КИНЕМАТИКА РАБОТЫ РОТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

Старокожев М.А. (БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

Given clause is continuation of a theme about rotor engine. The kinematics of the engine is described.

 

Кинематика работы двигателя заключается  в следующем. Общий рабочий вал 4 двигателя  вращает роторы 2 всех двухкамерных блоков вокруг  оси этого вала в круговых статорах 1, смещенных относительно этой оси. Пружины 9 и центробежная сила прижимают раздвижные части роторов 2 к стенкам статоров и с помощью поворотных башмаков 7 обеспечивают герметичность камер. Приваренные к вращающемуся  валу 4 пластины 6, перемещаясь в щелях ротора 2, обеспечивают ротору вращательное движение  под  действием высокого давления газов в камере «рабочий  ход». (Сдвиг  пружины достаточно мал, порядка 0.05 длины ротора).

Каждая пара двухкамерных блоков двигателя работает следующим образом: поворот и скольжение роторов 2 создают в паре блоков четыре замкнутых рабочих объема (камеры) а, б, в, г, каждый из которых меняет свой объем -  то увеличивается, то уменьшается и наоборот. Увеличивающийся  объем (например, а) всасывает свежий заряд, а уменьшающийся объем б в этом блоке - сжимает этот заряд. Сжатый заряд (через отверстие 8 в стенке 3) передается в камеру в, где воспламеняется, создает высокое давление и тем самым крутящий момент. В камере г давление падает. и заряд удаляется через отверстие 8. Движение заряда через отверстия 8 в неподвижных стенках  имеет всегда одно направление.

Эпизодическое совмещение неподвижных отверстий 8 с камерами обеспечивает выполнение четырех тактов двигателя внутреннего сгорания: впуск  - сжатие - рабочий ход - выпуск. Более конкретно эта цепочка тактов иллюстрируется на примере движения (против часовой стрелки в первой паре  двухкамерных блоков).

Первый двухкамерный блок (впуск-сжатие заряда).

Вращение ротора 2 увеличивает объем камеры а и за счет совмещения ее с отверстием 8 в левой неподвижной стенке 3 в нее подается свежий заряд. Через некоторый поворот ротора  2 его камера а выходит из соединения с  отверстием 8, происходит переход заряда в другую камеру б (сжатия),  объем  которой начинает уменьшаться  -  происходит сжатие (отверстие 8 не соединяет  камеры).

При должной степени  сжатия  происходит соединение камеры б с камерой в и через отверстие 8 сжатый заряд  переходит из камеры б  первого двухкамерного  блока   во   второй  двухкамерный  блок, в камеру  в («рабочий ход»).

Второй  двухкамерный  блок («рабочий  ход-выпуск»).

В  камере  в  происходит накопление давления. Через некоторый  поворот достигается  нужное  давление, заряд поджигается (рабочий  ход),   ротор   2 вращается,   объем  увеличивается. Процедура этого  поджигания  зависит  от вида  двигателя  -  у  карбюраторных  двигателей  речь  идет  об  искре,   у дизелей  -  о  подаче  высоким  давлением  жидкого  топлива  через  узкие отверстия.

При определенном  угле поворота  ротора 2 его камера соединяется  с отверстием  8  неподвижной стенки  3  и  заряд  удаляется. Таким образом, неподвижные  отверстия   8  и эпизодически  соединяющиеся  между  собой камеры  б и в  переводят  сжатый  заряд  в  камеру  сгорания, где и  проис­ходит  рабочий  ход  двигателя. Впуск  извне   свежего заряда в камеру  а  происходит через отверстие   8 во  внешней  перегородке   3   первого  двухкамерного  блока, а  выход  сгорев­шего  заряда  в  камере  г  -  через  отверстие   8   во  внешней  перегородке   3 второго  двухкамерного  блока.

Кинематическое   объединение  двух  пар  двухкамерных  блоков   с  помощью одного  вала  4,   но  при  разностороннем  расположении  центров  статоров 1 относительно  друг  друга, позволяет уменьшить изгибающий  момент  по  оси вала  от  сил  высокого  суммарного  давления.  Этот  момент  возникает  за счет  разнонаправленных сил,  действующих  на  соседние  роторы  2   камер сгорания,  и  создает  износ  подшипников.

Таким  образом,   предлагаемый  проект  учитывает  два  фактора  -  прочность и  герметичность.   Для  обеспечения  прочности  используются  ребра  жестко­сти,   а  для  герметичности   (при  механическом  объединении  скользящих деталей)   -  одинаковая  кривизна  поверхности  и  центробежная  сила  вместе с  пружиной   (для  прижима   башмаков   к  стенке  ротора).   Увеличение  длины башмаков  позволяет  иметь   допустимое  удельное  давление   на   статор  при большом  числе  оборотов  двигателя.

Для лучшего представления  о  размерах  параметров  двигателя  можно привести следующий пример. Если диаметр статора D  =  20 см, расстояние  е (между  центрами вала  и  статора) равно 3.3 см (т.е. отношение его  к радиусу  e/R=2e/D=l/3),  то  максимальное удлинение  ротора   будет  равно:

Л =  1.14   см   (Л   =   D-V(D2-4·e²)   =   0.057·D).

Наибольшая площадь камеры будет, равна:  

S = D 2е = 1.14  дм².

При ширине ротора 1 дм объем одной камеры составит, примерно, 1.14 л, а всех четырех камер 4.46  л.

Габариты всего четырехкамерного двигателя составят  2·2·1·2 дм³ = 8 л  (без учета толщин  трех неподвижных  стенок). Двигатель будет иметь один  движущийся вал, на котором два ротора будут меняться по длине (под действием пружины) на 1.14 см. Такое малое перемещение роторов и большая площадь скольжения башмаков позволяют иметь очень большое число оборотов. При использовании двух пар двухкамерных блоков габариты двигателя будут в 2 раза больше.

Для примера, 4 поршневых двигателя, эквивалентных по объему камер одному предлагаемому двигателю, будут иметь 4 блока из трех движущихся звеньев (поршень, кривошип и шатун), т.е. всего 12 кинематических звеньев и несколько звеньев, управляющих подачей топлива в каждом двигателе. Число кинематических звеньев, габариты  двигателя  и механические потери резко возрастают.