Двигатель внутреннего сгорания (цикл юндина)

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение КПД, уменьшение степени загрязненности выхлопов за счет зависания поршня в районе ВМТ на такте «рабочий ход». Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит цилиндр с поршнем, шатун, коленчатый вал с шатунной шейкой, по меньшей мере один рычаг, соединенный с шатунной шейкой посредством подшипника, и дополнительный вал, соединенный с коленчатым валом при помощи шестерен одинакового диаметра с возможностью вращения в разные стороны. При этом один конец рычага связан с поршнем при помощи шатуна, а другой конец рычага связан с механизмом дополнительного вала с возможностью изменения положения конца рычага при помощи кулачка, установленного на дополнительном валу. Или другой конец рычага связан с помощью дополнительного шатуна, установленного на шатунной шейке дополнительного вала. Или другой конец рычага связан с помощью ползункового механизма, установленного на шатунной шейке дополнительного вала. Механизм позволяет обеспечить задержку поршня в верхней мертвой точке в такте «рабочий ход». 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания, в частности и для автомобильной промышленности.

Известен двигатель внутреннего сгорания [Заявка US 20190017434A1, МПК F02B 41/04, F02D 15/02, опубл. 17.01.2019 г.], включающий коленчатый вал, по меньшей мере, один поршень, соединенный с коленчатым валом для выполнения ударов в цилиндре вследствие вращения коленчатого вала. Эксцентриковый вал соединен с коленчатым валом и поршнем таким образом, что через него удлиняются удары поршня. Двигатель внутреннего сгорания дополнительно включает в себя регулятор фазы для регулировки фазы соединения эксцентрикового вала с коленчатым валом и / или регулятор хода для регулировки тактов поршня, в частности удлинения тактов поршня эксцентриковым валом.

Известен двигатель внутреннего сгорания, принятый за прототип [Патент RU № 2296870, МПК F02B 41/00, F02B 75/02, F02B 75/32, опубл. 10.04.2017 г.], содержащий, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, шатун которого связан с коленчатым валом через узел формирования движения поршня по тактам цикла, и необходимые системы обеспечения работы двигателя. Узел формирования движения поршня по тактам цикла выполнен в виде дополнительного коленчатого вала, параллельного основному и связанного с ним зубчатой передачей с передаточным отношением 1:2. При этом на шейке основного коленчатого вала установлен двуплечий рычаг, один конец которого соединен с шатуном поршня, а другой - через промежуточный рычаг с шейкой дополнительного коленчатого вала. Указанное выполнение узла формирования движения поршня по тактам цикла обеспечивает «недоход» поршня до верхней «мертвой» точки в такте «выпуск».

Все двигатели внутреннего сгорания работают по схеме раннего зажигания. Для того чтобы топливо успело сгореть и развить максимальную мощность, т.е. возгорание топлива происходит до того как поршень достиг верхней мертвой точки (ВМТ). При этом расширяющиеся газы давят на поршень против вращения коленвала и притормаживают коленвал пока поршень не войдет в ВМТ. Далее коленчатый вал поворачивается и давление в цилиндре разгоняет коленчатый вал по ходу вращения.

Недостатком данных решений является, что при работе двигателя теряется вращательный момент, что влечет снижение мощности.

Задачей изобретения является расширение зоны эффективного сгорания топливовоздушной смеси за верхнюю мертвую точку, за счет зависания поршня в районе ВМТ на такте «рабочий ход»

Техническим результатом предложенного решения является повышение КПД за счет увеличение мощности двигателя внутреннего сгорания, а также уменьшение степени загрязненности выхлопов.

Достигается данный технический результат за счет того, что двигатель внутреннего сгорания содержит, по меньшей мере, один цилиндр с поршнем, по меньшей мере, один шатун, коленчатый вал с по меньшей мере одним рычагом или роторный вал, а также механизм движения поршня, обеспечивающий «задержку» поршня в верхней «мертвой точке» в такте «рабочий ход».

Особенностью предложенного двигателя является то, что механизм движения поршня, обеспечивающий «задержку» поршня в верхней «мертвой точке» в такте «рабочий ход» выполнен в виде дополнительного шатуна или дополнительного шатуна с дополнительным коленчатым валом или дополнительного коленчатого вала и ползункового механизма или кулачка или проточки синусоидальной формы, выпрямленной после верхней «мертвой точки» с наклоном.

На Фиг.1 представлена схема двигателя, в котором в качестве механизма движения поршня используется кулачок.

На Фиг.2 представлена схема двигателя, в котором в качестве механизма движения поршня используется дополнительный шатун с дополнительным коленчатым валом.

На Фиг.3 представлена схема двигателя, в котором в качестве механизма движения поршня используется дополнительный шатун.

На Фиг.4 представлена схема двигателя, в котором в качестве механизма движения поршня используется ползунковый механизм и дополнительный коленчатый вал.

На Фиг.5 представлена схема двигателя, в котором в качестве механизма движения поршня используется проточка синусоидальной формы, выпрямленная после верхней «мертвой точки» с наклоном и график работы двигателя при данной схеме.

На Фиг.6 изображен график движения поршня обычного ДВС, обозначенного «А» и предложенного ДВС, работающего по циклу Юндина, обозначенного «В». На графике видно, что зона эффективного горения (ЗЭГ) расширена за ВМТ, что дает возможность исключить раннее зажигание. Также видно, что в каждый момент поворота вала в предложенном двигателе поршень находится выше, чем в обычном ДВС. Что говорит о том, что давление в цилиндре выше, чем в обычном ДВС, следовательно, давление в цилиндре выше, что дает увеличение мощности.

Двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один цилиндр (на фиг. не обозначен) с поршнем 1, по меньшей мере один шатун 2, коленчатый вал 4 с по меньшей мере одним рычагом 3 или роторный вал 9, а также механизм движения поршня (на фиг. не обозначен), обеспечивающий «задержку» поршня в верхней «мертвой точке» в такте «рабочий ход».

Особенностью предложенного двигателя является то, что механизм движения поршня, обеспечивающий «задержку» поршня в верхней «мертвой точке» в такте «рабочий ход» выполнен в виде дополнительного шатуна 7 (Фиг. 3) или дополнительного шатуна 7 с дополнительным коленчатым валом 8 (Фиг.2) или дополнительного коленчатого вала 8 и ползункового механизма 6 (Фиг.4) или кулачка 5 (Фиг. 1) или проточки 10 синусоидальной формы, выпрямленной после верхней «мертвой точки» с наклоном (Фиг. 5).

Двигатель внутреннего сгорания с поздним зажиганием может быть двухтактным, четырехтактным, бензин, газ, дизель. Имеет нормальную степень сжатия, не допускающую детонации. Зона эффективного горения (ЗЭГ) расширена за верхнюю мёртвую точку (ВМТ). То есть поршень 1 пройдя ВМТ ещё некоторое время удерживается в верхнем положении за счет механизма движения поршня и зажигание происходит после верхней мертвой точки.

Рассмотрим несколько примеров работы двигателя внутреннего сгорания.

Рассмотрим работу двигателя, когда в качестве механизма движения используется кулачок 5 (Фиг.1).

Поршень 1 соединён через палец (на фиг. не обозначен) с шатуном 2, который соединён через палец с рычагом 3, соединенный через подшипник с шатунной шейкой коленчатого вала 4, а другим концом опирающийся на эксцентриковый кулачок 5. Кулачок 5 закреплён с помощью шестерни на дополнительном коленчатом валу 8, с которым он взаимодействует. Кулачок 5 является управляющим механизмом движения поршня.

При движении поршень 1 достигает ВМТ, при этом происходит зажигание и начало рабочего хода. Коленчатый вал 4 продолжает вращаться по часовой стрелке. Поршень 1 должен идти вниз, но его не пускает кулачок 5, соединённый с коленчатым валом 4 через шестерню, нажимает на рычаг 3, опуская его вниз, а на противоположной стороне рычаг 3 поднимает поршень 1 вверх. Но одновременно шейка коленчатого вала 4 движется вниз и поршень 1 зависает в районе ВМТ на некоторое время, необходимое для качественного сгорания топлива в камере сгорания. Дальше кулачок 5 уже не может компенсировать опускание поршня 1. Поршень 1 движется вниз, поворачивая коленчатый вал 4 к нижней мертвой точки (НМТ), происходит рабочий ход. Пройдя НМТ, поршень 1 идёт вверх - такт выхлопа. Поршень 1 достигает ВМТ и зависает уже на такте всасывания. Что делает лучше продувку камеры сжатия от выхлопных газов. Поршень 1 идёт вниз — такт всасывания. Поршень 1 идёт вверх — такт сжатия.

Рассмотрим работу двигателя, когда в качестве механизма движения поршня используется дополнительный шатун 7 и дополнительный коленчатый вал 8 (Фиг.2).

Поршень 1 через палец (на Фиг. не обозначен) соединён с шатуном 2, который через палец соединён с рычагом 3, который через подшипник (на Фиг. не обозначен) соединён с шатунной шейкой коленчатого вала 4 и через палец с шатуном 2, Дополнительный шатун 7 соединён через подшипник с дополнительным коленчатым валом 8. Дополнительный коленчатый вал 8 и коленчатый вал 4 соединены через шестерни одинакового диаметра и вращаются в разные стороны. Дополнительный коленчатый вал 8 и дополнительный шатун 7 являются механизмом движения поршня. Вращение обоих коленчатых валов 4 и 8 сопряжено таким образом, чтобы обеспечить расширение зоны эффективного сгорания топливовоздушной смеси за верхнюю мертвую точку.

Когда поршень 1 находится в ВМТ, происходит зажигание. Поршень 1, следуя за коленчатым валом 4 должен двигаться вниз, но в это время дополнительный коленчатый вал 8 через дополнительный шатун 7 и рычаг 3 поджимает его вверх. В итоге поршень 1, пройдя ВМТ, зависает в верхнем положении на 30-35 градусов поворота коленчатого вала 4 и после этого идёт вниз — такт рабочий ход. После НМТ поршень 1 движется вверх - такт выхлоп. После ВМТ поршень 1 зависает на такте всасывания, что улучшает продувку цилиндра от выхлопных газов. Движение поршня 1 вниз — такт всасывания. Когда поршень 1 идёт вверх — такт сжатия. Выставив зажигание в ВМТ, мы имеем двигатель, работающий на любых оборотах без регулятора опережения зажигания. При этом топливо сгорает полностью в благоприятных условиях (неизменный объём камеры сгорания), развивая максимальную мощность.

Рассмотрим работу двигателя, когда в качестве механизма движения используется дополнительный шатун 7 (Фиг.3).

Поршень 1 через палец соединён с шатуном 2, который через палец соединён с рычагом 3, который, в свою очередь, через подшипник закреплён на шатунной шейке коленчатого вала 4, второй конец рычага 3 через палец соединён с дополнительным шатуном 7, закрепленный через палец на блоке двигателя. Дополнительный шатун 7 является механизмом движения поршня. Дополнительный шатун 7 установлен под углом относительно рычага 3, обеспечивающим возможность управления движением поршня, чтобы обеспечить расширение зоны эффективного сгорания топливовоздушной смеси за верхнюю мертвую точку.

Когда поршень 1 находится в ВМТ, происходит зажигание. Поршень 1, следуя за коленчатым валом 4 должен двигаться вниз, но рычаг 3 сдвигается вправо, давит на дополнительный шатун 7, который наклоняется вправо и опускает правую сторону рычага 3 вниз, приподнимая поршень 1 вверх. Поршень 1 зависает в районе ВМТ, что даёт возможность сдвинуть зажигание за ВМТ при качественном сгорании топлива, и движется вниз — такт рабочий ход. Пройдя НМТ, поршень 1 движется вверх — такт выхлоп. Кинематика двигателя такова, что после каждого прохождения ВМТ происходит зависание поршня 1. После ВМТ поршень 1 с зависанием движется вниз - такт всасывания. Пройдя НМТ, поршень 1 движется вверх — такт выхлоп.

При использовании конструкции, изображенной на фиг. 3, можно осуществить дополнительно регулировку степени сжатия в цилиндре для нормальной работы двигателя на разном топливе, исключая детонацию и потерю мощности.

Рассмотрим работу двигателя, когда в качестве механизма движения используется дополнительный коленчатый вал 8 и ползунковый механизм (Фиг.4).

Поршень 1 через палец соединён с шатуном 2, который через палец соединён с рычагом 3, соединенный через подшипник с шатунной шейкой коленчатого вала 4, причем другой конец рычага 3 входит в ползунковый механизм 6, который через подшипник закреплён на шатунной шейке дополнительного коленчатого вала 8. Коленчатые валы 4 и 8 соединены через шестерни одного диаметра и вращаются в противоположные стороны. Дополнительный коленчатый вал 8 и ползунковый механизм 6 являются механизмом движения поршня.

Когда поршень 1 находится в ВМТ, происходит зажигание. Поршень 1, следуя за коленчатым валом 4 должен двигаться вниз, но в это время механизм движения поршня поджимает его вверх. Поршень 1 зависает в районе ВМТ. Далее поршень 1 движется вниз — такт рабочий ход. Пройдя НМТ, поршень 1 движется вверх — такт выхлоп. Пройдя ВМТ поршень 1 зависает, а потом движется вниз — такт всасывания. Поршень 1 идёт вверх — такт сжатие.

Рассмотрим работу двигателя, когда в качестве механизма движения используется проточка синусоидальной формы, выпрямленной после верхней «мертвой точки» с наклоном (Фиг. 5).

Двигатель состоит по меньшей мере из одного цилиндра с поршнем 1, который соединён с шатуном 2, закреплённым на блоке двигателя в направляющих опорах (на Фиг. не показано) и может двигаться в них только вверх и вниз, на шатуне 2 через подшипник закреплён ролик, ролик (на Фиг. не обозначен) входит в проточку 10 роторного вала 9 жёстко посаженного на ось двигателя. По периметру вала сделана проточка 10 в виде синусоиды. При вращении роторного вала 9 ролик, двигаясь по проточке 10, задаёт поршню 1 возвратно-поступательные движения.

Момент возгорания в ВМТ показан точкой В и обозначает начало рабочего хода. Первые 30-35 градусов (величина нефиксированная, подбирается в процессе доводки двигателя) поворота роторного вала 9 поршень 1 опускается всего на 2-3 мм, но уже при этом совершая вращение роторного вала 9 в рабочую сторону. За это время топливо успевает нормально сгореть, зона выпрямления синусоиды заканчивается (точка С). Поршень 1 идёт к нижней мёртвой точке (НМТ) завершая рабочий ход. Далее проточка 10 плавно идёт к ВМТ, происходит выхлоп отработавших газов. Проточка 10 замыкается на начало. При следующем обороте роторного вала 9 поршень 1 движется вниз, происходит такт всасывания, поршень 1 движется вверх происходит такт сжатия. При этом выпрямленный участок синусоиды на такт всасывания практически не влияет. Изменяя форму синусоиды в процессе доводки двигателя, тем самым изменяется процесс движения поршня 1 и тем самым можно добиться идеальной работы двигателя. Даже на высоких оборотах зажигание происходит в ВМТ, не оказывая сопротивления вращению роторного вала 9, топливо сгорает полностью с помощью плавно опускающейся прямой на небольшую величину (отрезок ВС).

В каждом приведенном примере цикл повторяется.

Описанные примеры конструктивного выполнения двигателя внутреннего сгорания и их работа не сужают объем прав заявителя, а являются частными примерами выполнения устройства.

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с поршнем, по меньшей мере один шатун, коленчатый вал с шатунной шейкой, по меньшей мере один рычаг, соединенный с шатунной шейкой посредством подшипника, и дополнительный вал, соединенный с коленчатым валом при помощи шестерен одинакового диаметра с возможностью вращения в разные стороны, при этом один конец рычага связан с поршнем при помощи шатуна, а другой конец рычага связан с механизмом дополнительного вала с возможностью изменения положения конца рычага при помощи кулачка, установленного на дополнительном валу, или дополнительного шатуна, установленного на шатунной шейке дополнительного вала, или ползункового механизма, установленного на шатунной шейке дополнительного вала, с возможностью обеспечения задержки поршня в верхней мертвой точке в такте «рабочий ход».