Патент на изобретение №2168030

(54) ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ И ДВИГАТЕЛЬ ЦАГОЛОВЫХ Р.С. И А.Р.

(57) Реферат:

Изобретение относится к области двигателестроения, применительно к тепловым двигателям внутреннего сгорания. Теплоноситель-топливо с заданными параметрами формирования работы двигателя подается после закрытия впускного и выпускного клапанов через дополнительные клапаны или форсунки в рабочие камеры в начале такта сжатия, что дает возможность поднять его давление и температуру до эквивалентного значения по энергомассе, притом в цикле обеспечивается рекуперация тепла отработавших газов путем газификации (испарения) жидких и эмульсионных теплоносителей-топлив в рекуператоре, задействованном от тепла отработавших газов, а двигатель имеет систему рекуперации всех сортов жидкого и эмульсионного топлив в газообразное, притом дополнительная интенсификация цикла и рабочего процесса и более полное сгорание топлива, а также форсирование и охлаждение двигателя без дополнительных затрат энергии осуществляются путем впрыска в рабочие камеры с помощью форсунок высокого давления на такте расширения в точке “Z” индикаторной диаграммы катализатора-воды и его катализирующих рабочий процесс растворов, а двигатель имеет систему впрыска катализатора, причем при этом рекупируется тепло охлаждающего тела на получение положительного эффекта и охлаждение двигателя. Изобретение обеспечивает повышение КПД и параметров цикла и работы двигателя, упрощение конструкции, снижение взрывоопасности работы, токсичности отработавших газов и охлаждение двигателя. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к области двигателестроения, преимущественно к тепловым двигателям внутреннего сгорания.

Известны термодинамические циклы и тепловые двигатели внутреннего сгорания для их осуществления с форсированием путем механического наддува и работы на газообразном топливе (см. УДК 629.114(075.32), Е.Н. Тур и др. Устройство автомобиля. – М.: Машиностроение, 1990, с. 19, 121 и др.).

Известен также рабочий цикл-способ работы двигателя внутреннего сгорания с впрыском в рабочее тело заряда катализатора-воды и впускной коллектор на такте впуска (см. патент Великобритании N 1357887, МКИ F 1 B, 1973 г.).

Известные циклы-способы работы двигателей требуют дополнительных потерь энергии на привод устройств наддува, создают дополнительное сопротивление выходу из рабочих камер-цилиндров отработавших газов из-за устройства на пути их газовой турбины. Это в свою очередь ухудшает очищение рабочих камер-цилиндров от остаточных газов, уменьшая массу свежего заряда и, следовательно, ухудшает показатели работы двигателя и цикла.

Применение газового топлива в известных циклах с подачей теплоносителя-топлива в карбюратор-смеситель с параметрами впускного коллектора из-за уменьшения эквивалентной жидкому топливу энергомассы приводит к резкому снижению мощностных и экономических параметров работы двигателя. Что касается рабочего цикла с подачей катализатора-воды в впускной коллектор на такте впуска, как это делается по известному способу работы двигателя, то это приводит к снижению температуры рабочего заряда в конце такта сжатия из-за потерь тепла на испарение заряда катализатора. Это также приводит к снижению параметров работы двигателя, к снижению его КПД. Следует также отметить, что применение механического наддува, а также газобаллонных систем значительно усложняет конструкцию двигателя из-за наличия наддувных устройств, газобаллонных систем, карбюратора-смесителя, делает их менее надежными и взрывоопасными в работе. При этом энергия выхлопных газов практически остается не использованной, а выхлопные газы остаются высокотоксичными.

Технической задачей и целью изобретений является: повышение КПД и параметров цикла и работы двигателя, упрощение конструкции, снижение взрывоопасности работы, токсичности отработавших газов, форсирование и охлаждение двигателя с использованием тепла отработавших газов и охлаждающего тела для получение указанных положительных эффектов, а также расширение и унификация области применения двигателя с использованием в работе двигателя всех марок жидких и эмульсионных теплоносителей-топлив.

Техническая задача решается и цель изобретений достигается тем, что в предлагаемом цикле и рабочем процессе двигателя теплоноситель-топливо с заданными оптимальными параметрами форсирования двигателя по эквивалентной энергомассе подают в рабочие камеры-цилиндры в начале такта сжатия, а дополнительное форсирование и охлаждение двигателя осуществляют путем интенсификации цикла и рабочего процесса за счет впрыска катализатора-воды и его растворов или дополнительной части основного заряда топлива с распылом в виде мелкодисперсного тумана в рабочие камеры-цилиндры на такте расширения оптимально в точке “Z” индикаторной диаграммы цикла, притом в цикле обеспечивают рекуперацию тепла отработавших газов и охлаждающего тела путем газификации (испарения) жидких или эмульсионных теплоносителей-топлив в рекуператоре, задействованном от тепла отработавших газов, а катализатор или дополнительную часть заряда топлива за счет испарения в рабочих камерах-цилиндрах от воздействия высоких (до 2300-2700^oK) температур среды, а предлагаемый двигатель для осуществления цикла содержит самостоятельные системы рекуперации жидких или эмульсионных теплоносителей-топлив с рекуператором, действующим от тепла отработавших газов, клапаны или форсунки для подачи теплоносителя-топлива в рабочие камеры-цилиндры в начале такта сжатия, однокомпонентные форсунки с двухкомпонентным агрегатом насосным или насос-форсунки для подачи жидкого теплоносителя-топлива в рекуператор, а катализатор или дополнительную часть заряда жидкого топлива в рабочие камеры-цилиндры, трехходовой кран с перемычкой для соединения систем топливоподачи и подачи катализатора, а также другие детали, узлы, обеспечивающие работу систем.

Такие цикл и процесс работы, а также устройство двигателя позволяют регулировать давление и температуру газифицированного теплоносителя-топлива до оптимального эквивалентного или форсированного значения по энергомассе и подачи катализатора или дополнительной части заряда жидкого топлива в оптимальных значениях для дополнительного форсирования процесса. Это обеспечивает получение указанных в технической задаче и цели положительных эффектов, значительно упрощает конструкцию, делает работу двигателя менее жесткой и, следовательно, более надежной, долговечной, взрывобезопасной, т.к. двигатель не имеет сложных карбюратора-смесителя, газобаллонных и наддувных устройств, не требует создания специальных газозаправочных станций и является многотопливным, что также значительно упрощает эксплуатацию, его область применения.

На фиг. 1 изображены совмещенные сравнительные индикаторные диаграммы известных и предлагаемого циклов четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.

На фиг. 2 представлена схема варианта устройства кривошипно-шатунного двигателя внутреннего сгорания, работающего по предлагаемому циклу.

Предлагаемый цикл также применим и к другим типам двигателей, например к роторно-поршневым, турбинным и др.

Кривые (см. фиг. 1) изображают изменение давления газов “P” в рабочих камерах-цилиндрах двигателя в зависимости от изменения их объема “Va” за один цикл работы двигателя при движении газового затвора поршней между верхними “BMT” и нижними “HMT” мертвыми точками, т.е. изображают индикаторные диаграммы циклов работы двигателей за два оборота вала.

При этом кривые I изображают индикаторную диаграмму цикла стандартных карбюраторных и газовых двигателей. Для них изменение параметров цикла происходит по линиям: впуск – “rb₂a”, сжатие – “ar₂fc₁c”, расширение (рабочий ход) – “czb₁b” и выпуск “br₁r”.

Кривые II изображают индикаторную диаграмму стандартных дизелей. Для них изменение параметров цикла происходит по линии: впуск – “rb₂a”, сжатие – “ar₂fc₁c”, расширение (рабочий ход) – “cz’zb₁b”, выпуск – “br₁r”.

Кривые III и IV изображают индикаторные диаграммы известных циклов Цаголовых с впрыском в рабочие камеры-цилиндры двигателя катализатора-воды в точке “Z” такта расширения (рабочего хода) соответственно для карбюраторных и газовых двигателей, а также дизелей. Для них изменение параметров цикла происходит по линиям: впуск – “rb₂a”, сжатие – “ar₂fc₁o”, – для карбюраторных и газовых двигателей и “ar₂fc’₁c” для дизелей., расширение (рабочий ход) – по штриховым линиям “czb₁b” – для карбюраторных и газовых двигателей и “cz’zb₁b” – для дизелей, выпуск – “br₁r” – для обоих типов двигателей.

Кривые V изображают индикаторную диаграмму предлагаемого цикла и двигателя с подачей теплоносителя-топлива в начале такта сжатия, форсирования его параметров по эквивалентной энергомассе и рекуперацией тепла отработавших газов путем газификации (испарения) жидких теплоносителей-топлив в рекуператоре, действующем от отработавших газов, а также интенсификации и дополнительного форсирования рабочего процесса путем впрыска катализатора-воды или других растворов, а также дополнительно части заряда топлива (двойного впрыска топлива) в качестве катализатора в рабочие камеры-цилиндры в точке “Z” индикаторной диаграммы на такте расширения (рабочего хода) и рекуперации при этом тепла охлаждающего тела и охлаждения двигателя. При этом изменение параметров цикла происходит по сплошным линиям: впуск – “rb₂a”, сжатие – “ar₂ff₁c₁c”, при этом по кривой – “ff₁” происходит подача теплоносителя – топлива в рабочие камеры, расширение (рабочий ход) – “czb₁b”, выпуск – “br₁r”.

Характерные точки на диаграммах и символы изображают: “a” – точка конца такта впуска и начала такта сжатия, “b” – точка конца расширения, “b₁” – точки начала открытия выпускных клапанов и начала выпуска отработавших газов, “c” – точки начала воспламенения заряда и конца такта сжатия, “c₁” – точки подачи искры в карбюраторных и газовых двигателях или впрыска основного заряда топлива у дизелей, “r” – точка начала такта впуска и конца такта выпуска, “r₁” – точка начала открытия впускных клапанов, “b₂” – точка закрытия выпускных клапанов, “f” и “f₁” – точки начала и конца впуска в рабочие камеры теплоносителя-топлива в предлагаемом цикле в начале сжатия, после закрытия впускных и выпускных клапанов в точках “r₂” и “b₂” соответственно, “Z” и “Z'” – точки наибольшего давления газов в циклах, точки конца сгорания основной массы теплоносителя, точки впрыска катализатора или части заряда топлива, “p₀p₁ – p₅“, “pf₁” – соответственно значения атмосферного давления воздуха, средних индикаторных давлений газов в рабочих камерах-цилиндрах, давление начала и конца подачи теплоносителя-топлива в рабочие камеры-цилиндры, давление форсирования двигателя.

Как видно из диаграмм, показатели давления газов и кривые такта расширения у предлагаемого цикла более высокие значения, чем у известных. Это есть положительный эффект цикла, обеспечивающий резкое повышение КПД и параметров работы двигателя. Это есть результат протекания цикла с значительным уменьшением потерь тепла с отработавшими газами и охлаждающим телом, более полного сгорания теплоносителя за счет рационального протекания процесса и выделяющегося при испарении катализатора растворенного и частично молекулярного кислорода, а также рекуперации тепла отработавших газов и охлаждающего тела и паров катализатора. Положение характерных точек на кривых зависит от оптимального значения фаз газораспределения и подачи теплоносителя-топлива. Символы “Vc,Vh,Va” обозначают соответственно объемы камер сгорания, рабочие и полные объемы рабочих камер-цилиндров.

Вариант двигателя по фиг. 2, работающего по предлагаемому циклу, состоит из корпуса 1, в котором размещены рабочие камеры 2 и механизм осуществления рабочего цикла – в данном случае кривошипно-шатунный механизм с валом двигателя 3, газовыми затворами-поршнями 4. На корпусе сверху установлена замыкающая рабочие камеры деталь-головка блока цилиндров 5. На корпусе двигателя или головке блока рабочих камер-цилиндров размещены механизм газо- и топливораспределения с кулачковым распределительным валом 6, впускными для воздуха 7, теплоносителя-топлива 8 и выпускными для отработавших газов 9 клапанами известных конструкций. Там же расположены с доступом в рабочие камеры-цилиндры свечи зажигания 10, связанные с системой зажигания известной конструкции электрической цепью 11, однокомпонентные форсунки 12 известной конструкции – при применении двухкомпонентного агрегата насосного, или насос-форсунки 12 известных конструкций для впрыска в рабочие камеры катализатора и зажигания рабочего заряда при работе с малой степенью сжатия и низкооктановых топливах. При этом для двигателей с высокой степенью сжатия и работе на тяжелых топливах (дизельная солярка, керосин, мазут и др.) система зажигания может быть блокирована или может выполнять вспомогательную роль. На корпусе или головке блока цилиндров также размещены впускной коллектор 13 для подачи в рабочие камеры-цилиндры воздуха, на котором смонтированы воздухозаборник и фильтр очистки воздуха 14 с аварийным клапаном 15, воздухопровод с воздушной заслонкой 16. Кроме того на головке блока рабочих камер-цилиндров размещается выпускной коллектор с рекуператором 17, коллектор или трубопроводы подачи газифицированного топлива в рабочие камеры-цилиндры 18. На рекуператоре установлена одна или несколько по числу цилиндров в зависимости от конструкции рекуператора и топливных насосных агрегатов форсунка или форсунки высокого давления 19 для впрыска жидкого топлива в испарительную камеру рекуператора, задействованного от тепла отработавших газов. Внутри рекуператора размещается спираль трубчатого или другого типа электроподогревателя 20, соединенного электрической цепью 21, через нормально открытый автоматический контакт-блокатор 21 с ключом зажигания 22, источниками электроэнергии, аккумуляторными батареями или генератором 23, контактом-выключателем “массы” 24 и “массой” 32. Для регулирования давления газифицированного топлива в системе подачи его в рабочие камеры-цилиндры на рекуператоре установлен регулятор давления 25, соединенный газопроводом высокого давления с дроссельным краном 26 и газовыми трубками или коллектором топлива. Регулятор давления имеет редукционный предохранительный клапан 27, соединенный газопроводом высокого давления с топливным баком 28 и через паровоздушный клапан заливной горловины бака с атмосферой для выпуска конденсата и газа, а также конденсации паров топлива или выпуска их в атмосферу при недопустимом повышении давления их в рекуператоре и системе подачи газового топлива в рабочие камеры-цилиндры. Давление газообразного топлива в системе контролируется газовым манометром 29, имеющим дополнительно сигнальную лампочку подключения электроцепи подогревателя, а также соединенный газопроводом высокого давления с газовым коллектором или рекуператором и автоматическим контактом-блокиратором цепи электроподогревателя. При этом газы действуют на мембрану контакт-блокиратора так, что при наличии в сети номинального давления газообразного топлива контакты обогревателя размыкаются, а при отсутствии давления – замыкаются и при включении ключа зажигания, а также “массы” обеспечивают подачу тока в обогреватель рекуператора, с помощью чего испаряют впрыскиваемое топливо при запуске двигателя или работе на холодном двигателе.

Форсунки для подачи жидкого топлива и катализатора с помощью топливопроводов высокого давления 30 и 31 соединены с системами подачи жидких топлива и катализатора, включающими топливный бак 28, бак катализатора 33 известных конструкций с заливными горловинами, сливными и магистральными кранами 34 и 35, указатели расходомеров топлива 36 и катализатора 37, двухкомпонентный агрегат насосный высокого давления при применении стандартных однокомпонентных форсунок или однокомпонентный агрегат насосный при применении для впрыска катализатора насос-форсунок, а для впрыска топлива стандартных однокомпонентных форсунок или вообще без насосного агрегата при применении для впрыска и топлива, и катализатора насос-форсунок известных конструкций 38.

На схеме изображены стандартные однокомпонентные форсунки и двухкомпонентный агрегат насосный 38 для подачи катализатора и топлива. Агрегат насосный снабжен центробежным и манометрическим (мембранным) ограничителями частоты вращения вала двигателя и топливоподачи 39 и 40 соответственно, соединенными с органом управления 41, рекуператором и системой тяг 42 с дроссельным краном и воздушной заслонкой. Системы подачи топлива и катализатора снабжены также фильтрами для очистки топлива 43 и катализатора 44. Баки топлива и катализатора с насосным агрегатом соединена топливопроводами низкого давления 45 через магистральные краны. При этом система подачи катализатора имеет также трехходовой кран 46 с органом управления 47 для соединения системы как с баком катализатора, так и с баком топлива через перемычку 48. Это обеспечивает заполнение системы подачи катализатора топливом для использования части топливного заряда в качестве катализатора и работы с двойным впрыском в рабочие камеры топлива по циклу Цаголовых, а также заполнения системы топливом при прекращении работы двигателя, что предотвращает возможную коррозию агрегатов, а также в зимнее время – замерзание системы.

Выпускной коллектор и система отработавших газов завершается выпускным трубопроводом и глушителем 49. Просачивающиеся через распылители в колпаки форсунок топливо и катализатор с помощью топливопроводов 50 и 51 возвращают в агрегат насосный.

Для того чтобы в газовый коллектор и рекуператор не попадал воздух при прокрутке двигателя вхолостую и при заводке, когда давление в системе рекуперации низкое, на выходе коллектора установлены в патрубках к цилиндрам обратные клапаны 52, запирающие их. Сверху камеры механизма газораспределения на крышке камеры установлен сапун 53, соединенный дренажной трубкой 54 с воздушным фильтром для вентиляции картера двигателя и камеры механизма газораспределения. Корпус и головка рабочих камер имеет полости 55 для циркуляции охлаждающего тела системы охлаждения известной конструкции, не с упрощенной конструкцией радиатора, имеющего сердцевину из стали по известной схеме. При этом радиатор имеет пониженный коэффициент теплоизлучения, т.к. основное охлаждение двигателя происходит в самих рабочих камерах-цилиндрах при испарении катализатора. Это значительно упрощает конструкцию и увеличивает долговечность радиаторов. Поз. 56 изображает провод к общей электроцепи.

Работа двигателя происходит следующим образом.

В процессе осуществления рабочего цикла и процесса работы газовые затворы-поршни 4 с помощью механизма осуществления рабочего процесса 3 совершают внутри рабочих камер-цилиндров 2 возвратно-поступательное (в кривошипно-шатунных двигателях по фиг. 2) или круговое движение (в роторно-поршневых или аналогичных двигателях) между верхними “ВМТ” и нижними “НМТ” мертвыми (нулевыми) точками, как у известных двигателей. При этом объем рабочих камер-цилиндров 2 изменяется в соответствии с диаграммой на фиг. 1 от минимального значения камер сгорания “V_с“, когда газовые затворы-поршни находятся в “ВМТ”, и увеличивается до полного объема “V_а“, когда затворы-поршни находятся в “НМТ”. При этом совершаются такты цикла: впуск в рабочие камеры-цилиндры воздуха из атмосферы под действием разности давления в атмосфере и цилиндрах при давлении от “ВМТ” к “НМТ”. Воздух из атмосферы попадает при этом в воздушный фильтр 14, где очищается от загрязняющих примесей, и через аварийный клапан 15, воздушный дроссель 16, воздухопровод и впускной коллектор 13, воздушные каналы головки блока цилиндров 5, впускные клапаны 7, открытые с помощью механизма газораспределения в порядке работы цилиндров при вращении кулачкового распределительного вала 6 в рабочие камеры-цилиндры. При этом в соответствии с фазами газораспределения и топливоподачи клапаны для выпуска отработавших газов 9 и впуска теплоносителя-топлива 8 закрыты. Давление воздушного заряда в рабочих камерах-цилиндрах при этом изменяется в соответствии точек “rb₂a” кривой “V”. После впуска воздуха газовые затворы-поршни начинают двигаться от “НМТ” к “ВМТ”. При этом в точке “r₂” закрываются впускные клапаны и начинается такт сжатия заряда. При этом в точке “f” открываются клапаны впуска теплоносителя-топлива 8 или за счет повышенного давления газифицированного топлива в системе рекуперации жидкого топлива срабатывают газовые форсунки впрыска топлива и по топливным каналам в головке рабочих камер 5 из топливного коллектора или топливопроводов 18, через обратные клапаны 52 газообразный (парообразный) теплоноситель-топливо попадает в рабочие камеры, где смешивается с воздушным зарядом, образуя горючую смесь. Давление впускного теплоносителя-топлива “Pf₁” определяется положением точки “f₁” на кривой такта сжатия “ar₂ff₁c₁c” индикаторной диаграммы цикла “V”, характеризует степень форсирования двигателя и зависит от регулировки момента закрытия газового клапана или давления срабатывания форсунок, заданного с помощью регулятора давления 25 в газовом коллекторе и рекуператоре. Это давление контролируется газовым моментом 29. Режимы работы и давление газов в рекуператоре автоматически регулируются центробежными и манометрическими ограничителями частоты вращения вала двигателя и подачи жидкого топлива в рекуператор, а также катализатор в рабочие камеры-цилиндры соответственно 39 и 40 в зависимости от заданного режима работы двигателя органом управления 41. При этом состав рабочего заряда изменяют дросселированием количества теплоносителя и воздуха, попадаемых в рабочие камеры-цилиндры с помощью воздушной заслонки 16 и дроссельного крана 26, связанных между собой и органом управления системой тяг 42.

Газообразный теплоноситель образуется в рекуператоре выпускного коллектора 17 путем газификации (испарения) жидких или эмульсионных топлив под воздействием высоких (до 700 – 1100^oK) температур отработавших газов внутри выпускного коллектора при работе двигателя. Жидкое топливо в рекуператор впрыскивают с помощью форсунки (ил форсунок в зависимости от конструкции рекуператора, форсунок и агрегата насосного) высокого давления (до 5 – 15 МПа) 19. Таким образом происходит рекуперация тепла отработавших газов и, как следствие, повышение КПД и показателей работы двигателя и термодинамического цикла, форсирование двигателя.

Жидкое топливо в форсунку (форсунки) рекуператора подают агрегатом насосным 38 через топливопроводы высокого давления 30 и низкого давления 45, магистральный кран 34 из топливного бака 28. При этом топливо фильтруется от нежелательных примесей с помощью топливного фильтра 43. Для предварительного разогрева топлива топливопровод огибает змеевиком выхлопной трубопровод, как это показано на фиг. 2. Расход жидкого топлива контролируется с помощью расходомера 36. При запуске двигателя, а также работе с холодным двигателем и отсутствии в газовом коллекторе и рекуператоре газообразного топлива необходимого давления, что видно по показаниям манометра 29, включают ключом 22, включателем “массы” 24 электрическую цепь обогревателя 20 в рекуператоре и источники тока – аккумуляторные батареи и генератор 23, а также сигнальные лампочки, совмещенные с манометром. При этом производят испарение жидкого топлива, предварительно распыленного при впрыске в камеру рекуператора форсункой. Подключение электрической цепи обогревателя происходит через автоматический клапан-блокиратор 21, который под действием упругости мембраны или пружины замкнут, т.к. в системе нет номинального давления топлива и мембрана разгружена. После разогрева двигателя в системе рекуперации поднимается давление газообразного топлива и электрическая цепь обогревателя автоматически размыкается с помощью также мембраны или пружины, разрывающей контакты под действием давления газов под мембраной, связанной с рекуператором газопроводом. Одновременно при этом гаснет сигнальная лампочка красного цвета и загорается лампочка зеленого цвета.

В конце такта в соответствии с оптимальным углом подачи искры в точке “C₁” в рабочую камеру (камеру сгорания “V_с“) с помощью электрических свеч 10 и системы зажигания 11 подают электрическую искру, и рабочий заряд воспламеняется. При этом все клапаны закрыты, начинается процесс сгорания теплоносителя-топлива и такт расширения (рабочие хода) по кривой “czb₁b”. В точке “Z” оптимально в рабочие камеры с помощью форсунок высокого давления 12 (до 10,0 – 15,0 МПа) впрыскивают воду или ее катализирующие рабочий процесс растворы, или дополнительно часть заряда топлива из системы подачи катализатора, включающего топливопровод высокого давления 31, агрегат насосной 38 (в случае применения стандартных форсунок) или без него (в случае применения насос-форсунок), топливопровод низкого давления, трехходовой кран 46 с органом управления 47, магистральный кран 35, бак катализатора 33, а также фильтр катализатора 44. При этом с помощью крана 46 и его рукоятки управления включают или выключают подачу и производят грубую дозировку катализатора в систему, через перемычку 48 обеспечивают подачу в рабочие камеры дополнительно части заряда топлива при работе с двойным впрыском топлива и использовании топлива в качестве катализатора, а также заполнении системы подачи катализатора-воды топливом при длительной остановке двигателя, особенно в холодное время года, для предотвращения коррозии системы и замерзания катализатора в системе.

Поддержание соотношения катализатора или дополнительной части заряда топлива при двойном впрыске топлива по отношению к основному заряду топлива в цикле на различных режимах работы двигателя обеспечивается автоматически регулировкой насосных секций агрегата насосного, а также центробежным и манометрическим регуляторами-ограничителями частоты вращения двигателя и подачи жидкого топлива и катализатора. При этом насосные секции регулируют на безмоторном стенде из расчета до 25 – 30% подачи катализатора или дополнительной части заряда топлива по отношению к основному заряду выдачи топлива на минимальных оборотах вращения вала двигателя. Расход катализатора определяют с помощью расходомера 37. Просачиваемые в колпаки форсунок топливо и катализатор отводятся от них трубопроводами 50 и 51, возвращая при этом соответствующие компоненты в агрегат насосный или топливные баки.

Впрыск катализатора в рабочее тело на такте расширения оптимально в точке “Z” обеспечивает под действием высоких температур среды при этом (до 2300-2700^oK) выделение растворенного в катализаторе и частично молекулярного кислорода и водорода, а также образование паров катализатора. Это резко идентифицирует догорание топливного заряда, полноту сгорания топлива и за счет значительного увеличения массы и давления газов резко повышает КПД, параметры цикла, работу двигателя, снижает токсичность отработавших газов, так как при этом происходит более полное сгорание топлива, уменьшает процессы нагарообразования, снижает жесткость работы, этим увеличивая надежность и долговечность двигателя, охлаждает двигатель путем рекуперации тепла охлаждающего тела на испарение заряда катализатора и интенсификацию рабочего процесса. Аналогичный эффект повышения параметров работы происходит при использовании дополнительной части заряда топлива в качестве катализатора и обеспечении впрыска его в точке “Z” индикаторной диаграммы. Это происходит за счет протекания процессов догорания топлива при более высоких температурах и избытка воздуха в заряде, имеющегося, как известно, особенно у дизелей.

После совершения такта расширения – рабочего хода в точке “b₁” открываются выпускные клапаны 9 и отработавшие газы выпускаются через выпускной коллектор 17, трубопровод и глушитель 49 в атмосферу. При этом совершается такт выпуска по кривой “br₁r”. На этом завершается цикл, и процесс повторяется.

Система охлаждения двигателя сохраняется по известной конструкции с рубашкой циркуляции охлаждающего тела 55. Однако с учетом того, что масса уводимого при этом тепла значительно уменьшается, т.к. двигатель охлаждается за счет испарения катализатора в рабочих камерах-цилиндрах, то теплоизлучение радиатора может быть уменьшено. Поэтому радиатор у предлагаемых двигателей может быть упрощенным по конструкции и иметь сердцевину из стали. Это значительно повысит надежность и долговечность его, что также является важным положительным фактором изобретения, если учесть, насколько ненадежны и сложны по конструкции известные стандартные радиаторы из-за сложности конструкции и ненадежности латунной сердцевины их.

Формула изобретения

1. Термодинамический цикл, включающий подачу воздуха, теплоносителя-топлива в рабочие камеры-цилиндры, сжатие, возгорание и расширение продуктов сгорания, а также выпуск отработавших газов из рабочих камер-цилиндров, отличающийся тем, что теплоноситель-топливо с заданными оптимальными параметрами форсирования двигателя подают в рабочие камеры-цилиндры в начале такта сжатия, а дополнительные форсирование и охлаждение двигателя осуществляют путем интенсификации цикла и рабочего процесса за счет впрыска катализатора-воды и его растворов или дополнительной части основного заряда топлива в рабочие камеры-цилиндры на такте расширения (рабочего хода) оптимально при наибольшем давлении газа в цикле.

2. Термодинамический цикл по п.1, отличающийся тем, что в цикле обеспечивают рекуперацию тепла отработавших газов и охлаждающего тела путем газификации (испарении) жидких и эмульсионных теплоносителей-топлив в рекуператоре, задействованном от отработавших газов, а рекуперацию катализатора процесса или дополнительной части заряда топлива обеспечивают за счет испарения в рабочих камерах-цилиндрах от воздействия высоких (до 2300-2700°К) температур среды.

3. Двигатель для осуществления термодинамического цикла, содержащий корпус, вал и механизмы осуществления цикла и рабочего процесса, газораспределения, а также системы питания воздухом, теплоносителем-топливом и выпуска отработавших газов, отличающийся тем, что он имеет самостоятельные системы питания топливом и катализатором с рекуперацией тепла отработавших газов и охлаждающего тела путем газификации (испарения) жидких и эмульсионных теплоносителей-топлив, а также распыла и испарения катализатора или дополнительной части заряда топлива, включающие рекуператор, задействованный от тепла отработавших газов или электроподогревателем, клапаны или форсунки для подачи теплоносителя-топлива в рабочие камеры-цилиндры в начале такта сжатия, однокомпонентные форсунки с двухкомпонентным агрегатом насосным или насос-форсунки для впрыска жидких теплоносителей-топлив в рекуператор, а катализатор или дополнительную часть заряда топлива в рабочие камеры-цилиндры на такте расширения оптимально при наибольшем давлении газа в цикле, а также перепускной трехходовой кран с перемычкой для периодического соединения или рассоединения систем подачи топлива и катализатора.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 19.08.2003

Извещение опубликовано: 20.02.2005 БИ: 05/2005