Поворотно-поршневой двигатель представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания , в котором поршни перемещаются в круговом движении внутри кольцеобразного «цилиндр», двигаясь ближе и дальше друг от друга , чтобы обеспечить сжатие и расширение. Обычно используются два набора поршней, которые вращаются вокруг цилиндра в фиксированном соотношении. В некоторых версиях поршни колеблются вокруг фиксированного центра, а не вокруг всего двигателя. Конструкция также упоминаются как поршневой двигатель осциллирующего , вибрационный двигатель , когда поршни колеблются вместо поворота, или тороидального двигателя на основе формы «цилиндр».
Было предложено много поворотно-поршневых двигателей, но ни один из них не оказался успешным. Две попытки примерно в 2010 году - это прототип двигателя MYT американского производства [1] и прототип российского ORE для использования в гибридном автомобиле Yo-Mobile . Оба заявили о высокой топливной эффективности и высоком соотношении мощности к массе, но не было успешных демонстраций заявленной эффективности или того, что двигатели достаточно долговечны для практического использования.
Паровые двигатели
Двигатели с поворотно-поршневым двигателем были первоначально представлены в 1820-х годах как альтернативные конструкции паровых двигателей , до широкого распространения паровых турбин . В этих примерах «поршень» обычно не цилиндрический, как в современной конструкции внутреннего сгорания, а обычно имеет прямоугольное поперечное сечение, если смотреть сверху, вращаясь в «цилиндре» с плоским диском. Сбоку они либо плоские, либо клиновидные. Термин «поворотно-поршневой» в этих случаях не совсем точен, но рабочий цикл идентичен и здесь правильно рассмотрен.
Первый известный пример был представлен Элайджей Гэллоуэем в 1829 году для движения корабля. Он имел одну лопасть, вращающуюся на 270 градусов. Похоже, эта версия никогда не была построена, хотя модель все еще существует в Музее науки . Гэллоуэй также разработал широкий спектр чисто роторных двигателей с лопастями. [2]
Более серьезной попыткой была «Кембрийская система» Джона Джонса в 1841 году. В этой конструкции использовались две или три плоских пластины, которые были предназначены для сближения или отдаления друг от друга по мере продолжения цикла. Когда пластины были в самом близком месте, пар пропускался между ними с помощью клапана, раздвигая их по мере продолжения цикла. Когда пластины достигли максимального расстояния, был открыт внутренний проход, позволяющий частично расширенному пару проходить через центр устройства в область с другой стороны лопаток, которые теперь находились на минимальном расстоянии. В этом смысле конструкция представляла собой составной двигатель . [2]
За этим последовало множество вариаций, и некоторые из них нашли ограниченное применение в полевых условиях. Среди них был проект Джона Эрикссона 1843 года, который приводил в действие военный корабль США « Принстон» , первый в США пароход с винтовой тягой. Чарльз Парсонс изучил концепцию и, похоже, создал две конструкции поршневого двигателя, прежде чем перейти к паровой турбине. Братья Рутс разработали уникальный тип качающегося поршневого двигателя, хотя они более известны своей конструкцией с нагнетателем . [2]
Внутреннее сгорание
Пока неясно , является ли какой - либо внутреннего сгорания свинг-поршневой двигатель никогда не достиг производства, но ближайшая попытка , как представляется , немецкий Второй мировой войны -era конструировать Отто Лутц . Всего в его конструкции было шесть поршней, по три каждый, прикрепленных к двум дискам. Диски были соединены друг с другом для образования шести камер между поршнями, так что в любой момент один набор из трех камер был «близко друг к другу», а другой набор из трех был «широко разнесен», варьируя между этими двумя крайностями, как и диски вращались. Время было устроено так, что камеры достигали точки «близко друг к другу» над свечой зажигания, а точки «широко расставлены» над впускным и выпускным отверстиями. Это действие похоже на двигатель Ванкеля , основное отличие состоит в том, что двигатель Ванкеля создает сжатие и расширение за счет формы двигателя и ротора, а не за счет относительного движения поршней.
Двигатель Лутца разрабатывался как экспериментальный газогенератор для нового типа авиационного двигателя , который заменил традиционный центробежный или осевой компрессор его конструкцией с поворотно-поршневым двигателем . В конечном итоге выхлопные газы будут использоваться для привода турбины, а эта мощность будет использоваться для приведения в действие пропеллера для производства турбовинтового двигателя . Для этой роли выхлопной газ был слишком горячим, чтобы его можно было использовать непосредственно в турбине, учитывая материалы, доступные в то время, поэтому у двигателя было второе «выхлопное отверстие», через которое выпускался холодный сжатый воздух, который затем смешивался с горячими выхлопными газами. Для прямого использования мощности, в отличие от привода турбины, эту «третью зону» двигателя можно просто оставить открытой для воздуха, чтобы избежать потери мощности из-за ненужного сжатия.
Первоначальные испытательные двигатели имели некоторые незначительные проблемы, особенно с уплотнением, но они были устранены, и двигатели проходили испытания в течение 1944 года. Одна особенно хорошая особенность поворотно-поршневых двигателей заключается в том, что они могут быть прикручены болтами друг к другу вдоль общего коленчатого вала. чтобы сделать двигатель большего размера, и с каждой дополнительной ступенью работа становится более плавной, и единственная деталь, которую нужно увеличить, - это коленчатый вал. Подобное устройство с радиальным двигателем, как правило, труднее организовать, особенно с охлаждением, а устройства с рядным расположением двигателя вскоре становятся настолько длинными, что предотвращение вибрации коленчатого вала становится серьезной проблемой (см., Например, Chrysler IV-2220 ).
Каждый «цилиндр» конструкции Лутца имел диаметр 0,70 м и глубину всего около 30 см, обеспечивая мощность 445 л.с. при весе 140 кг - отличное соотношение мощности к массе по сравнению даже с реактивными двигателями той эпохи. Для его турбовинтовой концепции была предложена пятиблочная версия, обеспечивающая 3450 л.с. от двигателя длиной около 2 м. Несмотря на то, что соотношение мощности к массе было хорошим, плотность двигателя была просто превосходной.
В целом турбовинтовой двигатель больше походил на реактивный двигатель, чем на поршневой. Поворотно-поршневой газогенератор располагался посередине длинной гондолы, спереди - пятиступенчатый осевой компрессор, сзади - трехступенчатая турбина. Компрессор использовался как нагнетатель для поршневого двигателя, а также для подачи холодного воздуха для охлаждения турбины. Фактическая мощность винта, объединяющего поршни и турбины, составила 4930 л.с. на высоте 10 000 м, что намного больше, чем у любого немецкого проекта военного времени.
Зачем нужна такая сложность для создания новой версии двигателя - турбовинтового, основным преимуществом которого была простота? Основная проблема обычных реактивных двигателей заключается в том, что сгорание происходит в открытой камере, которая значительно менее эффективна, чем закрытая камера поршневого двигателя, где она имеет постоянный объем (или близкий к нему). Цикл Отто или дизельный цикл, используемый в поршневых двигателях, имеет гораздо более низкий удельный расход топлива, чем цикл Брайтона традиционных газотурбинных двигателей на низкой скорости. Конструкция Лутца предназначалась для бомбардировщиков и патрульных самолетов очень большой дальности , где экономия топлива была важнее простоты и характеристик.
Позднее Лутц запатентовал эту конструкцию в разделе «Роторный компрессор и другие двигатели», патент США 2 301 667. [3] [4]
Другие примеры
Конструкция Лутца - не единственный способ создать такой двигатель: BMW экспериментировала с традиционным двигателем с тарельчатыми клапанами на камерах сгорания, которые ранее неоднократно использовались в экспериментах. Другой подход полностью состоит в том, чтобы регенерировать часть тепла выхлопных газов в теплообменнике и использовать его вместо топлива для нагрева сжатого воздуха, концепция, используемая General Motors в серии автомобильных турбин. Однако, как правило, усовершенствования базового поршневого двигателя в роли «маломощных» позволили исключить любую из этих усовершенствованных конструкций с рынка.
В 1990-х годах ряд изобретателей заново представили эту концепцию, как если бы она была новой. Примеры включают "массивный, но крошечный" двигатель Angel Labs [5] , Rotoblock [6] Roundengine, [7] Trochilic Engine и разработки Чуди и Хуса. [8] [9] В 2009 году российский промышленник-миллиардер Михаил Прохоров объявил о своих планах войти в автомобильный бизнес с серией легких гибридных автомобилей, использующих эту конструкцию в качестве основного двигателя . [10] Еще одно недавнее введение направлено на гибридном рынке является «Hüttlin Kugelmotor», который сочетает в себе концепцию поворотно-поршневой с модифицированным перекоса для получения сферического дизайна , которые непосредственно силы внутреннего электрического генератора . [11]
Другие названия
Двигатель Tschudi также известен как «двигатель кошки-мышки» или «двигатель-ножницы». [12]
Смотрите также
- Свободнопоршневой двигатель
- Оппозиционный поршневой двигатель
- Паровая машина с качающимся цилиндром
Рекомендации
Заметки
- ^ "Двигатель внутреннего сгорания и метод" (PDF) . Патентное ведомство США. 26 марта 2002 . Проверено 11 мая 2019 .
- ^ а б в Я 2008 .
- ^ «Роторные компрессоры и другие двигатели» (PDF) . Freepatentsonline.com . Проверено 6 декабря 2011 .
- ^ «Роторный компрессор и другие двигатели» .
- ^ angellabsllc.com
- ^ rotoblock.com
- ^ roundengine.com
- ^ «Тороидальные двигатели» . Greencarcongress.com. 2006-04-18 . Проверено 6 декабря 2011 .
- ^ «Двигатель MYT: патент США« Двигатель внутреннего сгорания »№ 7415962 B2; 26 августа 2008 г.» . Patft.uspto.gov. Архивировано из оригинала на 2016-01-14 . Проверено 6 декабря 2011 .
- ^ «Йомобиль» . Auto.lenta.ru.
- ^ Райс, Винсент (22 сентября 2011 г.). «Сферический гений Hüttlin Kugelmotor» . Gizmag.com.
- ^ «Кошки-мышки» .
Библиография
- Селф, Дуглас (9 апреля 2008 г.). «Вибрационные паровые двигатели» . Музей ретро-техники . Архивировано из оригинала 15 июля 2018 года.
Внешние ссылки
- [1]
- Youtube.com
- Тороидальный двигатель от Фрэнки Деваэра