Рлд двигатель


С.В. Митрофанов: Совершенствование механической части ДВС и немного о Ё-мобиле

В части уменьшения потерь двигателя на трение эффективным способом является переход от 4-х тактного цикла к 2-х тактному. В 4-х тактном цикле двигатель половину времени работает как поршневой воздушный насос, обеспечивающий газообмен (такты впуска и выпуска). В 2-х тактных двигателях эту работу чаще всего выполняет специальный агрегат – продувочный компрессор с механическим приводом от коленчатого вала двигателя. Размер этого агрегата в десятки раз меньше двигателя. Поэтому переход на 2-х тактный цикл позволяет значительно уменьшить размеры и вес двигателя.

Что мешает использовать 2-х тактные двигатели в автотранспорте? На сегодня в большей степени традиции.

Другим эффективным способом повышения механического КПД двигателя является применение турбонаддува. Использование теряемой с отработавшими газами энергии для привода турбокомпрессора позволяет уменьшить потери двигателя на газообмене, а в некоторых случаях даже превратить газообмен в дополнительную полезную работу.

Турбонаддув активно применяется как в 4-х тактных, так и в 2-х тактных двигателях.

Еще одним способом, снижающим потери на газообмене и улучшающим очистку и наполнение цилиндров, является управление фазами газообмена. Но это возможно только в системах с управляемым газораспределением.

Так что отсутствие газораспределительного механизма само по себе еще не повод для радости.

Тем не менее, доля потерь на привод агрегатов и обеспечение газообмена в классическом ДВС, как правило, составляет порядка 4% от мощности двигателя. Отсюда вывод – увеличение механического КПД ДВС больше 0,96 уже поэтому проблематично.

Остаются основные механические потери на трение – в преобразователе энергии расширения газов в механическую энергию. В классическом ДВС это кривошипно-шатунный механизм – простейшее устройство, состоящее из поршней, шатунов и коленчатого вала. Оно имеет всего несколько пар трения: поршень-цилиндр, поршневые кольца-цилиндр, шатун-палец шатуна, шатун-коленвал и коленвал-коренные опоры. Наибольшую долю в потерях на трение дают поршневые кольца в цилиндре. Мощность трения поршней о цилиндр примерно в 10 раз меньше мощности трения поршневых колец.

Теперь отвлечемся на минуту. Для любителей бесшатунных схем.

В бесшатунных двигателях исключается трение тронков поршней о цилиндр. Вернее будет сказать, оно не исключается, а переносится на другие пары, вынесенные из цилиндра. Трение поршневых колец остается, на него бесшатунная схема никак не влияет. Поэтому в бесшатунных двигателях трение практически то же, что и в шатунных. Чтобы в этом убедиться, достаточно один раз посчитать.

Основной целью использования бесшатунной схемы является осуществление цикла двойного действия, в котором рабочий процесс осуществляется с обеих сторон поршня (типа РЛД, только при прямолинейном движении поршня). Цель бесшатунной схемы очевидна – обеспечить герметизацию цилиндра с нижней стороны поршня. Прямолинейно двигающийся шток герметизировать во внутренней головке цилиндра проще, чем шатун.

Кстати говоря, двигатели двойного действия можно отнести к компактным схемам. Сегодня их практически не применяют ввиду очень высокой тепловой нагруженности поршня и сложности его охлаждения. А повышение температуры поршня приводит к снижению мощности, как мы увидим далее. Не стоит овчинка выделки.

Вернемся к теме.

Трение в цилиндре имеет почти квадратическую зависимость от средней скорости поршня. Поэтому уменьшение этой скорости очень сильно снижает потери на трение.

Средняя скорость поршня определяется длиной его хода и частотой вращения коленчатого вала двигателя. Но снижение частоты вращения – это дефорсирование двигателя. Поэтому путь здесь один – уменьшение хода поршня.

В свою очередь уменьшение хода поршня при сохранении рабочего объема приводит к увеличению диаметров поршня и головки цилиндра, и, соответственно, их поверхностей теплообмена.

Но при этом уменьшение количества цилиндров с увеличением их размера при сохранении рабочего объема двигателя приводит к уменьшению суммарных потерь на трение, а заодно и тепловых потерь.

Поэтому для каждого двигателя, исходя из его назначения и основных режимов работы, специалисты определяют оптимальные конструктивные параметры: количество цилиндров, диаметр и ход поршня, номинальные обороты коленчатого вала.

А возможно ли избавиться от трения поршней и колец вообще? Пока это, кроме разработчиков роторно-лопастного двигателя для ё-мобиля, никому не удалось. И вот какой эффект получен.

Разработчиками назван полный КПД РЛД – 0,42÷0,45 против классического ДВС с его 0,37. Это очень серьезная заявка.

Полный КПД есть произведение механического КПД на индикаторный КПД. Последний характеризует качество рабочего процесса. С процессом в РЛД не может быть хорошо. По тем же причинам, что и у двигателей двойного действия. Значит, эффект получен за счет снижения потерь на трение.

Но даже если мы возьмем индикаторный КПД для РЛД равным 0,45, что соответствует хорошему поршневому двигателю, то придется признать, что его механический КПД может быть равен 1. Ну а если индикаторный КПД ниже? Механический КПД РЛД автоматически становится больше 1. Хотя, мы выяснили, что и 0,96 – проблема.

Дополнительно добавлю, что КПД кривошипно-шатунного механизма современного 4-х тактного ДВС составляет не менее 0,95, что легко может проверить любой желающий, исключив из состава механических потерь мощность на газообмен, агрегаты и поршневые кольца (кольца являются уплотнением, а не частью КШМ). КПД же кривошипного механизма в составе 2-х тактного двигателя еще выше.

Наверное, ошиблись ё-специалисты.

А что сам механизм РЛД? Как минимум два факта обращают на себя внимание. Он содержит:

- уплотнение тороидальной камеры – не менее 3-х газовых подвижных стыков. В классическом двигателе таких элементов, и, следовательно, потерь от них (газовых и механических), не существует;

- вместо одного коленчатого вала с шатунами в классическом ДВС – сложный зубчатый механизм синхронизации с кучей шестерен и водилом, все с теми же шатунами, с двумя валами привода лопастей и одного выходного вала.

Логика отказывается признавать, что такая замена снижает потери, поскольку, как ни крути, весь этот механизм передает все ту же мощность, но через большее количество звеньев.

При этом не следует принимать представленный на выставках макет РЛД за серийную конструкцию, так как серийная конструкция должна обеспечить надежность, ресурс, экономику, экологию и много еще чего, а не простую демонстрацию работоспособности. В связи с этим схема и большинство элементов конструкции во время доводки могут сильно измениться, и, как подсказывает опыт, не в сторону уменьшения.

К слову, как здесь относиться к утверждениям конструкторов ё-двигателя о его принципиальной простоте? Не знаю, но увеличение количества элементов конструкции никогда еще не считалось ее упрощением и повышением надежности. По крайней мере, до создания ё-двигателя.

Завершая раздел механики с ее резервами, хочу заметить, что именно в поиске альтернатив кривошипно-шатунному механизму и созданием компактных схем двигателей занято большинство изобретателей. Я думаю, что после прочитанного можно сделать вывод о незначительности возможного эффекта, который, помимо компактности, потенциально может здесь существовать.

Но компактность не дается даром. За нее приходится платить теплонапряженностью, низким ресурсом и плохими экономическими и экологическими параметрами. По крайней мере, других результатов в мировой практике двигателестроения пока не было.

Таким образом, мы убедились, что в механической части ДВС, будь даже он и от ё-мобиля, больших резервов нет.

А где есть? В рабочем цикле, ведь индикаторный КПД двигателей внутреннего сгорания составляет всего лишь 0,25÷0,53.http://www.rtc-ec.ru/notes/o_dvs.html

is2006.livejournal.com

Механический КПД двигателя

Автор: Владимир ЕгоровИсточник: icarbio.ru 13967 1

Индикаторная мощность, развиваемая тепловым двигателем, не может быть в полной мере реализована из-за потерь на преодоление трения и на привод вспомогательных механизмов, но, чтобы улучшить топливную экономичность двигателя, необходимо точно знать все эти потери. Для удобства их оценки введено понятие механического КПД ηm.

Механический КПД Отношение эффективной мощности двигателя к индикаторной.

Наиболее значительная часть потерь вызвана трением в цилиндре, меньшая – трением в хорошо смазываемых подшипниках и приводом необходимого для работы двигателя оборудования. Потери, связанные с поступлением воздуха в двигатель (насосные потери), весьма важны, так как они возрастают пропорционально квадрату частоты вращения двигателя.

Потери мощности, необходимые для привода оборудования, обеспечивающего работу двигателя, включают мощность на привод механизма газораспределения, масляного, водяного и топливного насосов, вентилятора системы охлаждения. При воздушном охлаждении вентилятор подачи воздуха является неотъемлемым элементом двигателя при его испытаниях на стенде, в то время как у двигателей жидкостного охлаждения при проведении испытаний вентилятор и радиатор часто отсутствуют, а для охлаждения используют воду из внешнего контура охлаждения. Если потребляемую мощность вентилятора двигателя жидкостного охлаждения не учитывать, то это дает заметное завышение его экономических и мощностных показателей по сравнению с двигателем воздушного охлаждения.

Другие потери на привод оборудования связаны с генератором, пневмокомпрессором, гидронасосами, необходимыми для освещения, обеспечения работы приборов, тормозной системы, рулевого управления автомобиля. При испытании двигателя на тормозном стенде следует точно определить, что считать дополнительным оборудованием и как его нагружать, поскольку это необходимо для объективного сопоставления характеристик разных двигателей. В частности, это относится к системе охлаждения масла, которое при движении автомобиля охлаждается обдувом масляного поддона воздухом, отсутствующим при испытаниях на тормозном стенде. При испытании на стенде двигателя без вентилятора не воспроизводятся условия обдува трубопроводов воздухом, что вызывает повышение температур во впускной трубе и ведет к уменьшению величины коэффициента наполнения и мощности двигателя.

Размещение воздушного фильтра и величина сопротивления выпускного трубопровода должны соответствовать реальным условиям работы двигателя в автомобиле. Эти важные особенности необходимо учитывать при сопоставлении характеристик различных двигателей или одного двигателя, предназначенного для применения в различных условиях, например, в легковом или грузовом автомобиле, тракторе или для привода стационарного генератора, компрессора и т. д.

Механический КПД различных двигателей Двигатель Механический КПД
Бензиновый ДВС, четырёхтактный 0,75 – 0,90
Дизельный ДВС, четырёхтактный 0,70 – 0,85
Двигатель типа Рикардо с гильзовым газораспределением до 0,92
Поршневой, бесшатунный ДВС до 0,94
Двигатель Ванкеля до 0,92&nbsp
Роторно-лопастной двигатель (РЛД) 0,65 – 0,95
Примечание. Подробнее о механических потерях в бензиновом и дизельном двигателяхв статье «Сравнение механических потерь в бензиновом и дизельном двигателях».

При уменьшении нагрузки двигателя его механический КПД ухудшается, так как абсолютная величина большинства потерь не зависит от нагрузки. Наглядным примером служит работа двигателя без нагрузки, т. е. на холостом ходу, когда механический КПД равен нулю и вся индикаторная мощность двигателя расходуется на преодоление его потерь. При нагрузке двигателя на 50% или менее удельный расход топлива по сравнению с полной нагрузкой значительно возрастает, и поэтому использовать для привода двигатель, имеющий большую, чем это требуется, мощность, совершенно неэкономично.

Механический КПД двигателя зависит от типа используемого масла. Применение в зимнее время масел повышенной вязкости приводит к росту расхода топлива. Мощность двигателя при больших высотах над уровнем моря падает вследствие уменьшения давления атмосферы, однако его потери практически не меняются, вследствие чего удельный расход топлива возрастает аналогично тому, как это имеет место при частичной нагрузке двигателя.

Стоит заметить, что высокий механический КПД не является гарантией высокого эффективного КПД двигателя.

Последнее обновление 02.03.2012Опубликовано 17.02.2011

Читайте также

Комментарии

icarbio.ru

Як-44Э / Як-44РЛД | MilitaryRussia.Ru — отечественная военная техника (после 1945г.)

ДАННЫЕ НА 2012 г. (в работе)Як-44Э / Як-44РЛД

Палубный самолет дальнего радиолокационного обнаружения и управления (ДРЛОиУ). Разработка самолета задана ОКБ А.С.Яковлева в 1979 г. Руководили созданием самолета в разные годы А.С.Яковлев, А.А.Левинских, С.А.Яковлев и А.Н.Дондуков, а с января 1991 г. и до закрытия проекта главный конструктор темы Як-44 - В.А.Митькин. Прообразом самолета послужил американский самолет ДРЛОиУ E-2C Hawkeye. К ноябрю 1979 г. ОКБ подготовило техническое предложение на проектирования самолета с базированием на сухопутных аэродромах или на палубе авианосца. Рассматривалось два варианта радиотехнического комплекса - "Факел", с размещением РЛС внутри фюзеляжа (в носу и в корме) и Э-700 с антенной кругового обзора на пилоне над фюзеляжем. В марте 1980 г. на совещании у Главкома ВМФ СССР С.Г.Горшкова принято решение о создании варианта с РТК "Факел". Для дальнейшего проектирования выбран второй вариант.

Впервые самолет упомянут в ТТЗ на разработку ТАКР пр.11435 от ноября 1980 г. в качестве самолета радиолокационного дозора, входящего в состав авиакрыла авианосца. Позже, от выполнения этого ТТЗ отказались и в итоге самолет создавался для авиакрыла авианосца пр.11437 "Ульяновск". Вариант для аэродромного базирования позже планировалось поставлять и в ВВС.

Фото на память после испытаний эксплуатации макета Як-44Э на ТАКР "Тбилиси" пр.11435, сенятбрь 1990 г. (http://forums.airbase.ru).

Макет Як-44Э на летной палубе ТАКР "Тбилиси" пр.11435, сенятбрь 1990 г. (http://forums.airbase.ru).

Полноразмерный макет самолета ДРЛОиУ Як-44Э ( http://militaryphotos.net).

В марте 1983 г. из-за значительных проблем с созданием РКТ "Факел" разработка соответствующего варианта проекта самолета прекращена. В октябре 1984 г. в связи с отказом ВМФ от проекта палубного варианта самолета ДРЛОиУ Ан-71, продолжены работы над Як-44Э без подъемных двигателей, с турбовинтовентиляторными двигателями и с антенной РЛС Э-700 на пилоне над фюзеляжем самолета. Аванпроект нового варианта Як-44Э подготовлен в сентябре 1988 г. В январе 1989 г. принято Постановление Совмина СССР о создании многоцелевого самолета радиолокационного  дозора Як-44Э с РТК Э-700. Рабочее проектирование начато в июне 1989 г. Изготовлен полноразмерный конструктивно-технологический макет самолета и его модель в масштабе 1:5 для радиотехнических исследований. Для испытаний двигателя Д-27 был создан самолет-лаборатория Як-42ЛЛ. В 1988-1991 г.г. в ЦАГИ выполнены исследования по динамике палубного самолета Як-44РЛД и обеспечению безопасности при взлете с использованием трамплина.

ЛИИ ВВС успешно провел на наземном испытательном комплексе в г. Саки в Крыму уникальный эксперимент по управлению предпосадочным маневрированием и посадкой группы из трех самолетов - двух МиГ-29 и одого Ан-24-имитатора Як-44Э - осуществляющих заход на посадку с заданным темпом. В январе 1990 г. состоялась защита эскизно-технического проекта и макета самолета Як-44Э. По основным ТТХ самолет существенно превосходил последние модификации единственного в мире корабельного самолета ДРЛО Е-2С «Хокай» с катапультным взлетом.

Постройка опытных образцов самолета и его дальнейшее серийное производство планировались на Ташкентском авиационном заводе. В 1990 г. начата постройка первого летного образца. Кабина и средняя часть фюзеляжа изготовлялись опытным производством ОКБ им. А.С.Яковлева, обтекатель антенны строился совместно с Ульяновским авиационным производственным объединением, а крыло - на авиазаводе в Улан-Удэ. В том же 1990 г. было принято решение отработать транспортировку и хранение самолета на авианесущих кораблях с помощью упрощенного габаритно-весоваого макета самолета. Такой макет было решено построить на базе конструктивно-технологического макета самолета, защищенного в январе 1990 г. Доработка макета завершена ОКБ им.А.С.Яковлева в августе 1990 г. Макет был разобран и перевезен в Севастополь, где снова был собран на борту ТАКР "Тбилиси". Работы по оценке эксплуатационных характеристик самолета на борту ТАКР проводились в сжатые сроки в течение первой половины сентября 1990 г. Проверялись возможности буксировки и швартовки самолета на полетной палубе и в ангаре, накатывания на платформу подъемника и подъема на полетную палубу, спуска в ангар и установки на штатное место, сопряжение самолета с постами технического обеспечения в ангаре и на палубе. По окончании работ на ТАКР "Тбилиси" макет самолета вновь был перемещен в Москву в ОКБ Яковлева.

В 1992 г. после развала СССР финансирование работ по Як-44Э прекращено на этапе постройки опытных самолетов для проведения испытаний. В преддверии авиасалона МАКС-1995 предполагался показ самолета на публике, но Министерство обороны запретило показ.

Конструкция - самолет нормальной аэродинамической схемы, в палубном варианте - складные консоли крыльев и складывающийся пилон антенны РЛС. Хвостовое оперение двойное. В фюзеляже самолета оборудована рабочая кабина операторов, кондиционируемый отсек с оборудованием, отсек для отдыха на одного человека, санузел и буфет.

Двигатели: - Вариант аванпроекта "Факел" (1979-1980 г.г.) - 2 х ТВД (размещение - под крылом) + 4 подъемных ТРД (размещение - в фюзеляже), испульзующихся только на взлете и посадке.

- Як-44Э (проект 1984 г., окончательный вариант) - 2 х ТВВД Д-27 (турбовинтовентиляторные двигатели) разработки Запорожского машиностроительного КБ "Прогресс" (Украина). Использование ТВВД с повышенной тягой на взлетном режиме, а так же с учетом обдува крыла, позволило обеспечить трамплинный безкатапультный старт самолета с авианесущих кораблей. Мощность:- взлетная - по 13880 / 14000 л.с. (по разным данным)- крейсерская - по 6750 л.с.Длина двигателя - 4198 ммДиаметр винтовентилятора - 4.5 мКоличество лопастей винтовентилятора - 8+6Масса двигателя без винтовентилятора - 1650 кгУдельный расход топлива на крейсерском режиме - 0.17 кг/л.с. в часУдельный расход топлива на крейсерском режиме - 0.13 - 0,143 кг/л.с. в час

Наземные испытания ТВВД Д-27 были проведены в 1988 г., а в 1990 г. он прошел комплекс исследований на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ в ЛИИ ВВС в Раменском. Двигатель Д-27 имеет двухкаскадный компрессор, высокотемпературную камеру сгорания с равномерным полем температур на входе в турбину, трехвальную турбину с системой активного управления радиальными зазорами, широким использованием пространственного профилирования лопаточного аппарата и монокристаллическими рабочими лопатками, одноступенчатый малогабаритный дифференциальный редуктор со встроенным измерителем тяги, двухрядный винтовентилятор СВ-27, электронную систему управления типа FADEC. Винтовентилятор СВ-27 разработан и производится СКБМ (в настоящее время ОАО «НПП «Аэросила»») и является двухрядным, с противоположным направлением вращения рядов лопастей, флюгерно-реверсивным, автоматическим, соосным, оборудован электрической противообледенительной системой лопастей и обтекателя. Лопасти изготовлены из композиционных материалов. Редуктор ТВВД Д-27 разработан ЗМКБ «Прогресс» и производится Московским машиностроительным производственным предприятием (ММПП) «Салют».

Испытания двигателя Д-27 с винтовентилятором в т.ч. для Як-44Э проводились на самолете-летающей лаборатории Як-42Э-ЛЛ борт №525 с одним двигателем Д-236 (Д-27 с уменьшенной размерностью). Первый полет Як-42Э-ЛЛ состоялся 15 марта 1991 г.ТТХ самолета (летные данные расчетные):Экипаж:- 4 чел (проект 1980 г.)- 6 чел (окончательный проект, 2 летчика, 4 оператора РЛС)

Длина - 20.5 мРазмах крыла - 25.7 мВысота - 5.8 мГабариты со сложенным крылом и опущенным обтекателем РЛС - 20.5x12.5x5.7 мПлощадь крыла - 88 кв.мДиаметр фюзеляжа - 2.7 мДиаметр обтекателя РЛС - 7.3 м

Масса взлетная максимальная - 40000 кг

Скорость максимальная - 740 км/чСкорость крейсерская - 700 км/ч Скорость патрулирования:- 450 км/ч (проект 1980 г.)- 500-650 км/ч (окончательный проект)Скорость посадочная - 185 км/чПотолок практический - 13000 мПотолок патрулирования - 3000-11000 мДальность перегоночная - не менее 4000 кмПродолжительность патрулирования:- 5 часов (проект 1980 г.)- 3,6-6,5 часов (окончательный проект)Разбег - 150-200 м (с трамплином)Длина ВПП - не более 1350 м

Оборудование: комплекс оборудования включает в себя совокупность информационно и информационно-управляющих систем, цифровых вычислительных средств, систем управления и индикации, связанных между собой мультиплексными каналами информационного обмена.

Радиотехнический комплекс с РЛС кругового обзора Э-700Дальность обнаружения воздушных целей - 150-200 кмДальность обнаружения надводных целей - более 300 км

Пилотажно-навигационный комплекс обеспечивает непрерывное автоматическое определение текущих координат по данным инерциальных систем с коррекцией по данным радиотехнических систем ближней, дальней и спутниковой навигации. ПНК обеспечивает формирование и отображение пилотажно-навигационной информации о состоянии самолетных систем и параметрах силовой установки на ЭЛТ-индикаторах.

Комплексная система управления самолетом обеспечивает автоматическое самолетовождение в горизонтальной и вертикальной плоскостях по запрограммированному маршруту, автоматический заход на посадку по сигналам наземных (палубных) радиотехнических средств посадки, стабилизация заданных значений высоты, скорости, курса, крена, тангажа.

Метеонавигационная РЛС обеспечивает индикацию информации о грозовых метеообразованиях и выдачу рекомендаций по оптимальному их облету.

Бортовая автоматизированная система контроля обеспечивает контроль работоспособности и технического состояния систем и оборудования в полете, документирование результатов контроля и передача их по телеметрическим каналам связи на наземные станции технического базирования, контроль летно-эксплуатационных ограничений, поиск неисправностей, прогнозирование технического состояния, учет остатка ресурса систем и оборудования.

Электродистанционная система управления (ЭДСУ) выполнена в виде комплексной аналого-цифровой системы управления самолетом и механизацией крыла с автономными рулевыми приводами, обеспечивающую полет при различных центровках самолета, связанных с разными вариантами оборудования и заправки топливом.

Модификации:- Як-44Э / Як-44РЛД - палубный самолет ДРЛО, построен макет.

- Як-44ПЛО - наименование условное, противолодочный самолет. Аванпроект самолета был создан не позже 1990 г. Техническое проектирование не велось. Предполагалось создание и корабельного и базового вариантов самолета.

- Як-44Э наземный - вариант самолета ДРЛОиУ для аэродромного базирования планировалось поставлять в ВВС СССР. Проект самолета успешно защищен осенью 1991 г. У самолета значителдьно увеличено время патрулирования, улучшены ТТХ радиотехнического комплекса.

- Як-44 пограничный / патрульный - модификация для контроля границы. Проектирование самолета числилось в плане работ ОКБ до 1994 г.

- Як-44 транспортный - предполагалось создание модификации.

- Як-44 спасательный - предполагалось создание модификации.

Базирование: базирование палубного самолета ДРЛОиУ предполагалось на следующих кораблях:- ТАКР пр.11435 - согласно уточненным ТТЗ от ноября 1980 г. планировалось включить в состав авиакрыла самолеты РЛД типа Як-44 с базированием на палубе корабля, со стартом с трамплина и с посадкой с использованием аэрофинишеров. Позже, в 1985 г. предполагалось размещение самолета в составе авиакрыла в количестве 2-4 шт после завершения создания самолета.

- авианосец пр.11437 "Ульяновск" - предполагалось использование в составе авиакрыла корабля 6 самолетов РЛД типа Як-44. Базирование на палубе и в ангаре корабля, старт с трамплина и с катапульты, посадка с использованием аэрофинишеров.

Статус: СССР - построен только макет самолета.

Источники:Ригмант В.Г. Отечественные самолеты и вертолеты ДРЛО. // Авиаколлекция №3 / 2009 г.

militaryrussia.ru

Роторно-лопастной двигатель (РЛД) внутреннего сгорания “Гаромар”

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортном машиностроении, а также в дорожно-строительной, судостроительной, сельскохозяйственной, энергетической и других отраслях промышленности.Техническим результатом изобретения является уменьшение веса двигателя и увеличение его мощности, экономичности по расходу топлива, компактности и удобства в эксплуатации.Это достигается тем, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, включающем корпус с впускными и выпускными окнами и с двумя торцевыми крышками, ротор и запальную свечу, корпус имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность, ротор расположен в корпусе эксцентрично его внутренней поверхности и снабжен лопастями вогнутой формы, каждая лопасть одним концом шарнирно прикреплена к ротору и на другом конце снабжена штифтами, а на внутренней стороне торцевых крышек корпуса выполнены кольцевые пазы для введения штифтов лопастей.

(51)7 02 53/00 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортном машиностроении, а также в дорожностроительной, судостроительной, сельскохозяйст венной, энергетической и других отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является уменьшение веса двигателя, увеличение его мощности и экономичности по расходу топлива. Это достигается тем, что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, включающем корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, с впускными и выпускными окнами и с двумя торцевыми крышками, запальную свечу и ротор с лопастями, расположенный в корпусе эксцентрично его внутренней поверхности, лопасти выполнены выпукло-вогнутыми, обращены выпуклой стороной по ходу вращения ротора и прикреплены к ротору шарнирно с помощью цилиндрических пальцев. 8538 Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в транспортном машиностроении (автомобильной,тракторной, судостроительной, тепловозостроительной), а также дорожно-строительной, сельскохозяйственной, энергетической и в др. отраслях машиностроения и военно-промышленного комплекса. Предлагаемый двигатель внутреннего сгорания является роторно-лопастным двигателем и предназначается для использования на всех видах и типах транспортных средств (автомобили, трактора, тепловозы, речные, морские и океанские суда, самолеты и вертолеты, мотоциклы и мотороллеры), а также на энергоустановках, строительно-дорожных машинах и механизмах, зерноуборочных и других сельскохозяйственных комбайнах, бронетанковой технике и т.д. Известен роторно-поршневой двигатель Ванкеля(Кузнецов Б.В. Развитие тепловых двигателей. М. Машиностроение, 1953). Преимущества этого двигателя перед поршневыми двигателями заключаются в следующем.- простота конструкции он состоит из трех крупных базисных узлов (корпуса, ротора и рабочего вала)- отсутствие системы клапанного газораспределения- малое число деталей, меньшие габариты и масса. Однако у роторно-поршневого двигателя имеются серьезные недостатки такие, как- очень сложной и дорогостоящей является технология его изготовления из-за сложности внутренней поверхности корпуса, имеющей профиль эпитрохоиды, объемные отливки которой очень сложно выполнить, особенно у многосекционных двигателей, а также не менее сложной является поверхность ротора- очень сложной является передача вращения ротора на выходной вал. В корпусе роторнопоршневого двигателя внутренняя полость имеет сложную эпитрохоидальную форму, в которой вращается ротор. Передача вращения выходному валу осуществляется через находящуюся внутри ротора зубчатую передачу планетарного типа, в которой коронная шестерня ротора с внутренними зубьями передает вращение солнечной шестерне, насажанной на выходной эксцентриковый вал. Передача вращения с ротора на выходной вал требует высокой точности изготовления деталей- для изготовления роторно-поршневых двигателей требуется принципиально новое оборудование- большие на 10-15, чем у современных поршневых двигателей, расходы моторного топлива и масел- существенно большие, чем в обычных двигателях габариты масляной и водяной систем охлажде 2 ния, обусловленные большей теплонапряженностью двигателя- высокая токсичность продуктов сгорания при выхлопе отработанных газов, по этому параметру они даже не могут сравниться с обычными поршневыми двигателями- невысокая надежность уплотнений вращающегося ротора, что вызывает быстрый износ рабочих поверхностей камеры сгорания. Известен также роторно-лопастной двигатель(патент 2011866, кл. 02 В 53/00, 1994), принятый за прототип. Он включает корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, с впускными и выпускными окнами и с двумя торцовыми крышками, запальную свечу и ротор с лопастями, расположенный в корпусе эксцентрично его внутренней поверхности. Лопасти выполнены прямыми и размещены в пазах ротора. Этот двигатель проще по конструкции, но выполнение ротора с пазами делает конструкцию ротора все же сложной и нетехнологичной в изготовлении, а выполнение лопастей выдвижными не позволяет обеспечить достаточную герметичность камеры сгорания, а следовательно,повысить мощность двигателя и понизить расход топлива. Задачей изобретения является создание компактного двигателя внутреннего сгорания, характеризующегося уменьшением веса. увеличением мощности и экономичности по расходу топлива. Это достигается тем. что в роторно-лопастном двигателе внутреннего сгорания, включающем корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, с впускными и выпускными окнами и с двумя торцевыми крышками, запальную свечу и ротор с лопастями, расположенный в корпусе эксцентрично его внутренней поверхности, лопасти выполнены выпукло-вогнутыми, обращены выпуклой стороной по ходу вращения ротора и прикреплены к ротору шарнирно с помощью цилиндрических пальцев,Такое выполнение лопастей и их крепления обеспечивает создание давления на вогнутую сторону лопастей в камере сгорания, что способствует улучшению герметичности камеры, а следовательно,повышению мощности двигателя и снижению расхода топлива. Сущность изобретения поясняется чертежами,где на фиг. 1 показано устройство двигателя, на фиг. 2 приведена схема его действия, а на фиг. 3 двигатель изображен в аксонометрии. Корпус роторно-лопастного двигателя состоит из цилиндра 1 и двух торцевых крышек 2. На стенках цилиндра имеются впускные 6 и выпускные 7 окна. Первые предназначены для всасывания в межлопастную полость воздушно-топливной смеси, вторые для выпуска отработанных газов. Могут быть конструктивные варианты, при которых эти окна могут располагаться на торцевых крышках корпуса. На одной из торцевых крышек корпуса устанавливается запальная свеча 11. Корпус роторно-лопастного двигателя можно изготавливать с внутренними полос 8538 тями для водяного охлаждения 8 или с ребрами воздушного охлаждения, или комбинированным. Ротор 3, находящийся внутри полости корпуса,установлен эксцентрично относительно оси цилиндра корпуса, с возможностью вращения на подшипниках 13, впрессованных в торцевые крышки корпуса цилиндра. На внешней поверхности ротора выполнены выемки 10, предназначенные для создания послойной топливной смеси. Один конец ротора переходит в выходной вал 12, передающий крутящий момент потребителям. К ротору крепятся лопасти 4, имеющие вогнутую форму. Одним своим концом лопасть крепится к ротору с помощью шарнира 5, а другой ее конец прижимается к внутренней стенке цилиндра. При вращении ротора этот конец лопасти свободно скользит по внутренней поверхности цилиндра. Для плотного прилегания свободного конца лопасти к внутренней поверхности стенки цилиндра, во избежание пропуска газов и отжимания его от внутренней поверхности цилиндра действием рабочих газов в предыдущей межлопастной полости, на торцевых сторонах лопастей ротора имеются штифты 9, которые входят и движутся по направляющим пазам 14, выполненным в виде канавок, расположенных по окружности торцевых крышек цилиндров. Такая конструкция позволяет избежать чрезмерного усилия прижатия свободных концов лопастей ротора к поверхности цилиндра корпуса, тем самым, доводя до минимума износ от их трения между собой, но в то же время сохраняя герметичность межлопастных полостей. Могут быть другие варианты конструкции свободный конец лопасти ротора может прижиматься к внутренней стенке цилиндра с помощью пружинных пластин, которые одним концом прикреплены к ротору, а другим упираются в лопасть ротора, или с помощью торсионного типа пальцев (осей) шарнира, а также ряд других вариантов. При наличии карбюратора воздушно-топливная смесь подается в межлопастную полость через впускные (всасывающие) окна, а при его отсутствии устанавливается инжектор или форсунка, которые могут размещаться перед впускными окнами в воздухопроводе или во всасывающей полости,Принцип работы роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания пояснен фиг. 2 и состоит в следующем. Воздушно-топливная смесь, подготовленная в карбюраторе, засасывается в разреженное пространство, создаваемое в межлопастной полости,через впускные окна цилиндра при прохождении лопасти ротора вплоть до закрытия этих окон следующей лопастью. При дальнейшем вращении ротора пространство межлопастной полости, уменьшаясь в своем объеме, благодаря эксцентрично расположенному ротору в цилиндре, сжимает воздушнотопливную смесь. Максимально сжатая воздушнотопливная смесь воспламеняется от запальной свечи(при увеличении степени сжатия эта смесь может самовоспламеняться по принципу работы дизельного двигателя). При сгорании рабочей смеси образуются газы, создающие очень высокое давление. Под действием давления газов на лопасть последняя,перемещаясь, вращает ротор, выполняя этим рабочий ход, и передает крутящий момент на выходной вал. Дальнейшее движение лопасти ротора мимо выпускных окон цилиндра позволяет отработанным газам, обладающим еще достаточной энергией, с большой скоростью вырываться из выпускных окон и по направляющим каналам поступать на рабочие лопатки турбокомпрессора, одновременно с этим очищая и освобождав межлопастную полость от продуктов сгорания для последующего такта всасывания. В итоге, за один оборот ротора выполняются все четыре такта рабочего цикла, в отличие от поршневого двигателя, где этот процесс происходит за два оборота коленчатого вала, это означает, что роторно-лопастной двигатель является высокооборотным и более мощным по сравнению с поршневым двигателем за счет ликвидации одного холостого оборота коленчатого вала, при котором выполняются циклы (такты) всасывания и сжатия топливновоздушной смеси и соответственного уменьшения расхода индикаторной мощности двигателя. Одним из важнейших преимуществ роторнолопастного двигателя является возможность составления в межлопастной полости широкого диапазона вариантов послойного распределения воздушнотопливной смеси путем широкого варьирования форм изгиба контура лопастей, а также выемок на роторе, что позволяет значительно снизить расход моторного топлива, уменьшить выброс токсичных компонентов в выхлопных газах, работать на бензине с низким октановым числом, избегая работы на этилированном топливе и обеспечить плавную и уравновешенную работу двигателя. Преимущества предлагаемого роторнолопастного двигателя перед поршневым, роторнопоршневым и газотурбинным двигателями состоит в следующем. Роторно-лопастной двигатель- проще по конструкции он состоит всего из двух простых узлов, поэтому технология его изготовления проще и не требует сложного станочного парка, проще и расчет двигателя- дает возможность увеличивать мощность без изменения габаритных размеров за счет увеличения количества лопастей, что проще и экономичней увеличения числа цилиндров в поршневых двигателях,или наращивания дополнительных секций в роторно-поршневых- обеспечивает более простое и дешевое восстановление работоспособности после износа трущихся деталей, путем замены лопастей, имеющих низкую себестоимость- имеет более высокий КПД- имеет всего одну свечу зажигания при многотактной работе- при рабочем цикле не возникает резких переменных ударных нагрузок, что позволяет выполнить основные детали, работающие в условиях высокой температуры и давления, в частности цилиндр и лопасти, изготавливать из керамики и металлокерами 3 8538 ки, в результате чего можно повысить температуру сгорания топливной смеси, увеличить степень ее сжатия и, таким образом, повысить мощность, КПД двигателя и обеспечить полное сгорание топливной смеси, сделав двигатель экологически чистым. Предлагаемый двигатель может иметь форму цилиндра или диска, т.е. может изготавливаться в разных вариантах, что увеличивает удобство его размещения в машинах и расширяет область его применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания, включающий корпус с цилиндрической внутренней поверхностью, с впускными и выпускными окнами и с двумя торцевыми крышками, запальную свечу и ротор с лопастями, расположенный в корпусе эксцентрично его внутренней поверхности, отличающийся тем, что лопасти выполнены выпукловогнутыми, обращены выпуклой стороной по ходу вращения ротора и прикреплены к ротору шарнирно с помощью цилиндрических пальцев.

<a href="http://kzpatents.com/6-8538-rotorno-lopastnojj-dvigatel-rld-vnutrennego-sgoraniya-garomar.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Роторно-лопастной двигатель (РЛД) внутреннего сгорания &#8220;Гаромар&#8221;</a>

kzpatents.com


Смотрите также