Ротационные двигатели (eng. rotary engines) - это идеальная замена для классических ДВС. В подобных двигателях отсутствует коленвал, поршни и цилиндры.
Ротационные машины широко применяются в пневмомоторах, где сжатый воздух вращает лопатки. У многих изобретателей при взгляде на роторные пневмомоторы появлялась закономерная мысль приспособить такую машину под двигатель внутреннего сгорания.
Казалось бы, для этого нужно лишь встроить такт сжатия в кинематическую схему. Но на практике все не так просто. Реализация роторной схемы сопряжена с огромными сложностями.
- Первая трудность — в условиях высоких температур и давлений, в ДВС очень сложно обеспечить герметичность контакта лопаток со статором.
- Вторая трудность - лопатки, под действием центробежных сил, сильно давят на ротор. Если же уменьшить давление, то газы будут отодвигать лопатки и проходить в щели.
- Третья трудность - сложно осуществить смазку между лопатками и ротором.
- Четвертая трудность - там вообще все трудно. А на первый взгляд дилетанта, ну вот же он идеальный двигатель:
Впрочем не дилетанта, потому как дилетант вообще не поймет почему вращаются лопатки. Но у нас же есть патент и можно прочитать.
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания
Принцип работы.
При верхнем расположении камеры в статоре 1 во время вращения ротора 2 и симметричном расположении первой и второй лопаток 9 камеры относительно вертикальной оси симметрии статора 1 вершины первой и второй лопаток 9 равно удалены от оси вращения ротора 2 и почти полностью утоплены в ротор 2.
Камера очищена от рабочей смеси, пуста и герметизирована. При дальнейшем вращении ротора 2 и нахождении данной камеры на участке первой четверти статора 1 лопатки 9 камеры от центробежных сил при вращении ротора 2 и усилия пружин 12 будут перемещаться вдоль радиального паза в роторе 2, и одновременно их вершины будут скользить по внутренней поверхности статора 1. Давление вершин лопаток 9 на внутреннюю поверхность статора 1 от центробежных сил и усилия пружин 12 лопаток 9 на внутреннюю поверхность статора 1 будет ограничиваться двумя роликами 11 лопаток 9, имеющих кинематическую связь с замкнутым пазом в боковых крышках 7 и 8 статора 1. После пересечения вершиной первой лопатки 9 камеры (при вращении ротора по часовой стрелке) всасывающего отверстия вершина первой лопатки 9 будет более удалена от оси вращения ротора, чем вершина второй лопатки. Т.е. первая лопатка 9 будет более выдвинута по отношению к наружной поверхности ротора 2 чем вторая. Это объясняется тем, что отверстие статора выполнено в виде эллипса.
Разность между расстоянием от вершины первой лопатки 9 и до оси вращения ротора 2 и расстоянием от вершины второй лопатки 9 и до оси вращения ротора 2, умноженная на ширину лопатки, - есть рабочая площадь первой лопатки камеры
Sp=(R1-R2)·В см2,
где Sp - рабочая площадь первой лопатки, см2;
R1 - расстояние от вершины первой лопатки 9 до оси вращения ротора 2, см;
R2 - расстояние от вершины второй лопатки 9 до оси вращения ротора 2, см;
В - ширина лопатки 9, см.
При вращении ротора 2 в первой четверти статора 1 объем камеры и рабочая площадь первой лопатки 9 будут увеличиваться при своем перемещении, и при этом камера как поршень будет всасывать в себя рабочую смесь. Всасывание рабочей смеси в данную камеру будет продолжаться до тех пор, когда вершина второй лопатки 9 отсечет всасывающее отверстие от данной камеры. Наибольшего объема камера достигнет при симметричном расположении первой и второй лопаток 9 относительно горизонтальной оси симметрии статора 1. В этом положении лопатки 9 камеры равноудалены от оси вращения ротора 2 и максимально выдвинуты относительно поверхности ротора. При дальнейшем вращении ротора 2 на участке второй четверти статора 1 ролики 11 первой и второй лопаток 9 данной камеры, перекатываясь по замкнутому пазу в боковых крышках 7 и 8 статора 1, будут утапливать лопатки 9 в ротор 2.
Во второй четверти статора 1 уже вторая лопатка 9 будет более удалена от оси вращения ротора 2, чем первая ввиду того, что отверстие статора выполнено в виде эллипса. На данном участке статора 1 рабочая площадь второй лопатки 9 и объем камеры (при вращении ротора по часовой стрелке) будет уменьшаться при своем перемещении вместе с ротором 2 и сжимать рабочую смесь в камере.
Наибольшее сжатие рабочей смеси в камере произойдет тогда, когда первая и вторая лопатки 9 данной камеры расположатся в нижней части статора 1 симметрично относительно вертикальной оси симметрии статора 1.
В данном положении первой и второй лопаток 9 объем камеры достигнет минимума, а сжатие рабочей смеси достигнет максимума. После пересечения вершиной первой лопатки 9 данной камеры отверстия со свечой для зажигания рабочей смеси в камере, вершина первой лопатки 9 будет более удалена от оси вращения ротора, чем вершина второй лопатки 9.
При воспламенении в данный момент свечой 17 рабочей смеси в камере и ее сгорании давление газов на рабочую площадь первой лопатки 9 преобразуется в крутящий момент и во вращательное движение ротора 2.
Мкр=q·Sp·Rc, кгс·см,
где Мкр - крутящий момент на роторе 2, кгс·см;
q - давление газа от сгорания рабочей смеси в камере на единицу площади, кгс/см2;
Sp - рабочая площадь лопатки, см2;
Rc - плечо рабочей площади лопатки 9 камеры, равное
расстоянию от середины рабочей площади лопатки
9 и до оси вращения ротора 2.
Rc=(R1+R2)/2, см,
где R1 - расстояние от вершины первой лопатки 9 до оси вращения ротора 2, см;
R2 - расстояние от вершины второй лопатки 9 и до оси вращения ротора 2, см.
На данном участке статора 1 рабочая площадь и объем камеры при вращении ротора 2 будут увеличиваться.
Давление в камере в связи с расширением объема камеры будет уменьшаться. Но произведение величины рабочей площади на давление газов от сгорания рабочей смеси будет носить характер примерно постоянной величины ввиду того, что рабочая площадь первой лопатки будет на данном участке постоянно увеличиваться. Рабочий ход данной камеры будет продолжаться до тех пор, когда первая и вторая лопатки 9 расположатся симметрично относительно горизонтальной оси симметрии статора 1. При этом первая лопатка 9 откроет первое выхлопное отверстие 16 статора 1. При дальнейшем вращении ротора 2 ролики 11 первой лопатки 9 данной камеры, перекатываясь по замкнутому пазу в боковых крышках 7 и 8 статора 1, будут утапливать первую лопатку 9 в ротор 2. В четвертой четверти статора 1 вершина второй лопатки 9 будет более удалена от оси вращения ротора 2, чем первая. Рабочий объем камеры и рабочая площадь второй лопатки 9 на данном участке статора 1 будут уменьшаться. Вращаясь вместе с ротором 2, уменьшающиеся рабочая площадь второй лопатки 9 и объем данной камеры будут выжимать отработанную рабочую смесь из камеры сначала через первое выхлопное отверстие, а потом и через второе.
Таким образом камера очищается от отработанной рабочей смеси.
При верхнем симметричном расположении первой и второй лопаток 9 данной камеры относительно вертикальной оси симметрии статора 1 камера очищена от отработанной рабочей смеси, имеет минимальный рабочий объем и герметично заперта.
Затем рабочий цикл повторяется.
Аналогично происходит рабочий цикл и в остальных камерах. Таким образом при вращении ротора 2 лопатки 9, скользя своими вершинами по внутренней поверхности статора 1, то утопают в ротор 2, то выдвигаются из него, и в результате объем в каждой камере ротора 2 то уменьшается, то увеличивается. При этом в каждой камере за один оборот ротора 2 при прохождении их через впускные и выхлопные отверстия регулируется газообмен. В результате в каждой из камер с момента всасывания рабочей смеси в камеру за один оборот ротора 2 совершается четырехтактный цикл, а ротор силу давления газов на рабочую площадь первой лопатки 9 от сгорания рабочей смеси в каждой из камер преобразует в крутящий момент и во вращательное движение ротора 2 с валом 3.
Подобных патентов в мире тысячи, а двигателя ни одного. Почему?
Пока в мире были умные люди и нефть, не было подходящих материалов для РПД. Теперь материалы есть, но не стало умных людей и нефти. Нет смысла работать над серийным двигателем, если он через 10 лет станет не нужным.
Что за новые материалы? Керамика. В РПД главная проблема - температурное расширение и трение. Теперь есть износоустойчивая ударопрочная керамика, которая почти не расширяется, и хорошо скользит даже с минимумом смазки. Но поздно. О ДВС пора начинать забывать. Актуальнее подумать о тачанках на гужевой тяге. Ну а для особ, приближенных к императору, конечно кареты.
