Диск-швейцар пропускает поршни в канадском торе

В этом ДВС нет ни одной детали, которая совершала бы возвратно-поступательное движение (не считая простых клапанов), однако, в нём изобретатели ухитрились реализовать меняющиеся по объёму камеры и двухтактный цикл. Они придумали тор с переменной геометрией.

Только недавно мы вам рассказывали о серии необычных двигателей внутреннего сгорания, разработанных разными компаниями и изобретателями в последние годы (вот только самые свежие примеры — раз и два). Но тут же нам случайно попалась на глаза ещё одна альтернативная версия ДВС.

Пусть изобретение это не совсем новое: разработку мотора его авторы начали ещё в 2001-м, а в прошлом году компания VGT Technologies (базирующаяся в Калгари) уже испытывала и отлаживала первые прототипы.

 

 

Однако, оригинальная конструкция этого моторчика заслуживает описания.

Называется он "Двигатель с тором переменной геометрии" (Variable Geometry Toroidal (VGT) Engine) или просто RoundEngine. В его основе – полая тороидальная камера, внутри которой расположен диск с двумя поршнями-ушками. Они делят полость тора на две равные части. Вал диска — это и есть главный вал мотора. Диск вместе с поршнями вращается равномерно в одном направлении.

	Принцип работы RoundEngine (иллюстрация VGT Technologies).

Главная изюминка, это способ, а также деталь, благодаря которому (которой) с нужной стороны поршней периодически "появляются" горячие расширяющиеся газы, толкающие эти поршни по кругу и только в нужную сторону.

Ключевая деталь мотора называется "синхронизирующий диск". Эта штуковина пересекает тор в поперечном направлении и вращается (зубчатым ремнём, к примеру) с удвоенной, в сравнении с основным валом, частотой.

В синхронизирующем диске выполнен фигурный вырез, который в определённый момент времени пропускает сквозь себя поршень. Всё остальное время диск перекрывает сечение тора и обеспечивает "упор" для газов, как при цикле сжатия, так и при цикле расширения.

В общих чертах принцип работы RoundEngine понятен из показанной выше анимации. Однако, если вам интересны детали — милости просим.

Рисунок 1. Пояснения в тексте (иллюстрация VGT Technologies).

Рисунок 1 — впуск. На этом такте воздух подаётся в полость тора (обозначена единичкой) в зону перед поршнем 2 через впускные клапаны 3.

По мере вращения диска с поршнями против часовой стрелки воздух сжимается между поршнем 2 и синхронизирующим диском 4.

Далее воздух попадает через перепускное отверстие 7, оборудованное клапаном 5, в отдельную камеру сгорания 6.

Сжатие заканчивается, когда движущийся поршень перекрывает отверстие 7.

	Рисунок 2. Пояснения в тексте (иллюстрация VGT Technologies).

Рисунок 2 — сгорание. После того как сжатие воздуха завершено, закрывается клапан (на этом рисунке – цифра 2) камеры сгорания (1).

Воздух оказывается в "ловушке".

В этот момент в камеру сгорания впрыскивается бензин и поджигается свечой. Или впрыскивается дизтопливо. Тогда оно воспламеняется само, от горячего воздуха.

Пока происходит сгорание, во вращающемся синхронизирующем диске (на этом рисунке он отмечен 4) открывается отверстие, через которое проскакивает поршень (3).

Теперь поршень оказывается позади диска, который сразу закрывает проём.

Рисунок 3. Пояснения в тексте (иллюстрация VGT Technologies).

Рисунок 3 — расширение (рабочий ход).

Горячие газы попадают из камеры сгорания обратно в полость тора.

Это обеспечивает второе перепускное отверстие (позади синхронизирующего диска, на этом рисунке его не видно), в пространство между синхронизирующим диском и поршнем.

Расширение продолжается до тех пор, пока поршень не проходит выпускные клапаны (1).

	Рисунок 4. Пояснения в тексте (иллюстрация VGT Technologies).

Рисунок 4 — выпуск. Отработанные газы выходят из пространства между двумя поршнями, приводя в действие турбонаддув (на схеме не показан).

Турбина, раскрученная выхлопными газами, вращает компрессор, который через впускные клапаны (1) загоняет свежую порцию воздуха в пространство перед вторым движущимся поршнем.

Так весь цикл начинается заново.

Нетрудно заметить, что на один оборот вала двигателя в этом моторе приходится два рабочих хода, поскольку тут есть два поршня. Они, кстати, делят между собой один единственный "цилиндр ДВС" бесконечной длины — то есть полость бублика, одни и те же клапаны, одну камеру сгорания и одну свечу зажигания. Завидное упрощение конструкции, не так ли?

Важно, что, в отличие от многих роторных, тороидальных и всяких иных необычных систем ДВС, здесь на уплотнения поршней не действует нагрузка. Правда, работа уплотнения синхронизирующего диска вызывает вопросы.

Зато RoundEngine обладает ещё одним интересным свойством. В нём давление рабочих газов на поршень превращается в крутящий момент самым прямым образом, без всяких рычагов, звеньев и переменного плеча приложения усилия, без скользящих по поверхности наклонных плоскостей каких-нибудь пластин, и прочих "костылей", присущих другим системам ДВС.

Схема и разрез нового двигателя. Внизу: его прототип на испытательном стенде (иллюстрация и фото VGT Technologies).

Посмотрите на рисунки — поверхность поршня параллельна радиусу главного диска. Расстояние от центра поршня до оси вращения — это и будет плечо, на котором сила от горячих газов создаёт крутящий момент мотора.

Авторы системы пишут о 15-30% экономии топлива в сравнении с традиционным ДВС. По идее, её должны обеспечить облегчение и упрощение конструкции, высокая степень сжатия, низкие потери на трение, хорошее использование энергии газов. Да и соотношение мощность/вес у этого движка должно быть неплохим.

Но это всё лишь авансы. Развитие проекта продолжается. Канадские инженеры мечтают о том, что RoundEngine в виде множества моделей разных размеров займёт достойное место в множестве образцов техники — от бензопил до автомобилей. А пока — отрабатывают конструкцию.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru