ДВУХТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С КАМЕРНОЙ СХЕМОЙ ГАЗООБМЕНА
TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH CHAMBER GAS EXCHANGE CIRCUIT

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в двигателях внутреннего сгорания.
Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) с петлевой кривошипно-камерной схемой газообмена, получившие широкое распространение на мотоциклах, например двигатель ИЖ-10. (Орлин А.С. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1980, с.259).
Недостатком таких двигателей является повышенный расход масла, так как его приходится добавлять в топливо для смазки кривошипного механизма, через полость которого осуществляется газообмен.
Преимуществом таких двигателей является использование для газообмена поршневой камеры, в результате чего отпадает необходимость в компрессоре или продувочном насосе.
Известен двухтактный двигатель внутреннего сгорания с камерной схемой газообмена (патент FR 2297323 A1, F02B 53/02, 1976). Двигатель имеет цилиндрический статор с радиальными перегородками, которые разграничивают камеры, ротор с лопатками (поршнями), совершающий переменное угловое перемещение, и шарнирно-рычажный механизм, соединяющий вал ротора с вторичным валом. Продувочные камеры образуются в статоре между тыльной поверхностью поршней и перегородками. Необходимость добавления масла во всасываемый заряд в этом случае отпадает.
Недостатком такого двигателя является то, что продувка рабочего объема осуществляется по петлевой схеме, которая, как известно (Теория двигателей внутреннего сгорания /Под ред. Н.Х.Дьяченко. -  Л.: Машиностроение, 1974), существенно уступает прямоточной щелевой схеме газообмена, обеспечивающей лучшую очистку от продуктов сгорания, лучшее наполнение рабочего объема при сравнительно малом расходе продувочного воздуха (смеси) и меньшую долю потери рабочего хода.
Известен двухтактный ДВС с камерной схемой газообмена (прототип), содержащий цилиндрический статор и два ротора с поршнями, соединенные с рабочим валом с помощью шарнирно-рычажных механизмов, роторы соединены с рабочим валом так, что продувочные камеры образованы в цилиндрическом статоре между тыльными поверхностями поршней, установленных на разноименных роторах, соединенных с рабочим валом со сдвигом по фазе, близким к 180° (патент RU 2098646 C1, F02B 53/08; 10.12.1997). Недостатками такого двигателя является следующее.
1. За один оборот выходного вала в двух камерах сгорания одновременно происходит рабочий ход, что вызывает повышенную неравномерность крутящего момента на выходном валу.
2. Уплотнение камер осуществляется шиберами, располагаемыми в подвижных поршнях, что приводит к появлению центробежных сил, действующих на шиберы и переменной силе поджатая их к статору, что снижает надежность уплотнения камер.
3. Отсутствует смазка в контакте шиберов и статора, что приводит к повышенному износу.
Таким образом, у прототипа за один оборот выходного вала в двух камерах сгорания одновременно происходит только один рабочий ход; известны примеры, когда у двухтактных двигателей внутреннего сгорания с камерной схемой газообмена имеются два рабочих хода за один оборот вала. Но заявителю не известны примеры двухтактных двигателей внутреннего сгорания с камерной схемой газообмена, имеющие прямоточную щелевую продувку, с двумя рабочими ходами за один оборот выходного вала и расположением уплотнения камер в статоре.
Сущность изобретения: в двухтактном двигателе внутреннего сгорания с камерной схемой газообмена, содержащем цилиндрический статор и два разноименных ротора с поршнями, соединенными с рабочим валом с помощью шарнирно-рычажных механизмов со сдвигом по фазе, близким к 180°, рабочие камеры образуются попеременно между противоположными поверхностями рабочего поршня основного ротора и рабочими поверхностями поршней дополнительного ротора у плоскостей, симметрично наклоненных под 45° к плоскости диаметрально выполненных впускных и выпускных окон, а продувочные камеры образуются между противоположными поверхностями продувочного поршня основного ротора и тыльными поверхностями поршней дополнительного ротора, продувочные каналы расположены симметрично относительно плоскости диаметрально выполненных впускных и выпускных окон под углом 110-115°, уплотнение камер осуществляется графитовыми шиберами, расположенными в корпусе (статоре).
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого двигателя; на фиг.2 - разрез А-А (положение 1) на фиг.1; на фиг.3 - разрез А-А (положение 2) на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - вид по стрелке В на фиг.1; на фиг.6 - вид по стрелке Г на фиг.1.
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания с камерной схемой газообмена содержит: корпус 1, боковые крышки 2 и 8, коромысла 3 и 7, шатуны 4 и 6, рабочий вал 5 (фиг.1); выпускное окно 9, рабочий поршень 10 основного ротора, поршень 11 дополнительного ротора, продувочные каналы 12 и 15, впускное окно 13, продувочный поршень 14 основного ротора, поршень 16 дополнительного ротора (фиг.2); торцевые уплотнительные кольца 17 и 18, дополнительный ротор 19, торцевые шиберы 20 и 21, радиальные шиберы 22, основной ротор 23 (фиг.4); эксцентрик 24 (фиг.5); эксцентрик 25 (фиг.6).
В корпусе 1 с боковыми крышками 2 и 8, имеющем продувочные каналы 12 и 15, впускное окно 13 и выпускное окно 9, соосно установлены основной ротор 23 с прикрепленными рабочим поршнем 10 и продувочным поршнем 14, и дополнительный ротор 19 с прикрепленными поршнями 16 и 11. Роторы с помощью коромысел 3 и 7 и шатунов 6 и 4 подвижно соединены с эксцентриками 24 и 25, закрепленными на рабочем валу 5 со сдвигом по фазе на угол, близкий к 180°. В канавках корпуса 1 расположены уплотнения камер - шесть радиальных шиберов 22, а в канавках боковых крышек 2 и 8 по шесть торцевых шиберов 20 и 21 и торцевые уплотнительные кольца 17 и 18.
Двигатель работает следующим образом. При вращении рабочего вала 5 роторы с поршнями совершают колебательные движения. При максимальном сближении поршней 10 и 11 у плоскости, наклоненной под 45° относительно плоскости расположения впускных и выпускных окон, между ними образуется камера сгорания (фиг.2). При этом между тыльной стороной поршня 11 и продувочным поршнем 14 образуется продувочная камера, соединенная с всасывающим коллектором через впускное окно 13. При рабочем ходе основной ротор 23 с поршнями 10 и 14 поворачивается против часовой стрелки, а дополнительный ротор 19 с поршнями 16 и 11 по часовой стрелке. Объем рабочей камеры между поршнями 10 и 11 увеличивается, а объем продувочной камеры между поршнями 11 и 14 уменьшается. В конце рабочего хода поршень 10 открывает выпускное окно 9, а поршень 11 открывает продувочный канал 12. Происходит выпуск и продувка рабочей камеры свежим зарядом, предварительно сжатым в продувочной камере. Но при этом поршни 10 и 16 сближаются, образуя между собой другую камеру сгорания (фиг.3), повернутую на 90°, относительно первой, а между поршнями 16 и 14 образуется новая продувочная камера, заполняемая свежим зарядом через впускное окно 13. Основной и дополнительный роторы, соединенные с поршнями, начинают поворачиваться в противоположном направлении при сохранении направления вращения рабочего вала, и процесс повторяется.
В предлагаемом двухтактном двигателе с камерной схемой газообмена за один оборот выходного вала происходит два рабочих хода, что обеспечивает лучшую равномерность крутящего момента. Зажигание может быть искровым или с воспламенением от сжатия.
Для снижения сил трения в сопряжениях уплотнений (шиберов) с поршнями для материала шибера используется изостатический графит, обладающий достаточной термостойкостью и малым коэффициентом трения, а также не требующий смазки.
Положительный эффект заключается в повышении равномерности крутящего момента, повышении герметичности камер сгорания, снижении механических потерь, за счет малого коэффициента трения.