Двигатель внутреннего сгорания Шустрик и Шуршик
SHUSTRIK AND SHURSHIK INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области двигателестроения, и решаются следующие задачи: 1) по кинематике - это минимум трущихся и прямолинейных движений (никаких поршней, ГРМ, коленчатых валов); 2) по экономике - это нетрудоемкое и малозатратное по ресурсам изготовление компонентов ДВС; 3) простота в сборке, настройке и эксплуатации ДВС; 4) минимальный расход топлива (желательно любых фракций) на единицу снимаемой мощности; 5) минимальные объем и масса ДВС; 6) хорошие силовые характеристики ДВС.
Известны конструкции ДВС, где частично решены поставленные задачи: 1) Роторный ДВС (патент РФ 2287694 С1); 2) Роторно-лопастной ДВС (патент РФ 2271452 С2); 3) Однотактный роторно-компрессионный ДВС (патент РФ 2470167 С2); 4) Роторный ДВС (патент РФ 2211930 С2).
Предлагаемый ДВС имеет несколько модификаций: 1) по движению расширенных газов - это внутреннее движение - Шустрик, внешнее - Шуршик, комбинированное - относительно корпуса двигателя; 2) по подаче горючих газов - обычное (карбюратор), принудительное (под давлением) не рассматривается; 3) по увеличению количества компрессионных, рабочих колес и перегородок с увеличением линейных размеров вала или их количества не рассматривается. Указанные модификации отличаются в геометрических видах перегородок, рабочих колес. Так, перегородки (фиг. 3, 5, 7) ДВС Шустрик между рабочими колесами имеют по три-четыре полости с постоянным или переменным сечением, каких нет в перегородках ДВС Шуршик. Корпус Шуршик более сложен из-за конфигурации отверстий в областях вращения рабочих колес, но при установке на эту конфигурацию механизма, который изменяет сечение отверстий в ней, можно регулировать движение расширенных газов. Механизм регулировки не рассматривается.
Из описания ДВС будет видно, что: 1) у двигателя нет поршней, коленчатых валов, ШРУСов, пружин, клапанов и прочих деталей ГРМ; 2) детали для сборки ДВС несложны в изготовлении и могут изготовляться и собираться на небольшом слесарном участке, где имеется токарный и фрезерный станки; 3) сборка, настройка и регулировка не трудоемка и не требует высокой квалификации рабочего персонала; 4) при габаритах 370×220 (мм) вес - не более 50 кг; 5) расчетная мощность при этих габаритах составляет приблизительно от 200 до 380 л.с. в зависимости от вида топлива и геометрической настройки перегородок и рабочих колес.
Для сравнения: вес двигателя ВАЗ (Лада Приора) - 115 кг (1 комплектации), габариты 760×280×710 мм приблизительно, мощность двигателя Лада Приора - 98 л.с. Как видно из сравнения, технический результат ДВС Шустрик достигается в увеличении мощности при уменьшении массы и объема двигателя.
Область техники, к которой относится данное изобретение, это двигателестроение, в частности мотор для компактных электрогенераторов. Шустрик - двигатель внутреннего сгорания - содержит вал, на который последовательно закрепляются изделия: запорная крышка; компрессионное колесо; перегородка с фигурной полостью между областями компрессии и сгорания, в перегородке имеются внутренние полости для охлаждения; рабочее колесо, предназначенное для преобразования тепловой энергии во вращательное движение вала; перегородка с фигурными полостями, соединяющими области, где вращаются колеса, в перегородке имеются внутренние полости для охлаждения; рабочее колесо, предназначенное для преобразования остаточной тепловой энергии во вращательную; перегородка с фигурными полостями, соединяющими области, где вращаются рабочие колеса, в перегородке имеются внутренние полости для охлаждения; рабочее колесо, предназначенное для преобразования остаточной тепловой энергии во вращательную; запорная крышка; двигатель содержит корпус с гнездом для свечи зажигания с отверстием впуска и отверстием выпуска.
Модификация Шуршик - двигатель внутреннего сгорания - содержит вал, на который последовательно закрепляются изделия: запорная крышка; компрессионное колесо; перегородка с фигурной полостью между областями компрессии и сгорания, в перегородке имеются внутренние полости для охлаждения; рабочее колесо, предназначенное для преобразования тепловой энергии во вращательное движение вала; перегородка, разделяющая области вращения рабочих колес, в перегородке имеются внутренние полости для охлаждения и отсутствуют фигурные полости; рабочее колесо, предназначенное для преобразования остаточной тепловой энергии во вращательную; перегородка, разделяющая области, где вращаются рабочие колеса, в перегородке имеются внутренние полости для охлаждения и отсутствуют фигурные полости; рабочее колесо, предназначенное для преобразования остаточной тепловой энергии во вращательную; запорная крышка; двигатель содержит корпус с гнездом для свечи зажигания с отверстием впуска, отверстиями «впуска-выпуска» в областях вращения рабочих колес, отверстием выпуска выхлопных газов.
Фиг. 1 - двигатель Шустрик в разобранном виде:
поз. 1 - перегородка - запорная крышка;
поз. 2 - компрессионное колесо;
поз. 3 - перегородка;
поз. 4 - рабочее колесо;
поз. 5 - рабочее колесо;
поз. 6 - перегородка;
поз. 7 - перегородка - запорная крышка;
поз. 8 - корпус двигателя;
поз. 9 - вал двигателя.
Фиг. 2 - двигатель Шустрик и Шуршик в сборе:
поз. 10 - корпус двигателя модификация Шуршик;
поз. 11 - ДВС Шустрик;
поз. 12 - ДВС модификация Шуршик;
поз. 13 - корпус двигателя Шустрик.
Предлагаемый ДВС - это Шустрик (фиг. 2; поз. 11) и его модификация - Шуршик (фиг. 2; поз. 12). Прототипов ДВС, который предложил автор, в базе общедоступных изобретений ФИПС им не найдено, но похожие по некоторым деталям двигатели имеются - это однотактный роторно-компрессионный ДВС Тараканова В.А. (патент 2470167 С2). ДВС Шустрик в разобранном виде (фиг. 1) состоит из вала (фиг. 1; поз. 9) со шлицевыми областями, чтобы устанавливать на них компрессионное колесо (фиг. 1; поз. 2) и рабочие колеса (фиг. 1: поз. 4; поз. 5). На валу имеются также места для посадки подшипников, которые впрессованы в перегородках. Между областями на валу допускаются канавки для стопорных колец. Перегородки (фиг. 1: поз. 1, поз. 3, поз. 6, поз. 7) имеют цилиндрическую форму и служат для разделения областей вращения колес, а также для их (колес) охлаждения. По всей круговой длине боковой поверхности перегородки имеются канавки для уплотнительного материала. Он используется, когда соединяется корпус ДВС и перегородки. Также на боковых поверхностях имеются резьбовые отверстия для крепления с корпусом ДВС. Внутри перегородки находятся полости для охлаждения и каналы для входа (выхода) охлаждающей жидкости через отверстие в дальнем (от вала) «выступающем кольце» в рабочее колесо. Перегородки (поз. 3; поз. 6), которые расположены между компрессионным и рабочими колесами, на торцевых поверхностях имеют три «выступающих кольца». Они предназначены, чтобы давление сжатия и расширения горючей смеси «не уходило». Перегородка (она же запорная крышка - поз. 1) отличается от последующих, так как не имеет «выступающих колец» и внутренних каналов. Перегородка (поз. 3) между компрессионным колесом (поз. 2) и рабочим (поз. 4) имеет сквозное по основаниям отверстие для передачи сжатой горючей смеси на полость рабочего колеса. Перегородки между рабочими колесами имеют фигурные полости, которые нужны для прохода воспламененных газов от одного рабочего колеса к другому. Перегородки между рабочими колесами в модификации Шуршик не имеют фигурных полостей для прохода воспламененных газов от одного рабочего колеса к другому; проход осуществляется через отверстия в корпусе двигателя. Компрессионное колесо (поз. 2) - сложная фигура, которая состоит из: внутреннего цилиндра, соединенных с ним торцевых цилиндров, одновитковой спирали, допускается большее количество витков. Спираль соединена внутренней боковой плоскостью (толщиной) с внутренним цилиндром. Между внутренними поверхностями торцевых цилиндров и поверхностями спирали располагаются и там же крепятся утолщенные плоскости (компрессионные лопатки). В месте соединения спирали и торцевого цилиндра в последнем имеется полая область. Она служит для перемещения сжатой горючей смеси через полость в перегородке (поз. 3) к полости рабочего колеса (поз. 4). Внутренний цилиндр и торцевые цилиндры находятся на одной оси и имеют общее отверстие со шлицами под диаметр вала. Рабочее колесо (фиг. 1: поз. 4; поз. 5) представляет цилиндр с осевым шлицевым отверстием под диаметр вала. Шлицевые места на валу и колесах нужны для жесткого крепления колес с валом, а также для установки колес на максимальный эффект от теплового расширения газов. Закрепление колес с валом посредством соразмерных шпонок. На торцевых поверхностях колеса вырезаны канавки для вставки «выступающих колец» перегородок. На последней от оси колеса канавке, а также в других местах вырезаны отверстия, которые соединяются с внутренними полостями для охлаждения колеса. Движение охлаждающей жидкости в полостях осуществляется за счет вращения рабочего колеса. Цилиндр имеет две сложно вырезанные полости, одна - рабочая («камера сгорания»), другая - для центровки колеса. От модификации ДВС полость для центровки исполняется по-разному, а именно в модификации Шуршик торцевые фронтально-тыльные полости, а в Шустрике боковая, межторцевая полость. Рабочее колесо (поз. 4) предназначено для преобразования тепловой энергии во вращательное движение вала, а поз. 5 - для преобразования остаточной тепловой во вращательную энергию. Вообще, количество рабочих колес и перегородок можно как увеличивать, так и уменьшать, в зависимости от предъявляемых технических требований к двигателю. Корпус (фиг. 1: поз. 8; фиг. 2: поз. 10; поз. 13) - это полый цилиндр с утолщенной боковой поверхностью. Он имеет отверстие для впуска горючих газов, которое находится в области вращения компрессионного колеса. Также имеет отверстия для выпуска отработавших газов в одной или нескольких областях вращения рабочих колес - это зависит от модификации ДВС. В корпусе отверстия «впуска-выпуска» газов, отверстия крепления перегородок и отверстия «входа-выхода» охлаждающей жидкости находятся в строго определенных расчетных местах, а резьбовое отверстие для свечи зажигания находится в зоне вращения рабочего колеса (поз. 4). Механизм распределения зажигания не рассматривается.
Принцип работы. Горючая смесь (ГС), поступая через отверстие впуска в зону вращения компрессионного колеса, сжимается там. Далее сжатая компрессионным колесом (поз. 2) первая порция ГС через полость в перегородке (поз. 3) поступает в камеру сгорания - это область, временно образованная полостью рабочего колеса (поз. 4), перегородками (поз. 3; поз. 6) и частью корпуса ДВС со свечой зажигания, где и воспламеняется. За момент до воспламенения ГС происходит угловой поворот вала, в результате которого полость в перегородке (поз. 3) перекрывается компрессионным (поз. 2) и рабочим колесами (РК) (поз. 4) и получается временная камера сгорания. Давление воспламененного газа вращает 1 РК, одновременно попадая через полости в перегородке (поз. 6) (или отверстие в корпусе ДВС) в механизм регулировки, начинает вращать 2 РК (поз. 5), а затем, попадая через полости в перегородке (поз. 6) (или отверстие в корпусе ДВС), начинает вращать 3 РК (поз. 5) до отверстия «выхлопа» в корпусе ДВС. Полости в перегородках (поз. 6) рассчитаны и вырезаны таким образом, чтобы давление в рабочей зоне 1 РК было минимально при впуске следующей порции ГС. При дальнейшей работе ДВС возможно воспламенение ГС без свечи зажигания. Имеется несколько вариантов исполнения такого воспламенения. Охлаждение РК осуществляется попаданием жидкости через отверстия в «выступающем кольце» и в канавке для него во внутренние каналы РК, откуда уходит под действием центробежных сил через отверстия, которые находятся на торцевых, боковых поверхностях РК. Далее нагретая жидкость собирается в отверстиях перегородок и выводится из ДВС на охлаждение.