Как работают треугольные поршни....
Posted: 02 Mar 2010, 12:28
На автомобили с момента создания устанавливают поршневые двигатели внутреннего сгорания, конструкция которых принципиально не меняется. Из всех пытавшихся совершить революцию в устройстве самодвижущихся экипажей удача улыбнулась только создателю роторно-поршневого двигателя Феликсу Ванкелю.
До появления роторно-поршневого двигателя в автомобилях применялись только дизельные и бензиновые моторы, конструкция которых очень схожа. Ванкель предложил заменить традиционные поршни, цилиндры, кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы вращающимся трехвершинным ротором, размещенным внутри цилиндра, поперечное сечение которого представляет собой особую кривую – эпитрохоиду. Ротор передает усилие от расширяющихся продуктов горения на выходной вал через цилиндрический эксцентрик (в общем-то, подобие коленчатого вала).
На внешней поверхности ротора сделаны углубления – камеры сгорания. К ротору жестко прикреплен зубчатый венец, который обкатывается вокруг неподвижно установленной шестерни и обеспечивает вращение ротора относительно статора по заданной траектории. Радиусы шестерен относятся как 2:3, поэтому за один оборот эксцентрикового вала ротор поворачивается на 120°. Роль традиционных поршневых колец выполняют радиальные и торцевые уплотнения в виде пластин, которые прижимаются к цилиндру центробежными силами и ленточными пружинами.
Конструкция двигателя позволила реализовать классический четырехтактный цикл: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск за один полный оборот ротора (вместо двух, как у классического ДВС) и без какого-либо механизма газораспределения. В связи с особенностями рабочего цикла для РПД обычно применяют термин «приведенный рабочий объем», который равен двойному объему секции.
Как и поршневые ДВС, которые могут иметь разное число цилиндров, РПД могут иметь разное число секций. Из-за сложностей «стыковки» большого их количества наиболее распространены одно- или двухсекционные двигатели. Четырехсекционный устанавливали только на экспериментальный Mercedes C111.
Эволюция
Самой важной технической задачей было повышение долговечности радиальных газовых уплотнений. Они контактируют с рабочей поверхностью полости под постоянно изменяющимся углом – в пределах ±125°. В результате контакт происходит «по линии», в отличие от поршневых колец, контактирующих с поверхностью гильз цилиндров «по поверхности». Удельные давления в месте контакта намного больше, чем у поршневых колец, поэтому данные уплотнения изнашиваются более интенсивно. Постепенно были разработаны новые материалы, позволившие получить приемлемую долговечность уплотнений.
Еще одна проблема данных уплотнений – плохой теплоотвод в систему охлаждения. Сам блок «цилиндров» имеет классическую систему охлаждения.
В первоначальном виде газообмен (впуск рабочей смеси и выпуск отработавших газов) осуществлялся через специальные окна, расположенные в торце корпуса над ротором. Затем впуск стали производить через боковые окна, а выпуск – по-прежнему через торцевые.
Следующим этапом (РПД Renesis от Mazda) стало использование только боковых окон и трех впускных каналов различной длины. В зависимости от оборотов двигателя электронный блок управления открывает тот или иной канал. Фактически это аналог впускного тракта с переменной геометрией, которые используют конструкторы поршневых ДВС для изменения характеристик крутящего момента в различных диапазонах оборотов. Бензин подается через шесть топливных форсунок (по три на секцию). Массу ротора уменьшили на 14%. Эти нововведения позволили обеднить рабочую смесь, улучшить ее сгорание, а следовательно, снизить расход топлива, который у РПД достаточно высок.
В результате на холостом ходу двухсекционный Renesis расходует примерно на 40% меньше горючего, чем его предшественник. Более того, этот мотор соответствует требованиям Евро 4. При рабочем объеме 1,3 л (приведенный объем – 2,6 л) максимальная мощность этого агрегата весьма внушительная – 231 л. с. при 8200 об/мин, а крутящий момент – 211 Нм при 5500 оборотов. Если учесть, что наддув в этом моторе не применяется, результаты впечатляют – литровая мощность находится на уровне самых форсированных поршневых ДВС.
Продолжение следует
Несмотря на отказ почти всех автомобилестроительных фирм от использования роторно-поршневых двигателей, Mazda продолжает совершенствовать РПД. Немаловажным фактором является предрасположенность РПД к работе на водороде. Для использования водорода в качестве горючего в уже упомянутый Renesis дополнительно устанавливают по две форсунки в каждую секцию, через которые в камеру сгорания впрыскивается водород. Особенности конструкции двигателей исключают обратные вспышки, возможные в поршневом ДВС. Существует Mazda RX-8 с водородным двигателем, причем фактически автомобиль является двухтопливным, поскольку в нем сохранена и классическая бензиновая система питания. Пока, правда, мощность на водороде ниже, чем на бензине, но работа продолжается, в том числе и по созданию гибридной силовой установки с водородным РПД на базе двигателя Renesis.
До появления роторно-поршневого двигателя в автомобилях применялись только дизельные и бензиновые моторы, конструкция которых очень схожа. Ванкель предложил заменить традиционные поршни, цилиндры, кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы вращающимся трехвершинным ротором, размещенным внутри цилиндра, поперечное сечение которого представляет собой особую кривую – эпитрохоиду. Ротор передает усилие от расширяющихся продуктов горения на выходной вал через цилиндрический эксцентрик (в общем-то, подобие коленчатого вала).
На внешней поверхности ротора сделаны углубления – камеры сгорания. К ротору жестко прикреплен зубчатый венец, который обкатывается вокруг неподвижно установленной шестерни и обеспечивает вращение ротора относительно статора по заданной траектории. Радиусы шестерен относятся как 2:3, поэтому за один оборот эксцентрикового вала ротор поворачивается на 120°. Роль традиционных поршневых колец выполняют радиальные и торцевые уплотнения в виде пластин, которые прижимаются к цилиндру центробежными силами и ленточными пружинами.
Конструкция двигателя позволила реализовать классический четырехтактный цикл: впуск – сжатие – рабочий ход – выпуск за один полный оборот ротора (вместо двух, как у классического ДВС) и без какого-либо механизма газораспределения. В связи с особенностями рабочего цикла для РПД обычно применяют термин «приведенный рабочий объем», который равен двойному объему секции.
Как и поршневые ДВС, которые могут иметь разное число цилиндров, РПД могут иметь разное число секций. Из-за сложностей «стыковки» большого их количества наиболее распространены одно- или двухсекционные двигатели. Четырехсекционный устанавливали только на экспериментальный Mercedes C111.
Эволюция
Самой важной технической задачей было повышение долговечности радиальных газовых уплотнений. Они контактируют с рабочей поверхностью полости под постоянно изменяющимся углом – в пределах ±125°. В результате контакт происходит «по линии», в отличие от поршневых колец, контактирующих с поверхностью гильз цилиндров «по поверхности». Удельные давления в месте контакта намного больше, чем у поршневых колец, поэтому данные уплотнения изнашиваются более интенсивно. Постепенно были разработаны новые материалы, позволившие получить приемлемую долговечность уплотнений.
Еще одна проблема данных уплотнений – плохой теплоотвод в систему охлаждения. Сам блок «цилиндров» имеет классическую систему охлаждения.
В первоначальном виде газообмен (впуск рабочей смеси и выпуск отработавших газов) осуществлялся через специальные окна, расположенные в торце корпуса над ротором. Затем впуск стали производить через боковые окна, а выпуск – по-прежнему через торцевые.
Следующим этапом (РПД Renesis от Mazda) стало использование только боковых окон и трех впускных каналов различной длины. В зависимости от оборотов двигателя электронный блок управления открывает тот или иной канал. Фактически это аналог впускного тракта с переменной геометрией, которые используют конструкторы поршневых ДВС для изменения характеристик крутящего момента в различных диапазонах оборотов. Бензин подается через шесть топливных форсунок (по три на секцию). Массу ротора уменьшили на 14%. Эти нововведения позволили обеднить рабочую смесь, улучшить ее сгорание, а следовательно, снизить расход топлива, который у РПД достаточно высок.
В результате на холостом ходу двухсекционный Renesis расходует примерно на 40% меньше горючего, чем его предшественник. Более того, этот мотор соответствует требованиям Евро 4. При рабочем объеме 1,3 л (приведенный объем – 2,6 л) максимальная мощность этого агрегата весьма внушительная – 231 л. с. при 8200 об/мин, а крутящий момент – 211 Нм при 5500 оборотов. Если учесть, что наддув в этом моторе не применяется, результаты впечатляют – литровая мощность находится на уровне самых форсированных поршневых ДВС.
Продолжение следует
Несмотря на отказ почти всех автомобилестроительных фирм от использования роторно-поршневых двигателей, Mazda продолжает совершенствовать РПД. Немаловажным фактором является предрасположенность РПД к работе на водороде. Для использования водорода в качестве горючего в уже упомянутый Renesis дополнительно устанавливают по две форсунки в каждую секцию, через которые в камеру сгорания впрыскивается водород. Особенности конструкции двигателей исключают обратные вспышки, возможные в поршневом ДВС. Существует Mazda RX-8 с водородным двигателем, причем фактически автомобиль является двухтопливным, поскольку в нем сохранена и классическая бензиновая система питания. Пока, правда, мощность на водороде ниже, чем на бензине, но работа продолжается, в том числе и по созданию гибридной силовой установки с водородным РПД на базе двигателя Renesis.
