『Роторний двигун』
2021-08-27
Двигун, який ми часто бачимо у вигляді зворотно-поступального руху поршня, тобто поршень здійснює зворотно-поступальний лінійний рух в циліндрі, а лінійний рух поршня перетворюється в обертання колінчастого вала через колінчастий вал, а поворотний двигун не має цього процесу перетворення, він відбувається через поршень. Обертання в циліндрі приводить в рух головний вал двигуна (тобто колінчастий вал звичайного двигуна, оскільки він не вигнутий, його більше не називають колінчастим валом), тому між ними є велика різниця.
А. Такт впуску: Процес руху поршня від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки називається тактом впуску (кут повороту колінчастого вала 0~180°). У цьому такті впускний клапан відкривається, випускний клапан закривається, і повітряна камера сполучається з атмосферою. Атмосферний тиск змушує масляно-газову суміш надходити, а тиск у циліндрі становить близько 0,075 ~ 0,09 МПа в кінці впуску.
Б. Такт стиснення: процес руху поршня від нижньої мертвої точки до верхньої мертвої точки називається тактом стиснення (кут повороту колінчастого вала становить 180°~360°). У цьому такті впускний і випускний клапани повністю закриті, а тиск масляно-газової суміші в повітряній камері поступово зростає. Тиск у повітряній камері в кінці такту стиснення становить близько 0,6-1,2 МПа.
C. Потужний хід: Процес руху поршня від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки називається силовим тактом (кут повороту колінчастого вала 360°~540°). Під час цього такту впускний і випускний клапани повністю закриті, а свічка запалювання скаче, коли поршень знаходиться у верхній мертвій точці. Вогонь запалює масляно-газову суміш, щоб тиск у циліндрі різко підвищився (до 3~5MPa), штовхає поршень, щоб рухатися до колінчастого вала, тиск поступово падає, і тиск у повітряній камері становить приблизно 0,3~ 0,5 МПа в кінці робочого ходу.
D. Такт випуску: процес руху поршня від нижньої мертвої точки до верхньої мертвої точки називається тактом випуску (кут повороту колінчастого вала 540°~720°). Під час цього такту впускний клапан закритий, випускний клапан відкритий, і поршень рухається вгору, щоб підштовхнути згоряння. Вихлопний газ випускається з повітряної камери, а тиск повітря в повітряній камері становить близько 0,105 ~ 0,115 МПа в кінці ходу. Кінець такту також означає кінець робочого циклу двигуна.
На малюнку нижче показано порівняння кожного такту роторного двигуна та поршневого двигуна (ліва сторона двох повітряних отворів на малюнку – це впуск, а права – випуск). Роторний двигун такий же, як і поршневий чотиритактний двигун. Компресія, робота і вихлоп складаються з чотирьох тактів. Робоча порожнина (робоча порожнина BC), утворена між вигнутою поверхнею BC трикутного ротора та профілем циліндра, взята як приклад для ілюстрації чотиритактного принципу роботи роторного двигуна.
Хід впуску: Коли кут C трикутного ротора повертається до правого краю впускного отвору, робоча камера BC починає всмоктувати повітря. У положенні а впускний і випускний отвори з’єднані, а впускний і випускний перекриваються. Це найменший об'єм робочої камери БК, який еквівалентний положенню верхньої мертвої точки поршневого двигуна. У міру подальшого обертання ротора об'єм робочої камери БК поступово збільшується, а горюча суміш безперервно всмоктується в циліндр. При обертанні ротора на 90° (головний вал обертається на 270°, співвідношення частоти обертання ротора до головного вала в роторному двигуні становить 1:3, що визначається зачепленням шестерень) досягає положення b, об’єм BC робоча камера досягає максимуму, що еквівалентно нижній частині поршневого двигуна У положенні мертвої точки такт впуску закінчується.
Такт стиснення: коли трикутний ротор продовжує обертатися, вершина кута B перетинає лівий край впускного отвору, і починається такт стиснення, об’єм робочої камери BC поступово зменшується, а тиск стає все більшим і більшим. При досягненні положення c ротор повертається на 180° (головний вал обертається на 540°), об'єм робочої камери БК досягає мінімуму, що еквівалентно положенню верхньої мертвої точки поршневого двигуна, і такт стиснення закінчується.
Робочий хід: в кінці такту стиснення блимає свічка запалювання, газ високої температури та високого тиску штовхає трикутний поршень, щоб він продовжував обертатися, і об’єм робочої камери BC поступово збільшується. Коли кут C досягає правого краю випускного отвору, в положенні d ротор повертається на 270° (оберт шпинделя 810°), об’єм робочої камери БК досягає максимуму, що еквівалентно положенню нижньої мертвої точки поршневий двигун, і силовий хід закінчується.
Вихлопний хід: коли трикутний ротор під кутом С повертається вправо від випускного отвору, починається випускний хід, і, нарешті, трикутний ротор повертається в положення a, випускний хід закінчується, ротор обертається на 360° (головний вал обертається на три разів), а один твір Цикл завершується. У той же час робоча порожнина CA та робоча порожнина AB також завершують робочий цикл відповідно.
● Порівняння складу двигуна:
Роторний двигун: корпусна група, клапанний механізм, система живлення, система запалювання, система охолодження, система змащення, система запуску
Двигун поршневий: корпус, кривошипно-шатунний механізм, клапанний механізм, система живлення, система запалювання, система охолодження, система змащення, система запуску
● Переваги та недоліки двох двигунів:
◆ Поршневий двигун:
перевага:
1. Технологія виробництва зріла. Воно народжувалося понад 120 років. Різні технології постійно вдосконалювалися. Це найпоширеніший двигун внутрішнього згоряння у світі, який має низькі витрати на обслуговування та ремонт.
2. Надійна робота, хороша герметичність і надійність передачі електроенергії.
3. Хороша економія палива.
недолік:
1. Складна структура, великий об'єм і велика вага.
2. Зворотно-поступальна сила інерції та момент інерції, викликані зворотно-поступальним рухом поршня в кривошипно-шатунному механізмі, не можуть бути повністю збалансовані. Величина цієї сили інерції пропорційна квадрату швидкості, що знижує плавність роботи двигуна і обмежує розвиток швидкохідних двигунів.
3. Оскільки робочий режим чотиритактного поршневого двигуна полягає в тому, що три з чотирьох тактів повністю залежать від обертання інерції маховика, потужність і крутний момент двигуна дуже нерівномірні, хоча сучасні двигуни використовують багатоциліндровий і V -образні аранжування. Зменшити цей недолік, але повністю усунути його неможливо.
◆ Роторний двигун:
перевага:
1. Невеликий розмір і легка вага, легко знизити центр ваги автомобіля. Оскільки роторний двигун не має кривошипно-шатунного механізму, висота двигуна значно зменшується, а центр ваги транспортного засобу знижується в той же час.
2. Проста структура. Порівняно з поршневим двигуном, роторний двигун зменшує кривошипно-шатунний механізм, що призводить до значного спрощення механізму двигуна та меншої кількості деталей.
3. Рівномірні моментні характеристики. Оскільки один циліндр роторного двигуна має три робочі камери одночасно, крутний момент більш рівномірний, ніж у поршневого двигуна.
4. Сприяє розвитку високошвидкісних двигунів, оскільки співвідношення швидкостей поршневого ротора та головного вала становить 1:3, для досягнення високих обертів двигуна не потрібні високі швидкості поршня.
недолік:
1. Споживання палива високе, а викиди вихлопних газів важко відповідати стандарту. Оскільки кожен циліндр має три робочі камери, кожен оберт поршневого ротора еквівалентний трьом робочим ходам. Порівняно з 3000 об/хв і поршневим двигуном, поршневий двигун розпилює 750 разів/хв, а роторний двигун еквівалентний швидкості 1000 об/хв, але йому потрібно 3000 разів/хв. Видно, що витрата палива у роторного двигуна значно вище, ніж у поршневого двигуна. У той же час форма камери згоряння роторного двигуна не сприяє повному згорянню горючої суміші, шлях поширення полум'я великий, а витрата мазуту велика. У той же час вміст забруднюючих речовин у вихлопних газах вище.
2. З огляду на будову двигуна, замість типу запалювання від стиснення можна використовувати тільки тип запалювання, тобто замість дизеля в якості палива можна використовувати лише бензин.
3. Оскільки роторний двигун використовує ексцентричний вал, двигун сильно вібрує.
4. Високе розташування вихідного вала (шпинделя) не сприяє компонуванню всього автомобіля.
5. Технологія обробки та виготовлення роторного двигуна висока, а вартість відносно висока.
