Лопастной двигатель

. СОДЕРЖАНИЕ

Введение            3

1. История создания        4

2. Устройство         7

3. Принцип работы  двигателя      8

4. Достоинства и недостатки роторно-лопастного двигателя 9

5. Область применения        11

Заключение         14

Литература          16

 

Введение

В настоящее  время проблеме экологии автомобильного транспорта уделяется огромное внимание большинства автомобильных фирм. Доля вредных веществ, поступающих  в атмосферу с отработанными  газами автомобильных двигателей, составляет до 63% от общего загрязнения окружающей среды. Разработки и выставленные образцы на международных салонах позволяют определить достижения ведущих фирм, а так же проследить тенденции развития этих фирм на пути создания экологического двигателя.

Роторно-лопастной  двигатель внутреннего сгорания (РЛ ДВС) – двигатель, в котором давление расширяющихся газов воспринимают вращающиеся на валу лопасти. Заманчивая идея позволяет избавиться от недостатков поршневого двигателя, связанных с преобразованием поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

 

1 История создания

    Двигатель Вигрия́нова — роторно-лопастной  двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого разработана  в 1973 году инженером Михаилом Степановичем Вигрияновым. Особенность двигателя — применение вращающегося сложносоставного ротора размещённого внутри цилиндра и состоящего из четырех лопастей.

Рисунок 1 –двигатель Вигриянова

    Данный  роторный двигатель относится ко второй классификационной группе возможных  вариантов роторных моторов, из 7 возможных групп конструктивной компоновки. Эта схема компоновки двигателя отличается тем, что главный рабочий элемент двигателя, воспринимающий на себя давление рабочих газов состоит из двух частей. Каждая часть представляет собой "коромысло", центр которого расположен на главном валу мотора, а на концах - расположены "поршни-лопасти". Два этих коромысла с лопастями движутся согласованно друг относительно друга и между их поршневыми лопастями то уменьшается, то увеличивается объем. В этих рабочих объемах-камерах и совершаются рабочие такты 4-х такного цикла - "всасывание", "сжатие", "сгорание-расширение" и "выхлоп". При всей очевидности и наглядности осуществления 4-х тактного цикла в этом типе роторных двигателей, они имеют ряд существенных технологических и конструктивных недостатков, которые и не позволили до сих пор создать эффективно действующей модели этого типа роторных двигателей.

    Роторно–лопастная схема двигателя была предложена ещё в 1910 году. Предлагалось только придумать к ней механизм, позволяющий двигаться лопастям по определённой закономерности. В шестидесятых годах прошлого века немецкая фирма Клёкнер-Хумбольд-Дойц (нем. Klockner-Humboldt-Deutz (KHD)) провела исследование этого двигателя с механизмом Коуэрца. Результаты были отрицательными. Одним из отрицательных факторов была работа самого механизма преобразования движения лопастей.

    В 1973 году была разработана идея нового механизма преобразования движения лопастей. Идея пришла одновременно Иванову  О. М. (Томск) и группе людей из Бердска (Новосибирская область) независимо друг от друга. М. С. Вигриянов к этому не имел ни малейшего отношения. Информацию о возможности изготовления роторно-лопастного двигателя он получил лишь в 1978 году, когда Иванов О. М., по приезде в Бердск изготовил первый макет этого двигателя.

    Бердская  группа не стала дальше работать над  двигателем по причине внутренних разногласий. Иванов же создал группу из трёх человек: Иванов О. М. — автор идеи, Вигриянов  М. С. — инженер патентовед, Перемитин  В. А. — слесарь.

    Был изготовлен рабочий образец, который не удалось запустить по простейшим причинам, которые стали понятны позже. За время работы с образцом стали видны некоторые недостатки этого механизма. Иванов предложил новый механизм преобразования движения, который можно было легко изготовить на простом доступном оборудовании. Двигатель с этим механизмом был изготовлен в Институте теплофизики СО РАН. Из бракованных деталей был собран макет, демонстрируемый Вигрияновым на фотографиях

    Разработкой интересовались в России и за рубежом: немец, американцы, бразилец. Предполагалось просто проверить на работоспособность данную схему, и если бы мотор проработал всего лишь пять минут, авторов схемы это вполне удовлетворило бы. Испытания показали, что в принципе мотор работоспособен, но требует больших доработок. Уплотнения никакие не канальные, как рекламирует Вигриянов, а пластинчатые, могут быть графитовыми и не требовать смазки. А вот уплотнения и смазка торцов валов — серьёзная проблема.

    Больше  этот двигатель не изготавливался. Директор Института теплофизики СО РАН академик Накоряков В. Е. создал акционерное общество для производства данного двигателя. Интересы Иванова в данном деле не присутствовали. Без автора мотор дальше дорабатывать было некому. Авторство Вигриянова в некоторой степени ставится под сомнение, так как по сути никаких кардинальных изменений в конструкции двигателя с его стороны не было, тем более не мог продолжить разработку

 

2 Устройство

      Устроен роторно-лопастной двигатель  внутреннего сгорания следующим  образом. В круговом цилиндре соосно расположен ротор, состоящий из двух частей. На каждой из них установлена пара лопастей (лопастей может быть и большее количество). Рабочие зазоры ротора устанавливаются подшипниками. На широких лопастях несложной конфигурации без особых проблем устанавливаются элементы уплотнений.

Рисунок 2 – Устройство роторно-лопастного двигателя

    При вращении ротора в одном направлении  лопасти совершают колебания  друг относительно друга, создавая замкнутые  внутри цилиндра объемы переменной величины. Движение лопастей друг относительно друга и относительно корпуса двигателя задается синхронизатором. Один из предложенных вариантов изображен на модели.

    Это механизм на основе сателлитной шестерни и шатунно-рычажного узла. Конструкция  была предложена более 80 лет назад и все равно продолжает патентоваться.  Конструкций синхронизаторов и компоновок двигателя предложено довольно много, но большинство из них похожи, многократно запатентованы и отличаются лишь незначительными нюансами, которые не принципиальны.

3 Принцип работы двигателя

    Как уже говорилось выше, при вращении ротора в одном направлении лопасти  совершают колебания друг относительно друга, создавая замкнутые внутри цилиндра объемы переменной величины.

Рисунок 3 – принцип работы роторно-лопастного двигателя

    На  представленной схеме лопасти движутся против часовой стрелки неравномерно, то ускоряясь, то замедляясь. В результате в нижнем правом секторе происходит такт впуска, в верхнем правом секторе - такт сжатия, в "верхней мертвой  точке" - воспламенение смеси, в верхнем левом секторе - рабочий ход, в левом нижнем секторе - такт выпуска.

    Такая последовательность тактов повторяется  за каждый полный оборот ротора. Таким  образом, весь четырехтактный цикл выполняется  за один оборот вала ротора. Этим роторно-лопастной двигатель существенно отличается от поршневого ДВС. У последнего четырехтактный цикл осуществляется за два оборота коленвала.

 

4 Достоинства и недостатки роторно-лопастного двигателя

    Преимущества  роторно-лопастного двигателя перед "классическим" тронковым двигателем внутреннего сгорания на первый взгляд очевидны и весьма значительны.

Рисунок 4 – общий вид двигателя «Ё-Мобиля»

    Чем РЛДВС лучше современного поршневого двигателя?

-Эффективный КПД на 10-12% выше.

-На всех режимах работы расход топлива меньше, чем у поршневого двигателя.

-Малое количество деталей.

-Простота конструкции. Нет сложного механизма газораспределения. Более технологичен.

-Эффективный газообмен способствует лучшему сжиганию топлива и меньшей токсичности.

-Хорошая уравновешенность.

-В несколько раз лучше удельные массогабаритные показатели.

-Несравнимо малый расход смазочных материалов.

-Существенно ниже стоимость производства

-На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта (набор рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выброс отработанных газов). Таким образом, в рамках данной конструкции возможно реализовать любой четырехтактный цикл.

    Недостатки  этого типа роторных двигателей кроются в самом принципе организации рабочих процессов в их конструкционной схеме. А она заключается в том, что мощность снимается с двух разных валов, а эти валы (каждый соединен со своим "коромыслом" с лопастями) движутся неравномерно, как бы то догоняя, то останавливая друг друга- то затормаживаясь, то ускоряясь- поочередными импульсами. Естественно, снимать мощность с таких "пульсирующих" валов очень сложно, а еще надо согласовывать их движение друг относительно друга. Для этого служит очень сложный и громоздкий механизм синхронизации и схема движения-вращения с двух валов. На приведенной в статье фотографии этот механизм виден на задней части корпуса- его диаметр и ширина больше, чем сам диск рабочей камеры, где происходят рабочие циклы... Именно эта неравномерность вращения 2-х рабочих валов, их неравномерное, пульсирующее движение и определяют все трудности создания работоспособных типов этого подкласса роторных двигателй. В созданных прототипах этих двигателей огромные инерционные нагрузки быстро разрушали применяемые механизмы согласования вращения двух валов и связанных с ними роторных лопастей. Этим объясняется то, что реально и эффективно работающих моделей этого типа до сих пор не создано.

    К недостаткам можно, в частности, отнести высокую тепловую напряженность  ротора, особенно его лопастей. Для мощных РЛДВС обязательна эффективная принудительная система охлаждения ротора.

    В работе двигатель Вигриянова эквивалентен восьмицилиндровому поршневому двигателю, так как за один оборот реализует  четыре рабочих цикла.

 

5 Область применения 

    В январе 2010 года Группа ОНЭКСИМ и Холдинг «Яровит» объявили о запуске проекта производства ё-Мобиль - нового городского автомобиля.

    Группа  ОНЭКСИМ выступает в качестве стратегического и финансового  партнера с долей участия равной 51% Холдинг «Яровит» отвечает за реализацию всех основных составляющих проекта владеет 49%.На презентации автомобилей: кросс-купе, микровен и фургон, была представлена и новая силовая установка, которая в перспективе будет состоять из тороидального роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания, работающего на 92-м бензине и метане, совмещённого с генератором. Преимущества такого ДВС (при прочих равных)  заключается в относительно небольших размерах и более высоком  (примерно на 10%) КПД. Таким образом, работающие на метане ё-мобили с запасом укладываются в нормы Евро-5.

    Абсолютно новая концепция и бизнес-модель автопроизводства: инновационные составляющие в конструкции ё-Мобиль и производственной технологии, в маркетинге и эксплуатационной инфраструктуре.

    Производство  этого автомобиля предполагается максимально рационализировать и упростить — вместо шести тысяч деталей, как в обычном автомобиле, ё-Мобиль будет состоять из 400 комбинируемых между собой блоков. Такая схема позволит объединить в одном месте производство, сервисную станцию и магазин.

    Силовая установка не крутит колёса, а питает тяговые электромоторы и подзаряжает  суперконденсаторы (конденсаторы большой  ёмкости, в данном случае около 4,8 фарад). Ёмкость и работоспособность  суперконденсаторов мало зависит от температуры. Они неприхотливы, имеют больший срок службы, чем литиево-ионные аккумуляторы, обладают меньшим внутренним сопротивлением, а значит быстрее набирают и отдают заряд.

В обычном  четырехтактном двигателе с одним  цилиндром за 2 оборота коленчатого  вала происходит один рабочий ход. В роторно-лопастном двигателе – за 2 оборота 8 рабочих ходов. Из этого следует, что роторно-лопастной двигатель работает как восьмицилиндровый двигатель. При этом он имеет меньшие габариты и массу. Благодаря полностью симметричной конструкции двигатель хорошо уравновешен и создает минимальные уровни вибрации.