Многороторный многоступенчатый двигатель внутреннего сгорания

Рассмотрим пример роторного двигателя, многоступенчатого принципа действия, компактно расположенного в одном корпусе на центральном роторе имеется турбина и вал отбора мощности. В предложенном двигателе использована работа шестерёнчатых пневмодвигателей работающих без расширения рабочего тела высокого давления. Единственно известный в технике мотор, работает без расширения рабочего газа, в процессе вращения роторов, «с полным наполнением рабочих камер сжатым газом (межзубовых впадин) , и использован в данном изобретении. Это значит, что если в рабочую камеру шестерёнчатого двигателя подается холодный газ с давлением 20 или 50 атм., то каждый ротор, провернувшись на 1/18 часть оборота (количество впадин на роторе) отсекает порцию газа во впадине последним «зубом» выходящим из рабочей камеры и уносит те же 20 или 50 атм. сжатого газа через выходную камеру, в атмосферу БЕЗ РАСШИРЕНИЯ!!! Вот этот совершивший работу, но не расширившийся газ, уносимый во впадинах из рабочей камеры на пути к выходной камере, используется еще раз, через изобретенные промежуточные паро(газо)проводные каналы, выполненные в корпусе двигателя по патенту № 1722239 и в данной заявке на патент. Двигатель работает следующим образом: из парогенератора высокого давления (не показан), пар, например 20…50 атм., подается во вход 4 (в рабочую камеру) первой ступени двигателя, представляющую собой два ротора 1, 2. Под действием давления пара «зубчатые» роторы 1, 2 вращаются в направлениях указанных стрелками. Из паронесущих впадин 20 отработанный пар высокого давления выходит в первые два промежуточных паропроводных канала 6 и поступает в рабочую камеру 7 второй ступени двигателя, состоящего из роторов 1 и 3. Роторы 1, 3 второй ступени двигателя вращаются от отработанного пара в первой ступени двигателя в направлениях указанных стрелками. Из паронесущих впадин 20 второй ступени двигателя (роторы 1 и 3) пар поступает через первых два промежуточных паропроводных канала 8 в основной вход 14 турбины 15. Остаток пара, находящийся во впадинах 20 первой ступени двигателя (роторы 1, 2), переносится до следующих двух каналов 12 и поступает на промежуточную ступень 16 турбины 15.

  Также на промежуточную ступень 16 турбины 15 поступает пар от роторов второй ступени через каналы 10 среднего давления. Остаточное давление пара во впадинах 20 от роторов обоих ступеней через каналы 13 и 11 поступает на промежуточную ступень 17 турбины 15.

  В прототипе и в данной заявке рабочий газ используется в двух ступенях высокого давления и в турбине. Если начальное рабочее давление газа увеличить до 80-100 атм., то можно использовать каскад из трех и более таких ступеней высокого давления, состоящих из трех и более боковых роторов, вращающихся вокруг центрального ротора и одну турбину. Общий КПД такого двигателя будет еще выше. Один шестеренчатый пневмодвигатель работает без расширения газа, имеет КПД 65-72%, КПД газовых турбин более 80%.

2. Роторно-поршневой дви­гатель.                                                                                                        Что такое роторно-поршневой дви­гатель (сокращенно - РПД)? Это бензиновый мотор с искровым за­жиганием, работающий по четырех­тактному циклу (рис. 1). В блоке цилин­дров - статоре, внутренняя поверхность которого представляет сложную кри­вую - эпитрохоиду, вращается ротор (рис. 2). Его функция аналогична той, что выполняют поршень с шатуном в обычном моторе. Крутящий момент пе­редается на эксцентриковый вал. Газо­обмен происходит через впускные и вы­пускные окна, а смесь в вытянутой каме­ре сгорания последовательно поджига­ют две свечи.

РПД меньше и легче поршневого дви­гателя, равного по мощности, в полтора-два раза. Да и по конструкции «ротор» проще и надежнее, к тому же не требу­ет частого обслуживания. Но коль есть плюсы, найдутся и минусы. Например, повышенный расход масла и бензина. Считается, что РПД трудно загнать в жесткие экологические рамки. Мощностные характеристики таковы, что тре­буется изменять трансмиссию автомо­биля (например, максимум момента до­стигается на очень высоких оборотах - до 8000 об/мин!). В какой-то степени это болезни роста, ведь РПД моложе тради­ционных моторов на полвека...

Рис 1: Принцип работы роторно-поршневого двигателя

Время шло, поршневые моторы мате­рели, угрожая в любой момент превзой­ти по силам РГЩ. Кроме того, на произ­водителей давили основные заказчики -спецслужбы, которым был нужен мощ­ный и в то же время компактный двига­тель. Прелесть РГЩ в том, что его легко «умножить на два» - добавить еще один статор и ротор.

Первым двухсекционным мотором, сделанным у нас, стал 120-сильный ВАЗ-411. Мотор получился удачным -15 лет его устанавливали под капот «жигу-лей». Первые две машины передали спецслужбам летом 80-го, а всего выпус­тили более 200 автомобилей. Позже ро­дился преемник с широкими секциями и увеличенной мощностью (99,3 кВт/135 л. с).

      С появлением переднеприводных мо­делей вазовское КБ начало активно ра­ботать над новым мотором. Опытный двухлитровый ВАЗ-414 немного отли­чался от предшественника. Статор - са­мый ответственный и дорогой элемент был уже не открытого, а коробчатого типа. Подобная конструкция надежнее - деталь меньше страдает от перегрева и имеет большую жесткость. Правда, от­ливать заготовку и обрабатывать внут­ренние каналы такого корпуса сложнее. Окончательным вариантом для перед­неприводных моделей стал карбюра­торный ВАЗ-415 приведенным объемом 2,6 л. Электронный впрыск, как обяза­тельный атрибут всех будущих моторов, уже разработан, но применяется только на авиационных «ванкелях». Когда он спустится с небес на землю - одному Бо­гу известно.

К сожалению, развитие автомобиль­ных РПД на ВАЗе приостановилось. Все же эти моторы требуют... собственных автомобилей. А в условиях массового производства держать на конвейере специальную модель «под РПД» не все­гда удобно. Впрочем, японская «Мазда» последовательно доказывает обратное.

Не так давно в нашей стране всерьез рассматривали роторно-поршневой мо­тор как замену ныне господствующих в автомобильном мире двигателей Отто и Дизеля. Казалось бы - собирай секции в длиннющую «колбасу» и получишь ряд унифицированных (!) моторов мощностью до 1000 л. с! Увы, стыковать больше двух секций очень сложно технологически. Впрочем, модульный прин­цип мог быть реализован с помощью угловых редукторов: секции РПД распо­лагались вертикально, как цилиндры обычного мотора, а редукторы передава­ли крутящий момент на общий горизонтальный выходной вал! Относительно маломощные РПД предполагали устанавливать на легковые автомобили и небольшие самолеты, посильнее -  на грузовики, пассажирский и железнодорожный транспорт. Красивая идея так и не воплотилась в жизнь...