Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

РОТОРНО-ПОРШНЕВЫЕ И ГАЗОТУРБИННЫЕ  
ДВИГАТЕЛИ, КОМБИНИРОВАННЫЕ СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ


ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Помимо поршневых двигателей, где возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, существуют двигатели внутреннего сгорания, в которых основной рабочий орган совершает вращательное движение. Такими двигателями являются роторно-поршневые и газотурбинные. Существуют также двигатели со свободно движущимися поршнями, которые применяют как генераторы газа в комбинированных силовых установках с газотурбинными двигателями.

РОТОРНО-ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
В общем случае роторно-поршневой двигатель представляет собой тепловой двигатель, в котором функцию поршня выполняет ротор, грани которого воспринимают силы от давления газа и передают их на вал, вывывая его вращение.
К числу роторио-поршиевых двигателей можно отнести двигатели, аналогичные по принципу действия шестеренному или коловратному насосу, роторному нагнетателю и им подобным, т. е. двигатели, где подвижная стенка совершает угловое перемещение под действием давления газов. В качестве транспортных распространение получили двигатели с ротором-поршнем сложной формы, который совершает перемещение (вращение и обкатывание) в полости статора, воздействуя на эксцентриковый вал, причем движение ротора во внутренней полости статора синхронизируется зубчатым механизмом. По сравнению с обычными поршневыми роторно-поршневые двигатели обладают рядом преимуществ. Они не имеют деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, благо даря чему упрощается их конструкция и уравновешивание, повы шается плавность хода и уменьшается уровень шума при работе Эти двигатели в принципе могут работать с высокой частотой вра щения, они имеют сравнительно небольшую удельную массу.
Идея роторной машины возникла несколько столетий назад. В 1636 г. немецкий механик Папенгейм построил шестеренный насос для подачи воды, в 1799 г. англичанин Мюрдок — паровую машину с роторами-шестернями (рис. 12.1, а).
Роторно-поршневой паровой двигатель с овальным поршнем создай в 1901 г. американцем Кули (Cooley), а в 1908 г. англичанин Фред Амплеби (Umpleby) построил аналогичный двигатель внутреннего сгорания (рис. 12.1,6). Овальный поршень и уплотнения разделяют гипотрохоидную внутреннюю полость статора этого двигателя на три обособленные рабочие полости с изменяющимися объемами, в каждой из которых последовательно совершаются все процессы рабочего цикла. Газообмен обеспечивают через окна с помощью отдельного золотникового устройства. Аналогичную схему имеет роторно-поршневой двигатель «Турбо-радиал» (рис. 12.1, в), в каждом из четырех самостоятельных рабочих объемов которого последовательно осуществляется впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск. Вследствие этого стенки полостей двигателя
периодически охлаждаются свежей смесью и не испытывают таких больших тепловых напряжений, как в широко известном двигателе Ванкеля (рис. 12.2).
Все ранее создававшиеся роторно-поршневые двигатели имели общий недостаток — несовершенное и недолговечное уплотнение ротора. Немецкий конструктор Феликс Ванкель, длительное время работавший над созданием роторного двигателя, использовал известную схему с трехгранным поршнем и внутренней полостью статора в виде гипоциклоиды, которая была реализована в 1943 г.
Бернардом Мэйлардом для компрессора (рис. 12.1, г). Основная заслуга Ванкеля — создание конструкции эффективного и надежного уплотнения ротора, которое и позволило роторно-поршневому двигателю внутреннего сгорания стать конкурентоспособным по Отношению к традиционному поршневому двигателю.
На рис. 12.3, а показана конструкция роторно-поршневого двигателя Ванкеля, установленного на автомобиле «НСУ-Спидер».
Вал 6, размещаемый в подшипниках боковых стенок 2 корпуса, имеет цилиндрический эксцентрик 7, на котором вращается трехгранный ротор 5. На боковой стенке корпуса двигателя расположена неподвижная шестерня 10, в зацепление с которой входит зубчатый венец 9, укрепленный на роторе-поршне. Поскольку в роторно-поршневом двигателе передаточное отношение зубчатого зацепления равно 3:2, то при трех оборотах эксцентрикового вала, например, по часовой стрелке поршень как бы совершит два оборота в обратном направлении, т. е. против часовой стрелки. Следовательно, относительно неподвижного статора поршень совершает за это время один оборот в том же направлении, что и вал. Треугольный поршень разделяет внутреннюю полость статора на три рабочие полости с изменяющимися объемами, в каждой из которых последовательно совершаются процессы рабочего цикла. Когда поршень находится в положении, показанном на рис. 12, а в полости III происходит сгорание смеси и расширение газов, в полости / заканчивается выпуск и начинается процесс впуска, а в полости II смесь сжимается. Когда поршень проворачивается в положение, показанное на рис. 12.2, б, в полости III заканчивается расширение продуктов сгорания, а в положении, показанном на рис. 12.2, в, из полости III начинается въшуск продуктов сгорания. Одновременно электрическая -искра, проскакивающая между электродами свечи, воспламеняет смесь, сжатую в полости II. На рис. 12.2, г показано положение поршня, соответствующее началу рабочего хода в полости II.
Газораспределение в двигателе Ванкеля осуществляют путем перекрывания выпускного и впускного каналов поршнем. В положении, когда поршень одновременно открывает оба канала, происходит перекрытие фаз газораспределения, аналогичное перекрытию в клапанных механизмах обычных четырехтактных двигателей.
За полный оборот поршня или за три оборота вала в каждой из трех полостей последовательно совершаются все процессы рабочего цикла. Таким образом, на каждый оборот вала приходится один рабочий ход. Поэтому при сравнении литровых мощностей четырехтактного поршневого и роторно-поршневого двигателей рабочий объем последнего удваивается (в четырехтактном поршневом двигателе в каждом цилиндре рабочий ход приходится на два оборота коленчатого вала).
Под полным объемом роторно-поршневого двигателя подразумевается максимальный объем рабочей полости (камеры), заключенный между одной из граней поршня и стенкой рабочей камеры. Рабочий объем камеры равен разности между полным (максимальным) и минимальным ее объемами. Для получения высоких степеней сжатия грани поршня должны профилироваться по огибающим к эпитрахоидной поверхности статора (по гипотрохоиде). В карбюраторных двигателях ограничиваются более простыми формами и обрабатывают грани поршня по дугам окружности.
На рис. 12.3, б, в показаны элементы уплотнения ротора и общая компоновка силового агрегата автомобиля НСУ Ro-80 с двух роторным двигателем, позволяющая судить о реальной конструкции серийного роторно-поршневого двигателя автомобильного типа.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.