четырехтактный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с впускным, выпускным клапанами, поршнем и головкой цилиндра, образующие камеру сгорания, свечу зажигания, источник водорода и кислорода и форсунку с источником давления, отличающийся тем, что поршень выполнен с герметичной полостью и с возможностью доступа в нее, где установлены впускной клапан, выполненный автоматическим (самодействующим), источник водорода и кислорода и форсунка.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что доступ в герметичную полость выполнен в виде съемно закрепленной крышки в днище поршня.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что впускной клапан выполнен с кавитатором в впускном канале.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что источник водорода и кислорода выполнен в виде электролизера с подводкой питания к электродам от источника постоянного тока.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что форсунка выполнена с кавитатором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, и может быть широко использовано в двигателестроении.

Известен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы и системы - охлаждения, смазки, питания и зажигания. Для питания двигателя используется углеводородное топливо - преимущественно бензин и дизельное топливо. (Калисский B.C. и др. Автомобиль. Учебник водителя третьего класса. - М.: Транспорт, 1973 г., стр.8-12).

Недостатком известного двигателя являются значительные эксплуатационные расходы из-за дороговизны углеводородного топлива и высокая токсичность выхлопных газов.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр, свечу зажигания, воздуховпускной патрубок с диффузором и карбюратором, систему питания водородом и источник электрического тока, первый полюс которого связан с свечой зажигания и с электродом в поплавковой камере карбюратора. Второй полюс связан с корпусом двигателя, с иглообразным электродом в диффузоре и с воздуховпускным патрубкам системы питания водородом. В результате бензоводородовоздушная смесь электризуется и при поступлении в камеру сгорания в зоне свечи зажигания концентрируются молекулы водорода, что создает повышенную скорость процесса выгорания обедненной смеси и повышает экономичность двигателя. (А.с. СССР №1020594, F 02 B 51/04, 1983 г.).

Недостатком известного двигателя также являются значительные эксплуатационные расходы на углеводородное топливо и высокая токсичность отработавших газов.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с полостью охлаждения, водоохладитель, насос, водородный реактор с энергоаккумулирующим веществом, бак с водой, через нагнетатель соединенный с водородным реактором, и водонагреватель, трубопроводом соединенный с водородным реактором и к воздуховпускному трубопроводу двигателя. Собирающийся в газовой полости водонагревателя водород через воздуховпускной трубопровод поступает в камеру сгорания двигателя. (А.с. СССР №1071791, F 02 B 43/10, 1984 г.).

Недостатком известного двигателя является сложная, материалоемкая и ненадежная конструкция, которую из-за громоздкости невозможно эксплуатировать в качестве силовой установки, например, на легковом автомобильном транспорте. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с поршнем, впускной, выпускной клапаны и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, свечу зажигания, систему подачи углеводородного топлива и источник водорода с форсункой его подачи. Форсунка установлена рядом с свечей зажигания и в конце такта сжатия через боковой канал производит подачу порция водорода, чем и зажигает обедненную бензовоздушную смесь, повышая экономичность двигателя. (Патент РФ №2151892, F 02 B 43/10, 2000 г.).

Недостатком ближайшего аналога является сложность конструкции из-за наличия двух систем подачи двух видов топлива и наличия источника водорода. Значительные эксплуатационные расходы, связанные с потреблением углеводородного топлива, и высокая токсичность выхлопных газов, отравляющих экологическую среду.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании высоко экономичного и экологически чистого четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания, содержащем по меньшей мере один цилиндр с впускным, выпускным клапанами, поршнем и головкой цилиндра, образующие камеру сгорания, свечу зажигания, источник водорода и кислорода и форсунку с источником давления, поршень выполнен с герметичной полостью и с возможностью доступа в нее, например, через съемную и закрепленную болтами крышку в днище поршня, где установлены впускной клапан, выполненный автоматическим (самодействующим), который может быть выполнен с кавитатором, например, с местным сужением (соплом) в впускном канале. Источник водорода и кислорода, выполненный в виде электролизера с подводкой питания к электродам от источника постоянного тока, например, от аккумулятора, где электроды выполнены из металла, например из никеля. По форме и по площади поверхности электроды могут быть любой известной формы - вписывающейся в полость поршня и с достаточной площадью поверхности для работы двигателя. Форсунка с подводкой для подачи цикловой дозы электролита, например, водного раствора едкого кали в электролизер от источника давления, например, от топливного насоса высокого давления (ТНВД), кинематически связанного с коленчатым валом двигателя. Указанная форсунка может быть выполнена с кавитатором. например, с местным сужением (соплом).

Сущность изобретения показана на чертежах, где на фиг.1 дан разрез двигателя; на фиг.2 - разрез форсунки в части кавитатора.

Пример выполнения предлагаемого решения

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр 1 (фиг.1), выпускной клапан 2 с принудительным управлением, впускной клапан 3, выполненный автоматическим (самодействующим), может быть выполнен с кавитатором 4 в впускном канале, например, с местным сужением (соплом), поршень 5, головку цилиндра 6, свечу зажигания 7, образующие камеру сгорания 8. Системы - охлаждения 9, смазки 10 и систему питания, выполненную в виде источника водорода и кислорода в поршне, для чего поршень выполнен с герметичной полостью 11 и с возможностью доступа в нее, например, через разъемно закрепленную, например, болтами 12 крышку 13 в днище поршня, где в полости установлены впускной, автоматически действующий клапан, источник водорода и кислорода, выполненный в виде электролизера 14 с подводкой 15 питания к электродам 16 от источника постоянного тока, например аккумулятора 17, форсунка 18 (фиг.2), где корпус 19, игла 20, канал 21 для подачи цикловой дозы электролита от источника давления, например, ТНВД 22 по подводке 23 в электролизер. Указанная форсунка может быть выполнена с кавитатором 24, например, с местным сужением (соплом).

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

Первый такт - впуск. Поршень 5 (фиг.1) от ВМТ перемещается к НМТ. Выпускной клапан 2 и впускной автоматически действующий клапан 3 закрыты. В цилиндре 1 создается разрежение, а в полости 11 поршня 5 давление остается прежним - избыточным. При достижении расчетной величины разрежения в цилиндре 1 сопротивление пружины впускного клапана 3 преодолевается и происходит впуск водородокислородной смеси и оставшейся распыленной цикловой дозы электролита из полости 11 поршня 5 в цилиндр 1. Впуск происходит с большой скоростью течения среды, в результате в кавитационной зоне кавитатора 4 давление падает до критического значения и схлопывание пузырей, образовавшихся из капель электролита, приводит к частичной диссоциации (разложению) воды на водород и кислород и к тончайшему распыливанию электролита.

Второй такт - сжатие. Поршень 5 от НМТ перемещается к ВМТ. Впускной клапан 3 и выпускной 2 закрыты. Источник давления, например ТНВД 22, забирает из топливного бака электролит, например, водный раствор едкого кали и через подводку 23, форсунку 18 с кавитатором 24, под давлением, например, 2МПа впрыскивает в электролизер 14 цикловую дозу. Скорость впрыскиваемого электролита в кавитаторе резко возрастает, а давление падает до критического значения и схлопывание образовавшихся пузырей приводит к частичной диссоциации воды на водород и кислород и к распыливанию электролита. Затем при протекании подведенного к электродам 16 по подводке 15 от источника 17 постоянного тока через распыленный электролит происходит электролиз - разложение воды на водород и кислород.

Третий такт - рабочий ход. Впускной 3 и выпускной 2 клапаны закрыты. Свеча зажигания 7 электрической искрой воспламеняет сжатую в камере сгорания 8 рабочую смесь. Расширяющиеся газы создают в цилиндре 1 над поршнем 5 давление, под действием которого поршень 5 от ВМТ перемещается к НМТ. Энергия расширения газов через шатун передается на кривошип и создает крутящий момент на коленчатом валу двигателя.

Четвертый такт - выпуск. Выпускной клапан 2 открыт, впускной 3 закрыт. Поршень 5 перемещается от НМТ к ВМТ и освобождает цилиндр от отработавших газов и остатков цикловой дозы электролита. И рабочие циклы повторяются.

Для ремонта и обслуживания источника водорода и кислорода снимают болты 12 и снимают крышку 13 в днище поршня 5.

Для пуска двигателя включают зажигание. Включают стартер и подают в электролизер 14 электролит. Для изменения частоты оборотов коленчатого вала двигателя увеличивают или уменьшают подачу цикловой дозы электролита. Для остановки двигателя прекращают подачу электролита и выключают зажигание.

Предлагаемый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания в эксплуатации высоко экономичен и экологически чист. Найдет широкое применение во всех отраслях народного хозяйства.