Классификация и принцип действия тепловых двигателей. Анализ факторов, влияющих на экономичность и мощность двигателя внутреннего сгорания. Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания

Работа роторно – поршневого двигателя осуществляется следующим образом (см. рис.1.17.).

В положении а) при вращении ротора объем под гранью АС увеличивается и через впускное окно топливовоздушная смесь засасывается в рабочий объем. В положении б) впускное окно закрывается и при дальнейшем вращении ротора смесь сжимается. В положении в) при максимальном сжатии объема под гранью АС смесь воспламеняется. Давление продуктов сгорания на поверхность  грани АС несбалансированно относительно точки зацепления ротора с неподвижной шестерней, и возникает момент на вращение ротора. Угол поворота ротора от точки воспламенения смеси  до прохождения вершиной А выпускного окна является рабочим ходом. При дальнейшем повороте ротора продукты сгорания вытесняются через выпускное окно при уменьшении рабочего объема.

г)

в)

б)

а)

Рис.1.17. Схема работы роторно – поршневого двигателя

         В процессе выпуска рабочий объем не может уменьшиться до нуля, его минимальный объем будет равен объему максимально сжатой смеси.

Это значит, что продукты сгорания будут переноситься в объем новой порции смеси, что значительно ухудшает процесс горения. Для исключения этого явления необходимо осуществлять продувку рабочего объема перед фазой всасывания. Продувка производится топливовоздушной смесью в положении г). После закрытия всасывающего окна вершиной В ротора поток смеси по инерции проходит через полость А – В и сбрасывается в выпускное окно. 

Общий вид конструкции двигателя Ванкеля показан на рис.1.18.

Преимущества роторно-поршневого двигателя – полная уравновешенность масс; компактная конструкция; отсутствие клапанного механизма.

Недостатки – высокие выбросы углеводородов; повышенный расход топлива; сложность изготовления, а, значит, и высокая стоимость изготовления; высокое расположение ведущего вала; невозможность изменения степени сжатия горючей смеси, поскольку она однозначно определена соотношением объемов камер с профилем эпитрохоиды.

Практическое применение получили двигатели с трехгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: r:R = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т.п.

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля в 1974г. в CCCР впервые был установлен на нескольких десятках экспериментальных ВАЗ-2101(в свободную продажу не поступила ни одна). Затем эти двигатели устанавливались на ВАЗ-2108-97 стоимостью $6тыс. При этом роторная «восьмерка» стала разгоняться на первой передаче до 55 км/ч за 5 сек, а на второй до 100 км/ч еще за 3,3 сек. с рабочим объемом всего 1,3 л. Такую разгонную динамику (100 км/ч за 8,3с) выдает Mercedes CLK объемом 3,2 л. и мощностью 218 л.с. Однако устанавливать новый ротор на «восьмерке» приходится через каждые 40-60тыс. км. пробега.С целью безопасности и для повышения моторесурса на серийных машинах установлен ограничитель оборотов до 6 тыс. Расход бензина – 15литров на 100 км пробега.

Кроме России, роторно-поршневой двигатель RX на серийно выпускаемые автомобили, устанавливала только японская корпорация Mazda. Двигатель Ванкеля пока не получил широкого распространения, поскольку считают,что он неэкономичен, обладает небольшим моторесурсом и очень сложен и дорог в ремонте, практически после износа подлежит замене на новый.

К классу роторных  следует отнести и роторно-волновой двигатель (пат. России № 2155272, автор Седунов И.П., г.Санкт-Петербург). В этом двигателе совершенно устранено возвратно-поступательное движение рабочих органов, ротор полностью уравновешен и вращается с постоянной угловой скоростью. Рабочее тело, как и в турбине, движется вдоль оси двигателя, траектория движения – винтовая линия. В конструкции отсутствует вредное пространство, ограничивающее рост степени сжатия рабочего тела. Из-за отсутствия уплотнительных элементов и, соответственно трения в проточной части, снимаются ограничения по ресурсу и числам оборотов двигателя. Рабочий процесс допускает произвольно изменять степень сжатия и расширения рабочего тела и без дополнительных регулировок и остановки двигателя осуществлять переход на любой сорт топлива. Обороты роторно-волнового двигателя (РВД) будут находиться в пределах 2500…30000 об/мин.(для сравнения : современный поршневой ДВС – 4500…6000 об/мин, а газовая турбина – 50000…70000 об/мин.).

Расчетные оценки автора показали, что индикаторный КПД цикла