АВТОМОБИЛЬ КАШЕВАРОВА "АК" Российский патент 1997 года по МПК B60K17/00 

Автомобиль "АК" является комплексным изобретением, в которое входит устройство роторного двигателя РДК-5 и устройство автомобиля, обусловленное установкой на нем двух РДК-5 вместо одного поршневого двигателя внутреннего сгоранияДВС\
Роторный двигатель имеет обширную область применения на всех транспортных, сельскохозяйственных, строительных и военных машинах и в стационарных установках в качестве двигателя взамен ДВС, газовых и паровых турбин. Однако применительно к автомобилю АК в устройство РДК-4 внесены изменения, в результате которых он получил обозначение РДК-5.

АК относится к автомобильной промышленности и предназначен для замены ныне изготавливаемых и эксплуатируемых автомобилей различного назначения.

Современный автомобиль [1] являющийся аналогом и прототипом АК, имеет малый КПД и малую удельную мощность двигателя, малую надежность и большую стоимость эксплуатации и большой выброс отравляющих веществ в выхлопных газах на каждый кВт мощности ДВС.

Задачей АК является в значительной мере уменьшение недостатков современных автомобилей благодаря установке на нем вместо одного ДВС двух РДК-5, кинематически связанных между собой через дифференциал, коробка которого находится в постоянном зацеплении с конической шестерней сцепления, выходной вал которой является одновременно входным валом коробки передач.

Коробка передач простейшей конструкции имеет три передачи для переднего хода и одну передачу для заднего хода. КПД двигателей АК в два раза выше, чем в ДВС автомобилей, а сгорание топлива в РДК-5 производится при температуре в 2-3 раза более низкой, чем в ДВС, в результате чего в выхлопных газах АК содержится в 3-4 раза меньше токсических веществ, чем в выхлопных газах современных автомобилей на каждый кВт израсходованной им мощности. Кроме того, в АК предлагается использовать в качестве топлива природный газ, как самое дешевое и экологически чистое топливо. В этом случае выброс токсичных веществ в выхлопных газах АК уменьшится еще в 2-3 раза. АК имеет в 2 раза большую мощность двух РДК-5 и обеспечивает в 2 раза меньший расход горючего на 100 км пути, в два раза больший радиус действия на одной заправке горючим, в 2-3 раза большую надежность, в 3-4 раза меньшую стоимость эксплуатации, на 10-15% большую среднюю скорость движения, на 20-30% больший по грузоподъемности прицеп и на 40-50% больший объем перевозок в тоннокилометрах и в 10 раз меньшее загрязнение воздуха токсическими веществами выхлопных газов на каждый тоннокилометр перевезенных грузов.

АК дает возможность производить движение автомобиля с использованием одного или двух РДК-5 в зависимости от дорожных и климатических условий, а также от величины полезного груза на автомобиле и на буксируемом прицепе. Кроме того, в случае поломки одного из РДК-5 такое устройство АК позволяет ему на одном исправном РДК-5 закончить начатый маршрут поездки, а затем в условиях мастерской устранить неисправности вышедшего из строя РДК-5. В случае поломки ДВС современного автомобиля его движение становится невозможным и потребуется либо исправление ДВС в полевых условиях, либо использование буксировщика с соответствующей задержкой в выполнении маршрута движения.

Возможность и целесообразность установки двух РДК-5 на автомобиле вместо одного ДВС появилась в результате того, что РДК-5 имеет в 20 раз большую удельную мощность и в 2-3 раза больший КПД, чем современный ДВС. Возможность упрощения и улучшения характеристик коробки передач /увеличения в 3-4 раза удельной мощности и КПД/ обусловлена тем, что в РДК-5 можно изменять в несколько раз величину крутящего момента заслонки ротора путем изменения длительности факельного горения топлива, а также тем, что включением двух двигателей, соединенных дифференциалом, в 2 раза увеличивается скорость вращения его коробки, передаваемая через сцепление на вал коробки передач.

В результате включения одного или двух РДК-5 на любой из четырех /трех вперед и одной назад/ ступеней передач можно получить дополнительно еще по одной ступени передач с удвоенной скоростью вращения колес. Таким образом четыре ступени передач простейшей коробки передач АК введение двух РДК-5 с дифференциалом преобразуются в восемь ступеней передач.

Удельная масса /в кг/кВт/ коробки передачи современных легковых автомобилей составляет 0,3-0,5, а грузовых 0,5-2,0 кг/кВт в зависимости от сложности их устройства /числа ступеней передач, доходящих до 14/. Коробка передач современных автомобилей стала вторым после ДВС устройством по массе, стоимости и сложности управления. Она в значительной мере определяет надежность и удобство его эксплуатации. Следовательно, упрощение ее конструкции, повышение надежности, уменьшение массы и стоимости, а также повышение удобства пользования является актуальной задачей, которая решена в автомобиле АК применением простейшей четырехступенчатой коробки передач, двух РДК-5 и дифференциала, соединяющего их в новое устройство автомобиля с полезными отличительными свойствами. Большая удельная мощность РДК-5 позволила применить на АК каждый из двух РДК-5 большей модности, чем ДВС на автомобилях такой же грузоподъемности. В результате этого АК имеет большую скорость движения, чем известные автомобили, при оптимальном режиме работы двигателей для данной скорости, больший КПД, большую возможность транспортировки грузов с помощью прицепов, существенно меньшую стоимость тоннокилометра транспортируемого груза.

В жаркую погоду движение АК можно производить попеременно, то на одном, то на другом РДК-5, что позволит исключить перегрев двигателя. В зимнее время АК может использоваться без утепленной стоянки, т.к. он не имеет водяного охлаждения и масляная смазка поршня ДВС заменена газовой смазкой заслонки, а газ имеет в тысячи раз меньшую вязкость, чем масло при любой температуре. В результате этого для запуска одного из РДК-5 требуется в несколько раз меньшая мощность стартера, чем для запуска ДВС такой же мощности. При этом второй РДК-5 можно завести не только от стартера, но также и от работающего первого РДК-5. Для работы стартера меньшей модности можно использовать аккумулятор меньшей емкости.

РДК-5 может работать на любом жидком и газообразном горючем. Переход с одного жидкого горючего на другой можно производить регулировкой давления воздуха, подаваемого компрессором, в соответствии с октановой характеристикой топлива.

Стоимость изготовления двух РДК-5 с дифференциалом и коробкой передачи будет в 2-3 раза меньше, чем стоимость ДВС с коробкой передач для автомобиля равной грузоподъемности, а с учетом того, что длительность эксплуатации РДК-5 в 2-3 раза больше, чем длительность эксплуатации ДВС, амортизационные расходы по РДК-5 будут в 4-9 раз меньше, чем по ДВС. В результате вышеупомянутых преимущество АК перед современным автомобилем эксплуатационные расходы по АК будут в несколько раз меньше, чем на современный автомобиль.

В данной заявке с целью конкретизации устройства АК будет рассматриваться вариант устройства АК, использующего в качестве топлива природный газ, который в 2-3 раза дешевле жидкого топлива и в несколько раз наносит меньший экологический ущерб при его добыче, транспортировке, переработке и сжигании, чем жидкое топливо, получаемое из нефти.

Для транспортировки и хранения природного газа на АК предлагается использовать газовый баллон по патенту N 1666839 с приоритетом изобретения 19.11.87 и по патенту 1791658 на изобретение "Способ Кашеварова изготовления баллона для хранения сжатых газов" с приоритетом 15.01.90 или газовый баллон согласно информации, помещенной в журнале "Изобретатель и рационализатор" N 4 за 95 с.8. Газовый баллон с природным газом устанавливается на крыше легкового автомобиля и над крышей кабины грузового автомобиля. Такое размещение газового баллона с сжатым природным газом представляет меньшую пожарную опасность, чем размещение бака с бензином в легковых и грузовых автомобилях.

Использование автомобиля АК с баллонами для сжатого газа может на 70-80% решить актуальную проблему чистого воздуха для города Москвы, если к тому же все ТЭС будут работать с использованием РДК-5 вместо газовых и паровых турбин. Для такого решения проблемы чистого воздуха не потребуется дополнительных затрат, т.к. ТЭС с РДК будут иметь в несколько раз большую прибыль, чем при работе с газовыми и паровыми турбинами, имеющими в 2 раза меньший КПД, чем РДК-5.

Для использования в автомобилях баллонов со сжатым природным газом уже имеется сеть газозаправочных станций, простаивающих из-за отсутствия массового потребителя.

Роторный двигатель РДК-5 отличается от РДК-4, на который подана 4.05.95 г заявка, тем что в РДК-5 применен второй вариант подачи топлива в виде природного газа в камеру сгорания через форсунку, установленную в газоводе, улучшено крепление пружиной полоски к заслонке, а торцевые ролики заслонки компрессора заменены продолжением усиленной пружинной полоской на торцевом крае заслонки. Эти изменения не затрагивают формулы изобретения на РДК-4 и по этой причине нет необходимости производить экспертизу РДК-5 как самостоятельного изобретения, а только в том его значении, которое он имеет для изобретения АК, ставшим целесообразным благодаря большим преимуществам РДК-5 перед э.д.с. устанавливаемых на современных автомобилях.

РДК-5 представляет собой комплексное устройство, состоящее из роторного двигателя внутреннего сгорания /ДВС/, конструктивно и функционально связанного с роторным компрессором. При этом основные элементы конструкции ДВС и компрессора одни и те же.

РДК-5 предназначен для всех видов транспорта, включая наземный, воздушный, морской и речной, пассажирский и грузовой, туристический и спортивный, а также для всех стационарных установок, включая тепловые электростанции, промышленные, сельскохозяйственные и военные устройства.

Столь широкий спектр применения предлагаемого РДК-5 обусловлен его технико-экономическими характеристиками, существенно превосходящими такие характеристики известных двигателей, применяемых в настоящее время. Так по удельной мощности РДК-5 превосходит вышеупомянутые двигатели в 20 раз, по КПД в 1,5-2 раза, по длительности эксплуатации в 2-4 раза, по эксплуатационным затратам он экономичнее в 2-5 раз и имеет срок окупаемости затрат на его изготовление и установку в 40-50 раз меньший, чем срок окупаемости таких затрат известных двигателей.

Применение РДК-5 на ТЭС вместо газовых турбин с компрессорами позволит увеличить в 2-4 раза выработку электроэнергии при том же потреблении природного газа и в несколько раз повысить рентабельность /норму прибыли/ этих ТЭС.

Применение РДК-5 на ТЭС вместо паровых котлов и паровых турбин позволит не только увеличить в 2 раза выработку электроэнергии, но также вырабатывать электроэнергию не в базовом режиме, а в режиме ее потребления, в результате чего отпадает необходимость в строительстве и эксплуатации ГАЭС. Кроме того, в 1,5-2 раза сократятся капитальные затраты на создание ТЭС с РДК-5 вместо ТЭС современной конструкции равной мощности, в 5-6 раз сократится срок окупаемости капитальных затрат и в несколько раз увеличится рентабельность эксплуатации ТЭС с РДК-5. Только одна замена на ТЭС газовых и паровых турбин на РДК-5 увеличит выработку электроэнергии в таком объеме, что могут быть закрыты все атомные электростанции, как выработавшие свой срок, так и не выработавшие, но представляющие экологическую опасность для страны.

Применение РДК-5 на транспортных и энергетических устройствах вместо ДВС и, в частности, на автомобилях позволит не только в 2 раза уменьшить энергетические затраты на их эксплуатацию, но также существенно улучшить атмосферу больших городов и уменьшить экологический ущерб, наносимый добычей нефти, транспортировкой и переработкой нефти, т.к. ее потребление в стране с применением РДК-5 существенно уменьшится.

Благодаря вышеупомянутым положительным свойствам РДК-5 представляется возможным создания АК-2, как варианта устройства АК, для инвалидов, пенсионеров, домашних хозяек и начинающих водителей, который отличается от АК более простой по устройству и управлению конструкцией, меньшей мощностью РДК-5, меньшей стоимостью изготовления и эксплуатации. Для АК-2 может быть использован кузов с ходовой частью автомобиля "Ока" или "Запорожец".

АК-2 отличается от АК тем, что у него нет сцепления и коробка передач заменена более простым в устройстве и эксплуатации планетарным механизмом. Кроме того, стартер и электрогенератор установлены только для одного РДК-5. Второй РДК-5 заводится от первого РДК-5, как от стартера. В соответствии с этими изменениями АК-2 имеет педаль ножного тормоза и газа, замок электрозажигания и включения РДК-5 от стартера, кнопку включения и выключения второго РДК-5 и ручной тормоз. При этом включение первого РДК-5 производится с помощью ключа зажигания, так же как и в современных автомобилях, а кнопка или рычажок включения и выключения второго РДК-5 установлен на верхнем торце рулевой колонки, там же установлен рычажок, имеющий при фиксированных положениях: среднее холостой ход, наклон вперед движение АК-2 вперед, наклона назад задний ход АК-2.

Устройство АК и АК-2, отличающееся от устройства современного автомобиля, поясняется чертежами, где на фиг.1 дано горизонтальное сечение соединения двух РДК-5 с дифференциалом, сцеплением и коробкой передач, на фиг.2 место "М" на фиг.1, увеличенное в 2 раза, на фиг.3 шестерни двигателя и компрессора РДК-5 со стопорами, на фиг.4 горизонтальное сечение баллона со сжатым газом, фиг.5 сечение места крепления головки троса в корпусе баллона и фиг. 6 сечение муфты конца заделки троса, фиг.7 диаметральное сечение по А-А на фиг. 8 планетарного механизма с конусной шестерней 12 в увеличенном в 2 раза виде по сравнению с фиг.1, на фиг. 8 сечение по Б-Б на фиг.7.

На фиг. 9 дано вертикальное сечение РДК-5 по А-А на фиг.10, на фиг.10 - сечение по Б-Б на фиг.9, на фиг.11 место "Л" на фиг.9 в увеличенном виде по сравнению с фиг.9, на фиг. 12 -место "М" на фиг.10, увеличенное в 5 раз по сравнению с фиг.11, на фиг.13 сечение по В-В фиг.10, на фиг.14 сечение Г-Г фиг.10, на фиг. 15 сечение Д-Д фиг.10.

Устройство АК отличается от устройства современных автомобилей устройством комплексного агрегата, состоящего из двух РДК-5 со стопорными устройствами, соединенных блокирующимися дифференциалом Кашеварова БДК с муфтой сцепления, которая соединена с четырехступенчатой коробкой передач. Этот комплексный агрегат устанавливается на том месте, где в современных автомобилях размещен ДВС со сцеплением и многоступенчатой коробкой передач.

Существенным отличием АК от современных автомобилей является также использование в качестве топлива сжатого природного газа, который заполняет баллоны облегченного типа, устанавливаемые на крыше легкового варианта АК или над кабиной грузового варианта АК. В остальном устройство АК такое же, как и у современного автомобиля легкового или грузового.

На фиг.1 дан горизонтальный разрез комплексного агрегата, в котором каждый из двух двигателей 1 имеет рабочий вал 2 с шлицевой нарезкой 3, на которой установлена коническая шестерня 4 в корпусе 5 блокирующегося дифференциала БДК, находящегося в зацеплении с шестернями сателлитами 6 и 7. Шестерня 6 имеет шлицевую нарезку 3 и установлена на той половине оси 8, которая также имеет шлицевую нарезку 3 и вращается вместе с осью 8, установленной в подшипниках корпуса 5. Шестерня 7 вращается на другой половине оси 8, не имеющей шлицевой нарезки. С осью 8 соединено электромагнитное тормозное устройство 9, установленное на корпусе 5.

Устройство 9 тормозит вращение оси 8 с момента включения второго РДК-5 в течение 3-5 сек, а затем выключается. Момент силы торможения, приложенный к оси 8, такой же по величине, как и момент силы вращения ротора первого РДК-5. К тормозному устройству 9 проходит от кольцевого проводника, вмонтированного в правую втулку корпуса 5, изолированный провод, через который тормозное устройство 9 получает электроток в течение 3-5 сек после момента включения электрозажигания второго РДК-5. Это включение с 4-5 секундной задержкой производит компьютер, управляющий работой АК. К кольцевому проводнику электроток подводится с помощью скользящего контакта, установленного на корпусе комплексного агрегата, на котором установлены все устройства, входящие в этот агрегат.

Между корпусом 5 и шестернями 4, 6 и 7 установлены антифрикционные шайбы 10. Эти шайбы предназначены для уменьшения трения между корпусом 5 и шестернями 4, 6 и 7.

Корпус 5 блокирующегося дифференциала БДК имеет конусную шестерню 11, находящуюся в зацеплении с /например равной по диаметру/ конусной шестерней 12 входного вала 13 сцепления 14. Выходной вал 15 сцепления 14 является одновременно входным валом коробки передачи 16.

Блокирующийся дифференциал 5 имеет два сателлита как для легковых, так и для грузовых автомобилей. Применяемый для грузовых автомобилей колесный дифференциал с четырьмя сателлитами имеет большую массу, меньший КПД и меньшую жесткость составного корпуса 5, но в несколько раз больший крутящий момент, передаваемый на колеса автомобиля, чем крутящий момент, передаваемый от РДК-5 на дифференциал БДК.

Применение простого с двумя сателлитами конического дифференциала для двух РДК-5 обусловлено тем, что на первой ступени включенной коробки передач скорость вращения корпуса 5 дифференциала от РДК-5 в несколько раз большая, чем скорость вращения корпуса колесного дифференциала, в результате чего крутящий момент, передаваемый дифференциалом на колеса, будет в несколько раз больший, чем на корпус 5 дифференциала от РДК-5. К тому же увеличение габаритов колесного дифференциала для передачи большого крутящего момента ограничено требованиями получения наибольшего клиренса, и работает колесный дифференциал в более тяжелых условиях /грязь, влага, пыль/. В примененном для двух РДК-5 дифференциале таких требований, ограничивающих его габариты и герметичность, нет.

Дифференциал с двумя сателлитами имеет неразъемный корпус 5, что придает ему большую жесткость. Для сборки дифференциала корпус 5 имеет окна. Примененный дифференциал для двух РДК-5 имеет наиболее простое устройство, большую надежность и большой срок эксплуатации, более высокий КПД, меньшие габариты, меньшую массу и меньшую стоимость изготовления и эксплуатации, чем колесный дифференциал, используемый для того же автомобиля.

РДК-5 имеет стопорные устройства /фиг.3/, установленные на шестернях 17 и 18 соответственно двигателя и компрессора и препятствующих их повороту в направлении, противоположному их рабочему движению, указанному стрелкой. Оси 19 подпружиненных упоров 20 установлены на корпусе двигателя 1. Упоры при движении шестерен 18 и 19, указанном стрелками, скользят по зубьям этих шестерен, а при остановке движения шестерен 18 и 19 упираются в один из зубьев шестерен, препятствуя их повороту против направления, указанного стрелкой.

Ось вращения ротора левого двигателя РДК-5 имеет разъемное соединение с осью вращения стартера 21, а ось вращения ротора левого компрессора РДК-5 имеет разъемное соединение с осью вращения электрогенератора 22.

Использование природного газа в АК в качестве горючего для РДК-5 вместо жидкого топлива в 2-3 раза уменьшает затраты на топливо и в 3-4 раза уменьшает токсичность выхлопных газов.

Газовый баллон имеет корпус 23 /фиг.4/, муфты 24, тросы 25, выполненные из одного и того же материала, которым может быть листовая сталь, или стеклополотно, или композит, используемый для баллонов цилиндрической формы с давлением в 200 кг на сантиметр квадратный.

Тросы 25 соединяют противоположные поверхности стенок баллона и воспринимают на себя давление сжатого газа на эти поверхности. Баллон параллелепипедной формы имеет три пары взаимно противоположных стенок, которые стягиваются тросами 25 трех взаимноперпендикулярных направлений. Стенки баллона штампуют при температуре пластической деформации материала в виде участков сферической поверхности, в стыке которых образуют конусные отверстия 26 для конусных муфт 24, в которых закреплены концы тросов 25 с сердечниками 27.

Муфты 24 обжимаются на головках тросов 25, конусные отверстия смазываются клеем и натяжением тросов 25 муфты сажаются в отверстия 26 и склеиваются с корпусом 23 баллона. После закрепления всех муфт 24 с тросами 5 в стенках корпуса 23 баллона с некоторым прогибом этих стенок внутрь баллона баллона заполняется газом с давлением 200 кг/см². При этом большая часть давления воспринимается тросами 25, которые растягиваются в такой мере, что стенки корпуса 23 вписываются в параллелепипед.

Баллон имеет в 2-3 раза меньшую массу, чем находящийся в нем природный газ, с массой в 30 кг сжатый до 200 кг/см² в объем /0,8 м, 0,6 м, 0,4 м/ 0,2 м³. Баллон, заряженный газом, имеет массу, равную 40-45 кг. По сравнению с баллонами цилиндрической формы предлагаемые баллоны имеют большее отношение объема к его поверхности /а следовательно к его массе/, меньшую толщину стенок баллона, т. к. большую часть давления на сферические участки стенок воспринимают на себя тросы, стягивающие стыки сферических участков противоположных стенок, что также уменьшает массу баллона по сравнению с цилиндрическим баллоном, стенки которого воспринимают всю нагрузку от сжатого газа и по этой причине имеют большую толщину большую массу при равном объеме для сжатого газа.

От баллона, установленного в обтекателе на крыше АК, проходит стальная трубка к двум РДК-5, закрепленная на наружной поверхности одной из боковых стоек корпуса легкового автомобиля. В нижней части этой трубки от нее отходит патрубок с винтелем и штуцером, предназначенным для зарядки баллона сжатым газом на газозаправочной станции. Один баллон с природным газом может обеспечить пробег АК класса "Волга" более чем на 500 км. Для грузового автомобиля АК класса "Камаз" достаточно будет 3-4 баллонов, установленных в обтекателе над крышей или на крыше его кабины.

В АК-2 с корпусной шестерней 11 корпуса 5 дифференциал БДК находится в зацеплении конусная шестерня 12 /фиг.6/ планетарного механизма ПМК, имеющего корпус 28 /соединенный с корпусом комплексного агрегата АК-2/, на котором установлены два тормозных устройства с тормозными колодками 29 и 30. Шестерня 12 соединена с валом 31, на котором установлена шестерня 32, находящаяся в зацеплении с шестернями-сателлитами 38, установленными на осях 34 водила 35 вала 36. На валу 31 свободно вращается шестерня 37 с внутренней нарезкой зубьев, находящихся в зацеплении с шестерней 33 водила 35 вала 36. Шестерня 37 имеет кронштейн 38 с тормозным барабаном 39, установленным против тормозной колодки 29. На валу 36 свободно вращается кронштейн 40 с тормозным барабаном 41 и шестерней 42 с внутренней нарезкой зубьев, находящейся в зацеплении с шестернями 43 водила 35 вала 36. Шестерня 43 установлена на оси 34 и соединена с шестерней 33. Тормозной барабан 41 установлен против тормозной колодки 30. Два водила 35 соединены по окружности частями цилиндра 44, установленными между двумя парами шестерен 33 и 43. Верхние части цилиндра 44 соединены по окружности кронштейнами 45, в которых установлены концы осей 34, противоположные концам этих осей, установленным в водиле 35. Такая конструкция обеспечивает жесткость продолжения осей 34 относительно водила 35.

Тормозное устройство включает серповидные тормозные колодки 29 и 30, шарнирно связанные с ними дугообразные поворотные рычаги 46 и гидравлические цилиндры 47, каждый из которых имеет поршень 48 со штоком 49, взаимодействующим с тормозной колодкой 29 посредством рычага 50.

РДК-5 имеет статоры 51 и 52 и роторы 53 и 54 соответственно ДВС и компрессора, газопровод 55, соединяющий статоры 51 и 52, заслонку 56, установленную в направляющих 57 роторов 53 и 54, воздухозаборник 58, центральный патрубок 59, подсоединенный к топливному насосу, с концами 60, установленными в газопровод 55, выхлопную трубу 61.

Статор 51 имеет переднее окно 62, соединяющее его камеру сгорания 63 с газопроводом 55, камеру расширения 64, заднее окно 65, соединяющее камеру расширения с выхлопной трубой 61. Камера сгорания 63 имеет условную границу с камерой расширения 64, определяемую положением заслонки 56 в момент воспламенения топливной смеси между заслонкой 56 и газопроводом 55. Воспламенение топливной смеси, поступающей в газопровод 55 из форсунок 65, установленных на концах патрубков 60, происходит с помощью электросвеч 66, которые включаются по электросигналу электродатчика 67 в момент контакта с ним катка 68 заслонки 56. Воздух в воздухозаборник 58 нагнетается вентилятором с давлением 1,5-2 кг/см², а из воздухозаборника 58, общего для двух камер сжатия 69 компрессора, воздух нагнетается в камеру 69 через окно 70. Сжатие воздуха в камере 69 начинается с положения заслонки, обозначенного пунктирной линией 71 на фиг.8. Воздух, находящийся перед заслонкой 56 /по ходу ее вращения/, сжимается, а находящийся за заслонкой 56 во время ее поворота на 180^o заполняет всю камеру 69.

Статор 51 имеет наружное теплоизоляционное покрытие 72, изображенное крестообразной штриховкой. Такое же покрытие 72 имеет внутренняя поверхность ротора 53, выхлопная труба 73 и газопровода 55. Статор 52 имеет радиаторные ребра 74, увеличивающие его поверхность охлаждения наружным воздухом. Ротор 54 охлаждается продувкой через него наружного воздуха.

Статор 51 по касательной к окружности ротора 53 соприкасается с ротором 53 с воздушным зазором менее 1 мм. К статору 51 по образующей его цилиндрической поверхности подсоединена /приварена/ тонкостенная пластинчатая пружина 75, прижимающаяся к цилиндрической поверхности ротора 53 и препятствующая проходу сжатого воздуха и газов из камеры сгорания 63 к выхлопной трубе 61. Аналогичное устройство имеет статор 52 с ротором 53 в месте их соприкосновения с зазором менее 1 мм с целью уменьшения утечки сжатого воздуха из камеры сжатия в воздухозаборник 8. Во время вращения ротора 53 пружина 75 прижимается к его поверхности не только усилием самой пружины, но также давлением на ее поверхности сжатого воздуха, а затем и газов сгоревшей топливной смеси. В результате этого утечка газов и сжатого воздуха из камеры сгорания 52 в выхлопную трубу через зазор между статором 51 и ротором 53 практически устранена. Пружина 75 устанавливается с расчетом прохода катков 68 по своим дорожкам на минимальном расстоянии от торцев пружины 75.

На статоре 52 компрессора установлена ось 76 вращения с дверцей 77, перекрывающей окно 78, соединяющее камеру сжатия 69 с газопроводом 55. Ось вращения 25 имеет пружину /на фиг. не показана/, закрывающую дверцу 26, если давление на нее сжатого воздуха в камере сжатия 69 будет меньше заданного значения /например 10 кг/см²/.

К торцевым краям заслонки 56 двигателя приварены /например точечной сваркой/ тонкие полоски 79 пружинной стали шириной в 2-3 мм, препятствующие утечке газов из камеры сжатия 63 в камеру 64 через зазоры между заслонкой 6 и поверхностью статора 1 во время рабочего хода заслонки 56. Полоски 79 прижимаются к поверхности статора 51 давлением газов, а также сравнительно малой силой упругого изгиба пружинистой стали тонкой полоски 79. Суммарная сила прижима края полоски 79 к поверхностям статора 51 имеет такую величину, что не создает существенных потерь на трение в результате наличия воздушного микрослоя между краем полоски 79 и поверхностью статора во время движения заслонки 56, по которой она скользит. В момент прохода торцевого края заслонки 56 с пружинной полоской 79 под пружиной 75 последняя отгибается в окно 62 давлением на нее полоски 79.

В компрессоре полоска 79 при движении заслонки 56 отжимается от поверхности статора 52 утечкой воздуха, сжимаемого заслонкой 56. Учитывая это обстоятельство, полоска 79 для заслонки 6 компрессора имеет большую силу прижима к поверхности статора 52, чем полоска 75 к поверхности статора 51. Полсока 79 в компрессоре работает при более низкой температуре, чем в двигателе.

Статоры 51 и 52 имеют тонкостенные шайбы 80, установленные в щелевидных кольцевых пазах 81 и препятствующие утечке сжатого воздуха и газов из одной смежной камеры 64 или 69 в другую смежную камеру 64 или 69, разделенные стенками 82 статоров.

Во втулки 83 торцевых стенок 84 статоров 51 и 52 установлены полуоси 85 вращения роторов 53 и 54. На одной из сторон полуосей 85 установлены шестерни 86 равного диаметра, находящиеся во взаимном зацеплении, в результате которого роторы 53 и 54 вращаются во взаимнопротивоположных направлениях с равными угловыми скоростями. На противоположной полуоси 85 ротора 53 выполнены винтовые прорези, в которых заходят штифты рабочего вала 87 устройства, потребляющего энергию вращения ротора 53 двигателя.

Заслонка 56 перемещается в направляющих 57 с воздушным зазором менее 0,1 мм с помощью катков 88, установленных в торцевых стенках 89 роторов 53 и 54 и прокатывающихся по боковым обрезам заслонки 56.

При работе РДК-5 применено факельное горение топлива, поступающего в камеру сгорания 63 из форсунок 65. Изменением длительности работы форсунок 65 можно изменять мощность РДК-5 до десяти раз, что, например, на транспортных средствах позволит существенно упростить конструкцию коробки передач и увеличить срок ее годности /ресурса работы/.

Во время факельного горения топлива в расширяющейся камере сгорания при вращении заслонки 56 скорость увеличения давления будет в десятки раз меньше, чем в поршневом ДВС во время воспламенения топливной смеси. В соответствии с этим сила звука работающего РДК-5 будет в десятки раз меньше, чем сила звука работающего поршневого ДВС, что позволит использовать РДК-5 без глушителя и без потери мощности в этом глушителе.

В несколько раз больший избыток воздуха для сгорания топлива, расширяющаяся камера сгорания 63 в момент воспламенения топлива, больший показатель расширения газов в камере расширения 63, меньшие потери на трение, чем в цилиндре поршневого ДВС, в несколько раз уменьшают температуру выхлопных газов и тепловые потери и позволяют отказаться от специальных устройств охлаждения двигателя. Этому способствует также более низкая температура сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания 63 от компрессора, и меньшие затраты механической энергии для сжатия равного количества воздуха до равного давления, необходимого для работы ДВС.

Вышеупомянутые отличия РДК-5, а также два рабочих хода заслонки 6 за один оборот ротора вместо одного рабочего хода за два оборота коленчатого вала, исключение из устройства РДК-5 кривошипно-шатунного механизма с коленчатым валом и маховиком, имеющихся в поршневых ДВС, позволило более чем в 20 раз увеличить удельную мощность РДК и в 2-3 раза увеличить КПД по сравнению с поршневыми ДВС
Для получения постоянной величины крутящего момента двигателя направляющие его заслонок и заслонок компрессора устанавливают в смежных камерах под углом, равным 180^o, деленное на число камер расширения двигателя /число камер сжатия компрессора/.

Уменьшение скорости движения заслонки 56 в направляющих по сравнению со скоростью движения поршня в цилиндре ДВС, более равномерное воздействие давления продуктов воспламененного топлива на заслонку 56, чем на поршень ДВС, меньшее число движущихся деталей двигателя РДК-5, меньшая максимальная температура в камере сгорания при воспламенении топлива при многократном избытке воздуха позволило в 2-3 раза увеличить ресурс работы РДК-5 и в той же пропорции сократить расходы на его ремонт и установку, а с учетом в 20 раз большей удельной мощности РДК-5 расходы на приобретение двигателя равной мощности и равной длительности эксплуатации уменьшаются в 40-50 раз.

Уменьшению температуры в камере сгорания во время воспламенения топлива содействует также охлаждение сжимаемого в компрессоре воздуха поверхностями статора с радиаторными ребрами 74 и ротора, через внутренний объем которого проходит наружный воздух, который поступает в отверстия торцевой стенки 84 статора между тремя спицами, с помощью которых втулка 83 соединена с торцевой стенкой 84 компрессора.

Продувка воздуха через ротор производится с помощью трех лопастей вентилятора, установленных в торцевой стенке ротора 54 против отверстий статора 52 в его торцевой стенке 84. Лопасти вентилятора одновременно являются спицами, соединяющими полуось 85 вращения ротора 54 с его торцевой стенкой.

На противоположных торцевых стенках ротора 54 и статора 52 имеется такое же устройство для выхода нагретого воздуха из ротора 54. В стенке 89, разделяющей внутренние объемы роторов 53 и 54, имеется круговое отверстие 90, через которое может проходить воздух как в роторе 53, так и в роторе 54. Охлаждение воздуха поверхностями статора 52 и ротора 54 при его сжатии повышает КПД двигателя по сравнению с поршневым ДВС, в цилиндре которого воздух нагревается как от сжатия поршнем, так и от раскаленных поверхностей поршня и цилиндра.

Нагрев воздуха во внутреннем объеме ротора 53 двигателя уменьшает тепловые потери камеры 64 и создает давление нагретого воздуха на стенки ротора 53, частично компенсирующего давление газов в камере 64 на стенки герметичного ротора 53, что позволяет их сделать меньшей толщины.

Факельное сжигание природного газа и жидкого топлива имеет следующий ряд преимуществ перед сжиганием топлива в виде воспламенения топливной смеси со сжатым воздухом: в форсунку 15 природный газ может подаваться из магистрального газопровода с давлением более 50 кг на квадратный сантиметр, а также использоваться любой вид жидкого топлива, факельное горение топлива возможно в любом избытке сжатого воздуха, что дает возможность в больших пределах без снижения КПД изменять мощность РДК-5; при многократном избытке воздуха многократно снижается максимальная температура в камере сгорания топлива без снижения КПД, при этом увеличивается срок службы РДК-5 и снижаются требования к жаростойкости материалов, из которых изготовляется двигатель; повышается допустимое давление сжатого воздуха в момент поджигания факелов, что повышает удельную мощность двигателя: многократно снижается сила звука и ударная нагрузка при воспламенении факелов по сравнению с воспламенением топливной смеси, что позволяет обходиться без глушителя и снизить требования к прочности статора, ротора и заслонки двигателя.

Удельную мощность РДК-5 и его КПД можно ориентировочно определить по отношению показателей, характеризующих удельную мощность и КПД дизельного и бензинового ДВС. По сравнению с дизельным ДВС РДК-5 имеет в 8-10 раз большее отношение объема камеры расширения к его массе, чем отношение объема камеры расширения к массе дизельного ДВС, далее, при двух оборотах ротора РДК-5 в его камере расширения заслонка совершает четыре рабочих хода, а при двух оборотах коленчатого вала дизельного ДВС в его камере расширения /цилиндре/ поршень производит только один рабочий ход. Произведение этих характеристик отражает сравнительные величины удельных мощностей РДК-5 и дизельного ДВС. Это произведение равно 32-40, и оно означает, что РДК-5 в 32-40 раз имеет большую удельную мощность, чем дизельный ДВС.

По сравнению с бензиновым ДВС произведение аналогичных характеристик будет равно 16-20, однако давление сжатого воздуха в момент воспламенения топливной смеси в камере сгорания бензинового ДВС в 2-3 раза меньше, чем в момент воспламенения факела в камере расширения РДК-5. С учетом этого фактора, повышающего мощность каждого рабочего хода заслонки РДК-5 по сравнению с мощностью рабочего хода поршня бензинового ДВС, удельная мощность РДК-5 по сравнению с удельной мощностью бензинового ДВС будет также больше в 30-40 раз.

КПД предлагаемого РДК-5 будет больше, чем у дизельного и бензинового ДВС, за счет того, что в ДВС теряется около 30% энергии сжигаемого топлива в результате водяного охлаждения блока цилиндров. В РДК-5 таких потерь нет, т. к. нет необходимости иметь водяное охлаждение статора двигателя. На 10-15% в РДК-5 меньше потери на трение меньшего числа движущихся деталей, чем у ДВС. За счет этих двух факторов КПД предлагаемого РДК-5 уже будет в 2 раза больше, чем у ДВС. Конкретные расчеты, выполненные по определению КПД и удельной мощности РДК-5, дали те же величины приведенных выше значений этих характеристик.

Ресурс /длительность эксплуатации/ РДК-5 в 2-3 раза больше, чем у ДВС, за счет меньшего числа движущихся частей с меньшими силовыми нагрузками и с меньшим трением, за счет меньшей в 2-3 раза температуры воспламенения топливной смеси в камере сгорания, за счет более простой кинематической схемы РДК-5, не требующей преобразования поступательного движения поршня ДВС во вращение его коленчатого вала.

Амортизационные расходы РДК-5 по сравнению с ДВС равной мощности будут меньше, по крайней мере, в 60 раз, т.к. они в первом приближении пропорциональны произведению относительной мощности на ресурс двигателя. Срок окупаемости установки РДК-5 вместо применяемых двигателей в десятки и сотни раз меньше, чем срок окупаемости ранее применявшихся двигателей, т.к. в результате установки РДК-5 рентабельность основного устройства в РДК-5 /ТЭС, автомобилей, самолетов, вертолетов/ повышается в несколько раз. Например, при установке РДК-5 на ТЭС вместо паровой турбины с паровым котлом, градирнями и др. агрегатами ТЭС на том же объеме потребляемого топлива будет вырабатывать на 50-60% больше электроэнергии, стоимость которой увеличит прибыль /рентабельность/ работы электростанции в 5-6 раз и сократит срок окупаемости затрат, связанных с установкой РДК-5, по сравнению с нормативными в 50-100 раз.

Работа автомобиля АК и его эффективность.

Запуск одного из РДК-5 производится от стартера при выключенном сцеплении и установки наибольшей длительности горения факела, т.е. при форсированном режиме работы РДК-5. Уже через 3-5 сек, кода двигатель наберет полные обороты, включают первую скорость коробки передач и плавно включают сцепление. АК начинает движение с ускорением. Включают второй РДК-5, при этом одновременно включается тормоз оси вращения сателлита 6 дифференциала в такой мере, что роторы второго РДК-5 начнут вращаться, как и при включении стартера этого РДК-5. Тормоз вращения оси сателлитов включается всего на 3-5 сек, а затем он автоматически выключается. За это время второй РДК-5 успеет набрать обороты, а АК получить в два раза большую скорость, чем до включения. Переводят РДК-5 на нормальный режим работы. Выключают сцепление, выключают один РДК-5 и включают вторую скорость коробки передач, включают сцепление. Если после включения второй скорости коробки передач потребуется уменьшить скорость, то уменьшают длительность горения факелов в РДК-5, а затем переходят на первую скорость коробки передач. Если после включения второй скорости коробки передач потребуется увеличить скорость движения АК, то переходят на третью скорость коробки передач, увеличивают длительность горения факелов, включают второй РДК-5.

Длительность горения факелов увеличивают или уменьшают соответствующим нажимом ноги на педаль "газ". Включение и выключение правого или левого РДК-5 производят нажимом /утапливанием/ на правую или левую кнопку пуска РДК-5. Включение и выключение сцепления производят нажимом ноги на педаль "сцепление". Включение первой скорости производят отклонением вперед рычага переключения скоростей от первого нейтрального положения 2 заднего хода - отклонением назад этого рычага, вторую скорость включают отклонением рычага от первой нейтрали в сторону и вперед, третью отклонением рычага назад от второй нейтрали.

Благодаря возможности изменения скорости движения АК путем изменения длительности горения факелов, т. е. изменения в широком диапазоне частоты вращения ротора РДК-5 и изменения в 2 раза скорости движения АК в результате включения или выключения одного из двух РДК-5, переключение ступеней коробки передач производят в несколько раз меньше, чем в современных автомобилях. Меньшее число раз также производят включений и выключений сцепления. Следовательно, в АК коробка передач и сцепление будут иметь ресурс работы, по крайней мере, в 2 раза больший, чем в современных автомобилях. Упрощается работа по вождению АК в сравнении с современным автомобилем.

Таким образом, стоимость более простой коробки передач АК, отнесенная к сроку ее службы, будет в несколько раз меньшей, чем такая же характеристика коробки передач современных автомобилей. В более простой коробке передач АК меньше будет потеря мощности, передаваемой от РДК-5 к колесам АК, чем потеря мощности в коробке передач современных автомобилей.

Учитывая большие возможности изменения скоростей движения АК без переключения коробки передач, в АК-2 применен планетарный механизм, разработанный для реализации свободного хода, переднего и заднего хода без использования коробки передач и сцепления. Для движения АК-2 назад включают тормозные колодки 30 нажатием кнопки "3" на рулевой колонке АК-2. При этом вращение вала 31 с шестерней 32 и шестернями 33 и 43 в результате качения шестерни 43 по заторможенной шестерне 42 вызывает вращение водила 35 и связанного с ним вала 36 в направлении, совпадающим с направлением вращения вала 31, а скорость вращения существенно уменьшается в соответствии с формулой

где ω угловая скорость,
а Р радиус шестерни.

Согласно фиг. 6 , т.е. вал 36 будет вращаться в 3 раза медленнее вала 31.

Для движения вперед нажимом кнопки "В" включают тормозные колодки 29. При этом вращение вала 31 с шестернями 32 и 33 в результате качения шестерни 33 по заторможенной шестерне 37 вызывает вращение водила 35 и связанного с ним вала 36 в направлении, противоположном вращению вала 31 с угловой скоростью ω₃₆ = ω₃₁, т. к. P₃₂=P₃₇. Если кнопки "В" и "З" не утоплены, реализуется свободный ход, при котором тормозные колодки выключены и вращение вала 36 может быть с любой угловой скоростью относительно угловой скорости вала 31, т.к. крутящий момент вала 31 не передается на вал 36.

Включение тормозных колодок 29 и 30 производится с помощью тяги штока 49 под давлением тормозной жидкости на поршень 48 со стороны штока 49 в цилиндре 47. Тормозные колодки 29 /фиг.7/ прижимаются к тормозному барабану 39 и охватывают его с двух противоположных сторон. Этому "охватыванию" помогает и вращение барабана 39, указанное стрелками на фиг.7. Выключению тормозного устройства соответствует поступление тормозной жидкости в часть цилиндра 47, противоположную штоку 49 и рычагу 50 колодки 29. Тормозная жидкость в цилиндры 47 поступает из тормозной системы колес АК-2.

Эффективность автомобилей АК определим на примере КамАЗ-5320, как наиболее распространенного и современного грузового автомобиля России. Его грузоподъемность за счет замены двигателя, коробки передач и вдвое меньшего запаса топлива на рейс в баллонах с природным газом увеличится на 5% прицепа на 30% В результате увеличения мощности двух РДК-5 в два раза /до 310 кВт/ по сравнению с мощностью его дизельного ДВС, равной 154 кВт, его средняя скорость увеличится на 10% а максимальная на 20% грузооборот увеличится на 40% а стоимость тоннокилометра перевозимого груза уменьшится в 2 раза. Для обеспечения автомобильной перевозки грузов России потребуется на 40% меньше автомобилей типа КамАЗ, на несколько миллионов тонн уменьшится потребность в дизельном топливе, на несколько десятков тысяч тонн уменьшится потребность в производстве металла, резины и других материалов для автомобильной промышленности, на многие миллионы кВт/часов уменьшится потребность в электроэнергии для автомобильной, металлургической, нефтяной и горной промышленности, существенно уменьшится экологическая нагрузка на природу России.

Использование: в автомобильной промышленности и предназначено для замены всех легковых, грузовых и специальных автомобилей, как имеющее существенно лучшие технико-экономические и эксплуатационные характеристики. Сущность изобретения в том, что оно имеет два роторных двигателя Кашеварова РДК-5, каждый из которых обладает в 20 раз большей удельной мощностью и в два раза большим КПД, чем ДВС современных автомобилей. Два РДК-5 соединены корпусными дифференциалами БДК с тормозным устройством, блокирующим дифференциал на 3-5 сек в момент включения второго РДК-5 при одном работающем РДК-5, при этом скорость движения АК удваивается. Благодаря такому устройству четырехступенчатая коробка передач АК эквивалентна восьмиступенчатой коробке передач современных автомобилей. 2 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Автомобиль, содержащий кузов, двигатель, сцепление, коробку передач, карданные передачи, рулевое и тормозное управление, емкости с топливом, отличающийся тем, что двигатель выполнен в виде двух роторных двигателей, соединенных с помощью блокирующегося дифференциала, конусная шестерня которого находится в зацеплении с конусной шестерней входного вала сцепления, выходной вал сцепления является входным валом четырехступенчатой коробки передач, а емкость для топлива выполнена в виде баллона со сжатым природным газом, устанавливаемого в обтекателе на крыше автомобиля, при этом блокирующийся дифференциал имеет ось вращения двух сателлитов, один из которых имеет шлицевую нарезку, находящуюся в зацеплении со шлицевой нарезкой, нанесенной на половину оси вращения сателлитов, ось вращения сателлитов установлена в подшипниках корпуса дифференциала, один конец оси вращения сателлитов соединен с тормозным устройством электромагнитного типа, соединенным электропроводом через изолированное кольцо на втулке корпуса дифференциала и скользящий контакт с компьютером, включающим тормозное yстройство на несколько секунд в момент включения второго двигателя при одном работающем двигателе, а установленный на крыше баллон со сжатым природным газом соединен стальной трубкой с двигателем и с патрубком, имеющим штуцер для подсоединения к устройствам газозаправочной станции. 2. Автомобиль, по п.1, отличающийся тем, что коробка передач выполнена с минимальным числом передач. 3. Автомобиль, содержащий кузов, карданные передачи, рулевое управление, тормозное управление емкости с топливом, отличающийся тем, что он имеет планетарный механизм, входной вал которого соединен конусной шестерней с конусной шестерней дифференциала, на входном валу установлена конусная шестерня для зацепления с шестернями сателлитами, которые выполнены с возможностью зацепления с шестернями, выполненными для свободного вращения вокруг входного и выходного вала планетарного механизма и соединенными с тормозными барабанами, установленными против тормозных колодок гидравлических тормозных устройств, оси, на которых установлены шестерни, сателлиты, установлены своими концами в водиле и в кронштейне торцевых частей цилиндра, соединенных с водилом.