколько рядов газовые генераторы, каждый из которых представляет собой автоматически открываемый и закрываемый контейнер, внутри которого размещены активные элементы, выполненные из церия или иттрия или сплава, относящегося к группам церия и иттрия семейства лантаноидов, кроме того, газовые генераторы через механизмы привода кинематически связаны с гидравлической системой управления двигателем, рабочим телом которого является дистиллированная вода.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид автомобиля, на фиг. 2 - схема силовой передачи автомобиля, на фиг. 3 - общий вид гидрогазодинамического двигателя, на фиг. 4 - вид сверху на гидрогазодинамический двигатель, на фиг. 5 - схема гидрогазодинамического двигателя, на фиг. 6 - общий вид реактора в разрезе, на фиг. 7 - общий вид газового генератора в разрезе, на фиг. 8 - разрез по АА фиг. 7 (расположение деталей газового генератора в режиме максимальной производительности), на фиг. 9 - расположение деталей газового генератора в режиме минимальной производительности, на фиг. 10 - расположение деталей газового генератора в выключенном положении, на фиг. 11 - общий вид механизма привода газовых генераторов, на фиг. 12 - вид слева на механизм привода газовых генераторов, на фиг. 13 -устройство запорного крана, на фиг. 14 - устройство циклона, на фиг. 15 - схема привода генератора электрического тока, на фиг. 16 - схема привода распределительного крана, на фиг. 17 - гидравлическая система управления двигателем, на фиг. 18 - устройство фиксатора минимальных оборотов, на фиг. 19 - схема регулятора частоты вращения вала двигателя.

Предлагаемый автомобиль содержит раму 1 с ходовой частью 2 и подвеской, на которой размещены кабина водителя 3, кузов 4. Двигатель 5, размещенный в передней части рамы, через муфту сцепления 6, коробку передач 7 и карданную передачу 8 соединен с задним мостом. Муфта сцепления, коробка передач и карданная передача выполнены без особенностей. Двигатель содержит корпус 9 цилиндрического типа, внутри которого установлен лопастной гидромотор, содержащий корпус 10, закрытый передней 11 и задней 12 крышками, внутри которого размещен ротор 13, закрепленный на валу 14, пропущенному через отверстия в передней и задней крышках. В роторе выполнены три радиальных паза 15, в которые вставлены лопасти 16, каждая из которых имеет ролик 17, входящий в криволинейный профилированный паз 18, выполненный на внутренней поверхности задней крышки. Лопастной гидромотор имеет впускную 19 и выпускную 20 полости.

На переднем конце вала установлен маховик 21, имеющий зубчатый венец, входящий в зацепление с шестерней 22 привода генератора электрического тока 23. На заднем конце вала закреплена шестерня 24, входящая в зацепление с ведомой шестерней 25, установленной на нижнем конце вертикального вала 26, на верхнем конце которого закреплен эксцентрик 27, взаимодействующий с рамкой 28, соединенной с золотником 29, имеющим перепускное отверстие 30 и вставленным в корпус 31 гидравлического распределительного крана. Расходный бак 32 соединен гидравлически через впускные клапаны 33,34 и запорные краны 35,36 с двумя реакторами 37,38, одинаковыми по конструкции, количество которых может быть более двух.

Каждый из них содержит корпус 39, разделенный перегородкой 40 на нижнюю и верхнюю части и сверху закрыт крышкой 41. Нижняя половина корпуса имеет входной 42 и выходной 43 патрубки. Внутри ее установлены в несколько рядов газовые генераторы 44, одинаковые по конструкции. Каждый из них содержит -образный стержень 45, привернутый к корпусу реактора болтами 46 и имеющий боковые продольные пазы, в которые запрессованы активные элементы 47, выполненные из церия или иттрия или сплава, относящегося к группам церия и иттрия семейства лантаноидов. Сверху на стержень надет стакан 48, имеющий сквозные боковые продольные пазы 49 и выполненный заодно с валом 50, на верхнем конце которого закреплена шестерня 51.

Вал уплотнен сальником 52 с поджимной гайкой 53. Оба механизма управления газовыми генераторами одинаковы по конструкции и размещены в верхних частях корпусов реакторов, каждый из которых содержит зубчатые рейки 54, 55, 56, установленные в направляющих 57 и входящие в зацепление с шестернями газовых генераторов и шестернями 58, 59, 60, закрепленными на поперечном валу 61, установленном в подшипниках 62 и соединенного с рычагом 63. Оба реактора через запорные краны 64,65, гидрораспределительный кран и управляемый золотник 66 посредством трубопроводов соединены с входной полостью лопастного гидромотора, выходная полость которого соединена с циклоном 67, содержащим корпус 68, имеющий входной 69 и выходной 70 патрубки, внутри которого закреплена выхлопная труба 71, имеющая спиральные ребра 72.

На конце выхлопной трубы установлена пламепрерывающая сетка 73. Выходной патрубок циклона посредством трубопровода соединен с расходным баком. Реакторы имеют манометры 74 и предохранительные клапаны 75, полости которых посредством трубопроводов соединены с входным патрубком циклона. Один из реакторов через вспомогательный кран 76 соединен с впускной полостью лопастного гидромотора. Всасывающий клапан 77 соединяет впускную полость лопастного гидромотора с расходным баком, который через запорный кран 78 соединен с баком 79 для хранения рабочего тела. Внутренние полости нижних частей реакторов, расходный бак и соединяющие их трубопроводы заполнены дистиллированной водой, которая является рабочим телом двигателя. Гидравлическая система управления двигателем содержит гидроцилиндр 80, внутрь которого вставлен поршень 81, делящий внутреннее пространство на две полости 82 и 83.

Поршень соединен с штоком 84, который связан шарнирно с рычагами управления газовыми генераторами обоих реакторов. Гидравлический кран управления состоит из корпуса 85, внутрь которого вставлен золотник 86, имеющий перепускные отверстия 87,88, нагруженный пружиной 89 и соединенный с педалью управления 90. Гидравлический кран управления и гидроцилиндр посредством трубопроводов соединены с масляным баком 91 и масляными насосами 92,93, имеющими редукционные клапаны 94,95 и приводимыми в движение электродвигателем, не показанном на чертеже, питаемым от аккумуляторной батареи. Оба реактора имеют фиксаторы минимальных оборотов, каждый из которых содержит стержень 96, входящий своим верхним концом в полукруглый паз 97, сделанный в головке рычага управления газовыми генераторами.

Стержень вставлен в отверстие, выполненное в бобышке реактора, нагружен пружиной 98 и в нижней части оканчивается гайкой с кольцом 99. К кольцу прикреплен тросик, не показанный на чертеже и выведенный на приборную доску автомобиля. Регулятор частоты вращения вала двигателя содержит горизонтальный вал 100, установленный в подшипнике, на одном конце которого закреплена шестерня 101, входящая в зацепление с шестерней привода распределительного крана, а на другом конце установлена вилка 102, на концах которой размещены грузики 103, контактирующие своими выступами с диском 104, закрепленным на конце прямоугольного стержня 105, установленного в направляющих и имеющего сверху рычаг 106, соединенный тягой 107 с рычагом управляемого золотника, а снизу кронштейн 108 с чашкой 109, в которую вставлен один конец пружины 110, второй конец которой вставлен в чашку 111, закрепленную на штоке гидроцилиндра системы управления двигателем. Все запорные краны одинаковы и каждый из них содержит корпус 112, внутрь которого вставлен золотник 113 с отверстием 114, соединенный с ручкой 115.

Работа автомобиля

После подготовки автомобиля к движению производится запуск двигателя 5, работа которого основана на использовании способности церия и иттрия, относящихся к семейству лантаноидов при соприкосновении с водой разлагать ее на водород и кислород при обычных условиях. /О свойствах этих элементов см. А. И. Бусев, И.П. Ефимов, Словарь химических терминов, пособие для учащихся, М., Просвещение, 1971, с. 91-92 /.

Поворотом ручек 115 открываются запорные краны 35,36, через которые, а также через впускные клапаны 33,34 внутренние полости реакторов 37,38 заполняются водой. Включается электродвигатель привода масляных насосов 92,93, не показанный на чертеже. При этом масло из масляного бака 91 подается в полости 82, 83 гидроцилиндра 80. Так как давление в обеих полостях одинаково, то поршень 81 будет неподвижен и располагаться в средней части. Далее необходимо нажать на педаль 90 управления двигателем (фиг. 17). Золотник 86 гидравлического крана управления передвинется в ту же сторону и перепускное отверстие 87 соединит полость 83 гидроцилиндра 80 с масляным баком 91.

В результате давление в этой полости уменьшится, а в полости 82 останется прежним и поршень 81 станет перемещаться вправо и через шток 84 повернет по часовой стрелке рычаги 63 реакторов 37, 38 и сожмет немного пружину 110 регулятора частоты вращения вала двигателя. При этом вместе с рычагами 63 повернутся поперечные валы 61 с шестернями 58, 59, 60, которые передвинут зубчатые рейки 54, 55, 56 и повернут шестерни 51 газовых генераторов 44. Вместе с последними повернутся стаканы 48 и сквозные пазы 49 частично откроют активные элементы 47, как показано на фиг. 9.

Под действием пружин 98 стержни 96 фиксаторов минимальных оборотов войдут в полукруглые пазы 97 (фиг. 18) и будут препятствовать полному отключению газовых генераторов 44 реакторов 37, 38, обеспечивая минимальное соприкосновение активных элементов 47 с водой. При соприкосновении активных элементов 47 с водой начинается ее разложение на водород и кислород. При этом кислород вступает в химическую реакцию с активным элементом, образуя окисел. Образовавшийся водород накапливается в нижних частях реакторов 37,38 и повышает в них давление, которое может контролироваться по манометрам 74. Как только давление водорода в реакторах 37,38 достигнет необходимой величины, открытием запорных кранов 64,65 включается лопастной гидромотор 10. В этом случае попеременно через перепускное отверстие 30 золотника 29 распределительного крана 31 нижняя часть каждого из реакторов подключается к впускной полости 19 лопастного гидромотора.

Газоводяная смесь под давлением выбрасывается из реактора во впускную полость лопастного гидромотора производит давление на лопасти 16, заставляя вращаться вал 14, а вместе с ним и маховик 21, который своим зубчатым венцом приводит во вращение ведомую шестерню 22 привода генератора электрического тока 23, а ведущая шестерня 24 приводит в движение ведомую шестерню 25 и вместе с ней вертикальный вал 26 и эксцентрик 27, который через рамку 28 перемещает золотник 29 распределительного крана 31 попеременно в ту и другую сторону. Для получения необходимого давления в реакторах и наиболее полного его использования в лопастном гидромоторе передаточное отношение ведущей шестерни 24 и ведомой шестерни 25 взято 2:1.

Совершив работу по перемещению лопастей 16 и повороту вала 14 газоводяная смесь поступает в выпускную полость 20 лопастного гидромотора, а затем в циклон 67, где проходит через винтовой желоб и приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы вода отбрасывается на стенки циклона и стекает вниз, затем по трубопроводу возвращается в расходный бак 32, а водород через выхлопную трубу 71 и пламепрерывающую сетку 73 выходит в атмосферу. Как только был произведен выброс газоводяной смеси из того или иного реактора, открывается один из впускных клапанов 33,34 и новая порция воды из расходного бака 32 поступает в соответствующий реактор и все повторяется снова. Если давление в реакторах превысит максимально допустимую величину, то часть газоводяной смеси выбрасывается через предохранительные клапаны 75 и поступает в циклон 67.

Если после открытия запорных кранов 64,65 вал 14 лопастного гидромотора не вращается вследствие того, что перепускное отверстие 30 золотника 29 находится в среднем положении и не может соединить впускную полость 19 лопастного гидромотора ни с одним из реакторов, необходимо открыть на короткое время, а затем снова закрыть вспомогательный кран 76. Газоводяная смесь поступит во впускную полость 19 лопастного гидромотора, минуя распределительный кран 31, и повернет вал 14, выводя золотник 29 из мертвой зоны. Как только двигатель стал устойчиво работать на малых оборотах выключается муфта сцепления 6 и включается одна из низших передач в коробке передач 7. После этого плавно включается муфта сцепления с одновременным нажатием на педаль 90.

Автомобиль начинает движение, а вал двигателя увеличивает частоту вращения за счет большего открытия активных элементов 47 и более интенсивного разложения воды. Наибольшая частота вращения вала двигателя возможна при максимальном открытии активных элементов (фиг. 8) и максимальной производительности реакторов. Для уменьшения скорости движения автомобиля и соответственно уменьшения частоты вращения вала двигателя необходимо отпустить педаль 90. Под действием пружины 89 педаль передвинется вместе с золотником 88 вправо и перепускное отверстие 8 гидравлического крана управления соединит полость 82 гидроцилиндра 80 с масляным баком 91. Давление масла в этой полости уменьшится, а в другой полости останется прежним.

Поршень 81 станет смещаться влево и передвинет в ту же сторону шток 84, а он повернет рычаги 63 и с ними поперечные валы 61 с шестернями 58,59,60. Зубчатые рейки 54,55,56 продвинутся в противоположную сторону и через шестерни 51 повернут стаканы 48 в обратную сторону, уменьшив поверхность активных элементов 47, соприкасающихся с водой и, тем самым, количество вырабатываемого водорода. Это уменьшит давление в реакторах 37,38 и приведет к уменьшению частоты вращения вала 14 двигателя. Перемещение штока 84 в этом направлении ограничено стержнями 96 фиксаторов минимальных оборотов, которые не позволят до конца повернуть рычаги 63 и полностью изолировать активные элементы 47 от воды (фиг. 9).

Резкое уменьшение подачи газоводяной смеси во впускную полость 19 лопастного гидромотора вызовет в ней разрежение из-за того, что маховик 21 не успеет снизить частоту вращения. В этом случае откроется всасывающий клапан 77 и часть воды из расходного бака 32 поступит во впускную полость 19. По мере уменьшения воды в расходном баке 32 ее количество пополняется при открытии запорного крана 78 из бака 79. При работе реакторов реакция разложения воды необратима и соединение вновь водорода с кислородом не происходит. Для защиты двигателя от наружного пламени на выхлопной трубе 71 установлена пламепрерывающая сетка 73. В процессе работы двигателя частота вращения вала 14 определяется местом расположения поршня 81 в гидроцилиндре 80.

В зависимости от того, насколько продвинут вправо шток 84, изменяется сила действия пружины 110 регулятора частоты вращения вала двигателя. При передаче вращения от шестерни 25 на шестерню 101 вместе с ней вращается вал 100 с вилкой 102 и грузиками 103. При увеличении частоты вращения вала двигателя по какой-либо причине увеличивается центробежная сила. Под действием увеличившейся центробежной силы грузики 103 движутся влево, удаляясь от центра вращения, и своими выступами нажимают на диск 104, передвигая влево стержень 105 и вместе с ним рычаг 106, который через тягу 107 поворачивает управляемый золотник 66, уменьшая проходное сечение и количество газоводяной смеси, подаваемой во впускную полость 19. При уменьшении частоты вращения вала двигателя ниже той, что установлена силой действия пружины 110 и положением поршня 81 в гидроцилиндре 80, уменьшается центробежная сила.

Грузики 103 под действием пружины 110, действующей через стержень 105 и диск 104, перемещаются вправо ближе к центру вращения. Рычаг 106 через тягу 107 поворачивает управляемый золотник 66, увеличивая проходное сечение и количество газоводяной смеси, подаваемой во впускную полость 19. Частота вращения вала двигателя возрастает до необходимой величины. Таким образом при нажатии на педаль 90 увеличивается производительность реакторов и соответственно возрастает мощность и частота вращения вала двигателя, а также скорость движения автомобиля. При отпускании педали 90 производительность реакторов уменьшается до минимальной величины, уменьшается частота вращения вала двигателя и скорость движения автомобиля.

Управление автомобилем с гидрогазодинамическим двигателем ничем не отличается от управления автомобилем с обычным двигателем. После прибытия автомобиля на стоянку его двигатель останавливается. Для этого необходимо посредством тросиков, не показанных на чертеже, вывести стержни 96 фиксаторов минимальных оборотов из полукруглых пазов 97, сжав пружины 98 и отпустив педаль 90. Под действием пружины 89 золотник 86 передвинется вправо. Полость 82 гидроцилиндра 80 соединится с масляным баком 91 и давление в ней уменьшится. Поршень 81 передвинется влево и через шток 84 повернет рычаги 63 влево до полного закрытия активных элементов 47 газовых генераторов 44. Процесс разложения воды прекратится. После этого закрываются краны 35, 36, 64, 65 и отключается электродвигатель привода масляных насосов 92, 93. При изготовлении двигателя должно быть предусмотрено устройство для очистки активных элементов от окисной пленки, не показанное на чертежах.

Положительный эффект: для движения автомобиля не требуется органическое топливо, не тратится время на заправку автомобиля, не загрязняется окружающая среда выхлопными ядовитыми газами, при необходимости выделяющийся водород может быть утилизирован.