СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ГАЗООБМЕНА ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ГАЗООБМЕНА ДВУХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при создании двухтактных двигателей внутреннего сгорания.
Известен способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания, предполагающий группировку поршней в процессе заполнения рабочего объема свежим воздухом, его сжатие, подвод топлива, сгорание, расширение продуктов сгорания, продувку внутренней полости и заполнение рабочего объема свежим воздухом (RU, С1, № 2136920, 1999).
Недостатками известного решения являются сложность конструкции, наличие внешних агрегатов и большого количества вспомогательных узлов. Кроме того принудительное управление газораспределительными механизмами снижает максимальную частоту вращения коленчатого вала, что приводит к падению выходной мощности двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания с кривошипно-камерной продувкой, включающий объединение посредством продувочных каналов рабочих цилиндров с компрессорами, взаимодействующими с коленчатым валом, в группы, работающие со смещением во времени относительно смежных с ними групп, при этом за счет движения поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) в кривошипной камере (картере) создается разрежение, благодаря чему рабочая смесь засасывается в полость кривошипной камеры (картера), которую при движении поршня из ВМТ к нижней мертвой точке (НМТ) сначала сжимают в полости кривошипной камеры (картера), а затем при открытом продувочном окне или клапане следующего по фазе рабочего цилиндра перепускают в камеру сгорания смежного связанного рабочего цилиндра, где при ходе поршня из НМТ к ВМТ сжимают свежую рабочую смесь, после чего ее при положении поршня, близком к ВМТ, воспламеняют, обеспечивая движение поршня к НМТ, в процессе которого сначала открывают выхлопное окно, а затем – продувочное окно, связанное с картером соседнего цилиндра (RU, С1, № 2306443, 2007).
Недостатками известного решения являются значительный расход топлива при работе ДВС в связи с движением поршня после перекрытия продувочного окна до перекрытия выхлопного окна. При этом часть рабочей смеси или свежего заряда неизбежно вытесняется поршнем в выхлопной тракт. Также соединение цилиндров газоводами существенно увеличивает объем кривошипной камеры, что приводит к резкому падению энергии продувки. Также в многоцилиндровых двухтактных ДВС имеются серьезные технологические трудности при изготовлении коленчатых валов в сборе с коренными и шатунными подшипниками качения.
Заявленное изобретение направлено на снижение удельного расхода топлива, а также массогабаритных показателей, сокращение деталей ДВС и, как следствие, повышение технологичности при увеличении выходной мощности ДВС.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе осуществления газообмена двухтактного двигателя внутреннего сгорания, включающем объединение посредством газоводов рабочих цилиндров с компрессорными цилиндрами, и поршнями, взаимодействующими с коленчатым валом, в группы, работающие со смещением во времени относительно смежных с ними групп, при этом за счет движения поршня из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку в компрессорной полости создают разрежение, засасывая в полость компрессора свежую рабочую смесь или заряд воздуха, которую при движении поршня из нижней мертвой точки в верхнюю сначала сжимают в камере компрессора, а затем при открытом продувочном окне или клапане следующего по фазе рабочего цилиндра перепускают в камеру сгорания смежного связанного рабочего цилиндра, где при ходе поршня из нижней мертвой точки к верхней сжимают свежую рабочую смесь или заряд воздуха, после чего при положении поршня, близком к верхней мертвой точке, обеспечивают сжигание топлива, обеспечивая движение поршня к нижней мертвой точке, в процессе которого сначала открывают продувочное окно или клапан, а затем – выхлопное окно или клапан рабочего цилиндра, в качестве рабочего цилиндра используют цилиндр с двумя камерами – рабочей и компрессорной, диаметр которой больше диаметра рабочей камеры, рабочие цилиндры связывают между собой в группы попарно посредством газоводов таким образом, что продувочное окно каждого цилиндра в группе связано с компрессорной камерой сжатия смежного рабочего цилиндра в группе, причем в компрессорной камере одного цилиндра в районе верхней мертвой точке перекрывают продувочное окно или клапан связанного с ним смежного в группе рабочего цилиндра, при движении поршня в рабочем цилиндре от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке сначала открывают продувочное окно или клапан, затем выхлопное окно или клапан, при этом повышают температуру рабочей смеси или заряда воздуха путем прямой передачи в нее части тепла отработанных газов, а при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке  сначала перекрывает выхлопное окно или клапан, затем - продувочное окно или клапан, осуществляя наддув и повышая давление в рабочей камере.
Поскольку заявленный способ отличается от наиболее близкого аналога рядом существенных признаков, он соответствует условию «новизна».
В основу заявленного изобретения положены известные законы материального мира, что позволяет утверждать о соответствии изобретения условию «промышленная применимость».
В заявленном способе предусмотрен особый режим работы объединенных в группы двухступенчатых цилиндров, позволяющий осуществить прямую передачу тепла от отработанных газов к свежей рабочей смеси или заряду воздуха, что позволяет утверждать о соответствии заявленного изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлена принципиальная схема трехцилиндрового рядного двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 – то же звездообразного четырехцилиндрового; на фиг. 3 – представлен двухступенчатый поршень; на фиг. 4 – адаптированный под заявленный способ поршень серийного четырехтактного двигателя.
Способ предполагает использование рабочих цилиндров с двумя камерами: рабочая камера 1 сгорания и компрессорная камера 2 и двухступенчатого поршня 3, взаимодействующего с коленчатым валом (не показан), помещенным в масляный картер 4. Рабочий объем компрессорной камеры 2 двухкамерного цилиндра больше объема рабочей камеры 1 на величину, достаточную для обеспечения заданной степени наддува. Рабочие цилиндры посредством газоводов 5 попарно соединены друг с другом, причем с одной стороны газовод соединен с камерой 2  компрессора, с другой - с продувочным окном или клапаном рабочей камеры 1 и объединены в группы, работающие со смещением рабочего процесса во времени относительно смежных с ними групп цилиндров.
В процессе работы двигателя при движении поршня 3 из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку в компрессорной полости 2 создают разрежение, засасывая через впускной клапан (не показан) в полость компрессора свежую рабочую смесь или заряд воздуха, которую при движении поршня 3 из нижней мертвой точки в верхнюю сначала сжимают в компрессорной камере 2 цилиндра, а затем при открытии продувочного окна или клапана следующего по фазе рабочего цилиндра перепускают в рабочую камеру 1 сгорания смежного связанного с компрессором двухкамерного цилиндра. При этом при положении поршня в компрессорной камере одного цилиндра в районе верхней мертвой точки перекрывают продувочное окно или клапан связанного с ним смежного в группе цилиндра. Свежую рабочую смесь или заряд воздуха в камере 1 сгорания при ходе поршня из нижней мертвой точки к верхней сжимают, после чего при положении поршня 3, близком к верхней мертвой точке, осуществляют сжигание топлива, обеспечивая движение поршня 3 к нижней мертвой точке, в процессе которого сначала открывают продувочное окно или клапан, а затем – выхлопное окно или клапан двухкамерного цилиндра.
При движении поршня 3 от ВМТ к НМТ в рабочем процессе первым открывается продувочное окно или клапан, при этом часть активного выхлопа проникает в соединительный газовод, где горячие отработанные газы частично смешиваются со свежей рабочей смесью (или зарядом воздуха), осуществляя ей (ему) прямую передачу тепла. При движении поршня 3 от НМТ к ВМТ верхняя часть поршня 3 сначала перекрывает выхлопное окно, затем - продувочное окно, при этом осуществляется наддув и повышение давления в рабочей камере 1 за счет объема, заданного диаметром компрессорной камеры 2 двухкамерного цилиндра (поршневой наддув).
Заявленный способ позволяет конвертировать серийные четырехтактные двигатели внутреннего сгорания в двухтактные двигатели внутреннего сгорания путем замены серийных поршней на адаптированные поршни, представленные на фиг. 4, и головки блока цилиндров вместе с приводными механизмами на головку блока цилиндров, изготовленную в соответствии с обеспечением условий данного способа.