Автомобильные роторно-поршневые двигатели (1964 год) - часть 5

Те же принципиальные недостатки свойственны и другой схеме РПД данной группы, показанной на фиг. 8.

Фиг. 8. Схема двигателя с заслонками, скользящими в пазах ротора при круглом сечении корпуса.

Фиг. 9. Схема двигателя Патерсона с заслонками, скользящими в пазах ротора, при некруглом сечении корпуса:

Фиг. 10. Схема роторного-поршневого двигателя Рожиц-кого:

Уплотнение торцовых сопряжений ротора и корпуса здесь вообще не разработано.

В одной из оригинальных схем РПД данной группы, Предложенной польским изобретателем Г. Рожицким (фиг. 10), применен овальный ротор, совершающий круговое плоско-параллельное движение в корпусе овального сечения, состоящем из двух секций I и II. Такое движение ротора осуществляется с помощью шарнирного четырехзвенного механизма параллелограммного типа, одно из звеньев которого—первый (ведомый) кривошипный вал—сочленяется с валам отбора мощности.

Кривошипная шейка этого вала шарнирно связана со втулкой ротора. В роторе размещена также другая втулка, в которой вращается кривошипная шейка второго кривошипного вала.

Расстояние между осями опорных шеек кривошипных валов такое же, как и расстояние между отверстиями под шарнирные втулки ротора; поэтому последний при вращении кривошипных валов не поворачивается, а перемещается поступательно.

В пазах ротора симметрично по отношению к большой оси овала и перпендикулярно к ней располагаются две заслонки. Плоские концы их скользят по плоскому участку профиля корпуса и одновременно в пазах ротора.

В этом двигателе применена золотниковая система газораспределения. Функции золотников выполняют заслонки 11 и 13, в которых имеются каналы 10 и 12. При вращении ротора эти каналы последовательно совмещаются с окнами 3 и 8 в торцовых частях корпуса. При вращении кривошипных валов против часовой стрелки в полость, расположенную слева от заслонок (зарядную секцию), входит свежий заряд, который далее сжимается и выталкивается через клапан 9 в накопительную камеру. Из последней через отверстие 6 в торце корпуса и отверстие 7 в торце ротора сжатый заряд поступает в камеру сгорания 5, представляющую собой выемку в роторе, расположенную справа от заслонок, и воспламеняется искрой от свечи зажигания 4.

В отсеках между корпусом, ротором и заслонками — справа от них (рабочая секция)—при вращении кривошипных валов происходит расширение, после чего эти отсеки очищаются от отработавших газов через канал 12 в заслонке и окна 8, а затем цикл повторяется.

К особенностям данной схемы можно отнести то, что расстояние между двумя заслонками теоретически постоянно и отсутствуют центробежные силы, действующие на заслонки.

Недостатками схемы являются очень невыгодная форма камеры сгорания и большая затрата энергии на перемещение рабочего тела из отсека в отсек при ограниченных сечениях каналов. Устройство уплотнений заслонок в торце связано с большими конструктивными трудностями.

Схемы двигателей с заслонками, скользящими в пазах корпуса

Для двигателей данной группы характерно применение системы заслонок, скользящих в пазах корпуса (фиг. 11). Среди авторов схем этих РПД следует, например, отметить П. А. Кропачева, С. Апельтауна и др.

Контактные поверхности заслонок должны скользить по наружной поверхности ротора при вращении последнего. Ввиду непостоянства радиуса кривизны ротора концы заслонок должны быть изготовлены в виде частей цилиндров. Закон перемещения заслонок вдоль оси пазов корпуса определяется формой ротора.

Среди разновидностей схем РПД данной группы надо отметить схемы с непрерывным движением заслонок при непрерывном изменении радиуса-вектора ротора и схемы со «ступенчатым» законом движения заслонок для пропуска лопастей роторов ступенчатого профиля, радиус-вектор которых резко изменяется в зоне сопряжения с лопастью. Использование последних схем практически невозможно по тем же соображениям, что и храповых механизмов. В наиболее простых схемах РПД заслонки приводятся в движение в результате контакта с вращающимся ротором подобно приводу толкателей кулачками газораспределительных механизмов.

Фиг. 11. Схема двигателя Колетти с заслонками, скользящими в пазах корпуса:
1 — ротор; 2 — корпус; 3 — свеча; 4 — заслонка; 5 — выпускное окно; 6 — впускное окно.

К недостаткам такого привода заслонок необходимо отнести плохие условия смазки сопряжений при больших окружных скоростях ротора и ограниченную поверхность контакта пластин при больших нагрузках. Для устранения этих отрицательных явлений предлагают в качестве привода заслонок применять кулачковые механизмы, обеспечивающие требуемый закон движения заслонок. В этом случае отмеченные недостатки привода заслонок могут быть несколько уменьшены. Однако те же недостатки будут свойственны механизмам, управляющим движением заслонок. При этом потребуется решить сложную задачу компенсации зазора между заслонками и ротором, обусловленного неточностью изготовления ротора и кулачков, а также температурными и силовыми деформациями деталей. Достаточно целесообразных решений данной задачи не найдено. Поэтому сопряжения поверхностей ротора и концевых частей заслонок, а также заслонок и корпуса РПД оказываются нагруженными большими инерционными нагрузками, которым должны противодействовать возвратные пружины. Эти же сопряжения должны выполнять функции подвижных уплотнений, предотвращающих чрезмерную утечку газа из рабочих отсеков. Вследствие переменности радиуса кривизны ротора контактные концы заслонок должны быть закругленными.

Из-за большой инерционной нагрузки на заслонки и высокой удельной нагрузки на их контактные поверхности допустимая окружная скорость ротора двигателя данной группы весьма ограничена. Повышению числа оборотов ротора в таких двигателях препятствует увеличение инерционной нагрузки на заслонки и ротор, примерно пропорциональное квадрату числа оборотов ротора.

В этом отношении рассматриваемые РПД не только не имеют преимуществ по сравнению с ПД, но в принципе уступают им вследствие нерациональной формы наиболее нагруженных инерционными силами пар, которые имеют противоположные знаки радиуса кривизны поверхностей сопрягаемых деталей. Последнее невыгодно отличает РПД данной группы от РПД предыдущей группы, у которых знак радиуса кривизны подвижных заслонок для большинства участков сопряжения совпадает со знаком кривизны поверхности корпуса.

Изложенные обстоятельства определяют причины прекращения использования данных схем не только для РПД, но и для воздуходувных машин.

Много общего с рассмотренными схемами РПД имеют схемы РПД с заслонками, шарнирно укрепленными на роторе, т. е. качающимися относительно последнего (фиг. 12), и с заслонками, шарнирно укрепленными в корпусе, т. е. качающимися относительно корпуса. Авторами подобных схем являются А. Вуд, Е. Хаммере и др.

Как видно из схемы (фиг. 12), к РПД подобного типа в значительной мере могут быть отнесены соображения, изложенные при рассмотрении схемы двигателей с заслонками, скользящими в пазах ротора (фиг. 8). Существуют схемы РПД комбинированного типа с шарнирным сопряжением наконечников заслонок и их несущей части, скользящей в пазах корпуса. Следует отметить специфические трудности уплотнения шарнирных сопряжений заслонок с ротором и высокую нагруженность этих сопряжений, а также поверхностей сопряжений концов заслонок с корпусом. Последнее позволяет отнести к данным схемам соображения о недостатках функционирования сопряжений, в которых действуют большие инерционные нагрузки в условиях обтекания их деталей горячими газами.

РПД с качающимися заслонками, шарнирно укрепленными в корпусе, свойственны те же недостатки, что РПД с заслонками, скользящими в корпусе. Это следует из того, что кинематическая схема двигателей последнего подкласса представляет частный случай более общего вида двигателей с заслонками, качающимися вокруг оси, закрепленной на корпусе.

Общей особенностью всех РПД, схемы которых изображены на фиг. 3—12, является действие на их детали циклически изменяющихся сил инерции, амплитуда которых увеличивается примерно пропорционально квадрату числа оборотов ротора. В этом отношении подобные РПД не имеют преимуществ по сравнению с поршневыми двигателями с кривошипно - шатунными механизмами. Силы инерции вызывают циклически изменяющиеся напряжения в деталях двигателя, в том числе и в большинстве деталей,

формирующих сопряжения и выполняющих функции уплотнения рабочих отсеков. Такие циклические изменяющиеся силы или их моменты увеличивают механические потери в двигателе с повышением его числа оборотов, а также вызывают колебания элементов шасси, на котором установлен двигатель.

Фиг. 12. Схема двигателя с заслонками, шарнирно укрепленными на роторе:
А — рабочая полость; 1 — корпус; 2 — пал ротора; 3 — ротор; 4 — рычаг; 5 — башмак.

содержание .. 3 4 5 6 ..