Двигатель на горючем мусоре - RU2791636C1

Чертежи

Описание

Уровень техники

Известны двигатели внутреннего сгорания (ДВС) - изобретение Ленуара с 1860, остающиеся поныне в принципиально неизменном виде, работающие на нефтепродуктах и газе с ~ 30% к.п.д. Недостатком является сложность работы устройства и их низкая эффективность.

Предлагаемое изобретение - это принципиально и конструкционно совершенно нечто иное, чем классические ДВС: Они работают на любом горючем в том числе и подножном мусоре. В них нет топливно-воздушной смеси, карбюратора воздухозабора; нет распределительного вала; нет компрессии (сжатия рабочего газа в рабочей камере); нет генератора, аккумулятора, стартера; нет системы охлаждения двигателя; нет электрической системы и свеч; нет системы охлаждения клапанов в классическом виде ДВС; нет топливного бака; они двухтактны, высокотемпературны и неохлаждаемы; рабочим телом является углекислый газ, как продукт сгорания мусора в чистом кислороде.

Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение и повышение эффективности работы двигателя за счет возможности его работы на горючем углеродосодержащем мусоре.

Указанный результат достигается тем, что предлагается двигатель на горючем мусоре, содержащий корпус двигателя, в котором размещены цилиндр, головка цилиндра и поршень, печь сгорания, в которой осуществляется горение горючего углеродосодержащего мусора, кислородный баллон, соединенный с печью сгорания форсункой для подачи кислорода, печь сгорания соединена трубкой подачи напорного рабочего газа с корпусом двигателя, в корпусе двигателя расположены впускной и выпускной клапаны, при этом поршень в цилиндре установлен с зазором, нижняя часть цилиндра имеет выступающую внутреннюю часть, которая располагается внутри поршня и контактирует с его внутренней поверхностью через кольцевые уплотнители, в нижней части цилиндра также расположен стакан реечных подшипников, в котором находится шток поршня с рейчатыми подшипниками, при этом движение поршня в цилиндре осуществляется за счет поступления в цилиндр напорного рабочего газа из печи сгорания.

Данный двигатель на горючем мусоре (ДГМ) как энергоноситель является двигателем частично внешнего и частично внутреннего сгорания с подачей частично готового температурного и напорного рабочего газа в рабочую цилиндро-поршневую камеру особой конструкции, исключающей какое-либо касание, трение, скольжение, смазывание и охлаждение цилиндро-поршневой системы.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема двигателя на горючем мусоре.

На фиг. 2 представлен вариант схемы малоохлаждаемой или неохлаждаемой цилиндро-поршневой части двигателя.

На фиг. 3 теоретический цикл ДГМ рядом с классическими Отто, Дизеля и Тринклера-Сабатэ.

На фиг. 4 показан пример нерезьбового клинового разборного после высоких температур крепления и сборка конструкций.

На фиг. 5 и фиг. 6 показаны варианты конструкции впускного клапана.

Осуществление изобретения

Теория, концепция и принцип работы ДГМ требуют подробного описания.

1. Горение горючих материалов органического происхождения, является экзотермической химической реакцией соединения углерода C₂ с кислородом O₂ с выделением тепла Q и углекислого газа CO₂.

C₂+2O₂=2CO₂+Q

2. Любое горение в замкнутом герметично термоизолированном объеме сопровождается повышением температуры и давления в этом объеме по причине превращения топлива в углекислый газ повышенной температуры из-за экзотермического горения.

3. Степени повышения как давления так и температуры зависят: 1. от вида топлива, то есть от теплотворной его способности; 2. от степени содержания кислорода в воздухе, подаваемого в объем горения; 3. от степени содержания других газов, кроме кислорода. 80% содержание азота N₂ в воздухе, подаваемого в зону горения, сильно снижает интенсивность горения и температуру продуктов горения CO₂; 4. от полноты горения, то есть от степени и интенсивности встречи друг с другом молекул углерода и кислорода и их реакции тепловыделения.

Оптимизация всех этих факторов является сложной научно-инженерной проблемой. Очевидно, что подача чистого кислорода или воздуха, сильно обогащенного кислородом, приводит к максимуму температуры и давления в объеме горения данного вида топлива. Согласно теории горения автора, горение топлива даже в чистом кислороде является не безграничным. Для каждого вида топлива существует определенный максимум продолжения горения, температуры и давления при достижении которых горение замедляется и останавливается. И только при стравливании, то есть использовании части давления из объема, горение в нем автоматически возобновляется от сохранившейся высокой температуры горения, и горение продолжается до нового достижения тех же максимумов температуры и давления и снова останавливается. Даже взрывы пороха в патроне, гранате, снаряде, бомбе останавливаются на полпути, если их оболочки достаточно прочны и герметичны.

Таким образом, полученное в камере сгорания (КС) - газогенераторе (ГГ) - или просто в печи (П) уже работоспособный углекислый газ частично повышенной температуры и напора через клапан подачи врывается в рабочую цилиндро-поршневую камеру данного двигателя и с определенной мощностью вращает его коленвал, при этом продолжая догорать и работать. По той же моей теории физика данного явления следующая: реакция горения продолжается лишь до тех пор, пока энергия, выделяемая при сгорании порции топлива превышает повышение из-за этой энергии внутренней энергии газа (тела) в этом объеме: ΔQ > ΔU.

С достижением ΔQ = ΔU горение автоматически прекращается, потому что уже ΔQ < ΔU невозможно даже теоретически, как явление противоречащее закону сохранения энергии. Став ΔQ < ΔU, горение самопроизвольно возобновляется.

Вот принцип действия, теория и концепция предлагаемого данного двигателя на горючем мусоре.

Мною определено условно три рецепта и способа приготовления температурных и напорных газов как рабочих тел - основы тепловых двигателей, в том числе и поршневых.

1-й способ - это детонационное-взрывное сгорание взрывчатых веществ, таких как порох, тротил, пластид и других. Хотя они производят высокотемпературные, высоконапорные газы, но их применение как рабочих тел в тепловых машинах нереальны по причине их малого количества, дороговизны, твердого состояния исходных продуктов и непреодолимых трудностей конструкционного воплощения в двигатель.

2-й способ в этом ряду выгодно отличается от них: топливно-воздушная смесь (ТВС), которая после предварительного ее сжатия-компрессии в рабочей камере до объема камеры сгорания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), обретает свойство детонационного моментального сгорания, образуя высокотемпературный высоконапорный газ высокой работоспособности в рабочей цилиндро-поршневой камере ДВС.

3-й способ, составляющий основу предлагаемого двигателя, представляет собой недетонационное-невзрывное горение всевозможных горючих веществ в прочных и герметично закрытых камерах-печах-газогенераторах температурного и напорного углекислого газа, способного также производить механическую работу в цилиндро-поршневой системе. Но с учетом низких энергосодержащих качеств топлив прежде всего органического растительного происхождения и бытового горючего мусора, они для обретения или требуемой работоспособности в результате сгорания должны в тех же камерах-печах сгорать при максимально теплотворном условии, каковым является их горение в чистом кислороде или воздухе сильно обогащенным кислородом. 20%-процентное содержание кислорода в воздухе не позволяет воздуху быть окислителем для генерации работоспособного газа. 80% азота воздух как сильно тормозят горение так и почти безвозвратно забирают львиную долю выделяемой при горении тепловой энергии. Нельзя допускать азот в камеру сгорания, где он на корню тушит горение и губит данный двигатель, делая его неработоспособным. И в ДВС азот является их бичом их губящим, но не преодоленным и поныне.

Таким образом, не столько топливо, а кислород в баллоне является основным элементом предлагаемого двигателя. О его перспективах следует сказать, что, скажем, для водородных двигателей свободного водорода в природе нет, а для классических ДВС углеводороды находятся на стадии своего исчерпания, для электромобилей столько электричества - это невозможное фантазийное «удовольствие» строительство многих Чернобыльных АЭС. И в то же время для данных двигателей мусора и свободного кислорода - неисчерпаемый и возобновляемый океан.

На фиг. 1 изображена конструкция заявленного двигателя в состоянии верхней мертвой точки, которая содержит: генератор напорного и температурного углекислого газа или равно камера сгорания или равно печь сгорания (1); горючий углеродосодержащий мусор (2); крышка для заправки мусором-топливом с герметичным закрытием (3); трубка вывода и подачи в двигатель частично готового температурного и напорного рабочего газа (4); трубка с форсункой и вентиль для подвода в печь чистого кислорода или воздуха обогащенного кислородом (5); манометр для замера давления в печи (6); термометр для замера температуры в печи (7); зажигалка для начального розжига в печи (8); термостойкий фильтр грубой очистки рабочего газа (9); пьезоэлектрические весы для замера количества массы топлива в печи (10); теплосберегающая «шуба» печи (11); бачок, вентиль и патрубок для подачи в печь иного жидкого или газового топлива (12); защитный клапан и вентиль для дистанционной полной герметизации печи и сохранения давления в ней (13); шарнир крышки печи (14); шарнир, скоба и ручка закрытия и уплотнения крышки (15); кольцевые прокладка уплотнения и кольцо самоуплотнения крышки (16); напорный зазор самоуплотнения крышки (17); кислородный баллон (18); вентиль заправки баллона кислородом (19); манометр замера давления кислорода (20); корпус двигателя (21); цилиндр (22); головка цилиндра (23); термоизоляционный слой цилиндра и головки (24); поршень (25); термоизоляционный слой поршня (26); зазор между цилиндром и поршнем (27); шатун (28); поршневой палец (29); кольца уплотнения (30); рейчатые подшипники поперечной жесткости и вертикальной центровки поршня (31); внутренняя часть цилиндра (32); лабиринтная полость цилиндра (33); зеркальные желобки катания шариков реечных подшипников (34); коленвал с щеткой, щетками и маховиками (35); шток клапана впуска (36); направляющие люнеты штока клапана впуска (37); внутренняя поверхность поршня в роли цилиндра (38); проемы вентиляции поршневого пространства (39); подшипники коленвала (40); рычаг клапана впуска (41); гофр клапана впуска (42); подвижная опора гофра (43); неподвижная опора гофра (44); клапан впуска (45); седло клапана впуска (46); пружина рычага клапана впуска (47); термозащитные слои полостей выпуска (48); полость выпуска отработанного газа (49); клапан выпуска отработанного газа (50); шарнир штока и рычага клапана впуска (51); полость постоянного высокого напора рабочего газа; шток поршня (53); подвижный вверх-вниз наконечник регулировки «газа» (54); диск поворота наконечника регулировки «газа» (55); трос поворота диска газа (56); спиральная пружина возврата наконечника на минимальный нулевой «газ» (57); кулачок открытия-закрытия клапана впуска (58); масляный уплотнитель (59); ножка клапана выпуска (60); направляющий люнет ножки клапана и неподвижный упор его пружины (61); подвижный упор выпуска пружины клапана выпуска (62); кулачек открытия-закрытия клапана выпуска (63); стакан реечных подшипников (64); защитный клапан; выступы посадки стакана в лабиринт цилиндра (66); масло (67); пружина клапана выпуска (68); вентиль подачи кислорода в печь (69); диск и трос завода ДГМ (70); храповик (71); компрессор; цилиндровое гнездо под трансмиссионную рессору (73).

Двигатель работает следующим образом. В печь-генератор рабочего газа 1 герметично заправленный топливом-горючим мусором 2, из кислородного баллона 18 по трубке подачи и форсунке 5 под напором подается кислород и с помощью зажигалки 8 осуществляется розжиг топлива 2. Очень быстро за секунды из-за почти взрывного горения топлива в чистом кислороде внутри печи устанавливаются предельно высокие для данного вида топлива давление и температура, замеряемые манометром 6 и термостатом 7. По достижению этих величин горение в печи автоматически самотормозится до полного прекращения горения. Но из-за высокой температуры не прекращается, а продолжается разложение топлива в дым - мелкие частицы углерода. Но так как этот предельно густой и плотный дым является не газом в состоянии молекул углерода, а пылеобразной порошкообразной субстанцией, то ее образование не вызывает повышения в печи ни давления, ни температуры и поэтому без всяких препятствий все топливо, находящееся в печи, может перейти в состояние дыма - этого мелкодисперсного взвешенного углерода C₂. Туман - это слабое подобие этого висящего угля.

С открытием клапанов 13, 45 по трубке подачи 4 в минимальный объем рабочей камеры в состоянии верхней мертвой точки поршня под собственным напором из печи начинает подаваться этот трехкомпонентный дым. Это 1 - углекислый газ CO₂, 2 - кислород O₂ и 3 - углеродный дым C₂. Из-за пониженного давления по всему тракту печь - патрубок - РК возобновляется горение. Поршень идет вниз пропустив порцию газов, клапан 45 закрывается. Начинается  первый рабочий такт данного двухтактного двигателя.

В результате расширения объема рабочей камеры и падения в нем давления газа и далее, автоматически продолжается быстротекущее горение с выделением дополнительной энергии и ростом мощности газа и двигателя. И горение по мере движения поршня вниз продолжается до тех пор, пока не выгорит весь дым - углерод, если его меньше чем кислорода по формуле 2C₂ + O₂ = 2CO₂ или пока не исчерпается кислород, если его меньше, чем углерода. И с раскрытием выпускного клапана 50 на выхлоп из двигателя уходит только углекислый газ с небольшим содержанием кислорода или углекислый газ с небольшим содержанием дыма - углерода. Точная дозировка углерода и кислорода с выходом только углекислого газа является нелегкой, но разрешимой проблемой. С достижением поршнем нижней мертвой точки (НМТ) и началом его движения вверх начинается второй нерабочий вспомогательный такт - полуоборот коленвала по вытеснению отработанного углекислого газа с атмосферным давлением при прежнем открытом положении клапана выпуска 50. В окрестности в.н.т. клапан выпуска закрывается и с небольшим опозданием от него открывается клапан впуска 45, наполняя рабочую камеру должно новой порцией газа, продолжающего гореть. В мгновение наполнив должный объем порцией газа клапан впуска 45 закрывается и начинается новый рабочий такт с новым циклом в один оборот коленвала.

Особенностью данного двигателя является доступ в рабочую камеру из печи как мелкодисперсной золы, так и более крупного несгораемого мусора, скажем, песчинок, оказавшихся в печи вместе с мусором. Это суровое обстоятельство, недопустимое ни в каких иных двигателях предъявляет особые требования и конструктивные особенности к цилиндро-поршневой паре. В том числе и из-за высоких температур в рабочей камере категорически недопустимы трущиеся поверхности со смазываемыми кольцевыми уплотнителями как в двигателях внутреннего сгорания. Поэтому мной предложена, во-первых, бесконтактное с зазором 27 движение поршня 25 в цилиндре 22; во-вторых, далеко упрятанная в лабиринтном кармашке 33 кольцевая оказываемая герметизация рабочей камеры; и, в-третьих, высокотемпературная неохлаждаемая конструкция с термозащитными композиционными покрытиями. Здесь удлиненный поршень 25 высотой чуть более диаметра вращения шатуна в коленвале 35 высокоцентрированно своей внутренней стенкой по неподвижным смазываемым уплотнительным кольцам 30. Лабиринтный карман 33 достаточно мал в объеме и герметичен, поэтому исключен доступ в него и герметичен, поэтому исключен доступ в него и в скользящую по кольцам внутреннюю поверхность поршня 38 песчаных включений в мусор, грозящих быстрым износом трущихся деталей. Центрирование и поперечную устойчивость поршня при своем движении обеспечивают заодно с кольцами уплотнения и четыре реечных шариковых подшипника 31. Они реально находятся не в плоскости чертежа, а повернуты на 45°. Внутренняя поверхность цилиндра 22 и внешняя поверхность поршня 25 покрыты прочными эффективными термозащитными слоями 24 и 26, что предотвращает проникновение высоких температур из рабочей камеры к кольцам уплотнения 30 и реечным подшипникам 31. И кольца, и подшипники смазываются разбрызгиванием масла в кармане коленвалом. Масло к кольцам проникает через ряд окошек-отверстий 39, служащих также для вентиляции воздуха туда и обратно при движении поршня 25. Бесконтактный зазор 27 между теплоизоляционными слоями цилиндра и поршня мал и также не допускает проникновение продуктов горения в лабиринтный кармашек. Туда не проникает и разбрызгиваемое внутри масло - оно задерживается кольцами уплотнения. В начале 1-го рабочего такта, после поступления рабочего газа вверх рабочей камеры, лабиринтный карман 33 наполняется малым количеством рабочего газа, под давлением проникающим через зазор между цилиндром и поршнем, и самозапирается. Газы более туда не проникают. И, напротив, при движении поршня вниз карманное давление обратно выдавливается в рабочую камеру. Таким образом, лабиринтный карман все время самовентилируется и самоочищается и от малого количества частиц золы.

Клапан подачи рабочего газа открывается и закрывается от вращающегося кулачкового колеса 58, заодно фиксировано сидящего на коленвале 35.

Двигатель упростится если его делать без предлагаемой системы 4 - реечных подшипников центрирующих и придающих поршню дополнительную поперечную жесткость и эти функции поручить только кольцам уплотнения 30 как в ДВС.

Шток клапана впуска 36 через рычаг клапана 41 открывает-закрывает клапан впуска 45. Для обеспечения одновременно и высоконапорной герметичности рабочей камеры, и ограниченной пружинистой деформации рычага 41 по вертикали на рычаг 41 клапана подачи 45 воедино вмонтирован поперечно деформируемый кольцевой стальной гофр 42, выдерживающий максимальные температуры и напор в печи и рабочей камере. Гофр 42 своим неподвижным кольцом 44 прессовой посадкой посажен в корпус двигателя 21. Внутренняя полость гофра является частью всегда высоконапорной и высокотемпературной теплоизолированной полости. Рычаг впускного клапана 41 своей пружиной 47 жестко заделан в корпус 21. Правый конец рычага 41 своим подвижным по вертикали упором 43 герметично сварочно соединенных с правым подвижным концом гофра. Впускной клапан 45 и его седло имеют малые размеры в сравнении с клапаном выпуска 50 и клапанами ДВС. Это объясняется максимальным напором поступающего газа, а потому требующими минимальной площади сечения входа лишь в несколько десятков квадратных миллиметров для наполнения за короткое время рабочей камеры необходимой порцией рабочего газа.

Акселерация или «газ» - изменение количества порции рабочего газа регулируется с помощью наконечника, то есть пяты «газа» 54 на конце штока 36. Он 2-х и 3-х заходной прямоугольной резьбой имеет подвижное вверх-вниз соединение, регулируемое вращением своего диска с намоткой на нем тросса «газа» 56. Выдвижение пяты 54 удлиняет шток 36, подняв его вверх вместе с клапаном 45 и увеличив порцию газа, мощность и обороты двигателя. Спиральная пружина 57 пяты 54 опускает шток 36 до дна пяты минимально нулевого «газа».

А теперь покажем, что данная конструкция высокотемпературного, неохлаждаемого двигателя с бесконтактной цилиндро-поршневой парой является работоспособной и эффективной с высоким к.п.д.

1. В высокотемпературной рабочей камере осуществляется смазывание (!!!) стенок цилиндра, по которым скользят поршневые кольца. И только интенсивное принудительное охлаждение этих стенок предотвращает прогар масла на них и моментальное заклинивание поршня в цилиндре.

Данный двигатель избавлен от этого рокового порока тем, что смазываемые цилиндр и поршневые кольца убраны далеко за пределы горячей рабочей камеры в лабиринты и под поршень с непроходным для газов зазором и тупиково-карманным остановом напорного давления рабочих газов. Сквозной перегрев двигателя явлением чистой теплопередачи также исключен посредством покрытия всех внутренних поверхностей рабочей камеры (РК) и полости высокоэффективным теплоизоляционным слоем из ядерных и космических технологий.

2. Второй порок ДВС, сделавшим их негодными для требуемых высокотемпературных режимов работы, заключается в том, что топливо-воздушная смесь (ТВС), всасываемая в рабочую камеру в течение всего 3-го такта, самопроизвольно воспламеняется и выгорает от высокой температуры в РК еще в процессе всасывания, не говоря уже о том, что ТВС должна без воспламенения выдержать не только 3-й, но и 4-й такт ее адиабатической компрессии (сжатия) с еще большим ростом температуры, и должна воспламеняться строго только от свечи в начале нового 1-го рабочего такта, до этого выдержав без самопроизвольного воспламенения целый оборот коленвала, составляющий 3-й и 4-й такты. Для этого пришлось бы отказаться от существующих легковоспламеняемых нефтяных топлив и перейти на почти невоспламеняемые трудновоспламеняемые топлива, пригодные тушить высокотемпературные пожары на химических предприятиях.

Данный двигатель автоматически избавлен и от этого порока тем, что является двигателем не внутреннего, а внешнего сгорания, и в рабочую камеру из печи поступает уже почти готовый высокотемпературный рабочий газ для немедленной работы с догоранием остатков дыма в чистом кислороде. Всем миром во всю историю человечества думают что дым - это то, что уже сгорело, продукт и результат от сгорания топлива в то время как, по моему разумению все ровным счетом наоборот - дым - это не выгорание, а еще только процесс горения с температурным превращением части топлива в мелкодисперсное порошковое состояние, называемое дымом, требующий дальнейшего горения и догорания сполна до чистого незримого прозрачного углекислого газа, что и будет происходить в рабочей камере данного двигателя. Почему же густой дым над костром не горит и далее и не догорает? Отвечаю: потому что он охладился, не успев догореть. Пропустите этот же дым еще раз через пекло костра и ... от него не останется уже ничего кроме чистого углекислого газа, что мы и делаем пропуская его через высокотемпературную рабочую камеру данного двигателя. Заметим, разгоревшийся жаркий костер горит почти бездымно.

Таким образом, для данных двигателей высокотемпературность является не непреодолимым пороком, а напротив, необходимым условием их экологически чистой работоспособности и мощностной эффективности с высоким к.п.д.

Невостребованность предварительной компрессии рабочего газа в рабочей камере с потреблением полезной мощности для этой цели также:

1. Повышает к.п.д. двигателя, так как потребленная мощность особенно в охлаждаемых ДВС не в полной мере возвращается в рабочем такте в виде полезной мощности. Иначе говоря, отрицательный определен интеграл по сжатию газа обратно возвращается с положительным интервалом работы газа с существенной потерей энергии и мощности.

2. Невостребованность забора ТВС в 3-ем такте и ее компрессии в 4-ом, делает данный двигатель двухтактным, то есть работающим в два раза интенсивнее, чем 4-х тактный ДВС. Это значит, что он одноцилиндровый дает мощность двухцилиндрового ДВС, и два цилиндра дают такую же мощность как четырехцилиндровый ДВС. Это вдвое облегчает вес двигателя - материалоемкость и трудоемкость в изготовлении. В печи этого двигателя уже в процессе горения мусора автоматически происходит самокомпрессия рабочего газа за счет тепловой энергии горения, и это горение и самокомпрессия продолжаются в рабочей камере в процессе догорания дыма в кислороде.

На фиг. 3 представлены три сравнительных теоретических цикла поршневых тепловых двигателей, включая данный. I. Цикл со сгоранием при V = const (цикл Отто), когда в минимальном объеме сжатой ТВС в камере сгорания происходит полное его сгорание. II. Цикл со сгоранием при P = const (цикл Дизеля), когда сжатая ТВС постепенно горит и в камере сгорания и догорает в рабочей камере при ходе поршня вниз. III. Цикл данного ДГМ, цикл смешанный, когда часть мусора горит в печи-генераторе рабочего газа, а часть его в виде углекислого дыма горит и догорает в рабочей камере при ходе поршня вниз. В нем почти нет камеры сгорания из-за ненадобности при отсутствии компрессии и сгорания ТВС.

Если для легковоспламеняющихся углеводородных топлив для перевода их тепловой энергии во внутреннюю энергию газа с последующим их превращением в механическую энергию требуется их предварительное сжатие в виде газа с последующим ее воспламенением, то для органических топлив требуется их температурное сжигание в герметичной камере - печи - генераторе рабочего газа.

Если в ДВС есть необходимость сжимать газ ТВС, тратя на это большую мощность, то в данном двигателе такой необходимости нет - здесь газ сжимает сам себя за счет тепловой энергии горения топлива.

Двухтактность данного двигателя дает прекрасную возможность перейти к предельно простой и эффективной схеме отсутствия распределительному механизму как таковому и его функции по манипулированию клапанами всецело передать коленвалу. Для чего нужен распредвал в ДВС? Дело в том, что ДВС является четырехтактным и весь рабочий цикл совершается в 2 оборота коленвала с 4-мя тактами. Распредвал же должен свести и сводит эти 2 оборота в один свой оборот и отработать программу с кулачками по манипулированию клапанами. Поэтому нет иного выхода кроме как придать ему вдвое меньшую, чем у коленвала вращательную скорость путем вдвое большего чем у коленвала диаметра ведомого цепного колеса. Таким образом, не может быть 4-х тактного ДВС без распредвала.

В данном же 2-хтактном двигателе в полной синхронности с коленвалом в соотношении один к одному отрабатывается программа открытия-закрытия клапанов за рабочий цикл, составляющий один оборот коленвала. И поэтому коленвал и без помощи распредвала кулачками, расположенными на себе, отрабатывать функции распредвала. Все это открывает еще одну прекрасную возможность создавать одноцилиндровый совершенно автономный двигатель, работающий совершенно независимо от других цилиндров. Последовательно соединяя такие двигатели, можно создавать модульные 2-х, 3-х, 4-х... цилиндровые двигатели требуемых кратных мощностей.

Запуск холодного двигателя с нуля осуществляется открытием дистанционно электромоторного вентиля 69 и наполнением герметично закрытой печи 1 с мусором 2 кислородом из кислородного баллона 18 и одновременным срабатыванием электрической зажигалки 8 наподобие свечи ДВС. Происходит возгорание мусора и очень быстрое за доли секунды установление в печи максимальной температуры и давления. Тут же открывается дистанционный электромоторный вентиль 13 и частично сгоревший и частично работоспособный трехкомпонентный CO₂, C₂, O₂ газ моментально врывается сначала в полость, а затем и через клапан 45 и седло клапана подачи 46 в верхний цилиндро-поршневой зазор. Газ, продолжая догорать, давит на поршень и вращает коленвал. Но с большой вероятностью к моменту прихода газа в полость клапан подачи 45 окажется закрытым. Для его открытия надо прокрутить почти свободно вращающийся коленвал 35 максимум на один оборот - поршень придет в верхнюю мертвую точку раскрытия клапана впуска 45. Это прокрутка запуска производится из кабины от педали или ручкой посредством тросса и диска 70 на валу ДГМ.

Когда из-за расхода кислорода его давление в баллоне падает ниже напора рабочего газа в печи и прекращается автоматическое его поступление в печь, срабатывает маломощный компрессор подачи кислорода в печь.

Второе отличие цикла III для ДГМ от классических циклов в том, что в нем отсутствует компрессия ТВС - кривая адиабаты 1-2, а значит и отрицательный определенный интервал - трата полезной механической энергии на сжатие газа, снижающий к.п.д. двигателя. И третье отличие - это смещение начала цикла точки 1 сильно влево. Это означает, что с малой порции V₁ углекислого газа в печи путем горения сообщается тепло Q₁ и она эзотерически вертикально переходит в точку 2 высокого напора и температуры, становясь работоспособным уже сполна. Таким образом, фрагмент цикла 1-2-3 является классическим смешанным циклом Тринклера - Сабатэ.

На фиг. 2 представлен еще один вариант неохлаждаемого или малоохлаждаемого двигателя как на данных ДГМ так и ДВС. Он работает как в 4-х тактном режиме ДВС так и 2-х тактном ДГМ. Его конструктивное отличие от ДВС классика в том, что головка поршня выполнена заодно с продолговатым вверх термозащитным и теплоизолированным стаканом-экраном. В статике этот двигатель имеет поршень (74); цилиндр (75); термозащитный экран (76); термозащитные покрытия на всех поверхностях соприкосновения с высокотемпературным рабочим газом (77); шатун (78); кольца уплотнения (79); коленвал (80); ниши впуска и выпуска газов (81); подвижный упор клапана выпуска (82); неподвижный упор и направляющие клапана выпуска (83); корпус двигателя (84); стакан, наполняющий внутреннюю полость экрана (85); клапана впуска (86); пружина клапана выпуска (87); свеча зажигания для ДВС (88); зазор между корпусом и экраном (89); зазор между экраном и стаканом (90); полость с охлаждающей жидкостью (91); зазор между экраном и цилиндром (92); клапан выпуска (93).

Двигатель работает следующим образом. При движениях поршня 74 вверх-вниз термозащитный цилиндрический экран, чуть меньше диаметра чем цилиндр 75, все время закрывает собой низкотемпературную смазывающую поверхность цилиндра 75, предохраняя ее от перегрева и заклинивания колец 79. Горячие газы в очень малом количестве попадают в предельно малый зазор 92 между цилиндром и экраном и не повышают температуру стенок цилиндра. Экран 76 двусторонне покрыт термоизолированным слоем 77 и практически теплонепроницаемым. Кроме цилиндра 75 и поршневых колец 79 все остальные поверхности работают бесконтактно друг с другом. Стакан-наполнитель 85 предусмотрен с целью наполнения больших излишков объема внутри экрана 76. Поэтому в положении верхней мертвой точки поршня 74, по бокам и на дне остается лишь малый суммарный их объем, достаточный для наполнения его рабочим газом в кратковременном открытом состоянии клапанов впуска 86. На головку поршня 74, то есть на дно стакана-экрана 76 рабочий газ поступает через зазор 90 между экраном 76 и стаканом-наполнителем 85. Поршень и его кольца также защищены от перегрева термозащитным покрытием 77 верха поршня. При необходимости допускается система ограниченного охлаждения жидкостью 91 или воздушное охлаждение. В малый зазор 89 между корпусом 84 и экраном 76 поступает малое количество горячих газов и они греют внешний слой экрана безопасно для масляного слоя цилиндра. Клапана впуска 86 и выпуска 93 для данного 2-х тактного ДГМ приводятся в открытие-закрытие прямо от оси коленвала 80 без распредвала и от распредвала для 4-х тактного ДВС. Поршень 74 из-за своей термозащищенности не нуждается в громоздком фартуке теплоотвода от поршня.

Проблемой высокотемпературных металлических конструкций, какой является ДГМ, является неразборность, потому что их резьбовые крепежи и соединения от высоких температур и пригорают, и свариваются друг с другом воедино неразборно. И в то же время конструкции должны быть подлежащими неразрушительному разбору. Таковым является предлагаемый здесь на фиг. 4 способ крепежа, пусть называемый клинозабивным. В основную крепежную деталь, скажем, корпус 94 неразборно резьбовым, сварочным или воедино литым образом монтируются посадочная шпилька 95 круглого или квадратного сечения. Шпилька имеет прорезанное насквозь окно 96, имеющее форму трапеции. На шпильку с прокладкой 97 сажается ответная деталь 98, подлежащая крепежу воедино с деталью 94. В окно 96 выступающее над деталью 94, забивается удлиненный клин 99 с тем же углом α трапеции окна. До упора забитый клин контровочно фиксируется сварной точкой 100. Крепеж 94 и 98 произведен. Чем меньше угол α, тем большей степенью прижатия 94 и 98 обладает клин. Разбор производится путем спиливания сварной точки и выбиванием клина.

Создание системы клапана впуска является важным и трудным по следующим причинам:

1) высокий напор рабочего газа;

2) высокая температура рабочего газа;

3) необходимость обеспечения пусть и малой подвижности мембраны по вертикали;

4) необходимость обеспечения достаточной прочности и долговечности при первых трех условиях.

Поэтому на фиг. 5 представлены еще два варианта гофрового мембранно-рычажкового узла клапана.

На фиг. 5 гофровая мембрана своим верхним торцом герметично заварена в корпус, а нижним торцом на малоподвижный по вертикали впускной клапан, который садится снизу в седло клапана, изображенный в закрытом положении, то есть верхнем положении рычага клапана и нижнем положении штока клапана. Связанные между собой полости являются полостями постоянного высоконапорного и высокотемпературного рабочего газа, свободно поступающего из печи. Поэтому внутренние стенки полости имеют термозащитное покрытие. Здесь гофровая мембрана работает как на сжатие по вертикали, так и на сжатие снаружи вовнутрь.

На фиг. 6 гофровая мембрана своим нижним неподвижным торцом заварена в корпус ДГМ, а верхним малоподвижным торцом в тарелку рычага клапана. Впускной клапан заварен в рычаг и снизу садится в седло клапана, изображенные в открытом положении связанные между собой полости являются полостями постоянного высоконапорного и высокотемпературного рабочего газа, поступающего из печи. Внутренние стенки имеют покрытие. Здесь гофровая мембрана работает как на сжатие по вертикали, так и на растяжение изнутри наружу. Шток клапана в верхнем положении.

Одинаково важны как максимальная температура Tmax, так и максимальное давление Pmax газов, получаемых еще в печи. Потому что и ту, и другую энергии предстоит превратить в механическую энергию и мощность двигателя ДГМ в его цилиндро-поршневой рабочей камере с максимально возможным к.п.д.

Реферат

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель на горючем мусоре содержит корпус (21) двигателя, в котором размещены цилиндр (22), головка (23) цилиндра, поршень (25), шатун (28), коленчатый вал (35) и печь сгорания (1), в которой осуществляется горение горючего углеродосодержащего мусора (2). Имеется кислородный баллон (18), соединенный с печью сгорания форсункой для подачи кислорода. Печь сгорания (1) соединена трубкой (4) подачи напорного рабочего газа с корпусом (21) двигателя. В корпусе (21) двигателя расположены впускной (45) и выпускной (50) клапаны. Поршень (25) в цилиндре (22) установлен с зазором (27). Нижняя часть цилиндра (22) имеет выступающую внутреннюю часть, которая располагается внутри поршня (25) и контактирует с его внутренней поверхностью (38) через кольцевые уплотнители (30). В нижней части цилиндра (22) расположен стакан (64) шариковых подшипников, в котором находится шток (53) поршня (25) с шариковыми подшипниками (31). Движение поршня (25) в цилиндре (22) осуществляется за счет поступления в цилиндр напорного рабочего газа из печи сгорания (1). Технический результат заключается в упрощении работы двигателя за счет возможности его работы на горючем углеродосодержащем мусоре. 6 ил.

Формула