МОТОЦИКЛ КАШЕВАРОВА МК С ДВИГАТЕЛЕМ - КОМПРЕССОРОМ КАШЕВАРОВА "ДКК" Российский патент 1997 года по МПК B62K11/00 

Мотоцикл МК относится к мотоциклетной промышленности и предназначается взамен выпускаемых промышленностью мотоциклов, как имеющий: лучшую проходимость, большую скорость и грузоподъемность, меньшую металлоемкость, массу и стоимость изготовления с равным по мощности двигателем, изготавливаемых мотоциклов, меньшее потребление горючего на 100 км пробега.

Прототипом предлагаемого мотоцикла МК является мотоцикл (БСЭ, изд. 2-е, т. 28, с. 457) с двухтактным и четырехтактным ДВС, выпускаемыми во всех промышленно развитых странах. Эти мотоциклы имеют плохую проходимость по бездорожью, особенно по песку, снегу, грязи, по обледенелой дороге, большую массу, малую удельную грузоподъемность, малую удельную мощность, большую затрату топлива на 100 км пробега, большую стоимость изготовления и эксплуатации мотоцикла, отнесенную к 1 кВт номинальной мощности его ДВС.

Задачей двигателя-компрессора является замена двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и компрессоров, выпускаемых промышленностью, на имеющие больший КПД и большую удельную мощность ДВС, меньшую металлоемкость и стоимость изготовления и эксплуатации на 1 кВт мощности двигателя, унификацию конструкции ДВС и компрессора с большей удельной производительностью и меньшей стоимостью изготовления и эксплуатации по сравнению с компрессорами равной производительности, выпускаемыми промышленностью.

Мотоцикл не имеет недостатков прототипа благодаря специально разработанному для него компактному роторному двигателю-компрессору ДКК, имеющему в 10 раз большую удельную мощность и в 2 раза больший КПД, чем у известных мотоциклетных ДВС, и позволившему сделать ведущим переднее колесо мотоцикла МК и заменить одно заднее колесо на два спаренных с более равномерной нагрузкой на каждое из трех ведущих колес МК (вместо одного ведущего у прототипа), в результате чего улучшились все технико-экономические характеристики МК по сравнению с прототипом.

Любое из двух задних спаренных колес МК может быть заменено на переднее колесо, что позволит использовать одно из задних колес как "запаску", при этом МК может проехать до конца маршрута со спущенной шиной одного из спаренных задних колес, не снижая скорости.

Колеса имеют обод вместо спиц, уменьшающий сопротивление воздуха при движении МК и уменьшающий налипание грязи на него.

Вышеупомянутые отличия МК от прототипа позволят завоевать России международный рынок мотоциклов и иметь практически неограниченный сбыт конкурентоспособных МК на этом рынке, а также позволит занять первые (призовые) места нашим мотоциклистам на МК на любых кроссовых соревнованиях и с тем большим превосходством, чем более тяжелой по проходимости (песок, грязь, снег, лед) будет трасса соревнований. Как спортивный мотоцикл он будет занимать все первые места на ледяных и гравийных дорожках стадионов благодаря всем ведущим колесам и существенно большей удельной мощности двигателя-компрессора ДКК.

Двигатель-компрессор является принципиально новым роторным ДВС, получающим для факельного горения топливо, избыточное количество сжатого воздуха от компрессора, жестко связанного с двигателем и имеющего с ним аналогичную конструкцию и принцип действия. ДКК является одновременно принципиально новым роторным компрессором, жестко связанным с ДВС, вращающим его ротор и получающим от компрессора часть его продукции сжатый воздух, необходимый для работы ДВС.

Так как в настоящее время нет средства того же назначения, что и двигатель-компрессор, т. е. для производства сжатого воздуха и для приведения во вращение рабочего вала устройства, потребляющего механическую энергию, вырабатываемую ДВС, характеризуемого совокупностью признаков, сходных с совокупностью существенных признаков двигателя-компрессора.

Существенные признаки двигателя-компрессора и его работы
1. Наличие одинаковых конструктивных элементов (статора, ротора, направляющих ротора, задвижки) ДВС и компрессора как равнозначных частей двигателей компрессора, функционально связанных между собой в единое устройство.

2. Наличие камер сжатия и разряжения, реализующих функционально связанные между собой, но взаимно противоположные процессы работы ЖКК, в результате которой может быть получена для потребителя избыточная мощность ДВС или избыточное количество сжатого воздуха, в зависимости от соотношения линейных размеров или числа этих камер.

3. Наличие воздуховода между камерами сжатия и расширения с клапаном, функционально связанным с положением заслонок в камерах сжатия и расширения, и открывающегося под давлением сжатого воздуха.

4. Поперечный профиль камер расширения и сжатия, имеющий неизменное расстояние между противоположными точками поверхности, по которой прокатываются катки, установленные на противоположных торцовых сторонах задвижек.

5. Воздушная смазка (воздушный зазор) между торцовыми поверхностями вращающейся заслонки и поверхностями камер сжатия и расширения, в результате которой исключается необходимость в масляной смазке (например, поршня и цилиндра ДВС) и уменьшаются потери на трение.

6. Наличие малой камеры с форсунками факельного горения топлива в избыточном количестве сжатого воздуха и с электросвечами зажигания этих факелов.

7. Преобразование давления газов сгоревшего топлива непосредственно в механическую энергию вращения заслонки камеры расширения и преобразование механической энергии вращения заслонки в камере сжатия в повышение давления сжимаемого воздуха.

8. Реализация идеи однотактного ДВС только с рабочим тактом вращения заслонки с двумя рабочими тактами за время одного оборота ротора с заслонкой ДКК.

9. Создание буферной камеры между концами заслонки компрессора, многократно снижающей отрицательное влияние утечки воздуха из камеры сжатия в буферную камеру и утечки сжатого воздуха из "вредного объема" в буферную камеру на производительность работы компрессора.

10. Наличие шестерней равного диаметра роторов ДВС и компрессора ДКК, находящихся в постоянном зацеплении друг с другом и обеспечивающих вращение заслонок роторов ДВС и компрессора во взаимно противоположных направлениях и с равными угловыми скоростями.

Вышеупомянутые существенные признаки позволили повысить КПД двигателя ДКК в 2 раза и увеличить его удельную мощность в 10 раз по сравнению с известными ДВС и в такой же мере улучшить эксплуатационные характеристики компрессора двигателя-компрессора по сравнению с известными компрессорами. Кроме того, унификация деталей двигателя и компрессора ДКК позволила упростить производство и ремонт изделия, объединить производство ДВС и компрессоров для всего народного хозяйства на одном заводе, а улучшение характеристик ДВС и компрессоров позволило уменьшить более чем в 10 раз стоимость изготовления ДВС и компрессоров и в десятки раз увеличить прибыльность производства. Высокая конкурентоспособность продукции такого завода на международном рынке позволит иметь практически неограниченный масштаб спроса на ДКК с вышеупомянутыми технико-экономическими характеристиками.

На фиг. 1 дан вид сбоку МК со снятыми боковыми щитками рамы; на фиг. 2 -сечение А-А на фиг.1 без донного щитка; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 место Л на фиг 3 в увеличенном виде; на фиг. 5 вид сверху МК; на фиг. 6 сечение задних колес по их оси вращения; на фиг. 7 сечение В-В на фиг. 1 в масштабе фиг. 6; на фиг. 8 сечение Г-Г на фиг. 9 с выноской по стрелке сечения малой камеры в увеличенном масштабе; на фиг. 9 сечение Д-Д на фиг. 8; на фиг. 10 сечения Е-Е и Ж-Ж на фиг.7.

Мотоцикл МК имеет раму 1, переднюю вилку 2, переднее колесо 3, два задних колеса 4, двигатель 5, 6 с компрессорами 7 и 8 соответственно переднего колеса 3 и задних колес 4, сцепление с коробкой передач 9 и 10 и цепной передачей 11 и 12 соответственно переднего колеса 3 и задних колес 4, руль 13, фару 14, бак 15 для топлива, седло 16 водителя и пассажира, топливный насос 17, электрогенератор 18, аккумулятор с преобразованием электроэнергии 19, заводную ручку 20, подножку 21 водителя и пассажира, педаль 22 ножного тормоза задних колес 4.

Возможность установки двигателя 5 с компрессором 7, сцепления с коробкой передач 9 и цепной передачей 11 переднего колеса 3 выявлена (обеспечена) благодаря компактности, малым габаритам и большой удельной мощности двигателя-компрессора переднего и задних колес мотоцикла. При этом двигатели-компрессоры переднего и задних 4 колес имеют одинаковое устройство, но двигатель-компрессор 6,8 обладает в два раза большей мощностью, чем двигатель-компрессор 5,7, т.к. нагрузка на два задних колеса 4 вдвое больше, чем на переднее колеса 3. В соответствии с этим двигатель-компрессор 6,8 имеет большие линейные размеры в 1,26 раза, чем двигатель-компрессор 5,7.

Рама 1 имеет донный щиток 23, приваренный к ее нижним штангам, и боковые щитки 24 и 25, соединенные болтами с боковыми штангами рамы 1. Правый щиток 25 имеет воздухозаборник компрессора 8.

На верхних штангах рамы 1 установлен топливный бак 15 с помощью его пластин 26, которые вместе со щитками 24 и 25 соединены болтами 27 со штангами рамы 1. На верхней поперечной штанге 28 рамы 1 закреплено на оси вращения седло 16, противоположный конец которого опирается на две рессорные пружины 29 и на амортизаторы 30, установленные на боковых штангах рамы 1.

На левой вертикальной штанге 31 установлена ось вращения заводной ручки 20, а на поперечных штангах рамы 1 установлен щиток 32 задних колес 4. Во втулке 33 рамы 1 проходит рулевая колонка передней вилки 2. На передней вилке 2 установлен подрамник 34 со щитком 35 переднего колеса 3 и со съемным кожухом-обтекателем 36, двигатель-компрессор 5,7. Ссцепления с коробкой передач 9 установлены на верхней части щитка 35. Кожух-обтекатель 36 крепится на подрамнике 34 так же, как бак 15 на раме 1.

Топливный насос 17 соединен с двигателями 5 и 6 бензопроводом 37 в стабильной обмотке, обеспечивающим передачу топлива под давлением до 100 кг/см². Вместе с бензопроводом 37 проходит электрокабель от рамы 1 к подрамнику 34 до двигателя 5 и сцепления коробки передач 9, по которому передается электоэнергиля, необходимая для работы устройств 5 и 9.

Управление работой двигателя-компрессора 5,7 и двигателя-компрессора 6,8, а также коробками передач со сцеплениями 9 и 10 производится в результате замыкания контактов электроцепи мотоцикла МК, расположенных на руле 13, вместо рычагов механической системы управления двигателем известных мотоциклов.

Задние колеса 4 (фиг. 8) имеют ось 38, установленную в раме 1, ступицу 39 с торможным барабаном (не показан), с зубчаткой 40 цепной передачи 12 и с круговым выступом 41, к которому приварены цилиндрические стержни 42, проходящие через втулки 43 двух ободов 44 с пневматическими шинами 45. Ободы 48 двух колес стягиваются завинчиванием гайки 46 на навинтованный конец стержня 43. Таких стержней, установленных по окружности выступа 41 через равные центральные углы, может быть от 3 до 6. Ступица 39 с тормозным барабаном, приводимым в действие педалью 22 ножного тормоза, и с подшипниками, установленными на оси 38, имеют конструкцию выпускаемых мотоциклов. Вентиль 47 шины 45 выведен на боковую сторону обода 44. Переднее колесо 3 имеет ступицу 39 аналогичной конструкции, но без тормозного барабана, с укороченными стержнями 42, рассчитанными на закрепление одного обода 44 с пневматической шиной 45. В соответствии с этим ступица 39 и ось 38 переднего колеса 3 короче, чем ступица 39 и ось 38 задних колес 4, на ширину (толщину) обода 44. Обод 44 с шиной 45 задних колес 4 может быть установлен на ступице 39 переднего колеса, и наоборот.

Механические органы управления, установленные на руле прототипа, заменены на мотоцикле МК на контактные устройства, замыкающие электроцепи, в которые включены электромагнитные реле, вырабатывающие механическое воздействие на сцепление и коробку передач переднего и задних колес МК. Кроме того, на рукоятке 47 руля 13 установлены электороконтакты управления длительного импульса включения форсунок факельного горения топлива вместо управления дросселем карбюратора, а на ручке 49 электроконтакты переключения коробок передач с выключением и включением сцепления переднего 3 и задних 4 колес. Без изменения оставлен на руле переключатель ближнего и дальнего света с кнопкой звукового сигнала, и установлен переключатель указателей поворота. Вместо рычага управления передним тормозом установлен прерыватель электроцепи работы форсунок горения топлива при включенном сцеплении. Во время замыкания этого контакта торможение МК производится работой двигателей-компрессоров 5,7 и 6,8 без поступления топлива за счет энергии вращения колес 3 и 4, которые будут тормозиться с помощью передач 11 и 12. Во время включения педали 22 ножного тормоза задних колес также производится размыкание электроцепи работы форсунок горения топлива при включенном сцеплении, в результате чего увеличивается тормозной эффект от работы двигателей-компрессоров 5,7 и 6,8 с помощью передач 11 и 12.

Роторный двигатель 5 имеет цилиндрические корпуса статора 50 и ротора 51, между которыми образованы расширительные камеры 52. Камер 52 может быть две, три или четыре, в зависимости от принятой мощности и габаритных размеров двигателя 5. Смежные камеры 52 отделены друг от друга кольцевой стенкой 53 статора 50.

На роторе 51 установлены направляющие 54 движения заслонки 55, перекрывающей своими концами расширительные камеры 52. По краям торцовых сторон 56 заслонок 55 установлены катки 57, прокатывающиеся по внутренней поверхности статора 50, образующей камеры 52, обеспечивая минимальный воздушный зазор между этой поверхностью и торцовой стороной 56 заслонки 55. Расстояние между поверхностями камер 52, по которым прокатываются катки 57, равно расстоянию между поверхностями качения противоположных катков 57, соприкасающимися с поверхностью камер 52. В направляющих 54 установлены катки 58, прокатывающиеся по заслонке 55 и обеспечивающие минимальный воздушный зазор между поверхностями направляющих 54 и заслонки 55.

На торцовых стенках 59 ротора 51 установлены полуоси 60 вращения ротора 51 в подшипниках торцовых стенок 61 статора 50. На правой полуоси 60 установлена шестерня 62, находящаяся в зацеплении с шестернями 63 и 64 компрессора 7 и сцепления 9. Шестерни 62, 64 и 68 имеют равные диаметры. На левом конце выходного вала 65 коробки передач закреплена зубчатка 66, соединенная цепной передачей 11 с зубчаткой 67, установленной на ступице 39 переднего колеса 3. Статор 50 закреплен на щитке 35 кронштейнами 68 и болтами 69.

На статоре 50 в его передней стенке, образующей камеру сгорания 70, прорезано окно 71 и сформирована малая камера 72, в которой установлены электросвечи 73 зажигания и форсунка 74 подачи топлива по патрубку 75, соединенному с бензопроводом 37 топливного насоса 17. На задней стенке статора 50 прорезано окно 78, соединяющее расширительную камеру 52 с выхлопной трубой 77, противоположный конец которой проходит под щиток 35 до уровня правой стороны обода 44 переднего колеса 3.

Окна 71 и 76 имеют ширину, равную расстоянию между катками 57 заслонки 55, которые прокатываются по краям этих окон. Такую же ширину имеет воздуховод 78, соединяющий камеру сжатия 79 компрессора 7 с камерой сгорания 70. В момент, когда давление воздуха в камере сгорания 70 станет больше давления в камере сжатия 79, под воздействием этого давления подпружиненная дверца 80, перекрывающая воздуховод 77, откроет его поворотом вокруг ее оси 81 с пружиной, препятствующей ее открытию.

Статор 50 имеет теплоизолирующее покрытие 82, изображенное на фиг. 8 и 9 крестообразной штриховкой. Такое же покрытие имеет внутренняя поверхность ротора 51. Статор 50 жестко соединен со статором 83 компрессора 7 корпусом воздуховодов 78, число которых равно числу камер расширения 52. Статор 33 имеет входное окно 84 с воздухозаборником 85 и радиаторные ребра 86, увеличивающие поверхность охлаждения статора 83.

Ротор 87 компрессора 7 имеет одинаковое устройство с ротором 51, с той лишь разницей, что его внутренняя поверхность не имеет теплоизоляции и через его внутренний объем проходит наружный воздух, поступающий через отверстия 88 в полуосях ротора 87 и через отверстия в торцовой стенке ротора, разделяющей его смежные объемы, в которых установлены направляющие 54. Этот воздух, охлаждающий стенки ротора компрессора, проходит по трубке к левой полуоси от воздухозаборника 85.

В исходном положении мотоцикл устанавливается на твердом грунте вертикально с помощью опорных ножек 89, имеющих ось вращения 90, соединенную с опорной ножкой 21.

Отрывают кран 91 поступления топлива из топливного бака 15 в топливный насос 17, и при закрытом кране 92 бензопровода 37, выключенном сцеплении и включенных форсунках 74 и электросвечах 73 производят вращение ротора двигателя 6 с помощью заводной ручки 20. Вращением рукоятки 48 устанавливают обороты холостого хода двигателя 6. Откидывают опорную ножку 89 в транспортное положение, включают сцепление при установке первой скорости в коробке передач 10 с помощью поворота рукоятки 49. При этом включается сцепление и начинается движение, в начале которого включают бензопровод 37 поворотом крана 92. После нескольких оборотов колеса 3 двигатель 5 заводится и колесо 3 становится ведущим на той же первой скорости коробки передач 9. Поворотом рукоятки 48 увеличивают обороты двигателей 5 и 6, а поворотом рукоятки 49 включают следующую вторую скорость коробок передач 9 и 10, в результате чего скорость движения МК возрастает. Следующим поворотом рукояток 48 и 49 устанавливают желаемую скорость движения. В соответствии с мощностью, развиваемой двигателем 6, увеличиваются скорость вращения электродвигателя топливного насоса 17 и его производительность. Топливный насос имеет предохранительный клапан, не допускающий превышения допустимого давления в бензопроводе 37.

Двигатель-компрессор задних колес 4 приводится в действие вращением заводной ручки 20 при закрытом кране 92 и выключенном сцеплении коробки передач 10. В этот момент, показанный на фиг. 8 компрессор вращением конца заслонки 55 создаст давление сжатого воздуха, которое откроет дверцу 80, и через воздуховод 78 сжатый воздух начнет поступать в камеру сгорания 70. Этому процессу будет способствовать вращение конца заслонки 55 двигателя, увеличивающее объем камеры сгорания 70. В момент касания роликом 57 электоконтакта Н, установленного на дорожке проката ролика 57, срабатывают форсунки 74 и электросвечи 73, поджигающие струи бензина, выбрасываемые форсунками 74. Давление в камере сгорания 70 превысит давление воздуха в конце камеры сжатия, и дверца 80 под воздействием своей пружины закроется. В зависимости от длительности работы форсунок 74, создающих факельное горение бензина в избытке воздуха, в камере сгорания будет создаваться большее или меньшее давление газов сгоревшего топлива и поддерживаться это давление за больший или меньший поворот конца заслонки 55 двигателя. В результате такого изменения длительности горения факела, определяемой вращением рукоятки 48, крутящий момент, передаваемый заслонкой 55 на ротор 50, может изменяться в десятки раз, при этом он будет тем больше, чем медленнее вращается ротор 50. Это свойство роторного двигателя упростить коробку передач, уменьшив число передач до двух-трех. При одной и той же длительности работы форсунок 74 давление на конце заслонок будет тем больше, чем медленнее увеличивается объем камеры сгорания, т.к. при меньшем объеме камеры до большей величины возрастает давление в нем газов сгоревшего топлива и более длительное время оно воздействует на конец заслонки. Импульс силы давления на конец заслонки, определяемый произведением силы на время ее действия, будет возрастать с уменьшением скорости вращения ротора за счет пропорционального увеличения времени действия силы давления и за счет увеличения силы давления продуктов горения в меньшем объеме камеры сгорания. Следовательно, импульс силы, воздействующей на заслонку, будет обратно пропорционален квадрату вращения ротора. Кроме того, импульс силы пропорционален длительности горения топлива в факелах, создаваемых форсунками 74. Таким образом, при скорости вращения ротора 5 оборотов в секунду и при максимальной длительности импульса работы заслонки 74, необходимой для получения максимального значения крутящего момента ротора 51, крутящий момент может быть в 200 раз большим на низшей передаче, чем при скорости вращения 50 оборотов в секунду и длительности импульса работы форсунок 74, в два раза меньшей, чем при высшей передаче коробки передач. Это свойство двигателя позволяет в несколько раз уменьшить отношение скоростей вращения ротора 51 и колес 3 и 4 для высшей и низшей скоростей передач коробок передач 9 и 10 и тем самым упростить коробку передач, уменьшить ее массу, увеличить ресурс ее работы и упростить управление скоростью движения МК меньшим числом переключений коробок передач.

Максимальная длительность импульса работы форсунок 74 определяется возможностью полного сгорания топлива в факелах при минимальном избытке воздуха, который определяется экспериментально и, по-видимому, может быть принят равным 1,2-1,3 избытка воздуха. Минимальная длительность импульса работы форсунок 74 определяется надежным воспламенением струи топлива с помощью электросвеч 73, определяется также опытным путем и, по-видимому, может быть в 10 раз меньше, чем максимальная длительность импульса. Учитывая также возможности двигателя ДКК коробка передач переднего колеса в дорожном варианте мотоцикла ИК может быть исключена, а в спортивном варианте существенно упрощена.

Во время факельного горения топлива в расширяющейся камере сгорания при вращении заслонки 55 скорость увеличения давления будет в десятки раз меньше, чем в поршневом ДВС во время воспламенения топливной смеси. В соответствии с этим сила звука работающего двигателя ДКК будет в десятки раз меньше, чем сила звука поршневого ДВС, работающего без глушителя. По этой причине исключается необходимость использования глушителя при работе двигателя-компрессора, применяемого для мотоцикла.

Двойной избыток воздуха для сгорания топлива, расширяющаяся камера сгорания в момент воспламенения топлива, больший показатель расширения газов в камере расширения ДКК, чем в цилиндре поршневого ДВС, в несколько раз уменьшают температуру выхлопных газов и тепловые потери и позволяют отказаться от охлаждения двигателя. Этому способствуют также более низкая температура сжатого воздуха, поступившего от компрессора в камеру сгорания 70, меньшие потери на трение при движении заслонки 55, чем при движении поршня, и отсутствие масла для смазки, которое необходимо для работы поршневых ДВС.

Уменьшение более чем в 2 раза тепловых потерь двигателя ДКК по сравнению с поршневым ДВС позволило в 2 раза увеличить КПД предлагаемого ДКК по сравнению с известными ДВС.

Работа ДКК только с тактом рабочего хода заслонки 55 позволила исключить маховик, а непосредственное использование давления продуктов сгоревшего топлива для реализации вращения ротора 51 позволило исключить кривошипно-шатунные механизмы вместе с коленчатым валом поршневых ДВС.

Все это позволило существенно упростить устройство двигателя-компрессора, более чем в 10 раз увеличить его удельную мощность по сравнению с поршневыми ДВС и в такой же пропорции уменьшить металлоемкость и стоимость ДКК равной мощности с поршневым ДВС.

Уменьшение скорости движения заслонки 55 в направляющих 54 по сравнению со скоростью движения поршня в цилиндре ДВС, меньшее и более равномерное воздействие давления продуктов воспламененного топлива на заслонку, чем на поршень ДВС, меньшее число движущихся деталей двигателя ДКК позволили в 2-8 раз увеличить его ресурс работы и в той же пропорции сократить расходы на его ремонт, а с учетом в 10 раз большей удельной мощности двигателя-компрессора расходы на приобретение двигателя равной мощности и равной длительности эксплуатации уменьшатся в 20-30 раз.

При работе компрессора поступление воздуха через воздухозаборник 85 и окно 84 в камеру сжатия 70 начинается со среднего положения концов заслонки 55, отображенного пунктирными линиями на фиг. 8, и продолжается до полного противоположного конца заслонки (условно назовем его вторым концом) в то же положение 95, которое занимал первый ее конец. Затем воздух, занявший всю камеру сжатия между первым и вторым концами заслонки 55, при дальнейшем вращении ротора сжимается до давления, например, в 10 раз в тот момент, когда объем камеры сжатия перед вторым концом заслонки 55 уменьшится в 10 раз (на фиг. 8 это положение второго конца заслонки отображено пунктиром, обозначенным позицией 93). При дальнейшем вращении ротора 51 под давлением воздуха откроется дверца 80 и сжатый воздух с давлением в 10 кг/см² станет поступать в камеру сгорания двигателя 5. Когда второй конец займет положение 94, первый конец займет положение 95 и между ними образуется буферная камера, в которой воздух получит предварительное сжатие в 1,4-1,5 раз. Значение буферной камеры состоит в том, что утечка воздуха из камеры сжатия, образовавшаяся перед передним концом заслонки 55, в буферную камеру не уменьшает производительности компрессора, т.к. этот воздух будет при дальнейшем вращении ротора подведен к воздуховоду 78 задним концом заслонки бывшей буферной камеры, которая преобразуется в камеру интенсивного сжатия при подходе этого конца заслонки 55 к положению, отмеченному пунктирной линией 93.

ДКК может использоваться как компрессор. В этом случае число камер сжатия компрессора будет больше числа камер расширения двигателя и избыточные камеры сжатия компрессора относительно числа камер расширения двигателя может иметь линейные размеры, большие, чем линейные размеры камер сжатия, соединенных с камерами расширения. Избыточные камеры сжатия соединяют воздуховодами 78 с потребителем сжатого воздуха.

Двигатель-компрессор как компрессор, приводимый в действие спаренным с ним двигателем, будет иметь в 10 раз большую удельную производительность (т. е. производительность, отнесенную к 1 кг его массы с двигателем), в 2 раза больший КПД по затраченному топливу на его работу, в несколько раз меньшую стоимость изготовления и эксплуатации по сравнению с компрессорами с электродвигателями, приводящими их в действие, при равной производительности сжатого воздуха для потребителя.

Такие характеристики ДКК как компрессора с ДВС позволят заменить используемые в настоящее время компрессоры с окупаемостью капитальных затрат, в несколько раз меньшей, чем нормативная.

Ориентировочный расчет МК мотоцикла и его эффективности
Основное отличие МК от известных мотоциклов составляет роторный ДВС, обеспечивающий в 2 раза больший КПД и в 10 раз большую удельную мощность, чем ДВС, применяемый в прототипе, и, как следствие этого, реализация возможности установки двух задних колес и двух роторных ДВС: более мощного для задних колес и в 2-3 раза менее мощного -для передних колес.

Для расчета роторного двигателя 5 примем, что он изображен на фиг. 8 и 9 в натуральную величину, а компрессоры 7 и 8 поставляют сжатый воздух с давлением 10 кг/см² в количестве, в 2 раза превышающем необходимое для полного сгорания топлива в двигателях при скорости вращения их роторов, равной 50 оборотов в сек.

На фиг. 8 пунктирной линией от точки Н до точки К обозначена траектория движения точки заслонки, к которой приложена равнодействующая сил давления газов во время ее рабочего хода после окончания горения топлива в виде факела в камере сгорания, условно ограниченной положением заслонки вблизи точки Н.

Объем камеры сгорания двигателя 5 равен
3,0 см • 2 см • 0,5 • 4,6 см 13,8 см³
Этот объем заполнен сжатым воздухом в количестве
13,8 см³ • 10 (кг/см²) 1,4 • 10³ см³/г 0,1 г
Для сгорания топлива в двукратном избытке топлива через форсунки 74 в камеру сгорания вводится бензин в количестве
0,1 30 0,0033 г
За 1 сек в одну камеру сгорания, образованную поочередно каждым из концов заслонки 55, вводится бензин в количестве

В две камеры сгорания двигателя вводится 0,67 г/сек или 2,4 кг/час.

При сгорании факела бензина в камере сгорания температура поднимается на 0,0033 град: 11 ккал/г: 1540^o. Вследствие этого давление в камере сгорания возрастет до величины
10 кг/см² • (1540^o 273^o + 1) 66 кг/см²
Однако это давление будет быстро уменьшаться по мере движения заслонки как за счет расширения газов, пропорционального увеличению объема расширительной камеры, пройденной концом заслонки, так и за счет уменьшения температуры газов, производящих работу по движению заслонки.

Объем камеры расширения, равный 12 см • 2,5 см • 4,6 см 138 см³, вызовет понижение температуры при расширении газов с 13,8 см³ до 138 см³ (в 10 раз) до 400^o, т. е. 1140^o 273^o + 1 5 раз, и соответствующее уменьшение давления выхлопных газов. В результате этих процессов среднее давление на заслонку можно принять равным
66 кг/см² (10 + 5) • 0,5 8,8 кг/см²,
а давление выхлопных газов равным
66 кг/см² (10 • 5) 1,3 кг/см².

При среднем давлении 8,8 кг/см² и средней площади конца заслонки, равной 11 см, на которую воздействует это давление при ее движении по траектории, обозначенной пунктиром на фиг. 8, и имеющей длину 12 см, будет произведена работа двумя концами заслонки, равная
2 • 8,8 кг/см² • 11 см² • 12 см 2320 кгсм 23,2 кгм за 1 сек,
т.е. за 50 оборотов заслонки будет получена мощность, равная

Две заслонки ДВС МК будут иметь мощность 22,8 кВт. 3,8 кВт этой мощности будет затрачено на работу компрессора и электрогенератора, а 19 кВт на работу задних колес.

КПД двигателя мотоцикла можно определить из уравнения

Потери тепловой энергии с выхлопными газами составят

Тепловые потери будут и за счет нагрева корпуса двигателя и его охлаждения воздушным потоком при движении мотоцикла. Потери потенциальной энергии за счет давления выхлопных газов составит менее кВт. Менее 1 кВт составят потери на трение деталей ДВС при его работе. Суммарные потери составят менее 10 кВт, что хорошо согласуется с расчетом КПД из вышеприведенного уравнения.

КПД роторного двигателя, равный 63% в 2-3 раза превосходит КПД известных двухцилиндровых ДВС мотоциклов.

Роторный ДВС задних колес будет иметь мощность, в 2 раза большую, равную 38 кВт. Суммарная мощность переднего и заднего двигателей МК будет равна 57 кВт.

Объем двигателя 5 с компрессором 7 равен
2 • 4,5см² • 3,14 • 11 см 700 см³.

Его массу можно принять равной 1 кг, тогда удельная мощность двигателя будет равна 19 кВт/кг, что более чем в 10 раз превышает мощность мотоциклетных ДВС.

Линейные размеры двигателя 6 и компрессора 8 больше линейных размеров двигателя 5 и компрессора 7 в 1,3 раза, а их масса больше в 2 раза.

На фиг. 9 изображен двигатель с двумя расширительными камерами, однако роторный двигатель МК может быть трех- и четырех камерным с большей мощностью соответственно в 1,5 и 2 раза при том же диаметре его статора. С целью унификации производства МК можно рекомендовать изготавливать двигатели для переднего и задних колес МК равного диаметра из статоров и роторов, но двигатель переднего колеса изготавливать с двумя камерами 52, а двигатель для задних колес с четырьмя расширительными камерами 52. В соответствии с этим компрессоры 7 и 8 будут иметь равные диаметры, но компрессор 8 будет иметь вдвое больше камер сжатия, чем компрессор 7.

Диаметр компрессора 7 определим исходя из условия обеспечения потребности двигателя 5 в сжатом воздухе до 10 кг/см² при заданном двойном избытке воздуха для факельного горения топлива и при равной угловой скорости вращения роторов компрессора 7 и двигателя 5.

При равенстве линейных размеров ротора и статора компрессора 7 и двигателя 5 их камеры сжатия и расширения будут равны друг другу, а открытие клапана 78, соединяющего эти камеры, начнется при давлении воздуха 10 кг/см², и воздух с таким давлением займет камеру сгорания, имеющую объем, в 11 раз меньший, чем камера сжатия 79. Поставленное условие будет выполнено во время движения мотоцикла со скоростью, большей 60 км/час, т.к. в этом случае скоростной напор воздуха, поступающего в камеру сжатия, заполнит ее с давлением, равным атмосферному. В случае отсутствия скоростного напора воздуха камера сжатия будет заполняться с давлением воздуха меньше атмосферного на 5-10% обусловленным всасыванием воздуха концом заслонки при ее вращении. Однако такое уменьшение давления не будет иметь существенного значения для работы двигателя при малых скоростях движения мотоцикла, во время которых не используется максимально возможная мощность двигателя.

При КПД двигателей 5 и 6, в 2 раза большем, чем КПД двухтактных и четырехтактных двигателей мотоциклов, масса баков 15 с топливом будет в 2 раза меньше, чем у известных мотоциклов, на ту же дальность. За счет этого преимущества перед мотоциклами с мощностью двигателя до 30 кВт будет получена экономия массы мотоцикла более чем на 10 кг. Масса всего мотоцикла МК будет как минимум в 1,5 раза меньше массы известных мотоциклов такой же мощности. В результате с более простым устройством, большим в 2 раза КПД и большей в 10 раз удельной мощностью двигателей стоимость изготовления и эксплуатации МК будет в 1,5-2 раза меньше, чем известных мотоциклов, при существенно лучших его транспортных характеристиках (проходимости, скорости, грузоподъемности, тяговом усилии, допускающем применение прицепа или коляски).

Как спортивный мотоцикл МК будет иметь решающее преимущество на любых соревнованиях по кроссу, и тем больше, чем трасса соревнований будет хуже по проходимости, а также на ледяных и гравийных дорожках стадионов в результате большей (удельной) мощности двигателя, лучшей проходимости, лучшего сцепления ведущих колес с грунтом (дорогой), наличием трех ведущих колес вместо одного ведущего у известных мотоциклов, меньшей массе мотоцикла МК, более равномерной нагрузки на его передние и задние колеса. Эти преимущества МК позволят спортсменам на мотоциклах МК любого класса по объему двигателя занимать все первые (призовые) места на всех соревнованиях мотоциклистов.

Использование: в мотоциклетной и моторостроительной промышленности. Сущность изобретения: мотоцикл имеет ведущие переднее и задние колеса, приводимые в действие двумя двигателями- компрессорами большой удельной мощности, обеспечивающей ему лучшую проходимость плохих участков дорог и бездорожья, большую скорость движения, большую грузоподъемность, меньшую стоимость эксплуатации, меньшую металлоемкость и стоимость изготовления, приходящуюся на 1 кВт мощности и на 1 кг грузоподъемности. Двигатель ДКК может найти эффективное применение также во всех устройствах, в которых используется ДВС и компрессор ДКК как компрессор, имеющий большую удельную производительность, больший КПД, меньшую стоимость изготовления и эксплуатации, чем применяемые в настоящее время компрессоры равной производительности. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Мотоцикл, содержащий раму, переднее и заднее колеса, руль, устройство управления, установленные на руле, двигатель внутреннего сгорания, сцепление с коробкой передач, выхлопную трубу, цепную передачу от сцепления на ступицу заднего колеса, электрогенератор, аккумулятор с преобразователем тока, бак с топливом, седло, ножной тормоз, фару, отличающийся тем, что колеса выполнены спаренными, установлены два двигателя-компрессора для переднего и задних колес с цепной передачей от сцепления к ступице переднего колеса, на руле установлены электрические контакты, замыкающие электроцепи реле, при этом двигатель-компрессор имеет статоры двигателя и компрессор, соединенные воздуховодом, роторы двигателя и компрессоры с направляющими заслонок, каждая из которых установлена между катками направляющих, при этом заслонка имеет катки, установленные по ее торцевым сторонам для перемещения по внутренней поверхности статора, расширительные камеры, образованные поверхностями статора, ротора и концами заслонок двигателя, камеры сжатия, образованные поверхностями статора, ротора и концами заслонок компрессора, малую камеру статора с установленными в ней форсунками, подачи топлива и электросвечами зажигания, окно в задней части расширительной камеры выхода выхлопных газов в трубу выхлопных газов, окно передней части камеры сжатия для соединения ее с воздухозаборником, шестерни, установленные на концах осей вращения ротора двигателя и ротора компрессора, при этом шестерни роторов двигателя и компрессора равного диаметра выполнены с возможностью зацепления друг с другом, а шестерня, установленная на противоположном конце оси ротора двигателя, выполнена с возможностью зацепления с шестерней коробки передач, число камер расширения двигателя равно числу камер сжатия компрессора, а наружная поверхность статора двигателя имеет термоизолирующее покрытие, наружная поверхность статора компрессора имеет радиальные ребра радиатора воздушного охлаждения. 2. Мотоцикл по п.1, отличающийся тем, что число камер сжатия больше числа камер расширения, и камеры сжатия, избыточные относительно камер расширения, соединены воздуховодом сжатого воздуха с его потребителем, при этом все камеры сжатия компрессора имеют общий корпус статора и общую геометрическую ось вращения ротора, избыточные камеры сжатия могут иметь линейные размеры больше, чем камеры сжатия, соединенные с камерами расширения. 3. Мотоцикл по п.1, отличающийся тем, что число камер расширения двигателя равно числу камер сжатия компрессора.