Валерий Васильев, фото автора
За историю автомобилестроения лучшие умы человечества придумали немало самых разнообразных конструкций двигателей. Но только некоторым из них удалось стать серийными образцами. Остальные, несмотря на оригинальность заложенных идей, так и не вышли из стадии эксперимента. Возможно, судьба роторно-лопастного мотора, созданного в Псковском государственном политехническом университете, окажется более удачливой.
Развитие и область применения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) приобрели сегодня всеобъемлющий характер. Многочисленные научные исследования и разработки превратили ДВС в сложнейшую, но надежную и универсальную систему. В то же время опыт длительной эксплуатации в составе транспортных средств выявил недостатки, которые практически невозможно исключить путем модернизации конструкции двигателя, не затронув базовых принципов его организации, таких как механические потери на трение и процесс внутреннего сгорания топлива.
Главным недостатком ДВС, который в результате массового распространения автомобильного транспорта занял лидирующее положение, стал фактор загрязнения окружающей среды выхлопными газами. Доля вредных веществ, поступающих в атмосферу с отработавшими газами автомобильных двигателей, составляет до 63% от общего загрязнения окружающей среды. В связи с этим в последние десятилетия в мире ужесточаются требования к экологическим нормам для транспортных средств, и в первую очередь это касается двигателей внутреннего сгорания. Последние, потребляя пятую часть первичных энергоносителей, являются основным источником загрязнения окружающей среды. Однако планируемые меры, даже в случае их полной реализации, способны лишь снизить темпы увеличения загрязняющего действия ДВС транспортных средств на фоне быстрого роста их количества и мощности.
| Карбюраторный двигатель | 0,6–2,0 | 40–100 | 15–120 |
| Дизель | 0,4–2,0 | 0,2–5,0 | 0,6–12 |
| Газовая турбина | 0,7–2,0 | 2,0–3,6 | 0,012–0,07 |
| Двигатель внешнего сгорания | 0,1–0,2 | 0,05–0,2 | 0,0015–0,009 |
| Нормы Euro 5 | 0,414 | 0,311 | 0,095 |
Таким образом, назрела необходимость производства принципиально иного двигателя, способного кардинально изменить ситуацию, работающего на различных видах топлива и не имеющего вредных выбросов в атмосферу.
По критерию экологичности использования любого вида топлива наилучшие характеристики у двигателя с внешним подводом тепла (ДВПТ), реализующего цикл Стирлинга. Внешний подвод тепла позволяет применять различные тепловые источники без каких-либо существенных изменений конструкции двигателя. В подобных двигателях могут быть использованы практически все виды ископаемого топлива – от твердых до газообразных. Для оценки уровня токсичности двигателя с внешним подводом тепла его удельные выделения токсичных веществ можно сравнить с таковыми у дизеля, газовой турбины и карбюраторного двигателя. По таким показателям вредных веществ, как CO, NOx и CxNy, мотор с внешним подводом тепла выглядит не только значительно лучше перечисленных конкурентов, но и соответствует перспективным экологическим нормам, еще не введенным в действие.
Итак, преимущества двигателей с внешним подводом тепла выражаются в термическом КПД, достигающем 60%, использовании практически всех видов топлива, включая солнечную энергию, возможности регулирования мощности путем изменения давления рабочего тела и температуры, легком пуске при низкой температуре, герметичности, высоком моторесурсе.
Исходя из этого можно сказать, что в сфере создания двигателей возникло техническое противоречие: с одной стороны, имеются компактные и дешевые двигатели внутреннего сгорания, а с другой – массивные и дорогие в изготовлении моторы с внешним подводом теплоты.
Давайте рассмотрим недостатки поршневого двигателя Стирлинга. Во-первых, это сложность конструктивного исполнения отдельных узлов, проблемы в области уплотнений, регулирования мощности и т. д. Особенности технического решения обусловливаются применяемыми рабочими телами. Так, например, гелий обладает сверхтекучестью, что определяет повышенные требования к уплотняющим элементам рабочих поршней, штока вытеснителя и т. д. Во-вторых, формирование облика перспективных, предполагаемых к производству машин Стирлинга невозможно без разработки новых технических решений основных узлов. В-третьих, высокий уровень технологии производства.
Кроме того, данная проблема связана с необходимостью применения в машинах Стирлинга жаростойких сплавов и цветных металлов, их сварки и пайки. Отдельный вопрос – изготовление регенератора и насадки для него для обеспечения, с одной стороны, высокой теплоемкости, а с другой – низкого гидравлического сопротивления. Все это требует высокой квалификации рабочего персонала и современного технологического оборудования. Зарубежный опыт создания современных высокоэффективных машин Стирлинга показывает, что без точного математического моделирования рабочих процессов и оптимального проектирования основных узлов доводка таких машин превращается в многолетние изнурительные экспериментальные исследования.
Взвесив все «за» и «против», в Псковском государственном политехническом университете (ППИ) подумали, почему бы не создать новый тип двигателя, соединяющего в себе преимущества роторно-лопастной расширительной машины и принципа внешнего подвода теплоты.
Кстати, работы по созданию роторно-лопастного двигателя ведутся в ППИ уже более 30 лет. За это время создан коллектив из высококвалифицированных научных сотрудников, накоплены значительный опыт и научно-технический материал. Результатом исследований стало создание натурного образца роторно-лопастной расширительной машины на основе рычажно-кулачкового преобразователя движения.
В практическое русло работы вошли в 1998 году, когда в рамках федеральной целевой программы ППИ заключил договор с Миннауки на опытно-конструкторские работы на тему: «Разработка технологии и изготовление опытного образца роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания». Итогом работы стало создание технологии изготовления и макета РЛД внутреннего сгорания.
Исследование данных макетов позволило доказать принцип работы роторно-лопастной машины, отработать конструкцию рычажно-кулачкового механизма, утвердиться в надежности и долговечности работы РЛД и подтвердить достоинства роторно-лопастных машин.
Принцип работы роторно-лопастного двигателя известен уже давно. Этот механизм содержит два ротора с лопастями и цилиндр с впускными и выпускными окнами. В двигателе предусмотрен механизм связи, позволяющий роторам совершать движение друг относительно друга и вращательно-колебательное движение относительно цилиндра, а также устройство, позволяющее суммировать движение роторов и передать равномерное вращение выходному валу.
При этом выяснилось, что коэффициент компактности основного объема роторно-лопастного двигателя (отношение эквивалентного рабочего объема к объему двигателя) достигает 15–20%, в то время как максимальное значение этого показателя для поршневых (V-образных с кривошипно-шатунным механизмом) составляет 1–2%. Столь большое (в несколько раз) преимущество по удельно-массовым показателям открывает перспективы практического применения двигателей данной схемы.
Предложенная конструктивная схема роторно-лопастного двигателя имеет ряд преимуществ по сравнению с шатунно-поршневым двигателем. На основании проведенных ранее исследований, выявления проблем в области создания двигателей с внешним подводом теплоты, требованиям к современным моторам возникла идея объединить роторно-лопастную конструкцию двигателя с принципом внешнего подвода теплоты. Данный синтез явился следствием тщательного анализа современных конструктивных вариантов двигателей с выявлением достоинств и недостатков каждого.
Число рабочих тактов при одном обороте выходного вала равно четырем, в то время как для шатунно-поршневого ДВС оно равно двум. Равенство продолжительности рабочих тактов на одном обороте выходного вала обеспечивается симметричной конструкцией механизма преобразования. Степень сжатия рабочего тела зависит от диапазона изменения угла между лопастями. Для данного механизма она ограничивается лишь конструктивными и прочностными параметрами реального механизма.
В 2007 г. ППИ выиграл конкурс в рамках федеральной целевой программы и заключил государственный контракт с Федеральным агентством по науке и инновациям на проведение научно-исследовательских работ на тему «Разработка математической модели протекания термодинамического цикла с внешним подводом теплоты, позволяющей создать экологически чистый двигатель роторно-лопастного типа».
В итоге появилась методика расчета и проектирования РЛД с внешним подводом теплоты (РЛДВПТ), в частности, созданы математические модели отдельных узлов двигателя, а также математическая модель, подтверждающая возможность реализации термодинамического цикла с внешним подводом теплоты в РЛД. Для проведения экспериментальных исследований были созданы и исследованы макет механизма преобразователя движения и макет камеры сгорания. Полученные результаты явились доказательной базой правильности теоретических расчетов.
| Удельная масса, кг/кВт | 0,4–0,8 | 2,5–4,5 |
| Удельная мощность, кВт/л | 200 | 50–80 |
| Минимальная скорость вращения, мин-1 | 60 | 600–800 |
| Потери на механическое трение, % | 10 | 35 |
| Средняя скорость лопастной (поршневой) группы, м/с | 30–50 | 15–25 |
| Амплитуда вибраций (в подвешенном состоянии), мкм | 100 | 3000 |
Как следствие исследования механических и термодинамических процессов двигателя подтвердили возможность и перспективность создания нового типа двигателя – РЛДВПТ (роторно-лопастной двигатель с внешним подводом тепла).
Для практического осуществления цикла с внешним подводом теплоты в двигателе, имеющем замкнутое рабочее пространство, необходимы циклическое изменение объема рабочего пространства, подвод теплоты к рабочему телу, отвод теплоты от него и регенерация некоторой части тепла. Реализовать условия осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплоты на базе двигателя роторно-лопастного типа возможно несколькими способами, для осуществления которых используются соответствующие конструктивные решения.
| Мощность, кВт | 280 | 95 | 147 | 300 |
| Частота вращения, мин-1 | 1500 | 2100 | 3000 | 1500 |
| КПД, % | 35 | – | – | 22,6 |
| Температура нагревателя, °С | 650 | 760 | 700 | 427 |
| Температура охладителя, °С | 32 | 57 | 40 | 77 |
| Рабочее тело | h3 | h3 | He | СО2 |
| Среднее давление, МПа | 10,35 | 10,3 | 21,6 | 3,1 |
| Количество цилиндров | 4 | 4 | 4 | 2 |
| Объем цилиндра, cм3 | 2270 | 1510 | 400 | 1000 |
| Удельная мощность, Вт/ cм3 | 58 | 15,7 | 136 | 150 |
| Масса, кг | 2270 | 725 | 400 | 500 |
| Габаритные размеры, мм | 1880x1016x x1930 | 1360x600x x1000 | 1130x440x x963 | 1200x600x x900 |
| Объемная мощность, кВТ/м3 | 76 | 116,4 | 308 | 464 |
| Удельная масса, кг/кВТ | 8 | 7,6 | 2,72 | 1,66 |
Конструктивно двигатель состоит из двух модулей, каждый из которых включает лопастную группу и механизм преобразования движения. Модули жестко соединены между собой и повернуты друг относительно друга на 45°. В конструкции для нагревания и охлаждения рабочего тела предусмотрены нагреватель и охладитель.
По данному принципу можно создать целое семейство двигателей различной мощности. Сейчас отрабатывается конструкция мотора мощностью до 300 кВт. Область применения роторно-лопастных двигателей с внешним подводом тепла достаточна велика. Они могут использоваться везде, где работают ДВС, в том числе и на автомобильном транспорте. РЛДВПТ способны функционировать в условиях, где ДВС не работают, а именно: в воде, под землей, в космосе, в условиях песчаных бурь. При изменении конструкции механизма преобразования движения роторно-лопастная машина работает как пневмодвигатель либо гидродвигатель, как расширительная (паровая) машина или дроссель в магистральных газопроводах для понижения давления с целью получения электричества. РЛДВПТ могут работать с такими источниками энергии, как компрессор; жидкостный, тепловой, вакуумный насосы, а также холодильная машина.
Cпециалисты Псковского государственного политехнического университета продолжают совершенствовать свое детище, и, возможно, очень скоро оно станет настоящей альтернативой традиционным конструкциям двигателей.
Автор благодарит М.А. Донченко за помощь в подготовке статьи
www.gruzovikpress.ru
Роторно-лопастной двигатель Роторно-лопастной двигатель Вигриянова — роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания. Особенность двигателя — применение вращающегося сложносоставного ротора, размещённого внутри цилиндра и состоящего из четырёх лопастей.
Роторно-лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц (нем. Klöckner-Humboldt-Deutz) провела исследование этого двигателя с механизмом Кауэрца (нем. Eugen Kauertz). Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.
В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно О. М. Иванову (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. М. С. Вигриянов к этому не имел ни малейшего отношения.[источник не указан 2694 дня][нейтральность?] Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.
Бердская группа не стала дальше работать над двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: О. М. Иванов — автор идеи, М. С. Вигриянов — инженер-патентовед, В. А. Перемитин — слесарь.
На бердском опытно-механическом заводе (БОМЗ) был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Из бракованных деталей был собран макет, демонстрируемый Вигрияновым на фотографиях.[источник не указан 2694 дня]
Разработкой интересовались в России и за рубежом: немцы, американцы, бразильцы. Предполагалось просто проверить на работоспособность данную схему, и если бы мотор проработал всего лишь пять минут, авторов схемы это вполне удовлетворило бы. Испытания показали, что в принципе мотор работоспособен, но требует больших доработок. Иванов предложил применить пластинчатые уплотнения вместо канальных в версии Вигриянова и выполнить их из графита. Нерешённой осталась схема уплотнений и смазки торцов валов.
Больше этот двигатель не изготавливался. Директор Института теплофизики СО РАН академик Владимир Накоряков создал акционерное общество для производства данного двигателя.[источник не указан 2694 дня] Интересы Иванова в данном деле не присутствовали. Без автора мотор дальше дорабатывать было некому. Авторство Вигриянова в некоторой степени ставится под сомнение, так как по сути никаких кардинальных изменений в конструкции двигателя с его стороны не было,[нейтральность?] тем более не мог продолжить разработку.
Роторно-лопастной двигатель: цикл работы На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта (набор рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выброс отработанных газов). Таким образом, в рамках данной конструкции возможно реализовать любой четырёхтактный цикл.
Роторно-лопастной двигатель, который изначально планировалось применять на Ё-мобиле Преимущества двигателя Иванова (Вигриянова) (роторного двигателя с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента) характерны для любого роторного двигателя:
Недостатки этого типа роторных двигателей связаны с принципом организации рабочих процессов в конструкционной схеме процессов. Схема подразумевает снятие мощности с двух разных валов (каждый соединён со своим «коромыслом» с лопастями), движущихся неравномерно — то затормаживаясь, то ускоряясь, поочередными импульсами (при этом как бы то догоняя, то останавливая друг друга). Снятие мощности с таких «пульсирующих» валов было крайне затруднительно. Требуется также согласование их движения друг относительно друга. Согласование выполняется крайне сложным и громоздким механизмом синхронизации и схемой движения-вращения с двух валов. На фотографии этот механизм виден на задней части корпуса — его диаметр и ширина больше, чем сам диск рабочей камеры, где происходят рабочие циклы. Именно эта неравномерность вращения двух рабочих валов, их неравномерное, пульсирующее движение и определяют все трудности создания работоспособных типов этого подкласса роторных двигателей. В созданных прототипах этих двигателей огромные инерционные нагрузки быстро разрушали применяемые механизмы согласования вращения двух валов и связанных с ними роторных лопастей. По этой причине реально и эффективно работающих моделей этого типа до сих пор не создано.
К недостаткам можно, в частности, отнести высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей. Для мощных РЛДВС обязательна эффективная принудительная система охлаждения ротора.
В работе двигатель Иванова (Вигриянова) равнозначен восьмицилиндровому поршневому двигателю, поскольку за один оборот реализует четыре рабочих цикла.
 | Сообщаю заверительно, что тема роторно-лопастной машины объёмного вытеснения мною хорошо изучена, найдены все решения, необходимые и достаточные для реализации РЛДВС, но окончательный вариант конструкции РЛДВС получается слишком усложнённым, и я принимаю решение не продолжать дальше работу над РЛДВС. Правда, есть другая, и, пожалуй, основная причина – нахождение другого варианта двигателя, отличающегося от РЛДВС простотой и вдвое большим КПД.[1]. |  |
В 2002 году в СМИ появилась статья[2] о том, что проблема механизма преобразования попеременного движения лопастей в постоянное движение вала якобы была решена: упоминается, что решение достигнуто с помощью некого "дифференциального механизма". Однако, в приведённой статье какие-либо строгие подтверждения этого факта отсутствуют, но при этом указано, что изготовить двигатель не удалось, по словам автора, из-за отсутствия финансов.
ru-wiki.org
Устроен роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания следующим образом. В круговом цилиндре соосно расположен ротор, состоящий из двух частей. На каждой из них установлена пара лопастей (лопастей может быть и большее количество, но мы эти случаи не рассматриваем). Рабочие зазоры ротора устанавливаются подшипниками. На широких лопастях несложной конфигурации без особых проблем устанавливаются элементы уплотнений.
При вращении ротора в одном направлении лопасти совершают колебания друг относительно друга, создавая замкнутые внутри цилиндра объемы переменной величины. Движение лопастей друг относительно друга и относительно корпуса двигателя задается синхронизатором. Один из предложенных вариантов изображен на модели (корпус двигателя не показан).
Это механизм на основе сателлитной шестерни и шатунно-рычажного узла. Конструкция была предложена более 80 лет назад и все равно продолжает патентоваться. Вы можете увидеть, как движутся лопасти, как происходит их замедление и ускорение, представить конструкцию двигателя.
Конструкций синхронизаторов и компоновок двигателя предложено довольно много, но большинство из них похожи, многократно запатентованы и отличаются лишь незначительными ньюансами, которые не принципиальны. Показанная на анимации выше конструкция неработоспособна и не имеет отношения к реальным конструкциям, которые предлагаются нами. Об этом мы будем писать в блогах.
Как уже говорилось выше, при вращении ротора в одном направлении лопасти совершают колебания друг относительно друга, создавая замкнутые внутри цилиндра объемы переменной величины.
На представленной схеме лопасти движутся против часовой стрелки неравномерно, то ускоряясь, то замедляясь. В результате в нижнем правом секторе происходит такт впуска, в верхнем правом секторе - такт сжатия, в "верхней мертвой точке" - воспламенение смеси, в верхнем левом секторе - рабочий ход, в левом нижнем секторе - такт выпуска.
Такая последовательность тактов повторяется за каждый полный оборот ротора. Таким образом, весь четырехтактный цикл выполняется за один оборот вала ротора. Этим роторно-лопастной двигатель существенно отличается от поршневого ДВС. У последнего четырехтактный цикл осуществляется за два оборота коленвала.
Преимущества роторно-лопастного двигателя перед "классическим" тронковым двигателем внутреннего сгорания на первый взгляд очевидны и весьма значительны.
Чем РЛДВС лучше современного поршневого двигателя?
О сравнительных характеристиках двигателей читайте далее
lmotor.com
Можно часами спорить о невероятных событиях, что ждут нас в будущем и при этом раз за разом ошибаться. А можно проанализировать ближайшее будущее и настоящее.
Поговорим о двигателя. Точнее о той их части, что называются двигателям внутреннего сгорания (ДВС).
Дело в том, что в ближайшем будущем никакие электрические двигатели не вытеснят этот тип двигателей по одной простой причине: хранение энергии в качестве химического реагента - куда более выгодное занятие, чем создавать более сложные аккумуляторы. А для тех, кто вообще не в теме, скажу, что при создании аккумуляторов природе наносится больший вред, чем при использовании всего того же бензина. А ёмкость аккумуляторов пока находится на очень низком уровне, в одной котлете энергии больше, чем в 30 килограммах батареи.
Гибридные установки в расчет не берем, потому что там фишка в том, что как раз двигатель ДВС вырабатывает энергию, просто вместо разных оборотов, это постоянные обороты, где КПД выше всего, тем самым и достигается экономия топлива.
С преимуществами, а точнее одним явным преимуществом ДВС мы разобрались.
Знакомьтесь!
Теперь поговорим о видах:
1) Реактивные. С помощью этих типов двигателей у нас летают ракеты, простым обывателям это не интересно. Тем более, что многие специалисты не относят их к ДВС, мол говорят нет там внутреннего горения. Я с ними спорить не собираюсь, просто привел пример.
2) Турбореактивные. С помощью таких летаю самолеты и вертолеты. Особенности у них такие: куча мощности при малом весе: самодельные двигатели весом 20 кг выдают мощность под 200 л.с.! И это самодельные двигатели! Но есть у них и существенный минус: топливо они едят нещадно, поэтому такой двигатель не поставишь в автомобиль, ни о какой экономии тут не может идти речи.
3) Поршневые двигатели. Те самые, что стоят почти во всех автомобилях и мотоциклах. На самом деле эти двигатели тоже бывают разными. В дальнейшем мы будем говорить о наиболее прогрессивных четырёхтактных бензиновых двигателях. Дизельные, конечно же, имеют более высокий КПД, процентов на 5, но их принцип работы в целом такой же, а в деталях сложнее для восприятия, поэтому мы будем говорить о бензиновых.
И дело все в том, что у поршневого двигателя так же полно недостатков: Он относительно тяжелый, если сравнивать его с турбореактивным, загрязняет природу по некоторым причинам, о которых я напишу ниже, да и КПД его достигает 35-40% только у автомобилей формулы 1 и только на определённых оборотах, отсюда и идут споры об экономичности и так далее.
4) Некая альтернатива ДВС - двигатели Стирлинга. Или двигатель внешнего сгорания.
Есть и плюсы, но в целом минусов еще больше. В рамках статьи не будем вообще рассматривать данный тип двигателей.
5) Подходим к теме статьи. Роторно-поршневой двигатель Вангеля.
Вот так он примерно работает.
Какие у него плюсы? Он компактнее, отсюда большая удельная мощность. Таким двигателем оснащена машина Mazda RX-8. И вот результаты: при объеме 1.3 литра, двигатель выдаёт 250 л.с. Данный результат занесен в книгу рекордов, как максимальный показатель для серийных нефорсированных, безнаддувных двигателей.
Однако в силу своей природы у него так же есть ощутимые минусы: на определённых оборотах нещадно есть топливо! Кушает много масла, из-за особенности камеры сгорания у него есть проблемы с уплотнителями, которые быстро прогорают, поэтому двигатель быстро выходит из строя.
6) Вот и наш герой. Роторно-лопастной двигатель.
Не буду многого описывать, вот картинка, как он работает:
Не буду даваться в технические особенности, просто опишу плюсы, минусы и вопросы.
Плюсы: 1) Более высокий КПД. Почему? Причин много - более высокий механический КПД данной схемы, чем у поршневого: у поршневого есть 2 мертвые точки, которые съедают часть энергии, возможность регулировки формы камеры сгорания и прочее, прочее, прочее. Лучше принять факт более высокого КПД, как данность.
2) Компактность. Конечно, до турбореактивных ему далеко, но при одинаковых характеристиках поршневой двигатель весил бы до 4 раз больше этого типа двигателя. Смотрите сами: в одной камере происходит и сжатие, и выпуск, и выпуск, и рабочий ход - такой же результат для поршневого крылся бы в конфигурации V8.
3) Экономия топлива. Если больше КПД, то меньше есть топлива. КПД так и считается: сколько энергии в теории потратилось, а сколько по факту получилось. Энергия берется из сгорания топлива.
4) Надежность. Не буду объяснять почему - долго.
5) Не загрязняет среду. А вот тут объяснение: в двигателях бензин или дизель при сгорании практически не даёт вредных веществ, основное загрязнение - это масло, которое сгорает в двигателях. Тут масло практически не сгорает ввиду конструктивных особенностей.
6) И еще вагон плюсов.
Минусы. Все решаемые.
Но есть вопросы!
Что происходит?
История такая: такие лопасти были придуманы еще лет 200 назад. Так почему же не было двигателя в серии?
Причина былая: не было механизма синхронизации лопастей. Не верите? Попробуйте сами такой механизм придумать, только есть несколько условий: в механизме не должно быть шестерен, кулачков, гидравлики, тормозных механизмов и так далее. Задача не из простых.
Причина реальная: на сегодняшний день много изобретателей и мошенников заявляют, что они то придумали механизм! Только вот никому не показывают его! И таких изобретателей полно по всему миру. Ссылки я приведу в конце.
Кстати, я вот тоже один из подобных изобретателей. Могу сказать, что придумал синхронизатор. Он выполняет все требования.
И стал я искать сподвижников. Кучу форумов, умных людей. Сейчас привожу то, как это общение примерно выглядело. Я не буду преувеличивать, буду сокращать только.
- Всем привет, я придумал синхронизатор. Из каких материалов изготовить лопасти и корпус, как решить вопрос уплотнения?
- У этого двигателя нет проблем, у него одна проблема - синхронизация лопастей. Все остальное уже решили.
- Хорошо! Как решили, где это можно почитать, я ничего не слышал о таких решениях.
- Все дело в том, что ты - тупой! Я знаю, как это решить! Тебе не скажу! Потому что это решить тяжело!
- Железная логика.
Вот видео того, как лопасти должны вращаться:
Вопросы по материалам примерно решились, нервов потрачено просто не мало. Людей в России, кто понимает в механике, двигателе строении и может дать ответ - единицы. Даже в том случае, если за ответы им платят деньги! Удивительно только другое: деньги то все готовы взять! Но не дать при этом ответ. Вот случай:
- Какие материалы использовать?
- Сталь!
- А марка какая?
- С вас 1000 р. Марку я не знаю.
Мало того, что использовать нужно алюминий вместо стали, так человек хотя бы мог бы выучить названия марок стали, чтобы было, что говорить.
В общем, я с этой идеей бегаю и бьюсь об стены. Большинство людей называют меня идиотом, даже не выслушав, логические доводы воспринимать они не умеют. И если быть в будущем, то нужно идти к нему, а как к нему идти? Вот эта идея. Я в России живу последние годы. Через пару лет уезжаю. И эта идея будет реализована до конца мною там. Почему? Да потому что наши западные коллеги во всю продвигают эти идеи: на ютубе полно роликов, которые показывают принцип работы таких двигателей. Но как далеки эти люди еще от истины! А вот наши некоторые специалисты уже знают все решения. Ставь и используй! Но в нашей стране все реализовывать приходится самому. Считать все просчеты самому. Изготавливать детали самому или за свой счет, во втором случае вас ждет еще так же непроходимая тупость слесарей, ты им говоришь: тут зеркальная поверхность, тебе делают с заусенцами и говорят "ну это же сложно было сделать", а ты им "а за что я вам, блин, деньги плачу?"
Вот такое будущее.
PS: сегодня посмотрел на день открытых дверей в Сколково. Наверное, я очень тупой, но когда я увидел, как там народ с помощью бумажек и стаканчиков полную хрень несет и люди ему хлопают, а тут все обосновано и тебе говорят "ты что псих?", то я подумал, что мы явно идем в каком-то не том направлении.
Ссылки:
Ребята из города Харьков. Говорят, что сделали, запустили. Не знаю, что правда. Скрытые ребята, зато очень полезный и информативный сайт.
Двигатель с внешним подводом теплоты, т.е. двигатель Стирлинга. Метод привода лопастей - кулачковый. Для ДВС его нельзя применить. Что касается двигателей с внешним подводом - я в них не специалист. Не знаю, куда пойдет проект. Но в целом ребята молодцы!
Из ютуба:
Какой-то вид синхронизации, непонятно какой.
Бред капустный, но народ тему продвигает.
Просто посмотреть.
Синхронизация с помощью шестерней - нежизнеспособна.
И кучу всего Вы найдете сами.
trendclub.ru
Изобретение относится к машиностроению. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания содержит корпус в виде цилиндра с торцевыми крышками и размещенные внутри корпуса роторы с лопастями и выходящими из корпуса коаксиальными валами. На коаксиальных валах закреплены рычаги, соединенные посредством тяг в четырехзвенный механизм. Четырехзвенный механизм шарнирно связан с ползуном. Ползун помещен в радиальном пазу маховика. Маховик жестко связан с выходным валом. Выходной вал соосен с коаксиальными валами и кинематически связан с ползуном и с корпусом. Кинематическая связь выполнена в виде кривошипно-шатунного механизма. Шатун кривошипно-шатунного механизма шарнирно соединен с ползуном. Кривошип соосен с выходным валом и связан с ним размещенной на корпусе механической передачей. На маховике помещены осесимметрично несколько ползунов со всеми связями. Кривошип выполнен в виде коленчатого вала. Роторы снабжены ограничителями сближения лопастей. Изобретение направлено на упрощение конструкции двигателя. 2 з.п.ф-лы, 5 ил. 
Изобретение относится к области машиностроения, касается роторно-лопастных двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано при создании объемных насосов и компрессоров.
Известна роторная машина [1], содержащая корпус в виде цилиндра с торцевыми крышками, роторы с коаксиальными валами и закрепленными на них лопастями, образующими рабочие камеры, выходной вал с маховиком, плоский шарнирный механизм, образованный рычагами на коаксиальных валах и тягами, шарнирно соединенными с маховиком. Выходной вал роторной машины установлен эксцентрично по отношению к коаксиальным валам.
Недостатком роторной машины является неравномерность движения роторов, обусловленная кинематикой плоского шарнирного механизма.
Наиболее близким к заявляемому объекту устройством является «механизм для преобразования движения» [2], взятый в качестве прототипа. Известный механизм содержит корпус в виде цилиндра с торцевыми крышками, внутри которого размещены два коаксиальных вала с рычагами, соединенные тягами в плоский четырехзвенный механизм, выходной вал с маховиком, в радиальных пазах которого перемещаются ползуны в виде пальцев четырехзвенного механизма. Кинематическая связь между коаксиальными валами, совершающими возвратно-вращательное движение, и равномерно вращающимся выходным валом осуществляется путем контакта пальцев с кулачком, закрепленным на корпусе.
Недостатком известного устройства является его сложность, обусловленная наличием большого количества связей, а также кулачка, требующего высокой точности изготовления и сборки.
Целью данного изобретения является упрощение конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что кинематическая связь между ползуном и выходным валом осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма, шатун которого шарнирно связан с ползуном, а кривошип установлен соосно с выходным валом и кинематически связан с ним посредством размещенной на корпусе механической передачи. На маховике размещены осесимметрично несколько ползунов со всеми связями, а кривошип выполнен в виде коленчатого вала. Коаксиальные валы (роторы) снабжены ограничителями сближения друг с другом.
Суть изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 схематично изображен общий вид роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания с двумя роторами в продольном разрезе.
На фиг.2 изображено поперечное сечение А-А фиг.1 двигателя с двумя роторами, каждый из которых снабжен двумя лопастями. Вид со стороны роторов с четырехзвенным механизмом и траекторией движения ползуна.
На фиг.3 - поперечное сечение Б-Б фиг.1, вид со стороны кривошипно-шатунного механизма в нескольких его положениях и траекторией движения ползуна для двигателя с двухлопастными роторами.
На фиг.4 изображена траектория движения ползуна для двухроторного двигателя с тремя лопастями на каждом роторе.
На фиг.5 изображена траектория движения ползуна для двухроторного двигателя с четырьмя лопастями на каждом роторе.
Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания с двумя роторами, каждый из которых снабжен двумя лопастями, состоит из корпуса в виде цилиндра 1 с торцевыми крышками 2, внутри которого помещены роторы 3 и 4, с лопастями 5 - А и Б, и 6 - В и Г на фиг.2. Роторы присоединены к выходящим за пределы корпуса коаксиальным валам 7 и 8, оканчивающимся рычагами 9 и 10, которые совместно с тягами 11 образуют плоский четырехзвенный механизм, причем его внешний шарнир присоединен к ползуну 12. Внутри коаксиальных валов концентрично размещен выходной вал 13 с закрепленным на его конце маховиком 14, в радиальном пазу 15 которого размещен ползун 12. Кривошипно-шатунный механизм состоит из шатуна 16, шарнирно присоединенного к ползуну 12 с другой стороны маховика от четырехзвенного механизма, а ось 17 кривошипа 18 размещена соосно с выходным валом 13 и связана с ним кинематической цепью 20 при помощи механической передачи размещенной на корпусе. Кинематическая цепь может быть выполнена в виде ременной, цепной или иной известной передачи, либо редуктора (мультипликатора) и включает механизм реверса (поз.19 на фиг.1). Диаметр описываемой кривошипом 18 окружности равен длине хода ползуна 12 между верхней и нижней мертвыми точками - ВМТ и НМТ. Ход ползуна определяется двумя крайними взаимными положениями лопастей: попарным сближением; ограниченным упорами 21, гарантирующими заданный объем камеры сгорания, и расхождением, определенным конструкцией двигателя в зависимости от заданной степени сжатия. Роторы 3 и 4 двигателя могут быть снабжены двумя и более лопастями каждый.
Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания с двумя роторами, каждый из которых снабжен двумя лопастями, работает по четырехтактному циклу следующим образом.
Два ротора 3 и 4 с двумя лопастями каждый 5 - А и Б и 6 - В и Г, связанные четырехзвенным механизмом, образованным рычагами 9, 10 и тягами 11, с ползуном 12, маховиком 14 и выходным валом 13 образуют Систему, равномерно вращающуюся в корпусе. Лопасти А, Б, В, Г роторов делят объем, заключенный в корпусе, на четыре камеры, в которых одновременно происходят все четыре такта. Внутри Системы происходят относительные, симметричные по отношению к маховику 14 и выходному валу 13, возвратно-вращательные движения роторов 3 и 4, т.е. лопастей, последовательно изменяющие объем камер от минимального - объема камеры сгорания, обеспеченного попарным сближением лопастей до упоров 21 (лопасти А и В в точке 0 на фиг.2), где осуществляется процесс зажигания рабочей смеси, до максимального - объема камеры рабочего хода, обусловленного конструкцией (лопасти В и Б). Это происходит под воздействием четырехзвенного механизма, которым управляет через ползун 12 кривошипно-шатунный механизм, приводимый от выходного вала 13 через механическую передачу 19, 20. Передаточное отношение механической передачи в общем случае определяется по формуле:
Где 180° - половина оборота выходного вала 13;
i - передаточное отношение оси 17 кривошипа к выходному валу 13;
- угол поворота выходного вала 13, соответствующий одному ходу ползуна 12;
«-» знак, показывающий противоположное направление вращения оси 17 и выходного вала 13.
В четырехтактном двигателе с двумя двухлопастными роторами рабочий такт происходит при каждом повороте маховика 14 (выходного вала 13) на четверть оборота, при одном ходе ползуна - от ВМТ до НМТ или обратно, то есть =90°, что соответствует передаточному отношению механической передачи 19, 20 
Для двухроторного двигателя с тремя лопастями на каждом роторе - фиг.4 - =60°, i=-1:2
для двухроторного двигателя с четырьмя лопастями на каждом роторе - фиг.5 - =45°, i=-1:3.
Кривошипно-шатунный механизм выполняет силовую функцию (сжатие) только при запуске двигателя. На работающем двигателе его функция сводится к координации Системы относительно корпуса для обеспечения момента зажигания. Динамика рабочего процесса двигателя, зависимость активных и инерционных сил и моментов, соотношение полезной работы и внутренних затрат энергии саморегулируются, взаимные крайние относительные положения лопастей 5 и 6 фиксируются упорами 21.
Для работы двухроторного двигателя с четырьмя лопастями достаточно наличия одного четырехзвенного механизма и одного ползуна. Однако для полной балансировки и силового замыкания кинематических цепей целесообразно установить два или более осесимметричных механизмов. Кривошип в этом случае приобретет вид коленчатого вала.
Роторно-лопастной ДВС с двумя роторами может иметь на каждом роторе более двух лопастей. На фиг.4 показана траектория движения ползуна для трехлопастного двигателя, а на фиг.5 - для четырехлопастного. При этом нечетное количество лопастей позволяет создать ДВС, работающий по двухтактному циклу, а четное - по любому циклу. Оба варианта пригодны для создания объемных гидро- и пневмомашин.
Предлагаемая конструктивная схема двигателя внутреннего сгорания обладает существенной простотой - наличием только элементарных кинематических пар при сохранении плавности и гармоничности движения наиболее нагруженных деталей, обусловленных кинематикой механической передачи, содержащей только вращающиеся звенья, а также отсутствием суровых требований к точности деталей.
Источники информации
1. Патент РФ № 2135777, «Роторная машина», МПК F01C 1/063.
2. Патент РФ № 2374526 С2, «Механизм для преобразования движения», МПК F16H 25/04.
1. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус в виде цилиндра с торцевыми крышками, размещенные внутри корпуса роторы с лопастями и выходящими из корпуса коаксиальными валами, закрепленные на коаксиальных валах рычаги, соединенные посредством тяг в четырехзвенный механизм, шарнирно связанный с ползуном, помещенным в радиальном пазу маховика, жестко связанного с выходным валом, соосным с коаксиальными валами и кинематически связанным с ползуном и с корпусом, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, кинематическая связь выполнена в виде кривошипно-шатунного механизма, шатун которого шарнирно соединен с ползуном, а кривошип соосен с выходным валом и связан с ним размещенной на корпусе механической передачей.
2. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что на маховике помещены осесимметрично несколько ползунов со всеми связями, а кривошип выполнен в виде коленчатого вала.
3. Роторно-лопастной двигатель по п.1, отличающийся тем, что роторы снабжены ограничителями сближения лопастей.
www.freepatent.ru
Роторно-лопастной двигатель  | Проверить нейтральность. На странице обсуждения должны быть подробности. |
Роторно-лопастной двигатель Вигриянова — роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания.
Особенность двигателя — применение вращающегося сложносоставного ротора размещённого внутри цилиндра и состоящего из четырех лопастей.Роторно-лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц (нем. Klockner-Humboldt-Deutz (KHD)) провела исследование этого двигателя с механизмом Кауэрца (нем. Eugen Kauertz). Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.
В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно О. М. Иванову (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. М. С. Вигриянов к этому не имел ни малейшего отношения.[источник не указан 735 дней][нейтральность?] Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.
Бердская группа не стала дальше работать над двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: О. М. Иванов — автор идеи, М. С. Вигриянов — инженер-патентовед, В. А. Перемитин — слесарь.
На бердском опытно-механическом заводе (БОМЗ) был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Из бракованных деталей был собран макет, демонстрируемый Вигрияновым на фотографиях.[источник не указан 735 дней]
Разработкой интересовались в России и за рубежом: немцы, американцы, бразильцы. Предполагалось просто проверить на работоспособность данную схему, и если бы мотор проработал всего лишь пять минут, авторов схемы это вполне удовлетворило бы. Испытания показали, что в принципе мотор работоспособен, но требует больших доработок. Иванов предложил применить пластинчатые уплотнения вместо канальных в версии Вигриянова и выполнить их из графита. Нерешённой осталась схема уплотнений и смазки торцов валов.
Больше этот двигатель не изготавливался. Директор Института теплофизики СО РАН академик Владимир Накоряков создал акционерное общество для производства данного двигателя.[источник не указан 735 дней] Интересы Иванова в данном деле не присутствовали. Без автора мотор дальше дорабатывать было некому. Авторство Вигриянова в некоторой степени ставится под сомнение, так как по сути никаких кардинальных изменений в конструкции двигателя с его стороны не было,[нейтральность?] тем более не мог продолжить разработку.
Роторно-лопастной двигатель: цикл работы На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта (набор рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выброс отработанных газов). Таким образом, в рамках данной конструкции возможно реализовать любой четырехтактный цикл.
Роторно-лопастной двигатель применяемый на Ё-мобиле Преимущества двигателя Иванова (Вигриянова) (роторного двигателя с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента) характерны для любого роторного двигателя:
Недостатки этого типа роторных двигателей связаны с принципом организации рабочих процессов в конструкционной схеме процессов. Схема подразумевает снятие мощности с двух разных валов (каждый соединен со своим «коромыслом» с лопастями), движущихся неравномерно — то затормаживаясь, то ускоряясь, поочередными импульсами (при этом как бы то догоняя, то останавливая друг друга). Снятие мощности с таких «пульсирующих» было крайне затруднительно. Требуется также согласование их движения друг относительно друга. Согласование выполняется крайне сложным и громоздким механизмом синхронизации и схемой движения-вращения с двух валов. На фотографии этот механизм виден на задней части корпуса — его диаметр и ширина больше, чем сам диск рабочей камеры, где происходят рабочие циклы. Именно эта неравномерность вращения двух рабочих валов, их неравномерное, пульсирующее движение и определяют все трудности создания работоспособных типов этого подкласса роторных двигателей. В созданных прототипах этих двигателей огромные инерционные нагрузки быстро разрушали применяемые механизмы согласования вращения двух валов и связанных с ними роторных лопастей. По этой причине реально и эффективно работающих моделей этого типа до сих пор не создано.
К недостаткам можно, в частности, отнести высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей. Для мощных РЛДВС обязательна эффективная принудительная система охлаждения ротора.
В работе двигатель Иванова (Вигриянова) равнозначен восьмицилиндровому поршневому двигателю, поскольку за один оборот реализует четыре рабочих цикла.
 | Сообщаю заверительно, что тема роторно-лопастной машины объёмного вытеснения мною хорошо изучена, найдены все решения, необходимые и достаточные для реализации РЛДВС, но окончательный вариант конструкции РЛДВС получается слишком усложнённым, и я принимаю решение не продолжать дальше работу над РЛДВС. Правда, есть другая, и, пожалуй, основная причина – нахождение другого варианта двигателя, отличающегося от РЛДВС простотой и вдвое большим КПД.[1]. |  |
dic.academic.ru
| ||||
science-freaks.livejournal.com
