В винтовом ДВС происходит преобразование химической энергии топлива в механическую энергию агрегатов и преобразование поступательного движения во вращательное. Он состоит из трех частей, объединенных корпусом. В первой происходит сжатие воздуха или топливовоздушной смеси, вторая играет роль камеры сгорания (точнее, возгорания), а третья предназначена для дожигания топливовоздушной смеси и преобразования энергии газов в энергию вращения выходного вала винтового ДВС. Назовем эти части, соответственно, компрессор, камера сгорания и турбина.

Центральные элементы компрессора и турбины соосны и соединены друг с другом, а также с выходными валами. Их конструкция принципиально одинакова; они имеют сложную коническую сферовинтовую поверхность, полученную путем "переката" сфер различных радиусов по винтовой траектории на боковой поверхности конуса. Радиусы сфер убывают по определенному закону по мере их движения.

Боковые элементы сателлитов компрессора и турбины также имеют принципиально одинаковую конструкцию со сложной вогнутой конической сферовинтовой поверхностью, образованной "перекатом" шариков по боковой поверхности, но с одним отличием: "перекат" выполнен внутри образующего конуса.

При соединении центрального тела и сателлитов в одном корпусе образуется планетарная коническая зубчатая передача со сходящимися в одной точке осями вращения всех зацепляющихся между собой пар элементов. При этом в каждой такой паре происходит непрерывное одновременное многополюсное сферовинтовое коническое зацепление.

Отличительной чертой этого зацепления является то, что контактирующие поверхности перекатываются друг по другу без скольжения.

По мере вращения элементов происходит перемещение линий зацепления в сторону уменьшения диаметра конструкции (для компрессора) или его увеличения (для турбины). Отсюда имеем два качества: - объемы, образованные сферовинтовыми поверхностями каждой пары элементов и внутренней поверхностью корпуса в пределах между линиями зацепления, являются замкнутыми; - при вращении элементов зацепления эти объемы перемещаются вслед за линиями зацепления. В компрессоре они уменьшаются, а в турбине - увеличиваются.

Принцип работы ДВС состоит в следующем. При вращении его элементов от устройства запуска (стартера) компрессор через впускные окна захватывает воздух и проталкивает его, одновременно сжимая в уменьшающихся объемах, в камеру сгорания. Сюда же впрыскивается топливо, которое, по аналогии с дизелем, воспламеняется из-за высокой температуры сжатого воздуха. Далее горящая топливовоздушная смесь попадает в узкую часть турбины. Здесь в пределах замкнутых объемов смесь догорает, и образующиеся при этом газы, как бы раздвигая границы замкнутых объемов, совершают работу - заставляют вращаться все элементы сферовинтового конического зацепления турбины.

Работа этого двигателя возможна и по схеме бензинового ДВС, то есть в компрессор может подводиться топливовоздушная смесь, а в камере сгорания в этом случае осуществляется ее поджиг. Все другие процессы аналогичны.

Важнейшее достоинство предлагаемой конструкции состоит в том, что она свободна от главного недостатка осепоршневых ДВС - наличия механической системы с возвратно-поступательным движением.

К другим достоинствам конструкции винтового ДВС перед осепоршневым следует отнести следующие: отсутствие трения скольжения; теоретически неограниченную степень сжатия компрессора и, соответственно, степень расширения турбины; широкий рабочий диапазон оборотов двигателя, возможность работы при высокой частоте вращения; простоту конструкции; отсутствие несбалансированных масс, низкий уровень шума; небольшие массу и габариты; возможность работы на любых видах жидких и газообразных топлив; возможность введения в зону горения реагентов для улучшения характеристик; высокую удельную мощность и коэффициент полезного действия двигателя.

Проведенные расчеты показали, что шестикамерный ДВС со степенью сжатия-расширения 20, при работе на смеси метан-воздух способен развить мощность до 125 кВт при частоте вращения выходного вала 7000 об/мин. При этом его длина составит 460 мм, максимальный диаметр по турбине - 199 мм, а к.п.д. будет в пределах 60…70 %.

Вполне естественно, что есть у винтового ДВС и "оборотная сторона медали". Это трудности, связанные с технологией и материалами для изготовления деталей со сферовинтовыми поверхностями. Однако выполненные исследования свидетельствуют, что сегодня все эти трудности преодолимы.

Мечты автомобилестроителей, авиаторов, судостроителей, создателей других механических средств об экономичном, малогабаритном, экологически чистом ДВС приобретают реальные очертания.