Орбитальный двигатель

Необычный двигатель, созданный инженером из г. Перта Ральфом Сейричем.
Сейрич не специалист по двигателям внутреннего сгорания, он работал над гидравлическими и пневматическими машинами, среди которых не последнее место занимали разного рода насосы. Действие насоса построено на том, что в нем существуют полости или отсеки, объем которых периодически изменяется. При увеличении объема происходит всасывание жидкости или газа, при уменьшении - выталкивание их, подача под давлением.

Коловратный насос:
1 - корпус;
2 - энсцентрик;
3 - лопатка;
4 - пружина;
5 - камера;
6 - впускной клапан;
7 - выпускной клапан;
8 - ось вращения эксцентрика.

Перед нами многокамерный коловратный насос. В цилиндрической полости его корпуса 1 вращается относительно оси 8 эксцентрик 2. Лопатки 3, прижимаемые пружинами 4 к эксцентрику, образуют четыре камеры 5, объемы которых при его вращении периодически изменяются. Таким образом, эксцентрик 2 является поршневым элементом.
Если в таком насосе вместо всасывающего (впускного) 6 и нагнетательного выпускного) 7 клапанов установить клапаны обычного поршневого мотора и свечу зажигания, то подобный механизм, на первый взгляд, должен работать как четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. Однако в нем есть существенный недостаток, который делает конструкцию практически малопригодной. Почему? При работе лопатки располагаются относительно эксцентрика то по его диаметру (А и В), то по хорде (Г и В). Следовательно, они могут иметь контакт с поверхностью эксцентрика только по линии, и концы лопаток должны быть скруглены. При сравнительно невысоких давлениях, существующих в камерах насосов такого типа, нужную эффективность уплотнения еще можно обеспечить. Когда же дело касается двигателя внутреннего сгорания, где давление в камерах достигает 60-80 кг/см², создать надлежащее уплотнение очень трудно. Во всяком случае, на роторных двигателях уплотнение лопаток до сих пор остается "больным местом".
Поэтому Сейрич начал поиски иного конструктивного решения, которое позволило бы создать более надежное уплотнение рабочих камер двигателя. Для этого, рассуждал он, лопатка должна прижиматься ас поршневому элементу не по линии, а по всей своей толщине. Как это достигается?

Рис. 1. Схема устройства двигателя Сейрича:
а - вид спереди (разрез);
б - вид сзади (разрез);
в - характер движения частей;
1 - корпус;
2 - лопатка;
3 - поршневой элемент;
4 - личинка лопатки;
5 - паз;
6 - кривошип;
7 - ось вращения кривошипа;
8 - полость над лопаткой;
9 - впускной клапан;
10 - свеча;
11 - выпускной клапан;
12 - эксцентрик направляющего устройства.
На рисунках а и б красным цветом показаны кривошип и эксцентрики, а также рабочие камеры переменного объема.

В двигателе австралийского изобретателя, в отличие от рассмотренной схемы насоса, сделано не четыре, а семь рабочих камер (рис. 1, а), а поршневой элемент 3 представляет собой семигранник с округленными ребрами.

Соединение лопатки с поршневым элементом.
2 - лопатка;
3 - поршневой элемент;
4 - личинка лопатки;
5 - паз;
13 - планка.


Все лопатки 2 расположены перпендикулярно к граням (которые представляют собой плоскости) и свободно скользят по ним. В то же время лопатки могут перемещаться в прорезях корпуса 1, причем каждая из лопаток снабжена по бокам цилиндрическими личинками 4, которые скользят в пазах 5 поршневого элемента 3. В свою очередь, личинки 4 соединены с лопатками 2 планками 13, для которых в передней и задней торцевых крышках корпуса сделано по семь радиальных канавок. Поршневой элемент 3 надет на эксцентричную ("шатунную") шейку кривошипа 6 (см. рис. 1), который вращается в подшипниках, расположенных в торцевых крышках. Во избежание перекосов поршневого элемента в задней торцевой крышке корпуса установлен корректирующий механизм (см. рис. 1, б). Он состоят из трех эксцентриков 12, равномерно расположенных вокруг оси 7 кривошипа 6. Размеры этих эксцентриков выбраны так, что они препятствуют проворачиванию поршневого элемента 3 в корпусе 1, допуская только плоско-параллельное перемещение его. Таким образом, при вращении кривошипа 6 поршневой элемент 3 относительно корпуса 1 не вращается (см. рис. 1, в). Пазы 5 движутся вместе с поршневым элементом взад-вперед относительно личинок 4. Сами лопатки перемещаются только вдоль прорезей в корпусе 1. В итоге получается, что любая точка поршневого элемента за один оборот кривошипа 6 движется по круговой траектории (рис. 1, в), то есть совершает, как говорят, орбитальное движение относительно оси 7. По этой причине австралийский изобретатель и назвал свой мотор орбитальным.

В корпусе 1 (см. рис. 1, а) против каждой камеры расположены впускной и выпускной каналы с соответствующими клапанами 9 и 11 и свеча 10. Привод к клапанам может быть осуществлен, очевидно, только по схеме, принятой для авиационных звездообразных поршневых моторов - с кулачковой шайбой, длинными штангами толкателей и коромыслами.
В таком случае большая инерция длинных штанг не позволит форсировать двигатель по числу оборотов. Предвидя, что этот недостаток может сыграть решающую роль в судьбе нового двигателя, Сейрич наряду с упомянутым четырехтактным вариантом разработал двухтактный. В нем нет клапанов, а распределение осуществляется благодаря перекрытию впускных и выпускных окон, расположенных в торцевых крышках корпуса, поршневым элементом - подобно поршню в привычных нам двухтактных мотоциклетных моторах. Воздух для продувки подается отдельным насосом.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя Сейрича. В верхнем ряду слева направо:
впуск; сжатие; воспламенение;
в нижнем ряду слева направо: догорание; рабочий ход; выпуск.
1 - корпус;
2 - лопатка;
3 - поршневой элемент;
4 - личинка лопатки;
5 - паз;
6 - кривошип;
7 - ось вращения кривошипа;
8 - полость над лопаткой;
9 - впускной клапан;
10 - свеча;
11 - выпускной клапан;

Посмотрим, как протекает рабочий процесс в четырехтактном орбитальном двигателе. При вращении кривошипа 6 поршневой элемент 3 в определенный момент отходит от внутренней стенки корпуса 1 на наибольшую величину. Объем камеры, ограниченный стенками корпуса 1, лопатками 2 и гранью поршневого элемента 3, - наибольший. В этот момент открывается впускной клапан 9, и камера заполняется рабочей смесью. При дальнейшем вращении кривошипа поршневой элемент начинает приближаться к соответствующему участку корпуса, и происходит сжатие смеси, а затем ее воспламенение от искры, проскакивающей между электродами свечи 10. При этом горит не вся смесь в камере. Часть ее, находящаяся напротив выпускного клапана 11, не воспламеняется, так как она отделена от основной массы заряда перегородкой (показана на рисунке стрелкой), размещенной по всей ширине камеры между свечой и впускным клапаном.
Давление газов на грань поршневого элемента 3 отжимает его от стенки корпуса 1, заставляя воздействовать на шейку кривошипа в и проворачивать его. Как только поршневой элемент сместится из своего крайнего положения (15-25 градусов поворота кривошипа от в. м. т.), между ним и перегородкой на стенке корпуса образуется щель. Проникшая через нее горящая смесь воспламенит "резерв", находящийся под выпускным клапаном. Благодаря такому ступенчатому процессу, как считает Сейрич, удается обеспечить более полное сгорание смеси. В результате должно снизиться содержание вредных примесей в отработавших газах.
Орбитальный двигатель развивает удельную мощность около 60 л. с. на литр рабочего объема двигателя. Это далеко не сенсационный результат. Даже у "Москвича-412" и "Жигулей" удельная мощность равна 50 л. с/л, а на гоночных мотоциклетных моторах она достигает величины 200-300 л.с./л.
Важным преимуществом новой конструкции является ее компактность и меньший вес по сравнению с поршневым и роторными двигателями. Например, один из опытных образцов орбитального двигателя (рабочим объемом 2952 см³ и мощностью 200 л. с. при 5500 об/мин) весил всего 41 кг. Это означает, что на одну лошадиную силу приходится 0,25 кг веса - в 7-8 раз меньше, чем у двигателей обычных легковых машин, и даже меньше, чем у моторов гоночных автомобилей. Безусловно, ко всем этим цифрам надо относиться с осторожностью - порой изобретатели охотно выдают желаемое за действительное.
О многих параметрах и характеристиках орбитального двигателя пока нельзя сделать определенных выводов, поскольку Сейрич держит их в секрете. Те подробности устройства, которые появились на страницах технических журналов, уже защищены патентами на его имя. Ральф Сейрич начал работу над своим детищем три года назад. После первых предварительных испытаний опытных образцов австралийская фирма БХП подписала с ним контракт по доводке орбитального двигателя на сумму в 50 миллионов долларов. Несколько ведущих автомобильных фирм, имя которых держится в секрете, также предложили свои услуги Сейричу. Однако пока нет свидетельств того, что в ближайшие годы они начнут серийный выпуск автомобилей с орбитальными двигателями. Какой бы в принципе удачной ни оказалась конструкция, она потребует многих лет доводки и совершенствования. Примером тому служит роторный двигатель Ванкеля, и вряд ли мотор Сейрича в этом смысле окажется исключением.

Примечание. шумиха, поднятая вокруг Сейрича, оказалась преждевременной. Изобретатель при доводке своего двигателя встретился с серьезными трудностями, для преодоления они требуют времени, упорного труда и финансов. Австралийский инженер продолжал работу над своим детищем несколько лет, но говорить о его практическом применении до сих пор не приходится.