У меня есть мечта⁠⁠2

Здравствуйте! Меня зовут Дмитрий Шадрин. У меня есть мечта - создать летающий автомобиль. Некоторые могут сказать, что моя мечта уже давно осуществилась. Ведь не проходит и месяца, как появляются сообщения о новых летающих автомобилях. Как инженер вынужден вас разочаровать. К сожалению – это не летающие автомобили, а разные виды вертолётов и экранопланов. И квадрокоптер — это не летающий автомобиль, а именно вертолёт, который придумали больше шестидесяти лет назад. И с тех пор летающий автомобиль так и не был создан. Что я понимаю под термином летающий автомобиль, и чем он отличается от вертолёта? Летающий автомобиль он и ездит по дорогам общего пользования и летает. Вертолёт так не умеет. Именно поэтому он храниться в ангаре, а не в гараже. Именно поэтому его надо закатывать или затаскивать вручную. Для летающего автомобиля не нужен будет ангар. Его будут ставить на то самое парковочное место или гараж, куда Вы паркуете сейчас свой автомобиль. И для него не надо будет строить миллионы ангаров и на парковочное место он будет заезжать сам. И торчащих винтов у него тоже не должно быть. Мало того, что он легко может отрубить руки и ноги. Он ещё может перерубить провода и намотать на винт. И всё Ваша поездка над городом станет очень короткой и аварийной.

Но прежде, чем создавать летающий автомобиль нужно понять, что будет вращать винты? Некоторые безумцы утверждают, что это будет электричество и держать его в воздухе будет аккумуляторная батарея. Мало того, что батарея сама много весит она ещё обладает очень малой ёмкостью. Нам всё время показывают образцы, которые летают 15-45 минут. И говорят вот-вот ещё чуть-чуть и произойдёт прорыв, и батарея будет держать автомобиль в воздухе часы. Такие разговоры ведутся уже больше десяти лет, но ничего не происходит. Почему? Потому что это утопия. Речь идёт о плотности энергии. Батарея, даже самая продвинутая не сможет держать автомобиль в воздухе часы. Керосин даст сто очков форы любой батареи. Потому что первые электромобили придумали двести лет назад. Нет это не новодел, но с тех пор никаких продвинутых батарей так и не появилось. Мы снова возвращаемся к ДВС.

Как его можно применить на летающем автомобиле? Сначала нужно понять, чем нас не устраивает современный ДВС. У ДВС использующий коленчатый вал две критические уязвимости. Первая – это трения юбки поршня о цилиндр. Из-за изгиба шатуна он сильно прижимает поршень к стенкам цилиндра. Ещё шатун движется по своей траектории и зависает в верхней мёртвой точке. Это зависание потеря не только времени, но и КПД. КПД уходит в трение и нагрев. То есть топливо тратиться впустую. Люди давно пытались решить проблему трения за счёт отказа от коленвала. Такие машины называют Свободно Поршневыми Двигателями (СПД). Но все конструкции СПД как правило двухтакные. Из-за отсутствия коленвала в таких двигателях очень трудно синхронизировать фазы движения поршня и открытия клапанов. А двухтакный двигатель – это очевидная проблема плохого сгорания топлива. Почему? В четырёхтактном двигателе такты разведены по времени: пуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. В двухтактном пуск соединён со сжатием, а рабочий ход с выпуском. Это означает, что выхлопные газы не полностью покидают камеру сгорания. Топливо плохо сгорает и опять низкий КПД. Ещё потеря КПД на холостую работу. Остановка на светофоре или в пробке – это работа ДВС впустую. С таким явлением уже научились бороться, создав гибрид, когда ДВС крутит генератор, а генератор заряжает бустерную батарею. Ещё одна проблема, с которой столкнулось человечество – это разное топливо. У разного топлива разное время горения и разная степень сжатия. Если газ надо очень мало сжимать и поджигать его лучше свечой зажигания, то дизельное топливо загорается от очень высокого сжатия и температуры. Для это используют свечи накаливания. Разное топливо требует разные двигатели, это очень неудобно. Если топливо перепутать, то двигателю понадобиться капремонт. Есть двигатели с изменяемой степенью сжатия, под разные типы топлива, но очень сложные и дорогие в производстве.

Я представляю Вашему вниманию генератор со свободнопоршневым четырёхтактным двигателем и изменяемой степенью сжатия.

Чтобы не пускаться в долгие рассуждение я расскажу только общий принцип работы моего генератора. На фигуре 3 шестерня 52 крутит распредвал 51. Распредвал 51 поочерёдно открывает и закрывает впускные клапана 54 и выпускные клапана 55. На схеме изображены два такта сжатие и выпуск. Внутри цилиндров 35 и 36 вкручены топливные форсунки 75, свечи зажигания 76, свечи накаливания 74. Также в них свободно ходят горячие поршни 58 и 59. Горячие поршни 58 и 59 соединены штоками 61 с вытеснительными поршнями 64. Между горячими и вытеснительными поршнями находятся перегородки 62. К вытеснительным поршням 64 жёстко прикручены штоки 65 и 66.  Штоки по форме напоминают струбцину и обжимают сверху и снизу траверсу 73. На штоках находятся ролики 70 и 71. Ролики прокатываются по траверсе 73. Так как меняются расстояния, то нижние ролики поджимаются тарельчатыми пружинами 72. На штоках 65 и 66 с помощью гаек 81 жестко закреплены фторопластовые вкладыши 80.

Как всё это работает? Когда запускается двигатель и из цилиндров 35 и 36 через клапана 55 начинают поступать выхлопные газы, то они начинают раскручивать турбину. Сжатый воздух поступает под горячие поршни 58 и 59 через штуцера 78. Оттуда воздух выдавливается при движении горячих поршней вниз через клапана в перегородках 62. Он скапливается между вытеснительными поршнями 64 и перегородками 62. При движении вытеснительных поршней 64 вверх воздух выдавливается через штуцера 79 под вытеснительные поршни 64. Благодаря вкладышам 80 (на фигуре справа хорошо видно, что вкладыш поднят и между ним и цилиндром 36 есть свободное место) объём под вытеснительным поршнем резко уменьшается происходит мультипликация давления. То есть давления воздуха каждый раз возрастает, достигая больших значений (при входе от турбины около 1,5 атмосфер, после вкладыша 7-8 атмосфер). Далее воздух через штуцера 82 выходит из цилиндров 35 и 36 он охлаждается в радиаторе с двойной системой охлаждения. После этого он поступает в воздушную магистраль 4 где и сгорает в камере сгорания. За счёт системы тройного надува (турбина, перегородки, вкладыш) можно не только резко увеличить давление, но и увеличить количество воздуха в смеси, что эффективно увеличивает сжигание и метана, и мазута. Сами штоки 65 и 66 ходят строго вертикально. Ролики 70 и 71 перекатываются по траверсе 73. Траверса как качели качается вверх-вниз. Точка её крепления находиться ровно посредине. Всё это находиться в масляной ванне поэтому ролики не стираются. Всё эта схема передачи движения напоминает открытый подшипник. Цилиндров всего четыре. Схема двух других цилиндров зеркальная. Как только два цилиндра поднимаются вверх -два других цилиндра опускаются вниз.

На фигуре 4 представлены цилиндры 37 и 38. В них ходят горячие поршни 85 и 86. Через штоки 87 и 88 они качают траверсу 90. В цилиндрах происходит рабочий ход и впуск. Теперь рассмотрим сам механизм траверс 73 и 90.

На фигуре 4 траверсы изображены пол углом, чтобы показать движения поршней. Здесь на фигуре 5 я их сделал параллельно земле, чтобы было понятно их устройство. Это механизм синхронизации, где качаются траверсы вид сверху. На фигуре К-К ролики 71 имеют разный диаметр. Больший внутри и малый снаружи. Из-за этого они ездят по траверсам 73 и 90 как по рельсам и не соскакивают. Траверсы жестко закреплены на ступицах 91 и 92. Между траверс находиться центральный вал 101. Также между ними находятся продольные рычаги 93 и 94. На этих продольных рычагах закреплены шатуны 95 и 96 (их не видно, так как это разрез, только та часть, что крепиться к продольным рычагам). На разрезе Л-Л показан разрез ступиц 91 и 92 и траверс 68 и 87. Внутри ступиц 91 и 92 находятся подшипники, за счёт них траверсы и качаются. Также внутри траверс находятся червячные передачи 105, по два на каждую из траверс 73 и 90. Центральный вал 101 связан с этими червячными передачами 105 конической передачей. На червяках на винтовой передаче закреплены продольные рычаги 93 и 94. При вращении вала 101 по часовой или против часовой стрелки вращаются червяки 105. При вращении в одну сторону червяки сдвигают продольные рычаги ближе к валу 101. А при вращении в обратную сторону дальше от вала 101. То есть при вращении вала 101 меняется положение продольных рычагов 93 и 94 и шатунов 95 и 96, что вращаются на них.

На фигуре 6 мы видим работу механизма синхронизации сбоку. Внизу видна ступица и траверса. Также видно шатун 95 закреплённый на продольном рычаге. Сверху шатун вращается на пальце 107. Палец 107 неподвижно закреплён на каретке 108. Каретка 108 свободно ходит внутри маховика 110. А маховик 110 вращается на валу 109. Как это работает? Внизу качается траверсы. Эту раскачку она передаёт шатуну. Шатун превращает её во во вращение маховика. То есть раскачивающие движение превращаются во вращательные. Длина шатуна всегда одна, она не меняется. Меняется расстояние продольных рычагов от оси вращения траверс. Если их сдвигать, то происходит одна интересная вещь. Если мы удаляем продольные рычаги от оси вращения траверс, то сдвигаем шатун. Сдвигая шатун, мы сдвигаем каретку 108. Она сдвигается ближе к центру маховика 109, то есть уменьшается радиус вращения. Если меньше радиус вращения, то меньше будет угол раскачки траверс, а значит, меньше длина хода шатунов. Что необходимо для горения газа, например метана. Сам маховик и шатун работают как дифференциал, то есть выравнивают крутящий момент и скорость. Итак, шатун на продольном рычаге далеко от центра. Там самый большой рычаг и самое большое усилие, но скорость снижена, так как рычагу надо пройти большой путь. А сверху каретка сдвинута ближе к центру, значит рычаг самый маленький, но большая скорость. Теперь сдвигаем продольные рычаги ближе к центру. Шатун тоже сдвигается вместе с кареткой и чем ближе к центру, тем дальше каретка отъезжает от оси вращения маховика. Теперь шатун вращается по большому кругу. Траверса качается в самой большой амплитуде и медленнее, чем при работе на газу. Это будет соответствовать работе на мазуте. Но маховик будет также выравнивать скорость и крутящий момент. Шатун на продольном рычаге ближе к оси вращения – это значит маленький рычаг, но большая скорость. А сверху каретка сдвинута от центра вращения маховика. Тем самым уменьшается скорость, но становиться больше радиус, то есть крутящий момент.  То есть вращая вал 101 мы меняем длину хода поршней, под определённый тип топлива, но при этом скорость и крутящий момент на валу 109 практически не меняется. Так изменяя длину хода поршня, можно подобрать режим работы двигателя под любое жидкое или газообразное топливо.

На фигуре 6 был представлен один маховик. На самом деле тут три маховика: левый, центральный и правый, и два шатуна 95 и 96. На фигуре 6 представлен левый маховик. На фигуре 7 представлен центральный маховик. Траверсы внизу раскачиваются. Шатун 96 вращается на пальце 116. Палец 116 неподвижно закреплён на каретке 117. Каретка 117 свободно ходит внутри центрального маховика 115. Сам центральный маховик 115 не висит в воздухе. Он вращается внутри центрального подшипника 118. Сам подшипник жестко закреплён внутри механизма синхронизации на кронштейнах 119. То есть два шатуна 95 и 96 работают в паре и раскручивают центральный маховик за счёт кареток 114 и 117.  

И завершает всю эту конструкцию правый маховик 122 и каретка 120 на фигуре 8.

На фигуре 9 изображен тот же механизм синхронизации, только вид сбоку. Здесь видно все три маховика. И один шатун 96. Второй шатун 95 из-за разреза не видно. Получается если мы будем вращать вал 109, то будут вращаться все три маховика, через пальцы и каретки, и вал 121. А также будут раскачиваться траверсы. Как можно вращать бешено качающийся вал 101? На кронштейне 125 закреплён электромагнит 126. При раскачке траверс достаточно поймать и зафиксировать вал 101 в воздухе, чтобы остановить его в одной точке, а вот траверсы будут раскачиваться. То есть если подать электрический ток на электромагнит 126, то он притянет к себе вал 101, а траверсы его провернут по часовой или против часовой стрелки. Всё зависит от того в какой момент времени его нужно поймать. А как это узнать? Просто рядом с валом находиться кольцо с магнитом 102. А рядом с электромагнитом находиться датчик 127. Датчик определяет положение траверс в пространстве. Он подаёт команду, когда подавать ток и ловить вал 101 в пространстве. Магнит ловит вал. Траверсы его поворачивают, смещаются продольные рычаги, и меняется ход поршня. Вместе с ним меняется степень сжатия. Вся система связана с ЭБУ двигателя. Она определяет какой тип топлива и на лету меняет степень сжатия, идеально подстраиваясь под него.

На фигуре 11 видно, как механизм синхронизации стыкуется с цилиндрами. А вал 109 является общим с валом стартер - генератора 1. На валу 109 жёстко закреплена шестерня 133. Шестерня 133 вращает шестерню 135 и 143. Шестерня 135 крутит вал сервисных механизмов. Там три шестерённых насоса. 138 – это водяной насос, 139 – топливный насос, 141 – масляный насос. Шестерня 143 – это коронная шестерня планетарного механизма. 144 – это сателлиты, 145 – это солнечная шестерня, 146 – это вал солнечной шестерни, 147 – это электродвигатель. Если мы меняем ход поршня, то сдвигаем фазу, то есть время открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Электродвигатель 147 по команде от ЭБУ вращает вал 146. Вал 146 вращает солнечную шестерню 145 и смещает фазу. Через сателлиты 144 вращение передаётся на водило 148. Вал водило крутит шестерню внутри распредвала. Через эту шестерню вращаются оба распредвала. То есть подстройка фазы двигателя тоже происходит на лету. Запуск двигателя при подаче тока на стартер -генератор 1. Он раскручивает всё: и насосы, и распредвалы, и маховики. Маховики заставляют траверсу раскачиваться. Раскачиваясь, траверса заставляет поршни ходить вверх-вниз. ЭБУ подстраивается под определённый тип топлива смещая продольные рычаги и вращая солнечную шестерню. В это время воздух накачивается в систему. После регулировки подаётся топливо и двигатель начинает работу. Если двигатель уже подстроен под нужный тип топлива, то после подачи тока на стартер -генератор на форсунки сразу подаётся топливо и осуществляется пуск двигателя. После пуска двигателя ток перестаёт подаваться на стартер - генератор. Поршни раскачивают траверсы, траверсы качают шатуны, шатуны раскручивают маховики. Маховики крутят вал 109, а вал крутит генератор 1.  При вращении генератор 1 вырабатывает электрический ток. Этот ток заряжает бустерную батарею. То есть речь идёт о гибриде.

На фигуре 12 изображён корпус распредвалов. На фигуре видно, что вал водило 148 крутит шестерню 149. Шестерня 149 крутит шестерню 150 и 52. Шестерня 52крутит первый распредвал 51. Шестерня 150 крутит шестерню 85. Шестерня 85 крутит второй распредвал 84. Также внутри корпуса распредвалов находится змеевик с антифризом 152 . С помощью него осуществляется теплообмен между маслом и охлаждающей жидкостью.

Вот собственно схема генератора. Он отвечает всем требованиям. Он свободно поршневой. Он четырёхтакный. Он с изменяемой степенью сжатия. Казалось бы, не мотор, а мечта, и его с руками оторвёт любой автомобильный институт. Как бы не так. Я направил эту схему в НАМИ и вот какой ответ я получил.

Выводы, которые сделаны в заключении довольно странные. Там больше интересовались датчиком, определяющим тип топлива, а не самой работой двигателя. Ни его кинематикой, ни его статикой. Складывается ощущение, что они никуда не ушли дальше первой фигуры. Да я не раз посылал им на экспертизу свои работы. И это далеко не первое заключение. Но с тех пор я очень серьёзно переделал конструкцию. Скорей всего людям просто не хотелось никуда вникать, поэтому они и выдали такое заключение.

Теперь поговорим про сам генератор. Зачем он такой нужен? Знаете, какая дилемма встаёт у владельца автомобиля? Какой мотор выбрать бензиновый или дизельный? Этот двигатель снимает эту проблему. Можно меньше чем за минуту перестроить этот генератор под любой тип топлива. Не будет проблема какое топливо заправить. Какое есть такое и использует. Тут нет ограничений. Если поставить ГБО, то можно использовать самое экономное – метан. У этого генератора есть ещё одна особенность вкладыши 80 очень большого диаметра. При ходе поршней они выходят из цилиндров (они фторопластовые и масла там нет). Когда они выходят из цилиндров, то вытесняют очень большой объём воздуха. На стартер - генераторе 1 есть крыльчатка 23. С помощью этой крыльчатки можно задать направление движение воздуха не наружу из моторного отсека, а вовнутрь. Для чего это нужно? На механизм синхронизации приходиться самая большая нагрузка. Там самое большое трение. Хоть он и охлаждается маслом -ему необходимо дополнительное охлаждение. Если сделать кожух и изменить направление вращения стартер – генератора, то можно пустить большой массив воздуха внутрь генератора и охладить и механизм синхронизации, и генератор и цилиндры с корпусом распредвалов. Потом этот горячий воздух можно использовать дальше, например обогрев ветрового стекла или салона. Но летом такой обогрев не нужен, поэтому этот воздушный горячий поток можно смело пускать в выхлопную трубу. Чтобы не было подсоса выхлопных газов можно соединить их через трубку Вентури. Тогда весь воздух сразу будет выдуваться туда.

Это готовая схема для двигателя Стирлинга, например альфа-схема. Воздух будет охлаждать холодный поршень, а выхлопные газы нагревать горячий поршень. Для обычных легковушек такая схема будет излишней. Благодаря тройному надуву – это будет маленький, мощный и очень экономный мотор. А лишние 150 килограмм железа будут просто ни к чему. А вот для коммерческого транспорта это будет прекрасная находка. Дополнительно 7-10 процентов к КПД на трассе дадут значительную экономию. Двигатель может работать на трассе на любом топливе, например на солярке, так как она выдаёт больше мощности, а вот в городах можно переключаться на метан. Думаю, в будущем даже появятся специальные знаки, требующие перейти на метан. Тогда и воздух в городах будет почище. С такой схемой на коммерческом транспорте экономия может выйти почти в два раза, чем с обычным дизелем. Каким боком тут летающий автомобиль? Если на грузовиках можно поставить обычный альфа-Стирлинг, то на летающий автомобиль использовать звуковой Стирлинг. Не секрет, что винты создают очень сильный шум. Звуковой Стирлинг тоже создаёт звуковую волну. Если точно рассчитать длину трубы звукового Стирлинга, то две звуковые волны будут накладываются и взаимно гасить друг друга. То есть летающий автомобиль будет не только на гибриде ДВС и Стирлинга, но будет ещё и малошумным.  

Вот такая мечта. Мне 50 лет. В октябре будет 51. Денег на создание такого двигателя у меня нет. В прошлом году государство отменило льготы для единственного автора. Едва наскрёб 4 000 рублей на формальную экспертизу своего патента. Теперь надо копить 14 000 рублей для экспертизы по существу. Надеюсь, за 3 месяца накоплю. Мы изобретатели народ такой – тратим все деньги на свои изобретения, но ничего с этого не получаем. Надеюсь, кто-нибудь сможет воплотить мою мечту, а мои наработки ему помогут.