Двигатель Шнейдера: биротативная альтернатива традиционным ДВС

Среди множества необычных силовых агрегатов особое место занимает двигатель Шнейдера, в котором, как и в конструкции Баландина, полностью отсутствует шатун. Разработчиком этого уникального двигателя был Л. И. Шнейдер, руководитель группы на Рижском дизелестроительном заводе. Непосредственным толчком к созданию данного двигателя послужил успех роторно-поршневых двигателей Ванкеля, активно обсуждавшихся в научно-технических кругах. Будучи опытным двигателистом, Шнейдер прекрасно осознавал как преимущества, так и недостатки схемы Ванкеля и поставил перед собой сложную задачу.

В своей собственной разработке изобретатель попытался совместить вращательное движение поршня с сохранением его традиционной, классической формы. В результате был создан биротативный двигатель, имеющий принципиальные отличия от более ранней конструкции А. Г. Уфимцева. Ключевое различие заключалось в том, что и кривошипный вал, и блок цилиндров двигателя Шнейдера вращались в одну сторону, а не в противоположные. Вторым фундаментальным отличием стало полное отсутствие в конструкции шатунов, что кардинально меняло кинематику и динамику агрегата.

Конструктивная схема этого двигателя подробно изображена на рис. 8. Внешне двигатель состоит из неподвижного тонкостенного кожуха, который одновременно выполняет функцию рубашки воздушного охлаждения. Внутри этого кожуха на подшипниках вращается блок с четырьмя цилиндрами, расположенными крестообразно. В самих цилиндрах размещены двухсторонние поршни, оснащенные плоскими продувочными лопастями (5). Эти лопасти расположены по бокам поршней и играют ключевую роль в газообмене.

Рис. 8. Двигатель Л. И. Шнейдера: 1 — перепускные окна; 2 — выхлопные окна; 3 — нагнетатель; 4 — карбюратор; 5 — продувочные лопасти

Кинематическая схема двигателя основана на непосредственной посадке поршней на кривошипные шейки вала. Сам вал вращается в подшипниках, которые эксцентричны по отношению к подшипникам блока цилиндров. Именно поршни, взаимодействуя со стенками цилиндров, синхронизируют вращение блока цилиндров и кривошипного вала. При этом блок цилиндров всегда вращается в ту же сторону, что и вал, но с строго вдвое меньшей угловой скоростью, что обеспечивает стабильность работы.

Система газообмена в двигателе Шнейдера бесклапанная и реализована весьма оригинальным способом. Продувочные лопасти перемещаются в специальных полостях блока цилиндров и последовательно обеспечивают три процесса. Они отвечают за всасывание рабочей смеси из кривошипной камеры и карбюратора (4), ее предварительное сжатие и последующий перепуск в рабочие камеры цилиндров. Газораспределение организуется рациональным расположением перепускных (1) и выхлопных (2) окон, а также самими лопастями.

Рабочий цикл двигателя отличается от традиционного четырехтактного. За один полный оборот блока цилиндров в каждой рабочей камере успевает произойти один рабочий ход. При этом кривошипный вал, вращающийся в два раза быстрее, совершает за это же время два оборота. Такая высокая удельная мощность достигается за счет интенсификации всех процессов. Вращение самого блока цилиндров обеспечивает важный эффект, характерный для всех ротативных двигателей — обогащение топливно-воздушной смеси в периферийной зоне цилиндра.

Концентрация более богатой смеси в районе свечи зажигания приводит к более быстрому и, что важнее, полному сгоранию топлива. По своему характеру процесс сгорания в этом двигателе аналогичен процессу в цилиндрах с так называемым послойным распределением заряда. Благодаря этой особенности двигатель Л. Шнейдера изначально соответствовал современным экологическим требованиям по «чистоте» и токсичности выхлопных газов, что было редким качеством для того времени.

К числу выдающихся особенностей конструкции следует отнести превосходную уравновешенность движущихся масс, что минимизирует вибрации. Конструкция также позволила разместить на маховике кривошипного вала нагнетатель (3), эффективность которого оказалась достаточно высокой именно благодаря удвоенной скорости вращения вала. Дополнительный охлаждающий эффект создавался за счет подсасывающего действия наклонных ребер головок блока.

При вращении эти ребра эффективно всасывали охлаждающий воздух через специальные окна в торцевых частях кожуха и направляли его в центральную улитку. В этой улитке происходило смешение охлаждающего воздуха с раскаленными выхлопными газами, что способствовало их дополнительному охлаждению и снижению тепловой нагрузки на конструкцию. Система смазки была реализована по простому и надежному принципу — подачей масла вместе с рабочей смесью, как это широко практиковалось в двухтактных двигателях мотоциклов.

Карбюратор был компактно размещен на торце кожуха, строго напротив нагнетателя. Система зажигания — классическая электроискровая, при этом роль распределителя зажигания выполняли сами свечи, на которые высоковольтные импульсы подавались в нужный момент времени благодаря синхронному вращению деталей. Макетный образец двигателя, проходивший испытания непосредственно на Рижском дизелестроительном заводе, имел впечатляющие характеристики.

При рабочем объеме всего 0,9 литра вес двигателя составлял лишь 31 килограмм. Расчетный удельный вес для карбюраторной версии оценивался в диапазоне от 0,6 до 1 кг/л.с., а для дизельного варианта — от 1 до 2 кг/л.с. Главным преимуществом двигателя Шнейдера по сравнению с традиционными поршневыми ДВС, обладающими схожими параметрами, являлась исключительная компактность и высокая удельная мощность, делавшая его чрезвычайно перспективным для применения в авиации и компактной технике.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.