Роторно-лопастной двигатель Вигриянова

Роторно-лопастной двигатель Иванова (Вигриянова) — роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания. Особенность двигателя — применение вращающегося сложносоставного ротора, размещённого внутри цилиндра и состоящего из четырёх лопастей.

История разработки

Роторно-лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц (нем. Klöckner-Humboldt-Deutz) провела исследование этого двигателя с механизмом Кауэрца (нем. Eugen Kauertz). Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.

В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно О. М. Иванову (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.

Бердская группа не стала дальше работать над двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: О. М. Иванов — автор идеи, М. С. Вигриянов — инженер-патентовед, В. А. Перемитин — слесарь.

На бердском опытно-механическом заводе (БОМЗ) был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН.

Разработкой интересовались в России и за рубежом: немцы, американцы, бразильцы. Предполагалось просто проверить на работоспособность данную схему, и если бы мотор проработал всего лишь пять минут, авторов схемы это вполне удовлетворило бы. Испытания показали, что в принципе мотор работоспособен, но требует больших доработок. Иванов предложил применить пластинчатые уплотнения вместо канальных в версии Вигриянова и выполнить их из графита. Нерешённой осталась схема уплотнений и смазки торцов валов.

Больше этот двигатель не изготавливался.

Последняя волна интереса к РЛД была связана с озвученным публично намерением российского олигарха Прохорова, тогда — кандидата в президенты РФ, оснастить им свой Ё-мобиль, однако все изготовленные экземпляры данного транспортного средства оснащались «временно, до доведения до серийного образца РЛД», обычными ДВС.

Конструкция

На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта (набор рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выброс отработанных газов). Таким образом, в рамках данной конструкции возможно реализовать любой четырёхтактный цикл.

Далее представлено описание устройства и работы РЛДВС с точки зрения разработчика - М.С. Вигриянова: "Мне стыдно, что неопытные блогеры перевирают хорошее техническое решение. В этом решении труд большого числа изобретателей. РЛДВС состоит из двух основных блоков: это механизм преобразования движения, расположенный в корпусе, и кольцевой рабочей камеры, расположенной в цилиндре. Механизм преобразования движения состоит из неподвижной шестерни, закрепленной на корпусе где во внутреннем пространстве неподвижной шестерни установлен на подшипниках вал отбора мощности. На валу отбора мощности с внутренней стороны жестко насажен маховик (ведущее звено). На маховике, в диаметрально противоположных местах установлены эксцентриковые валики на подшипниках. На эксцентриковые валики напрессованы подвижные шестерни-сателлиты. В рабочих камерах расположены четыре секторные лопасти, которые попарно закреплены на концах коаксиальных валов. На других концах коаксиальных валов закреплены одноплечные рычаги. Шейки одноплечных рычагов попарно соединены с шейками коаксиальных валов шатунами. Получается двойная кривошипно-шатунная схема. Только здесь не прямолинейное движение рабочих органов, а круговое. А теперь принципиальный момент! Положение эксцентриковых валиков такое, что шейка кривошипа одного валика установлена в верхней мертвой точке, а шейка кривошипа другого валика в нижней мертвой точке. При вращении маховика происходит обкатывание сателлитами неподвижной шестерни, где шейка кривошипа одного валика движется согласно движению маховика (т.е. в том же направлении), а шейка кривошипа другого эксцентрикового валика движется против направления движения маховика. В описываемом устройстве существует и хорошо работают две системы координат, подвижная-наложенная на маховик, и неподвижная-наложенная на корпус устройства. После взрыва бензо-воздушного заряда в камере сгорания, давление образующихся газов действует на лопасти одновременно. И эти лопасти, относительно подвижной системе координат движутся в разные стороны, с одинаковой скоростью, вращая эксцентриковые валики, а с ними и сателлиты, в одном направлении. Причем движение лопастей происходит по синусоидальному закону. Никаких толчков, рывков, импульсов здесь не происходит. Что же касается неподвижной системы координат. Это то что видим, глядя на лопасти. А мы видим, что одна пара лопастей движется ускоренно, а другая очень медленно. Это потому что одна пара лопастей получает движение от эксцентрикового валика, шейка которого движется согласно движению маховика, т.е. движения складываются. А другая пара лопастей получает движение от шейки эксцентрикового вала который движется против движения маховика, т.е. движения вычитаются, поэтому очень медленное движение пары лопастей. Съем момента происходит не от отдельных полувалов, а от маховика и установленного в нём вала отбора мощности. И все, казалось бы, хорошо, но дьявол кроется в нюансах. Дело в том, что лопасти во время подхода к свече зажигания, это положение сжатия имеют между собой давления сжатия, 12-15 кг/〖см〗^2, а с другой стороны этих лопастей находиться лопасти между которыми давление выхлопа, это 3 кг/〖см〗^2 сила сжатия становиться гораздо больше силы рабочего хода перед выхлопом. В этом положении механизма преобразования движения на лопасти начинает действовать отрицательная сила сжатия, которая пытается повернуть движение эксцентриковых валиков в обратную сторону. Происходит отрыв контакта, в зубчатой паре, между эвольвентными поверхностями неподвижной шестерни и сателлита. Но пройдя мертвую точку, происходит взрыв бензовоздушной смеси, который ударно возвращает сателлит в исходное положение. Именно этот описанный выше эффект и разрушает зубчатый механизм. Нужно сказать, что в кулачково-пантографном механизме также происходит, отрыв контакта между роликом и кулачком. Я видел своими глазами как продавливается поверхность кулачка из стали 30ХГСА, глубиной в 1,5 мм. Попытки решить проблемы срыва контакта приводят к значительному усложнению устройства и к увеличению потерь. После многолетней работы над схемой РЛД, я понял, что эта схема в виде двигателя внутреннего сгорания не годится, а вот для двигателя внешнего сгорания вполне подойдет, особенно для паровой машины. Проблема тепловой напряженности лопастей в таком варианте отпадет сама собой. Вигриянов М.С.

Преимущества и недостатки

Преимущества двигателя Иванова (Вигриянова) (роторного двигателя с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента) характерны для любого роторного двигателя:

отсутствие специального механизма газораспределения,
высокая удельная мощность.

Недостатки этого типа роторных двигателей связаны с принципом организации рабочего процесса и в конструктивной схеме двигателя, которая подразумевает снятие мощности с двух разных валов (каждый соединён со своим «коромыслом» с лопастями), движущихся неравномерно — то мгновенно и полностью затормаживаясь(!), то резко ускоряясь, поочередными импульсами (при этом как бы то догоняя, то останавливая друг друга). Снятие мощности с таких «пульсирующих» валов крайне затруднительно. Чрезвычайно затруднительной оказывается синхронизация их движения друг относительно друга. Согласование выполняется крайне сложным и громоздким механизмом синхронизации и схемой движения-вращения с двух валов. На фотографии этот механизм виден на задней части корпуса — его диаметр и ширина больше, чем сам диск рабочей камеры, где происходят рабочие циклы. Именно эта неравномерность вращения двух рабочих валов, импульсный характер их вращения и определяют все трудности создания работоспособных типов этого подкласса роторных двигателей. В созданных прототипах двигателей огромные инерционные нагрузки быстро разрушали механизмы синхронизации валов и связанных с ними лопастей. По этой причине реально работающих моделей этого типа двигателя до сих пор не создано.

К недостаткам можно отнести также высокую тепловую напряженность роторов, особенно их лопастей. Для мощных РЛДВС обязательна эффективная принудительная система охлаждения роторов.

В работе двигатель Иванова (Вигриянова) равнозначен восьмицилиндровому четырёхтактному поршневому двигателю, поскольку за один оборот реализует четыре рабочих цикла.

Отношение М. Вигриянова к перспективам развития РЛДВС

Сообщаю заверительно, что тема роторно-лопастной машины объёмного вытеснения мною хорошо изучена, найдены все решения, необходимые и достаточные для реализации РЛДВС, но окончательный вариант конструкции РЛДВС получается слишком усложнённым, и я принимаю решение не продолжать дальше работу над РЛДВС. Правда, есть другая, и, пожалуй, основная причина – нахождение другого варианта двигателя, отличающегося от РЛДВС простотой и вдвое большим КПД.^[1].

В 2002 году в СМИ появилась статья^[2] о том, что проблема механизма преобразования попеременного движения лопастей в постоянное движение вала якобы была решена: упоминается, что решение достигнуто с помощью некого «дифференциального механизма». Однако, в приведённой статье какие-либо строгие подтверждения этого факта отсутствуют, но при этом указано, что изготовить двигатель не удалось, по словам автора, из-за отсутствия финансов.

Ввиду того, что тема роторно-лопастного двигателя остается актуальной и по сей день, а споры за авторство продолжаются, в 2023 году был получен комментарий М. С. Вигриянова от первого лица:

Этот текст Wiki (тот, что выше) написал тот самый парень из Сибири, про которого писали в интернете «ёшники». Его зовут Матвей Филатов. Текст наивен, ‘писатель’ не в теме. Однако блогеры перепечатывают эту статью не задумываясь, разнося негатив.
Поэтому я решил прояснить ситуацию.
Группа энтузиастов на Бердском электромеханическом заводе, состоящая из Грязева Виктора Филипповича, Ковнера Владимира Максимовича и Рогова (имя и отчество не знаю), на общественных началах разработали и изготовили открытый стальной габаритно-весовой макет РЛДВС с дифференциальным механизмом преобразования движения лопастей. Этот макет я держал в руках и вращал за рукоятку. Работа этого макета была похожа на работу швейной машинки. В.М. Ковнер просил меня помочь устранить стук в механизме. У бердской группы возникли разногласия, но Виктор Филиппович Грязев продолжил эту тему со мной. Мы работали с ним еще задолго до организации экспериментальной группы, которую я создал для решения задач по автоматизации производства электробритвы ‘Бердск’. Результат - авторские свидетельства, а иначе - патенты РФ №1177122, 12022828, 1316787, 1206531, 1093472, 1036403, 1202991.
Кстати, экспериментальная группа была создана по приказу директора завода Пащенко Вадима Дмитриевича. Мы работали над своими изобретениями профессионально, до 16 часов в сутки. В экспериментальную группу я собрал энтузиастов РЛДВС, работа продолжалась 5 лет, пока по объективным причинам нам пришлось уйти с завода.
Иванов Олег Михайлович, находясь в г.Томске, изобрел не двигатель, а кулачково-пантографный механизм преобразование движения. Авторское свидетельство №1191658. Это устройство получило развитие, авторское свидетельство №1249247 и № 1504438. Кстати, прототипом механизма Иванова О.М. (авторское свидетельство №1191658) является механизм Лукьянова из Пскова (авторское свидетельство № 724850 1978 г.). Лукьянов до сих пор не сдвинулся с места в развитии механизма преобразования движения, но очень хорошо, что догадался использовать схему РЛДВС в качестве паровой машины. Я его поздравляю.
Все дальнейшие варианты механизма преобразования движения, а также устройства роторных машин были с моим участием, в большинстве которых я ведущий соавтор. Авторские свидетельства и патенты РФ №1788305, 1629608, 1752991, 1618949, 2022183 и т.д. Пластинчатые уплотнения авторское свидетельство №1788305 где авторы: Вигриянов М.С., Иванов О.М., Перемитин В.А. и другие.
Канальные уплотнения я не предлагал. Это словосочетание является любимым слоганом ”писателя” этой статьи. Наша экспериментальная группа после 16 лет работы распалась и так же по причине внутренних разногласий. Олег Михайлович провел работу под названием: “Авторство Вигриянова ставиться под сомнение, так как по сути никаких кардинальных изменений в конструкции двигателя с его стороны не было”. Организация акционерного общества “АMСИ” (Америка-Сибирь) - это реклама. Кроме одной бумажки, нечего не было. Кичливость Олега Михайловича смотрится смешно.
После распада группы, двигатель изготавливался сначала на Бердском ПО «ВЕГА», куда я был официально трудоустроен, а потом на Новосибирском заводе им.Чкалова. Работа не была завершена по причине перестроечного обвала. «ВЕГУ» продали, а цех №19, на заводе Чкалова, где изготавливали РЛДВС сократили. Но несмотря на это, я получил богатый опыт от общения со специалистами обоих заводов по вопросам изготовления РЛДВС. В этом двигателе, кроме механизма преобразования и лопастей, очень большое количество проблем и нюансов. И на ПО «ВЕГА» и на заводе им. Чкалова я вел работу профессионально. На каждом заводе был открыт заказ. В работе участвовали специалисты заводов: как инженеры–технологи, так и высококвалифицированные рабочие. На «ВЕГЕ» работу курировал зам. главного инженера Коваленко Александр Сергеевич, а на заводе Чкалова - главный технолог Кучумов Геннадий Терентьевич.
“Последняя волна интереса к РЛД"- здесь Матвей умалчивает, что к Прохорову он уехал с моими материалами по РЛДВС, включая макет РЛДВС из оргстекла. В текстах в интернете, по поводу встреч «ёшников» с Филатовым, говорится, что он привез двигатель в сумке и показал, как он работает. Так вот он показал «ёшникам» оргстеклянный макет. Но даже мне показалось из текста, что он привез работающий двигатель. И когда Прохоров пообещал процент от продаж, у Матвея крышу снесло. А когда фокус не удался, и задачка ему оказалась не по зубам, вышла эта статья в Википедии.
Я свою фамилию в Википедию не вставлял. Это сделал Матвей Филатов, сначала с благими намерениями, а потом негативно. Но никак не могу понять, в чем сыр-бор, когда группа энтузиастов, взявшись решить мировую проблему, потерпела фиаско, так и не решив ее. Глупо делить такую «славу». К сегодняшнему дню ни одно из предложенных технических решений не получило практического подтверждения. Результат отрицательный.
Тему роторного двигателя я продолжаю в прежнем ключе.
Вигриянов М.С.