УСТРОЙСТВО ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО БЕСШАТУННОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА ПЫЛЕВИДНОМ ТОПЛИВЕ
DESIGN OF FOUR-STROKE CONROD-FREE INTERNAL COMBUSTION ENGINE RUNNING ON PULVERISED FUEL

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, которые могут быть использованы в качестве тяговых двигателей на транспорте.
Известные конструкции (журнал «Изобретатель и рационализатор», №5, 1983, стр.37) д.в.с., содержащие поршень, блок цилиндров, камеру сгорания, в которую в качестве топлива поступает угольная пыль.
Недостаток - частички угольной пыли интенсифицируют процесс износа деталей цилиндро-поршневой группы д.в.с.
Наиболее близким аналогом является устройство по заявке «Роспатент» №2008109853/06 от 17.03.2008, содержащее мельницу, трубу Ранка, пневмовиброоживитель, камеру сгорания, пневмотурбины.
Недостаток - интенсивно нагревается пневмотурбина, вращающая вал отбора мощности и другие детали устройства.
Цель изобретения - уменьшение интенсивности нагрева гидротурбины, вращающей вал отбора мощности двигателя внутреннего сгорания.
Поставленная цель достигается за счет того, что всасывающая полость циркуляционного насоса через трубопровод соединена с гидроклапанным блоком, соединенным через гидроприемник с рабочей жидкостью в емкости, причем первая секция гидроклапанного блока трубопроводами соединена с гидротеплообменником и всасывающей полостью циркуляционного насоса, а вторая секция гидроклапанного блока - с всасывающей полостью циркуляционного насоса; третья и четвертая секции пневмоклапанного блока соединены трубопроводом через термоклапан с трубой Ранка, причем третья секция соединена с пневмотеплообменником, рубашкой охлаждения гидропневмоцилиндра, рубашкой охлаждения пневмогидрорессивера, рубашкой охлаждения гидротурбины и всасывающей полостью воздухоочистителя компрессора, а четвертая секция пневмоклапанного блока соединена через термоклапан трубы Ранка с всасывающей полостью воздухоочистителя компрессора.
Технический результат достигается за счет:
- отсутствия кривошипно-шатунного механизма;
- применения трубы Ранка;
- применения гидропривода для вала отбора мощности.
На фиг.1 - схема камеры сгорания и устройство, обеспечивающее образование аэрозоли, фиг.2 - схема соединения гидропневмоцилиндра с циркуляционным насосом, гидрорессивером и гидротурбиной, фиг.3 - схема соединения циркуляционного насоса и компрессора с гидроклапанным и пневмоклапанным блоками, фиг.4 - схема распредвала с кулачками, фиг.5 - схема устройства диафрагмы, изготовленной из листовой стали, фиг.6 - схема соединения трубы Ранка с узлами устройства.
Устройство состоит из четырехтактного двигателя внутреннего сгорания (д.в.с.) 1, обратного клапана 2, церезина 3 для изменения объема при нагреве (Михайловский Е.В. и др. Устройство автомобиля. - М.: Машиностроение, 1981. Стр.73, рис.48-б), наддиафрагменного пространства 4, камеры сгорания 5 для сгорания с взрывом аэрозоли 42 при такте «рабочий ход» в д.в.с. 1, гидропневмоцилиндра 6 для подачи рабочей жидкости 8 (например, тосола, антифриза (Лышко Г.П. и др. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости. - Кишинев, ГАУМ. 1997, стр.355÷358, рис.88) в гидропневморессивер 29 и сжатия воздуха 28, гидроприемника 7 для подачи рабочей жидкости 8 к циркуляционному насосу 11, который подает через обратный клапан 46 в поддиафрагменное пространство 45 рабочую жидкость 8. В качестве рабочей жидкости 8 можно использовать тосол или антифриз (Лышко Г.П. и др. Топливо. Смазочные материалы и технические жидкости. Кишинев. ГАУМ. 1997, стр.355÷358, рис.88), трубопроводов 9, 12, 13, 15, 16, 19, 21, 23, 37, 43, 73, 74 устройства, гидроклапанного блока 10, состоящего из секции 65 и секции 66 и предназначенного для подачи рабочей жидкости 8 к циркуляционному насосу 11, гидротеплообменника 14 для нагрева или охлаждения рабочей жидкости 8, трубы Ранка 17 для подачи воздуха, предварительно нагретого или охлажденного к узлам устройства, пневмоклапанного блока 18, состоящего из секции 67 и секции 68, компрессора 20, редукционного клапана 24, гидротурбины 25 для вращения вала отбора мощности 31, поверхности 26 рабочей жидкости 8, емкости 27, гидроклапана 30 для регулирования частоты вращения вала отбора мощности 31, крана 32 баллона 36 для воздуха 28 под избыточным давлением, обратного клапана 33, бункера 34, гильзы 35, рессивера 38, дозатора 39, мельницы 40, пневмовиброоживителя 41, форсунок 44, для подачи в камеру сгорания 5 аэрозоли 42 с рессивера 38, распределительного вала 50, диафрагмы 48, изготовленной из жаропрочной стали, пружины 49, выпускных клапанов 51 и рубашки охлаждения 53, гидротурбины 25, шестерни 54, запального устройства 55, диафрагмы 56 гидропневмоцилиндра 6, пружины 57 для возврата диафрагмы 48 в исходное положение, кулачков 58, сепаратора 59, глушителя 60 с трубой 61 для отвода отработавших газов, рубашки 62 охлаждения, гидропневмоцилиндра 6, рубашки 64 охлаждения гидропневморессивера 29, термоклапана 69, нижней стороны 63 диафрагмы 48, воздухопроводов 70, 71, 72 соответственно рубашкам охлаждения 62, 64, 53, обратного клапана 73, пропускающего только холодный воздух.
Работа четырехтактного д.в.с. 1 на пылевидном топливе. Бункер 34 заполняют пылью из соломы, сои, люцерны и т.д. Подают электронапряжение к стартеру и циркуляционному насосу 11. Синхронно открывают кран 32.
Воздух из баллона 36 через кран 32 поступает в трубу Ранка 17, откуда горячий воздух по трубопроводу поступает в рессивер 38 для образования аэрозоли 42 и синхронно через термоклапан 69, находящийся в данный момент в открытом состоянии, в пневмоклапанный блок 18, где: через открытый клапан в третьей секции 67 по трубопроводу 21 подается в теплообменник 22, нагревает рабочую жидкость 8 в емкости 27, следуя по трубопроводу 23, поступает в воздухопроводы 70, 71, 72, нагревает рабочую жидкость 8 в рубашках охлаждения 62, 64, 53 и далее подается к воздухоочистителю компрессора 20. Синхронно циркуляционный насос 11 через гидроприемник 7 производит забор рабочей жидкости 8 из емкости 27 через открытый клапан в секции 66 гидроклапанного блока 10 и через обратный клапан 46, подает в поддиафрагменное пространство 45 гидропневмоцилиндра 6. Причем обратный клапан 33 при таком давлении остается закрытым.
Первый такт д.в.с. 1. Наполнение камеры сгорания 5 аэрозолью 42. Это происходит в момент привода кулачком 47 рабочих элементов форсунок 44. Аэрозоль 42 из рессивера 38 поступает под давлением в камеру сгорания 5. Деформируется диафрагма 48, сжимая пружину 57. После заполнения камеры 5 диафрагма 48 плотно прилягает к поверхности гильзы 35. Дальнейшее вращение распредвала 50 и кулачка 47 приведет в нерабочее состояние форсунки 44. Давление аэрозоли 42 в камере 5 не обеспечивает пока открытие обратного клапана 2. Выпускные клапана 51 и 52 находятся в закрытом положении. Процесс наполнения камеры 5 аэрозолью 42 закончен.
Второй такт д.в.с. 1 - сжатие. Это достигается упругостью пружины 57, воздействующей на нижнюю сторону 63 диафрагмы 48.
Третий такт д.в.с. 1 - сгорание аэрозоли 42 в камере 5. Это происходит в момент вращения шестерней 54 ротора, имеющегося в запальном устройстве 55. Аэрозоль 42 в камере 5 воспламеняется и горит со взрывом. Открывается обратный клапан 2. Газы поступают в наддиафрагменное пространство 4. Диафрагма 56 деформируется, сжимая пружину 49, и вытесняет под большим давлением рабочую жидкость 8 через обратный клапан 33 в гидропневморессивер 29, сжимая в нем воздух 28. На требуемую величину открывают гидрокран 30. Рабочая жидкость 8 вращает гидротурбину 25, вал отбора мощности 31. Если будет полностью заполнен внутренний объем пневмогидрорессивера 29, открывается редукционный клапан 24.
Синхронно с вышеописанным происходит интенсивное нагревание от сгорания аэрозоли 42 и газов рабочей жидкости 8 и деталей, с которыми они соприкасаются. Как только температура рабочей жидкости 8 в емкости 27 достигнет девяносто градусов Цельсия:
- в гидроклапанном блоке 10 во второй секции 66 клапан закроется, но синхронно откроется клапан в первой секции 65, вследствие чего жидкость 8 с гидроприемника 7 через секцию 65 и трубопровод 13 поступит в гидротеплообменник 14, где охлаждается. Охлажденная жидкость 8 по трубопроводам 15 и 12 через циркуляционный насос 11, обратный клапан 46 поступит в поддиафрагменное пространство 45. Детали гидропневмоцилиндра 6 будут охлаждаться.
- в пневмоклапанном блоке 18 через термоклапан 69 будет с трубы Ранка 17 подаваться по трубопроводу 16 холодный воздух, который через открытый клапан третьей секции 68 вначале поступит в пневмотеплообменник 22, а затем по трубопроводу 23 в воздухопровод 70 рубашки охлаждения 62 гидропневмоцилиндра 6, воздухопровод 71 рубашки охлаждения 64 гидропневморессивера 29, воздухопровода 72 рубашки охлаждения 53 гидротурбины 25 и к воздухоочистителю компрессора 20.
Такая работа будет продолжаться до тех пор, пока температура рабочей жидкости 8 в емкости 27 не станет меньшей (т.е. ниже будет) девяносто градусов Цельсия. Термоклапан 69 закроет доступ от трубы Ранка 17 холодного воздуха в пневмоклапанный блок 18. Церезин 3 в пневмоклапанном блоке 18 снова (т.е. обратно) откроет клапан в секции 67, а через термоклапан 69 с трубы Ранка 17 поступит горячий воздух в пневмотеплообменник 22. Процесс нагрева рабочей жидкости 8 в емкости 27 повториться.
Синхронно в гидроклапанном блоке 10 в первой секции 65 клапан откроется. С гидроприемника 7 жидкость 8 сначала идет в гидротеплообменник 14, а затем по трубопроводам 15 и 12 - к циркуляционному насосу 11.
В совокупности, термоклапан 69 и цезерин 3, имеющийся в гидроклапанном блоке 10 и пневмоклапанном блоке 18, обеспечивают автоматическое поддержание температуры рабочей жидкости 8 на регламентированном (требуемом) уровне вне зависимости от температурного режима работы д.в.с. 1 и температуры нагрева охлаждающей жидкости, циркулирующей в системе охлаждения.
Четвертый такт д.в.с. 1 - выпуск отработавших газов из камеры сгорания 5 и наддиафрагменного пространства 4. На распредвале 50 расположены два кулачка 58, которые одновременно открывают выпускные клапана 51 и 52. Отработавшие газы под давлением поступают в сепаратор 59, глушитель 60 и через трубу 61 выходят в окружающую среду.
Если из трубы Ранка 17 поступающий холодный воздух к термоклапану 69 не расходуется на охлаждение рабочей жидкости 8, в емкости 27 срабатывает обратный клапан 73. В этом случае холодный воздух, например, расходуется на охлаждение боковин покрышек пневмоколес транспортного средства и так далее.
Гидротурбина 25 работает до тех пор, пока:
- в гидропневморессивере 29 имеется рабочая жидкость 8;
- не будет полностью закрыт гидрокран;
- не прекращена подача электроэнергии к запальному устройству 55.
При очередном пуске д.в.с. 1 его работа повторится аналогично.