Особенности рабочих процессов двигателей особых конструкций

Роторно-поршневые двигатели

Рабочий цикл

В роторно-поршневых двигателях возвратно-поступательное движение поршня заменяется вращательным движением ротора, во время которого объемы полостей, образованных между стенками корпуса и поверхностью ротора, изменяются от минимальной до максимальной величины.

 В современных роторно-поршневых двигателях корпус имеет двухэпитрохоидальный профиль, но которому движутся вершины. треугольного ротора. Полный оборот совершается за три оборота эксцентрикового вала, который одновременно является и валом отбора мощности. За один оборот ротора в каждой рабочей полости дважды происходит полный цикл изменения объема, что позволяет при наличии одного впускного и одного выпускного окна осуществить четырехтактный цикл. В настоящее время роторно-поршневые двигатели выпускаются только с внешним смесеобразованием.

Впуск

В трех рабочих полостях отдельные фазы рабочего процесса сдвинуты друг относительно друга на 120о угла поворота ротора. Фазы начала и конца каждого такта определяются положением вершин ротора относительно впускного и выпускного окон. В отличие от поршневого двухтактного двигателя окна в корпусе роторно-поршневого двигателя все время открыты и соединяют соответствующие каналы с какой-либо полостью. Вследствие этого отдельные фазы рабочих процессов в смежных полостях роторно-поршневого двигателя частично перекрываются.

 Проследить протекание отдельных процессов в полостях роторно-поршневого двигателя наиболее удобно по круговой диаграмме (рис. 1). На этой диаграмме начало и конец фазы рабочего процесса определяются положением конца вектора, соединенного с вершиной ротора, вращающегося вокруг оси эксцентрикового вала и проходящего через характерные точки эпитрохоидальвого профиля, определяющие начало и конец фаз.

Центральный угол поворота вектора равен углу поворота ротора относительно корпуса. Учитывая, что эксцентриковый вал вращается в 3 раза быстрее ротора, все углы поворота ротора необходимо помножать на 3, чтобы определить углы поворота эксцентрикового вала.

 Во время начальной стадии процесса наполнения возможна продувка полости, в которой заканчивается расширение. Процесс наполнения начинается с момента открытия вершиной треугольного ротора впускного окна. При прохождении вершиной ротора зоны впускного окна выпускное окно все время полностью открыто. Продувка заканчивается в момент отсечки выпускного окна вершиной B ротора. Угол поворота ротора, соответствующий продувке, составляет около 40о и определяется положением внутренних кромок впускного и выпускного окон.

 После отсечки вершиной ротора выпускного окна начинается наполнение при увеличении объема полости. В конце этого периода, занимающего примерно 100о угла поворота ротора, скорость изменения объема полости уменьшается. Так как в этот момент впускные окна еше открыты, а скорость смеси во впускном трубопроводе достаточно велика, происходит дозарядка рабочего объема. Использование динамических явлений во впускном трубопроводе позволяется получать достаточно высокий коэффициент наполнения даже при высоком числе оборотов ротора.

На рис.2 показана зависимость коэффициента наполнения от числа оборотов вала отбора мощности. Как видно из графика, с ростом числа оборотов коэффициент наполнения возрастает, достигая величины, больше единицы (без учета продувки).

 Такой характер изменения коэффициента наполнения обуславливает меньший по сравнению с поршневыми двигателями коффициент приспособляемости роторно-поршневых двигателей и неблагоприятное протекание характеристики при использовании при использовании их в качестве транспортных двигателей.

 Во время продувки небольшая часть заряда выбрасывается в выпускной трубопровод, что снижает экономичность двигателей. При работе двигателя на номинальном режиме коэффициент наполнения (включая потери при продувке) v= 0.88 0.96, причем бОльшие значения относятся к двигателям с бОльшим числом оборотов.

Сжатие

Сжатие рабочей смеси начинается после перекрытия вершиной ротора впускного окна и заканчивается при достижении минимального объема. Процесс сжатия характеризуется несколько большими утечками рабочего тела через уплотнения ротора, чем в поршневом двигателе, и меньшей теплоотдачей в стенки. По экспериментальными данным показатель политропы сжатия в роторно-поршневых двигателях n1= 1.36 1.39, т.е. несколько больше, чем в поршневом двигателе с внешним смесообразованием. Сжатие смеси соответствует примерно 80о угла поворота ротора. В конце процесса сжатия в течении времени, соответствующего примерно 10о угла поворота ротора, одновременно с уменьшением объема полости происходит первая фаза сгорания смеси.

 В роторно-поршневых двигателях, изменяя форму ротора и параметр формы эпитрохоиды, можно получить степень сжатия до 11 - 12. Однако при таком увеличении степени сжатия значительно ухудшается формы камеры сгорания и соответственно снижается экономичность. Минимальный удельный расход топлива получается при е = 9 11. Практически степень сжатия выбирают в пределах 8,5 - 10. На рис. 3 показано изменение среднего эффективного давления ре и удельного расхода топлива gе, в зависимости от степени сжатия.

Сгорание

Процесс сгорания в роторно-поршневых двигателях начинается за 10-15о угла поворота ротора до момента достижения минимального объема камеры сгорания. При достижении минимального объема камера сгорания представляет собой узкую щель с двумя клинообразными окончаниями, сжатую в средней части выступом эпитрохоидальногр профиля корпуса двигателя. При движении ротора отношение объемов двух частей камеры сгорания изменяется и рабочее тело перетекает из одной части в другую. Для уменьшения потерь при перетекании в теле ротора имеется выемка.

 Воспламенение смеси производится одной или двумя свечами зажигания. В случае одной свечи зажигания ее устанавливают в части камеры сгорания, расположенной ближе к выпускным окнам двигателя. Фронт пламени движется навстречу потоку смеси, вытесняемой из уменьшающейся части камеры сгорания. При использовании двух свечей зажигания одну из них устанавливают в одной части камеры сгорания, а другую - в другой.

 К особенностям роторно-поршневого двигателя следует отнести малую скорость изменения объема камеры сгорания по углу поворота вблизи в. м. т. Это приводит к тому, что сгорание успевает закончиться к моменту значительного увеличения скорости нарастания объема. Хотя сгорание в этих двигателях происходит по времени медленнее, чем в поршневых, но в связи с более медленным ростом объема это не вызывает значительного ухудшения индикаторного к. п. д.

 Узкая щелевидная камера сгорания с развитыми поверхностями уменьшает склонность двигателя к детонации. Как показывают эксперименты, роторно-поршневые двигатели могут работать на низкооктановых топливах (с октановым числом 66 или 72) без детонации при степени сжатия 9. Зона корпуса двигателя, в которой происходит сгорание смеси, не омывается холодными газами при наполнении, поэтому температура стенки корпуса в этом месте выше, чем у поршневого двигателя. Количество теплоты, отводимой от стенки за период сгорания, несмотря на увеличение времени сгорания, возрастает сравнительно мало из-за высоких температур стенки корпуса и ротора двигателя, а следовательно, уменьшается теплоотвод под ним.

Расширение

Когда сгорание в основном закончилось, начинается расширение рабочего тела. Период расширение рабочего тела. Период расширения газов соответствует примерно 90о угла поворота ротора. Затем открывается выпускное окно и во время поворота ротора примерно 20о происходит свободный выпуск газов.

Выпуск

Выпуск газов можно разбить на четыре периода: первый - от момента открытия выпускного окна до достижения максимального объема полости; второй - принудительный выпуск, протекает при уменьшающемся объеме полости до момента открытия впускного окна (примерно 60о угла поворота ротора); третий - выпуск, совмещенный с предварением впуска, происходит при уменьшающемся объеме полости, но при наличии продувки; четвертый - окончание выпуска, совмещен со свободным выпуском из следующей полости (продолжительность этого периода соответствует примерно 10о угла поворота ротора). Общая продолжительность процесса выпуска около 120о угла поворота ротора. По экспериментальным данным средний показатель политропы расширения меньше, чем в бензиновых поршневых двигателях, и составляет 1,2 - 1,15, что свидетельствует о подводе значительного количества теплоты в процессе расширения. Температура конца расширения несколько выше, чем в поршневых двигателях, т. е. Tb = 1850 1900о К.

Показатели работы и тепловой баланс

В роторно-поршневых двигателях среднее индикаторное и эффективное давление, индикаторную и эффективную мощность, коэффициенты полезного действия ŋi, ŋe, ŋm подсчитывают так же, как и для поршневых двигателей.

 При подсчете индикаторной и эффективной мощности следует иметь в виду, что за один оборот вала отбора мощности (для рассматриваемой схемы двигателя) происходит один рабочий цикл и формула для расчета индикаторной мощности имеет вид (в л. с.)

где

pi - среднее индикаторное давление в кГ/см2;

Vк - рабочий объем одной камеры в л;

n - число оборотов вала отбора мощности в минуту.

Эффективная мощность

где ре - среднее аффективное давление в кГ/см2.

 Механический к. п. д. в роторно-поршневых двигателях несколько выше, чем в бензиновых поршневых двигателях, и составляет 0,85 - 0,9 при максимальной мощности.

 На рис. 4 приведена внешняя, а на рис. 5 - нагрузочная характеристики роторно-поршневого двигателя. Отличительной особенностью внешней характеристики этого двигателя является пологое протекание кривой эффективного расхода топлива), высокое значение коэффициента наполнения при большем числе оборотов и уменьшение крутящего момента при снижении числа оборотов. Положительной особенностью нагрузочной характеристики является почти постоянное значение удельного расхода топлива при изменении нагрузки от максимальной до 50%, что обеспечивает сравнительно низкий расход топлива при движении автомобиля по пересеченной местности.

 Тепловой баланс роторно-поршневого двигателя характеризуется уменьшением доли теплоты, отводимой с охладителем от корпуса двигателя, и увеличением доли теплоты, отводимой от смазывающего масла, которое подогревается при омывании нагретого ротора.

 Катрин крупная фирма производящая нетканые материалы и диспенсеры для бумажных салфеток для автомоек . toyota Автозапчасти пластика.

 Составляющие внешнего теплового баланса роторно-поршневого двигателя имеют следующие величины:

qe = 21 28%;

qв = 15 25%;

qг.ф = 25 45%;

qг.х = 0 30%;

qост = 4 9%.