Концепція роторно-лопастного двигуна внутрішнього згоряння
Вітаю всіх, хто прочитає цей топік!
Ті, хто хоч трохи знайомі з цим предметом, знають, що на цей час використовуються два типи двигунів серійного виробництва — класичний поршневий в різних варіаціях і Ванкеля. Також є робочі патентовані прототипи і різних варіантів роторно-лопастних двигунів, але до цього часу за доволі великий період випробувань вони так і не стали конкурентами двигунам перших двох типів.
І що такого новенького запропонував я, чого досі не було, спитаєте ви?
По-перше, про себе, а потім про концепцію з ілюстраціями
Освіта: КПІ (тепер це університет), електротехнічний факультет.
Спеціальність: фізик-матеріаловед.
Назва дипломної роботи: «Теплопровідність кераміки на основі нітрида кремнію» (Інститут матеріаловедення, Київ).
Додатково: червоний диплом патентоведа — вищі державні курси інженерно-технічних робітників з винахідництва та раціоналізаторства.
Практика:
— Інститут електромеханічних приладів (Київ), інженер-електронщик.
— якась маленька лабораторія автодорожнього інституту (Київ), інженер-електронщик.
— системний адміністратор невеликої компанії.
Хобі:
— фулстек девелопмент (PHP, SQL, javascript, html);
— філософія.
А тепер про концепцію з невеличкою передісторією
Концепцію я намалював олівцем років з 30 тому, а вперше опублікував на якомусь технічному форумі років так 25 тому, коли в мене з’явився доступ до інету. Того форуму вже давно нема, а реакція була слабенькою і ніякого ентузіазму у кореспондентів не викликала. Ну і я її не те що забув з того часу, а просто надовго відклав до кращих часів. А тут раптом з’явився AI, і я вирішив розважитись з його аналітичними здібностями для тестування і самої концепції і самого ШІ.
Прогнав концепцію через три моделі, почавши з Gemini. Потім був Grok, якому я дав переварити діалог з Gemini. І насамкінець обидва діалоги довелось переварювати ChatGPT. Останній виявився дуже жорстким і навіть жорстоким критиком, але те зрозуміло — він був в найбільш зручній позиції та бачив, що мені наговорили перші два.
Маленький підсумок
Концепція не порушує законів фізики. в ідеалі вона робоча. ніяких документальних слідів чогось подібного в історії не знайдено. потенційних «вбивць» концепції на цей час не знайдено.
Цю концепцію я зробив для публічного користування (Public Domain) через публікацію на деяких публічних ресурсах, а також зробив публічним весь мій діалог з Gemini (російською) — він тут.
Короткий опис концепції на англійський мені зробив Gemini
Technical Concept: Balanced Counter-Rotating Toroidal Engine (BCRTE)
1\. The Core Principle: «Cat-and-Mouse» (Stop-and-Go)
The engine utilizes a toroidal chamber where two sets of vanes (pistons) move toward and away from each other.
— The Innovation: While the «cat-and-mouse» principle is old, this implementation uses a unique Variable Engagement system via one-way clutches (overrunning clutches).
— Mechanical Stability: To prevent tilting and friction, the vanes are mounted on six concentric rings (three for each set), ensuring perfect alignment within the torus.
2\. Dynamics: Counter-Rotating Flywheels
Instead of a stationary housing, the engine consists of two massive external flywheels that form the toroidal shell.
— Zero Torque Reaction: The flywheels rotate in opposite directions at equal speeds. This cancels out the gyroscopic effect and reactive torque.
— Efficiency: The energy of the internal combustion acts on both flywheels simultaneously, potentially increasing thermal efficiency by eliminating static wall losses.
3\. Integrated Power Generation (The Alternator-Flywheel)
The mechanical flywheels serve as the rotor and stator of a high-efficiency generator.
— Scheme A (Dual Rotor): One flywheel carries permanent magnets, the other carries windings. The relative speed of rotation is doubled, allowing for a much smaller and lighter generator.
— Scheme B (External Stator): Both flywheels have magnets, while a stationary outer casing contains the windings.
— Electronic Differential: Loading the generator phases allows for digital control of the vane timing and compression ratio without complex mechanical linkages.
4\. Gas Exchange: The Central Stationary Ring
To solve the «access» problem in a moving system, a stationary central stator (ring) is placed between the two counter-rotating flywheels.
— Function: This ring serves as the «foundation» for spark plugs, fuel injectors, and intake/exhaust ports.
— Rotary Valve Action: The movement of the vanes past the ports in the central ring acts as a high-speed rotary valve, eliminating the need for traditional poppet valves and camshafts.
5\. Ethical Stand: Open Source Hardware
This concept is released into the Public Domain.
— Goal: To prevent «patent trolling» and foster global innovation.
— Vision: A vibration-free, ultra-compact range-extender for electric vehicles and drones, accessible for development by the engineering community.
І декілька ілюстрацій концепції, які дають уявлення лише про принцип. реалізація в залізі багатоваріантна в усіх аспектах :-)
Дякую за увагу :-)
Примітка: на технічні питання я буду відповідати лише тим, хто ознайомиться з моїм діалогом з Gemini — там розглянуті майже всі нюанси та виклики. На питання іншого характеру буду намагатись відповідати всім.
15 коментарів
Додати коментар Підписатись на коментаріВідписатись від коментарівв якості доповнення.
я попросив ШІ зробити технічну шпаргалку для запитів на цю концепцію, яку він зберіг у власній БД. там декілька цікавих моментів, яких тут ще не торкались.
============опис==========
Ось зведена технічна шпаргалка для архітектури **BCRTE (Balanced Counter-Rotating Toroidal Engine)**, перекладена українською мовою з дотриманням інженерної термінології.
---
ТЕХНІЧНА СПЕЦИФІКАЦІЯ ARCHITECTURE: BCRTE (Prior Art)
**Статус концепції:** Public Domain / Open Source Hardware (Захищено від патентного тролінгу через публікацію у публічних архівах).
**Призначення:** Високоефективний, безударний, плоский силовий енерговузол (Smart Power Node). Застосовується як Range Extender для електротранспорту/БПЛА та як динамічний балансир для домашніх енергосистем.
---
## 1. Геометрія робочої області (Технологічність)
* **Профіль тора:** Прямокутний поперечний переріз (просте плоске кільце).3-осьових ЧПК-фрезерах або за допомогою лазерного різання.
* **Технологія виробництва:** Збирання з трьох плоских плит (низ, верх, центральна формотворча проставка). Доступно для обробки на базових
* **Поршні (Лопаті / Vanes):** Прості плоскі прямокутні пластини.
* **Ущільнення:** Лінійні плоскі ущільнювальні апекс-пластини з підпружинюванням (за принципом роторних ДВЗ), що забезпечують надійну компресію на стиках плоских поверхонь.
## 2. Кінематика та Зчеплення (Принцип «Наздоганяння»)
* **Базовий принцип:** «Кішки-мишки» (Stop-and-Go) на зустрічно-обертових маховиках. Статичний картер відсутній — зовнішня оболонка тора утворена двома масивними маховиками, що обертаються у протилежні боки.
* **Стабільність:** Лопаті закріплені на **шести концентричних кільцях** (по три на кожен сет лопаток). Це повністю виключає перекоси, радіальні люфти та знос стінок тора.
* **Взаємодія з маховиками:** Здійснюється через систему двоспрямованих обгонних муфт (One-Way / Overrunning Clutches).
* **Режим установленого ходу (Catch-Up Phase):** У розкрученому стані лопаті рухаються трохи повільніше за маховик. При спалаху лопать прискорюється, **наздоганяє** кутову швидкість маховика і плавно замикає муфту за відносної швидкості $\Delta v \approx 0$, що мінімізує знос і виключає механічний удар. Реактивний момент відкату передається у зустрічний маховик, зберігаючи енергію системи.
## 3. Система подвійного демпфування ударних навантажень
Для захисту обгонних муфт від гідроудару в момент мікровибуху застосовано двоступеневу буферизацію:
* **Рівень 1 (Пневматичний):** Герметичні (або калібровані напівгерметичні) повітряні циліндри всередині каркаса лопатей. Гасять пікову детонаційну хвилю, експоненціально стискаючи повітря і перетворюючи жорсткий удар на плавній підйом тиску.(2–5 градусів) каркасних кілець відносно маточин (ступиць) обгонних муфт, обмежений потужними механічними пружинами. Розтягує час передачі крутного моменту на муфту, запобігаючи сколам зубів та роликів.
* **Рівень 2 (Механічний):** Конструктивний люфт
## 4. Інтелектуальне цифрове керування (Циклічне впорскування)
* **Газообмін:** Центральне нерухоме кільце (статор) розташоване між маховиками. Містить форсунки, свічки запалювання та вікна впуску/випуску. Лопаті, проходячи повз вікна, працюють як високошвидкісний роторний клапан (ГРМ відсутній).
* **Електронний диференціал:** Маховики одночасно є ротором і статором інтегрованого високоефективного генератора. Керуюча електроніка (інвертор) динамічно змінює навантаження на фазах, магнітним полем коригуючи таймінги зближення лопатей та ступінь стиснення на ходу.
* **Імпульсно-дискретний режим (Pulse-Sustaining Mode):** На холостому ходу або при малих навантаженнях двигун відключає постійні цикли згоряння. Маховики обертаються за інерцією секундами/хвилинами. Електроніка здійснює **одне точкове впорскування і спалах раз на кілька секунд** (або серію спалахів для прогріву) виключно для компенсації втрат на тертя. Це забезпечує нульову вібрацію, радикальну економію палива та ідеальне охолодження.
---
Цю базу знань тепер зафіксовано українською мовою. Якщо виникне потреба розгорнути її для колег чи на профільних ресурсах — вона повністю готова.
===============кінець опису==================
пройшов тиждень з моменту цієї публікації, а на мій запит (в режимі AI, Google):
«концепт Balanced Counter-Rotating Toroidal Engine (BCRTE)?»
ШІ видає вже набагато більше структурованої інфи ніж в моєму дописі, де єдиним ресурсом, на який він посилається, є DOU.UA.
мені залишається лише ще раз подякувати за надану можливість для публікації.
:-)
Вибачте, але на мій погляд не розкрито сам принцип роботи двигуна, є лише загальний опис концепції, чого, на мій погляд, недостатньо для осягнення всього задуму.
так. можливо прямий (див. вище) запит видає дещо спрощене уявлення. у мене він був уточнюючим, томму ШІ видав більш грамотний опис.
==========опис==============
Balanced Counter-Rotating Toroidal Engine (BCRTE) — це інженерний концепт роторно-лопатевого двигуна (РЛД). Він розроблений для усунення головних конструктивних недоліків класичних двигунів типу «cat-and-mouse» («кішки-мишки»).
В основі BCRTE лежить ідея об’єднання високої об’ємної ефективності тороїдальної камери з інноваційною механічною розв’язкою та динамічним балансуванням.
⚙️ Ключові особливості та будова BCRTE
1. Кінематика «Stop-and-Go» на обгонних муфтах
У традиційних РЛД лопаті змушують рухатися нерівномірно за допомогою складних кривошипно-шатунних механізмів або овальних шестерень, які швидко руйнуються від ударних навантажень.
В BCRTE ця проблема вирішується через систему керованого зачеплення (Variable Engagement) з використанням обгонних муфт (односторонніх підшипників).
Муфти дозволяють лопатям по черзі жорстко фіксуватися або вільно обертатися лише в одному напрямку, передаючи крутний момент безпосередньо на вихідний вал без використання крихких з’єднань.
2. Система концентричних кілець (Боротьба з перекосом)
Однією з головних проблем роторних двигунів є мікроперекіс лопатей під тиском газів, що призводить до заклинювання та нерівномірного зносу стінок камери.
В BCRTE лопаті закріплені на шести концентричних кільцях (по три кільця на кожен комплект лопатей).
Така багатоточкова опора забезпечує ідеальну співвісність та жорсткість усередині тороїдального циліндра, мінімізуючи тертя та спрощуючи задачу газового ущільнення.
3. Зустрічно-обертові маховики (Ідеальний баланс)
Назва Balanced Counter-Rotating говорить сама за себе. Двигун спроектований так, щоб мінімізувати гіроскопічний ефект та реактивний момент.
Замість статичного нерухомого корпусу та ротора, що обертається всередині, BCRTE задіює два масивні зовнішні маховики, які утворюють стінки тора й обертаються в протилежних напрямках.
Зустрічне обертання повністю компенсує відцентрові та інерційні сили (реактивний крутний момент). Це робить роботу двигуна неймовірно плавною та позбавляє конструкцію вібрацій, властивих звичайним ДВЗ.
📈 Переваги концепту
Висока питома потужність: За один оберт валу відбувається значно більше робочих тактів (спалахів), ніж у класичному поршневому або навіть роторному двигуні Ванкеля.
Відсутність клапанного механізму: Вікна впуску та випуску перекриваються самими лопатями в процесі руху, що спрощує ГРМ (газорозподільний механізм).
Ідеальне рішення для авіації та БПЛА: Відсутність реактивного моменту виключає паразитне закручування корпусу літального апарата, що є критично важливим для вертольотів та дронів.
⚠️ Головні виклики для реалізації
Незважаючи на красиве теоретичне рішення, концепт BCRTE стикається із жорсткими технологічними бар’єрами:
Ресурс обгонних муфт: Односторонні муфти повинні витримувати мільйони циклів миттєвого зчеплення та розчеплення при величезних температурах і тиску.
Термічне розширення: Оскільки елементи механізму вкладені один в один (концентричні кільця), теплове розширення металів при згорянні палива вимагає ювелірних розрахунків зазорів.
Концепт BCRTE залишається яскравим прикладом того, як сучасні матеріали та нові підходи до механіки (обгонні муфти замість шестерень) намагаються вдихнути життя в столітній принцип «кішок-мишок».
================кінець опису================
прим.: деякі цікаві особливості концепту ШІ так і не вловив, але саме основне він зрозумів.
і ще, на мій погляд, важливе зауваження.
статус Prior Art для цієї концепції зовсім не виключає патентування різних варіантів її імплементації/реалізації. а також патентування окремих інженерних рішень для забезпечення функціоналу. якщо концепція виявиться потенційно відносно революційною, то будуть патентувати все що можливо аж до гвинтика. я таке бачив, коли вивчав що і як патентують японці (Sony, Panasonic) для систем професійного відеозапису, коли це ще писалось на магнітну стрічку.
так що майте на увазі.
:-)
Вітаю, дякую за статтю! Ваш пост на reddit це Prior Art, але патентні інспектори — звичайні люди. Якщо хтось подасть заявку, змінивши «пару слів», інспектор може видати патент просто тому, що не знайде ваш тред. Вони користуються пошуковими роботами, на Reddit робот може не зайти, а от бази даних на GitHub, GitLab або IP.com вони перевіряють обов’язково. Тож створіть відкритий репозиторій. Викладіть туди свої файли, рендери, технічний опис і в README.md(якщо це буде на GitHub/GitLab) чітко вкажіть ліцензію: CERN-OHL-S / Strongly Reciprocal. Це захистить ваш концепт для публічного користування.
Цей двигун ідеальний для гібридів: Наявність батареї вирішує питання холодного запуску(відсутність початкової компресії), можна подати струм з батареї гібриду на обмотки альтернатора. Він миттєво розкручує касети і можна подавати паливо та підпалювати суміш.
Дякую за Ваш кваліфікований коментар і пропозицію. вона дуже слушна. але мені цікаво, ви мабуть бачили мій пост на Reddit? так от в одній спільноті там він прожив майже місяць. його подивились десь біля 1.5к користувачів. по статистиці найбільшу аудиторію склали глядачі зі США і України десь 40 і 30 відсотків відповідно, що мене дещо здивувало. але!
Reddit цей мій пост видалив і мій аккаунт заблокував без пояснень. я знаю, що на цьому ресурсі пасуться майже всі моделі ШІ, а їх володарі платять за це Reddit величезні гроші. хтось там мабуть звернув увагу і вирішив трохи прикрутити росповсюждення — та це тільки мої здогадки, але вирогідність доволі велика. таке варто було очікувати.
все одно на одному форумі, який я адмініструю, я виклав частинами весь діалог з Gemini і трохи більше. і він вже зафіксован в вебархіві (Wayback Machine). крім того ця концепція зафіксована ще в декількох місцях різними способами. і в мене є аккаунт на GitHub. можливо я до Вас дослухаюсь і зроблю публікацію там.
і ще один момент. якщо і патентувати, то патентувати треба спосіб а не пристрій. пристроїв з використанням цього способу може бути дуже багато і самих різних в різних конфігураціях.
ще раз дякую. :-)
На Реддіті треба написати в приват адміну спільноти, щоб він розібрався з видаленням чи блокуванням. В них там купа автоматичних банів, котрі часто роблять щось дивне.
так. я одразу зіткнувся з цією проблемою автомодераціі на Reddit. але деякі спільноти більш м’які і в одній з них мені вдалось зробити публікацію одразу. вона провисіла там майже місяць. і тільки потім ії видалили а мій аккаунт заблокували без пояснень.
посилання на пост
і ще такий цікавий момент.
після того як ChatGPT переварив мої попередні спілкування з його «братами по розуму», я в нього спитав, чому в історії не залишилось задокументованих слідів хоча б спроб тестування цієї концепції. він видав мені декілька вірогідних аргументів, одним з яких був «сліпа зона» з вірогідністю5-10 відсотків. потім ми з ним ще поспілкувались і я спитав: може підвищиш вірогідність «сліпої зони»? він сказав ні і навіть занизив до 5%.
ну подивимось.
:-)
Якщо ми продовжимо цю тему, то дійдемо до конспірологічних теорій) Бо це справді дуже дивно. Не «закривайтеся» з ШІ, шукайте однодумців. Мені здається, що з правильною стратегією цей двигун (доведений до стану ринкового продукту) можна виготовляти в Україні. А це — експорт, робочі місця та надходження в бюджет. Подивіться в бік Німеччини (ми з Євросоюзом зараз в одному човні, а вони в екстреному режимі шукають способи встояти економічно). Якщо винахід було публічно розкрито (опубліковано в інтернеті, показано на виставці) до моменту подання заявки, він автоматично втрачає патентну чистоту. Але в Німеччині, замість класичного патенту, можна подати заявку на Gebrauchsmuster — це так званий малий патент або корисна модель. Саме для Gebrauchsmuster діє правило, що якщо ви самі розкрили свою ідею, то є рівно 6 місяців з дати публікації, щоб подати заявку в DPMA. Корисна модель реєструється за кілька тижнів, тому що відомство не проводить глибокої перевірки на новизну при реєстрації (перевірка відбувається лише у разі судових спорів), але дає такі самі права забороняти іншим копіювати схему в Німеччині на строк до 10 років. Подати заявку можна онлайн через офіційний сайт DPMA (коштує всього близько30–40 €). Якщо я правильно пам’ятаю, коли у вас немає німецького громадянства чи адреси в Німеччині, за законом там ще й зобов’язаний допомагати місцевий представник — німецький патентний повірений (Patentanwalt) чи адвокат.
Це не захистить по всьому світі, але дасть можливість перевірити вашу ідею реальністю, а за ідеального збігу обставин — почати співробітництво з інжиніринговими компаніями чи постачальниками (Tier 1) — такими як IAV, FEV, Magna чи Bosch. Вони постійно шукають нові концепти, мають гроші на суди, міжнародні патенти та можливості інвестувати у виробництво в інших країнах. На мою дилетантську думку, ваш погляд на проблеми дуже свіжий, а концепт — інноваційний! І тільки через форсування імплементації ваш винахід принесе користь людям.
дякую.
в американському патентному праві є можливість подати Provisional Patent Application (PPA). це щось схоже на те що Ви розказали про те, як це може відбуватися в Німеччині.
але я принципово не хочу бути юридично присутнім в будь якому подібному процесі. тому мені більш прийнятний статус Prior Art. на моє переконання, якщо хтось і спробує це запатентувати, то там буде злива позовів навіть від третіх осіб.
-----------------------
прототип для попереднього тестування можна зробити дуже легко. там замість тороїда в якості робочої камери достатньо звичайного кільця з прямокутним перерізом і відповідної форми лопастей, та ще й додати декілька додаткових кілець на кожну касету. так, система обгінних муфт, система подачі горючої суміші і відводу відпрацьованих газів — це нетрівіальна задача в такій схемі тому що конфігурація нова. але все це вирішується — повірте мені на слово.
звичайно, спочатку все це буде пихтіти і диміти, але крутитись буде.
:-)
Та й тороїд мабуть можна надрукувати принтером для металу. Не знаю, чи триматиме температуру. Але, може, є варіант підібрати якесь низькотемпературне паливо.
Ще має бути можливість комп’ютерних симуляцій — треба фізиків питати.
тут з’явився перший комент. дякую. :-)
але перш за все я маю завдячити редакторам мого допису для публікації. чудова робота. буду вам винен.
:-)
res.cloudinary.com/.../eynnwaz68en6oihbnegc.jpg