Автомобильные роторно-поршневые двигатели (1964 год)

Главная Книги - Разные Автомобильные роторно-поршневые двигатели (Ханин Н.С.) - 1964 год

Автомобильные роторно-поршневые двигатели (1964 год) - часть 12

Для канала типа В максимальный расход газа соответствует первому критическому отношению давлений. Однако максимальная скорость газа в расширяющейся части такого канала может значительно превышать скорость звука. Поэтому в случае применения уплотнений, профиль каналов которых сначала плавно суживается, а затем расширяется, может значительно увеличиться

через каналы, увеличение давления цикла в РПД не влечет за собой роста утечек через уплотнения, но условия работы сопряжений ухудшаются.

При контактных системах уплотнения типа Ванкель уравнения (20) и (22) непосредственно применимы лишь для относительно коротких участков контура уплотнения, не уплотняемых специальными устройствами. К ним, в частности, относятся сравнительно короткие участки сопряжений торцовых элементов уплотнений с поверхностью корпуса, напоминающие зазоры с стыках поршневых колец ПД (сопряжение С, фиг. 29). Однако наряду с этим утечка газа из отсеков РПД с контактными системами уплотнения происходит через зазоры в сопряжениях уплотняющих элементов с корпусом, обусловленные микронеровностями поверхностей (фиг. 29, б). Величина этих утечек газа зависит от исходного состояния .поверхностей корпуса и сопряженных элементов уплотнения, а также от изменения их состояния при длительной работе РПД. При удовлетворительно>м состоянии поверхностей и наличии масляной пленки эти утечки невелики. Очевидно, именно ухудшение состояния контактирующих поверхностей определяет значительное увеличение утечки газа из отсеков и необходимость ремонта РПД в процессе эксплуатации.

Вопросы трения и смазки в сопряжениях элементов систем уплотнения РПД пока еще не исследованы. Исходя из имеющихся литературных данных об износе поверхностей, можно утверждать, что трение в сопряжениях радиальных элементов систем контактного уплотнения с трохоидной поверхностью корпуса носит граничный характер. Это обусловлено малой толщиной масляной пленки и высокими значениями контактных напряжений в поверхностных слоях пластин, многократно превосходящими соответствующие напряжения поршневых колец ПД.

При относительно большом темпе износа поверхностей неизбежно ухудшение их микро- и макрогеометрии, что должно приводить к увеличению утечки газа.

В случае превышения определенной максимальной скорости скольжения уплотнительных элементов по корпусу, близкой к максимальным скоростям поршней в ПД и равной 22—30 м/сек, резко увеличиваются механические потери, вследствие чего приходится ограничивать допустимую скорость вращения роторов РПД.

Это явление, как и другие стороны процессов трения и смазки в сопряжениях РПД наряду с аэрогазодина-мическими процессами в них, подлежит всесторонним исследованиям.

Фазы газораспределения

Во всех РПД с вращательным движением роторов в замкнутой рабочей полости можно использовать бесклапанные щелевые системы газораспределения без применения специальных механизмов. Как и у ПД, у РПД имеются положения механизма, соответствующие максимуму и минимуму объема рабочих отсеков. Эти положения по аналогии с ПД целесообразно именовать «мертвыми точками»—м. т. Соответственно фазы газораспределения целесообразно отсчитывать от м. т. в градусах поворота ротора, сопрягающегося с газораспределительными окнами.

По опубликованным данным [24] расчетная скорость Свт у РПД с планетарным движением ротора может быть примерно на 30,% выше, чем у ПД, при этом значение коэффициента наполнения у роторно-поршневых двигателей оказывается более высоким, чем у поршневых. Отмеченная выше особенность кинематики газораспределительных органов РПД дает возможность при меньших фазовых углах газораспределения получить больший коэффициент наполнения, чем в высокооборотных ПД.

Одним из требований при выборе фазных углов конца выпуска и начала впуска РПД является сведение к минимуму перетекания свежего заряда в выпускную систему вследствие сообщения окон между собой через пространство между ротором и корпусом.

Выбор геометрических размеров двигателей с контактными системами уплотнений отсеков

СОВРЕМЕННЫЕ POTOPHO-ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ С ПЛАНЕТАРНЫМ ДВИЖЕНИЕМ РОТОРА

Развитие роторно-поршневых двигателей с планетарным движением ротора

Практические работы по двигателям с планетарным движением ротора начались лишь в первой половине 50-х годов, когда ими по предложению инж. Ф. Банкеля заинтересовалась западногерманская мотоциклетная и автомобильная фирма НСУ.

Первоначально работы по созданию РПД базировались на двухроторной схеме DKM (DrehKolbenmaschine — машина с вращающимся поршнем). Один из роторов при этой схеме расположен внутри другого; роторы соединены зубчатой передачей и вращаются каждый вокруг своей неподвижной оси. Оси параллельны и, следовательно, внутренний ротор совершает относительно внешнего планетарное движение. Схема была проверена на ряде макетов и на роторно-поршневом компрессоре.

В феврале 1957 г. фирма НСУ изготовила первый опытный образец РПД DKM-54 с рабочим объемом 0,125 л. После некоторой доводки он развил мощность 21,33 кет (29 л. с.) при числе оборотов 17 000 в минуту. Во время испытаний был выявлен ряд серьезных недостатков двигателя DKM-54, обусловленных в основном наличием у него двух роторов. Это стимулировало поиски более простой конструктивной схемы, в результате чего была разработана однороторная схема ККМ (Kreis-kolbenmaschine—машина с круговым поршнем) с ротором, совершающим планетарное движение относительно неподвижного корпуса.

К концу 1957 г. был изготовлен вариант РПД, выполненного по схеме ККМ, имеющий также рабочий объем 0,125 л. При испытаниях двигатель ККМ-125 имел примерно те же показатели, что и двигатель DKM-54. У обоих РПД исключительно малым оказался вес, равный 17 кг при изготовлении корпусных деталей из чугуна и 11 кг в случае применения для них алюминиевого сплава (оба числа приведены без учета веса вспомогательных агрегатов двигателя).

В дальнейшем фирма НСУ изготовила опытные РПД ККМ-250 и ККМ-400 (с рабочими объемами соответственно 0,250 и 0,400 л) и в январе 1960 г. выступила с официальным сообщением о достигнутых результатах на внеочередной конференции Общества немецких инженеров (VDI) в Мюнхене.

В короткий срок оведения о РПД НСУ-Ванкель были опубликованы почти во всех журналах мира, имеющих отношение к автомобильной технике и к моторостроению, а также в большинстве научно-популярных журналов.

В 1960—1962 гг. фирма продолжала конструкторско-экспериментальные работы по РПД, выполненным по

схеме ККМ. К доводке их систем уплотнений и зажигания были привлечены специализированные фирмы (Гёт-це и Р. Бош).

Несколько исследовательских организаций было занято подбором для РПД топлива и смазочных материалов.

В дополнение к указанным выше моделям фирма НСУ спроектировала и изготовила РПД ККМ-60 с воздушным охлаждением корпуса и ротора, унифицированные РПД KKM-150L и KKM-150W (первый с воздушным и второй с жидкостным охлаждением корпуса), РПД ККМ-500, для новых микролитражных автомобилей НСУ «Принц» и двухсекционный РПД 2x300, развивающий мощность 44,2 кет (60 л. с.) при n

= 5000 об/мин.

В 1962 г. в ФРГ были проведены испытания оборудованного РПД НСУ-ККМ-150 переносного пожарного насоса фирмы Магирус, ранее выпускавшегося с ГТД. Испытаны также газонные косилки с РПД и подвесные силовые установки с РПД и с винтовыми и реактивными («водометными») движителями для моторных лодок и водяных лыж. Промышленный выпуск таких установок с РПД НСУ ККМ-150 начался в 1963 г.

В декабре 1962 г. было объявлено, что фирма НСУ начнет в 1964 г. крупносерийный выпуск микролитражных автомобилей НСУ с РПД, а в 1963 г. будут изготовлены опытные партии таких автомобилей для проверки их в эксплуатационных условиях.

За время работы над РПД фирма НСУ совместно с организацией Ф. Ванкеля получила около 60 патентов в большинстве индустриальных стран. Ею получены патенты на схемы DKM и ККМ, на способы уплотнений отсеков РПД, охлаждения роторов, коррекции трохоид-ных поверхностей с учетом их термических деформаций, синхронизации относительного движения ротора и эксцентрикового вала, на относительное расположение эксцентриков вала у многосекционных РПД, а также на конструкции сварных элементов РПД, на РПД, работающие по шеститактному циклу, и т. п.

Лицензии на патенты НСУ-Ванкеля приобретены многими зарубежными фирмами. Первой (еще в 1958 г.) их приобрела американская авиамоторостроительная фирма Кертис-Райт. В дальнейшем лицензии приобрели

западно-германские фирмы Мерседес-Бенц, Фольксваген, Клокнер-Гумбольдт-Дойтц, Ман, Крупп и Фихтель унд Захс, английская дизелестроительная фирма Ф. Перкинс, японские фирмы Тойо Когице и Янмар-Дизель-Энжин.

С наибольшим размахом работы по РПД организованы американской фирмой Кертис-Райт, создавшей в г. Вуд-Ридж (штат Нью Джерси) конструкторско-экспериментальный отдел по РПД, руководимый инж. М. Бентеле.

Работы фирмы Кертис-Райт первоначально велись на односекционном, лабораторном РПД RC-6 с рабочим объемом около 1 л. На нем изучались особенности рабочего процесса, подбирались оптимальные размеры и места расположения газообменных окон, отрабатывались элементы уплотнений рабочих отсеков и системы зажигания и охлаждения, измерялись температуры и деформации отдельных деталей. В течение двух с половиной лет было построено десять последовательно улучшаемых экземпляров РПД RC-6.

Для изучения влияния на работу РПД их абсолютных размеров были изготовлены экспериментальный односекционный РПД RC-19 с рабочим объемом 31,5 л (по конструкции являющийся пропорционально увеличенным двигателем RC-6) и РПД с воздушным охлаждением с рабочим объемом 0,07 л. Были построены и испытаны двух- и четырехсекционные образцы РПД, а также испытаны РПД с наддувом.

В конце 1961 г. суммарная продолжительность работы всех РПД в лабораториях фирмы Кертис-Райт превысила 11 000 моточасов.

Фирма Мерседес-Бенц работает над созданием двухсекционного РПД мощностью 147 кет (200 л. с.) для легкового автомобиля Мерседес-Бенц 220-Е, как с карбюраторным смесеобразованием, так и с непосредственным впрыском топлива в рабочие отсеки.

Фирмы MAN, Крупп и Клокнер-Гумбольдт-Дейтц разрабатывают возможность применения для РПД дизельного цикла. Успешно развиваются экспериментальные работы у японской фирмы Янмар-Дизель-Энжин, добившейся такой же долговечности опытных РПД, как и фирмы НСУ и Кертис-Райт.

содержание .. 10 11 12 13 ..