Техника - молодёжи 1967-07, страница 9

I

аким вы представляете себе автомобильный дви-

Кгатель? Конечно, это увесистая штуковина. Непременно — несколько цилиндров, в которых сгорает топливо. В них — поршни, вращающие при помощи шатунов коленчатый вал. Одним словом, конструкция довольно простая, отшлифованная временем и потому надежная.

Конечно, за свою вековую жизн поршневой двигатель внутреннего сгорания достиг известного совершенства. Но требования, предъявляемые техникой, тоже менялись. Экономичней! Дешевле! Легче! Меньше! Все чаще видавший виды трудяга двигатель слышит, к сожалению, заслуженные упреки в свой адрес. Что поделаешь, сам принцип устройства порождает основные недостатки нашего знакомца. Его ахиллесова пята — кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршней во вращение рабочего вала. Как избавиться от громоздкого и тяжеловесного устройства? Как заставить поршни, соединив их непосредственно с валом, крутиться?

Над решением этой задачи бились и бьются сейчас тысячи изобретателей. Папенгейер и Уатт, Лаваль и Парсоис строили паровые роторно-поршневые двигатели. Тою же идеей были увлечены и авторы первых турбинных моторов.

Но наш разговор мы посвятим не дорогостоящим турбинам, а роторам.

Все новые и новые папки с описаниями и чертежами ро-торно-поршневых двигателей занимают свон места на полках патентных библиотек мира. Идет напряженнейший поиск. Как всегда, многие проекты так и останутся на бумаге. Но для того чтобы представить себе основные направления, по которым движется конструкторская мысль, давайте заглянем в некоторые папки.

Итак, ротор должен иметь малые габариты н вес, высокий кпд, низкую себестоимость, должен быть экономичным, простым в изготовлеиви и эксплуатации. Волей-неволей изобретатели создавали схемы, заведомо не удовлетворявшие одному, а то и нескольким требованиям.

Схем немало, двигатели разные: двухтактные и четырехтактные, с вращающимся поршнем и с вращающимся корпу сом, с водяным и воздушным охлаждением, на жидком и газообразном топливе.

Основная трудность, с которой столкнулись конструкторы, — найти надежный способ уплотнения рабочей камеры роторного мотора. Как запереть газы в камере сгорании? Завидно просто решается эта проблема в обычном двигателе. Пружинные кольца на поршнях обеспечивают необходимую компрессию. Не случайно такое коитактное уплотнение называют еще н непрерывным. А что, если свернуть цилиндр в кольцо? Оказывается, и тогда придется отказаться от Прежнего способа: на уплотнительные элементы начнет действовать центробежная сила. Да и как «закупорить» прорезь в цилиндре, по которой движутся тяги, соединяющие поршни с рабочим валом?

Вот и выходит, что от привычных колец нужно отказаться. Цилиндр лучше сделать прямоугольного сечения. Его можно собрать из нескольких частей, а это просто и удобно. Уплотнителем станет набор пластинок. Но и тогда горячие газы прорвутся в щели, появление которых неизбежно. Пластинки подгорят, деформируются, кое-где отойдут от стенок цилиндра. Моторесурс двигателя будет очень мал.

Инженерам пришла в голову мысль — применить в качестве уплотнении жидкость. Она стала играть роль лоршня. Такой двигатель построили, но вскоре выяснилось, что прн

работе «поршень»... испаряется. Пропадает значительная часть полезного тепла.

Была попытка заменить жидкостью крнвошйпно-шатунный механизм. Внутри корпуса поместили лопастный ротор, а снаружи — цилиндры и поршни. Жидкость служила промежуточным звеном, передавая давление поршней на лопатки ротора. Такой двигатель имел свои достоинства, но был громоздким и тяжелым.

Почти невозможно боротьсн с трением в конструкциях с поршневыми заслонками. Как подвести смазку туда, где она просто необходима?

Сложным делом оказалось на поверку и охлаждение ротор-но-поршневых моторов. Масло, попадающее через осевое отверстие в полость ротора, пригорает и потому неважно справляется со своей задачей — отбирает мало тепла.

Известно, что топливо должно сгорать равномерно и в строго определенное время. Самые благоприятные условия для этого создаются в шаровой камере. Не случайно головки цилиндров двигателей имеют сферические углубления! В камерах сгорания едва ли не всех известных нам роторных двигателей добиться такого режима Горения пока ие удалось. Инженеры вынуждены делать рабочую камеру в сечении прямоугольной, поэтому-то в ней и не возникает устойчивых воздушных вихрей.

Мы рассказали лишь об основных камнях преткновения, встречающихся на пути изобретателей. Но и этого достаточно для того, чтобы стало ясно: появление жизнеспособных двигателей нового типа — большая удача. В лучших конструкциях применено планетарное движение ротора: вращаясь вокруг своей оси, он одновременно обкатывается вокруг неподвижного зубчатого колеса. Вершины углов граненого рото» ра совершают сложное движение. Впадинам на внутренней поверхности корпуса соответствуют различные рабочие объемы. Планетарным двигателям можно дать такую характеристику: поршни вращаются непрерывно и равномерно; уплот-'нение рабочих камер — непрерывное; условия смаэкн и охлаждения — благоприятные; конструкция несложна (иет, к примеру, клапанов); размеры — невелики.

В 1957 Году западногерманской фирмой «НСУ» был изготовлен первый опытный образец планетарного ротора. Он весил 11 кг, имел рабочий объем 0,125 л и развивал мощность в 29 л, е.!

Осенью 1963 года на Международной выставке автомобилей демонстрировалась первая спортивная машина с роторно-поршневым двигателем. Испытания прошли успешно. Мотор легко заводился, расходовал мало топлива. Уплотнительные пластинки — самое слабое его звено — выдерживали тысячечасовую полную нагрузку. На их замену требовалось всего 30 минут! Новый мотор получил путевку в жизнь.

Интересно такое сравнение: четырехцилиндровый поршневой двигатель с рабочим объемом 1,6 га развивает мощность в 45 л. с. Его размеры — 580 X 650 X 340 мм. Двухсекционный мотор объемом 0,8 л имеет мощность 60 л. е., а размеры — 310 x 370 x 300 мм.

Удельный вес лучших автомобильных моторов приближается к 1 кг на л. с. По данным фирмы «НСУ», удельный вес ротора — 0,46 кг на л. с.

Преимущества нового двигателя неоспоримы. Он нужен там, где идет борьба с «лишними» граммами и миллиметрами. Ротор может стать сердцем легкого одноместного вертолета, переносной электростанции, мотоцикла, станка.

Алма-Ата В. ПОДОЙНИЦМН, инженер

На цветной вкладке —принципиальные схемы некоторых роторно-поршневых двигателей. Художник не задавался целью детально показать кх устройство, но нетрудно составить представление о том, какими путями шли изобретатели, решая основные проблемы ротора — уплотнение камеры сгорания, удаление нагара н т. д.

На всех рисунках выделена одна и та же фаза циила — рабочий ход.

1. Поршни этого двигателя совершают еращательно-воз-вратные движения.

2. Пластины-поршни унреплены на роторе. На них действуют большие силы инерции — недостаток существенный.

3. J ви т ль итальянского изобретателя Колетти.

4. Мотору с вращающимися упорами присуще скачкообразное изменение рабочих объемов. К тому же невозможно применить контактное уплотнение.

5. Вращение роторов синхронизировано с помощью зубчатого механизма. Уплотнить рабочие камеры подпружиненными пластинами нельзя.

6. Качающиеся заслонки-поршни могут быть укреплены каи на роторе, таи и на корпусе. Трудио уплотнить шарнирнЫе соединения.

7. Рабочая иамера этого двигателя — тор. Поршни попеременно вращаются и застопориваются, передавая движение через храповые Механизмы.

8. Две пары поршней прямоугольного сечения, вращаясь, периодически догоняют друг друга. Убегающая пара передает ращение на вал, отстающая — служит газовым упором.

9. Поршни помещены между двумя аисцентрично смещенными кольцами. Слабое место конструкции — неудачная форма Камеры сгорания и неэффективное ее уплотнение.

10. В двигателе польского конструктора Г. Рожицкого поршень совершает плоско-параллельные Движения, вращай два иривошипа. В 1960 году опытный обрааец с ротором 140x200x300 мм при 10 000 об/мин развил мощность в 60 л. Сч а с ротором 550x700x800 мм — в 1 500 л. с.

11. Эта модель построена цейлонцем Ропаиаруной. Неподвижная иамера имеет наибольший и наименьший объемы, принимая форму соответственно Прямоугольного и ромб ческого параллелепипеда.

12. Грани ротора — поршии — соединены шарнкрно. Сечение i о ора изменяется от квадрата к ромбу и обратно.

13. Схема мотора «НСУ» — Ванкель. Движение поршня планетарное. Поке это самая перспективная конструкция.

14. Жидкость заменила поршни. Хорошо работают построенные по такому принципу вакуумные насосы. Но иогда сосед жидкости — горячий газ, она испаряется и быстро загрязняется продуктами сгорания.