Автомобильные роторно-поршневые двигатели (1964 год) - часть 14

Конструкция, результаты испытаний и исследования роторно-поршневых двигателей фирмы НСУ

Первый опытный образец РПД DKM-54, изготовленный фирмой НСУ в 1957 г., был выполнен по двухроторной схеме, проверенной ранее на опытных компрессорах.

Для двухроторной схемы характерно наличие внешнего ротора с внутренней рабочей поверхностью, выполненной по трохоиде, и внутреннего ротора, изготовленного как одно целое с валом или свободно посаженного на неподвижную ось. Оба ротора связаны между собой зубчатой передачей и вращаются в одном и том же направлении, но с разными числами оборотов и вокруг разных, но параллельных одна другой осей. Между внутренним и внешним роторами находятся рабочие отсеки, объемы которых при вращении роторов циклически изменяются.

Продольный разрез первого опытного РПД DKM-54 показан на фиг. 33. Внутренний ротор выполнен как одно целое с полым валом, сообщающимся со смесительной камерой горизонтального карбюратора 1. Бензо-воздушная смесь из полости вала поступает в соответствующий рабочий отсек при совмещении одного из трех окон на каждом торце внутреннего ротора с радиальными выемками на боковых стенках внешнего ротора.

Внешний ротор и его боковые стенки изготовлены из азотируемой стали.

Оба ротора опираются на игольчатые подшипники и соединены между собой системой цилиндрических шестерен.

Отбор мощности, развиваемой двигателем, производится от вала промежуточной зубчатой передачи при помощи шлицевого торсионного вала 9.

Выпуск отработавших газов осуществляется через окна во внешнем роторе, периодически совпадающие с выпускным каналом в неподвижном корпусе двигателя.

В углублениях внутреннего ротора 2 расположены три свечи зажигания 11, электрический ток к которым подводится в нужный момент по проводам, смонтированным в полости вала, при помощи вращающегося распределителя. Разрыв цепи первичного тока осуществляется в прерывателе 8 специальной конструкции.

Зазоры между торцами внутреннего ротора 2 и боковыми стенками 3 внешнего ротора уплотняются посредством особых торцовых пластин 7, которые вращаются вместе с внутренним ротором, но могут свободно перемещаться вдоль оси последнего. Кроме пластин, система уплотнения имеет радиальные лопатки 6, угловые сухарики и разжимные пружины, подобные описанным выше.

Внутренний ротор 2 охлаждается проходящей через него бензо-воздушной смесью; тепло от внешнего ротора отводится с помощью смазочного масла. В дальнейшем была разработана конструкция с водяным охлаждением обоих роторов.

Во время стендовых испытаний РПД DKM-54, имеющего рабочий объем 0,125 л, при числе оборотов вала

16 000 в минуту была получена мощность 21,33 /сет (29 л. с.); литровая мощность — более 170,6 квт/л (232 л. с./л). Удельный расход топлива доходил до 340 г/(квТ ч) [250 г/(л. с. ч.)], а среднее эффективное давление при 7500 об/мин доходило до 8,5 бар.

Наибольшее число оборотов, которое удалось получить при испытаниях двигателя DKM-54, составляло

17 000 в минуту.

Как видно из описания, конструкция двухроторного двигателя DKM-54 относительно сложна и обладает следующими весьма существенными недостатками:

1) Свечи зажигания, размещенные на внутреннем роторе, не доступны для обслуживания.

2) Момент инерции внешнего ротора и его боковых стенок слишком велик, что отрицательно сказывается на приемистости двигателя. Кроме того, не исключена опасность деформации трохоидной поверхности при высоком числе оборотов внешнего ротора от действия центробежных сил.

3) Надежная герметизация мест подвода свежей смеси в отсеки между вращающимися роторами и отвода из них отработавших газов достигается увеличением потерь на трение и еще большим усложнением конструкции.

4) Система цилиндрических шестерен, синхронизирующих относительное вращение внутреннего и внешнего роторов, очень громоздка и испытывает слишком большую нагрузку при передаче через нее всего развиваемого двигателем момента.

5) Недостаточна надежность работы игольчатых подшипников роторов в условиях высоких окружных скоростей.

Наряду с перечисленными недостатками принципиальная схема двигателя DKM-54 имеет преимущества, обусловленные наличием у каждого из роторов простого вращательного движения вокруг неподвижной оси, что устраняет необходимость в каких-либо противовесах, освобождает подшипники роторов от нагрузки их центробежными силами и облегчает условия работы уплотнительных элементов, так как инерционные нагрузки на них постоянны по направлению.

Однако недостатки двигателя DKM-54 более значительны, чем его достоинства, поэтому фирма НСУ перешла к созданию двигателей по схеме ККМ с одним ротором, совершающим сложное планетарное движение. В таком двигателе возникает неуравновешенная центробежная сила, создающая дополнительные нагрузки в подшипниках ротора и вала двигателя и вызывающая его вибрацию. Для уравновешивания этой силы двигатель снабжают специальными противовесами, но при этом подшипники ротора не разгружаются. Значительно усложнился характер действия сил инерции на уплотнительные элементы. Однако конструкция двигателя стала более простой по сравнению с двигателем DКМ-54. Выполнение корпуса неподвижным устранило все трудности, связанные с герметизацией мест ввода в двигатель свежей смеси и отвода из него отработавших газов,

втулки в осевом направлении их посадочные размеры изменяются и создается радиальный натяг примерно такой же, как при горяче-прессовой посадке. Угловое положение маховиков-противовесов относительно вала устанавливается с помощью радиальных установочных штифтов.

Фиг. 34. Продольный и поперечный разрезы РПД ККМ-250:

Вал с маховиками опирается на два подшипника качения, посаженных на ступицы маховиков и входящих в расточки крышек корпуса двигателя. Стальной ротор, помимо деталей системы уплотнения, имеет отдельную ступицу, крышку, выполненную как одно целое с синхронизирующей шестерней 12 и маслоотводящий диск 13.

Ступица запрессована в ротор и дополнительно крепится к нему тремя винтами.

Фиг. 35. Отвод охлаждающего масла из внутренней полости ротора РПД ККМ-250:
1 — крышка корпуса; 2 — ротор; 3 — неподвижный маслоотводящий диск с изогнутыми ребрами.

В нижней части корпуса имеются впускное и выпускное окна; в верхней части со смещением по направлению вращения ротора установлена свеча зажигания специальной конструкции (искра от центрального электрода пробивает прямо на массу корпуса).

‘Прерыватель первичного тока системы зажигания закреплен на передней крышке двигателя и приводится в действие от переднего конца эксцентрикового вала.

Оба маховика-противовеса, чтобы на них не попадало смазочное масло, окружены кожухами из листовой стали.

Радиальные уплотнительные лопатки, угловые сухарики и торцовые планки системы уплотнения рабочих отсеков двигателя изготовлены из серого чугуна, обычно применяемого для поршневых колец. Материалом для разжимных ленточных пружин служит бериллиевая бронза повышенной термостойкости.

С боков на роторе имеются три концентричные проточки, в двух из которых помещена кольца из упругого

маслостойкого синтетического материала. Назначение колец — уменьшить попадание смазочного масла в рабочие отсеки двигателя.

Для смазки трохоидной поверхности корпуса в бензин, применяемый в качестве топлива, добавляется масло в отношении 1 : 50.

Ротор в сборе подвергают .предварительной статической (балансировке и затем вместе с эксцентриковым валом и маховиками-противовесами—тщательной динамической балансировке. Внутренние полости ротора при этом наполняют маслом.

Угол опережения открытия впускного окна у РПД К КМ-250 соответствует 60° угла поворота эксцентрикового вала до положения ротора, соответствующего минимальному объему данного рабочего отсека. Закрытие впускного окна осуществляется после поворота эксцентрикового вала на 60° от указанного (положения ротора.

Основные геометрические параметры двигателя ККМ-250 приведены ниже.

содержание .. 12 13 14 15 ..