Роторный двигатель и эксцентриковый вал

Изобретения относятся к роторным двигателям с эксцентриковым валом. Роторный двигатель содержит корпус с рабочей полостью, выполненной в виде цилиндра с овальной (эпитрохоидальной) боковой поверхностью. По оси рабочей полости расположен эксцентриковый вал. Ротор выполнен в виде треугольной призмы, по оси которой выполнена цилиндрическая посадочная полость под эксцентрик эксцентрикового вала. Ротор установлен в рабочей полости на эксцентрике эксцентрикового вала с возможностью вращения. Передаточный механизм обеспечивает при вращении эксцентрикового вала непрерывное скольжение трех ребер призмы ротора, параллельных оси ротора и снабженных уплотнительными элементами, по овальной (эпитрохоидальной) поверхности рабочей полости с образованием трех рабочих камер переменного объема и обеспечивает соотношение периодов оборота ротора вокруг своей оси и оборота эксцентрикового вала «три к одному». Один из элементов передаточного механизма неподвижен относительно ротора, а другой неподвижен относительно корпуса.

Эксцентриковый вал выполнен в виде кулачкового вала для кулачково-следящих механизмов. Эксцентрик эксцентрикового вала соответственно выполнен в форме кулачка. Диаметр посадочной полости ротора выполнен превышающим максимальный диаметр эксцентрика эксцентрикового вала, так чтобы обеспечивать свободную (не плотную) посадку ротора на эксцентрик эксцентрикового вала. Рабочая часть кулачка выполнена с двумя опорными точками в профиле. Техническим результатом является снижение токсичности выхлопных газов, увеличение срока эксплуатации, мощности и экономичности двигателя. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретения относятся к области роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания, которые часто называют роторными двигателями внутреннего сгорания (для краткости — роторные двигатели) или двигателями Ванкеля (см., например, «Советский Энциклопедический Словарь», Москва, 1987, с.193). Более точно, предлагаемый роторный двигатель относится к разновидности роторных двигателей, рабочая полость которых имеет в сечении овал либо близкую к овалу фигуру в виде контура цветка с двумя «лепестками», ротор в форме призмы имеет три одинаковых рабочих поверхности (грани), а предлагаемый эксцентриковый вал предназначен для использования в предлагаемом роторном двигателе, и, соответственно, относится к эксцентриковым валам (т.

е. к передаточным валам, снабженным эксцентриками), предназначенным для использования в роторных двигателях.

Особенность двигателей Ванкеля заключается в том, что многогранный ротор, связанный с эксцентриковым валом (аналогом коленчатого вала) и выполняющий функцию, аналогичную функции поршня шатунно-поршневых двигателей, при движении циклически описывает своими ребрами, разделяющими рабочие поверхности, так называемую эпитрохоидальную поверхность. При этом каждая грань ротора и ближайший к ней участок внутренней овальной поверхности рабочей полости корпуса вместе с торцовыми поверхностями рабочей полости образуют замкнутую полость — рабочую камеру — переменного объема, в которой попеременно совершаются две стадии расширения и две стадии сжатия за один полный оборот ротора, что соответствует известному четырехтактному циклу работы шатунно-поршневого двигателя внутреннего сгорания. Для поддержания герметичности рабочих камер установлены уплотнительные элементы, в частности, в ребрах призмы ротора.

Цикличность движения ротора обеспечивается передаточным механизмом, выполненным, например, в виде пары шестерен, большая из которых, закрепленная на роторе, имеет внутреннее расположение зубьев и обкатывается вокруг меньшей шестерни, закрепленной на корпусе двигателя коаксиально с эксцентриковым валом. Возможен выбор такого передаточного числа этого механизма, что каждая точка ротора за время одного оборота ротора вокруг своей оси описывает целое число k сегментов известной в геометрии кривой линии — эпитрохоиды. По эпитрохоиде, циклически описываемой вершинами правильного (k+1)-угольного многоугольника, можно построить цилиндрическую эпитрохоидальную поверхность. Эта поверхность, или близкая к ней поверхность, выбирается в качестве криволинейной внутренней поверхности рабочей полости двигателя Ванкеля, а сам этот упомянутый многоугольник выбирается в качестве основания призмы, в форме которой выполняется ротор для этого двигателя. Плоские параллельные друг другу внутренние поверхности рабочей полости образуются торцовыми участками корпуса двигателя, например крышками. Подробно взаимосвязь геометрических параметров роторного двигателя раскрывается, например, в описании к патенту US 2988065, F01C 1/00, 1961.06.13 и в описании к патенту GB 583035, F01C 1/00, 1946.12.05. Для двигателей с трехгранным ротором (к числу которых относятся предлагаемый двигатель и аналогичные двигатели, упомянутые далее в настоящем описании) в зависимости от соотношения геометрических параметров, в частности, эксцентриситета эксцентрика вала и характерного размера в поперечном сечении ротора, эпитрохоида может иметь форму всюду выпуклого овала либо овала, «передавленного» по меньшему диаметру («двухлепестковый цветок»), а соотношение периодов оборота ротора вокруг своей оси и оборота эксцентрикового вала составляет «три к одному» и обеспечивается вышеупомянутым передаточным механизмом. Эксцентриковый вал, применяемый в роторных двигателях внутреннего сгорания, может применяться и в других типах устройств, в частности в роторных насосах. Как правило, эксцентрик выполняется в форме цилиндра (здесь и далее в тексте цилиндр считается круговым, т. е. имеющим поперечное сечение в виде круга, если не оговорено иное), но известны исключения. Помимо упомянутых деталей (корпус с рабочей полостью, торцовые крышки, ротор с уплотнительными элементами, эксцентриковый вал, передаточный механизм) двигатели, к числу которых принадлежит предлагаемое устройство, снабжены системами зажигания, подачи топлива, воздуха, отвода продуктов сгорания, смазки, охлаждения и другими системами, которые не рассматриваются в настоящем описании предлагаемых изобретений. Грани ротора могут быть выполнены выпуклыми, плоскими или вогнутыми. Для простоты в настоящем описании рассматриваются двигатели с одним ротором, но суть изобретения распространяется также на двигатели с несколькими роторами на общем эксцентриковом валу, снабженном соответствующим количеством эксцентриков.

Известен роторный двигатель по описанию к патенту US 3963387 (МПК-7: F01C 1/02; F04C 17/02; F16H 55/00, опубл. 1976.06.15). Ротор в форме трехгранной призмы снабжен по своей оси цилиндрической полостью.

В этой цилиндрической полости расположен цилиндрический эксцентрик эксцентрикового вала, на который ротор опирается через подшипник скольжения. Эксцентрик расположен внутри подшипника с минимальным зазором, который необходим для предотвращения заклинивания эксцентрика в роторе из-за неравномерных температурных деформаций разных материалов, из которых изготовлены ротор, подшипник и эксцентрик, при эксплуатации двигателя. В техническом решении этого двигателя предусмотрен механизм сохранения коаксиальности ротора и эксцентрика при температурных деформациях благодаря оригинальной конструкции закрепления подшипника в роторе. Такое решение позволяет уменьшить зазор, и тем самым уменьшить смещение ротора в момент воспламенения и начала расширения горючей смеси. Все-таки, хотя и в уменьшенной степени, в этом двигателе сохраняется известный недостаток роторных двигателей: из-за смещения ротора резко возрастает нагрузка на уплотнительный элемент, расположенный на ребре ротора, противоположном грани ротора, испытывающей давление расширяющихся газов. Это ведет к ускоренному износу уплотнительных элементов, к увеличению перетекания газов между смежными камерами, из-за чего снижаются мощность двигателя и полнота сгорания топлива, повышается токсичность отработанных газов.

Известен роторный двигатель, наиболее близкий к предлагаемому решению, из описания изобретения «РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ» к патенту SU 131592 (класс 46а⁵, 1, заявл. 1960.03.07 за №657584/27). Двигатель состоит из корпуса с ограниченной с двух сторон торцами корпуса рабочей полостью овального поперечного сечения, из ротора в виде призмы с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника с выпуклыми сторонами, из неподвижно закрепленной на центре одного из торцов корпуса шестерни, из венца внутреннего зацепления, «заделанного в ротор», из эксцентрикового вала с эксцентриком цилиндрической формы. Кинематическая связь вала с ротором осуществляется при помощи эпициклического зубчатого передаточного механизма с передаточным отношением 3:2 и эксцентрика.

При вращении ротора его ребра описывают криволинейную эптрохоидальную поверхность. Двигатель снабжен оригинальной системой уплотнения зазоров между ребрами ротора и внутренней поверхностью рабочей полости, обеспечивающей радиальную подвижность подпружиненных уплотнительных элементов в пазах, выполненных в ребрах ротора, благодаря чему несколько уменьшается разрушительная нагрузка на эти уплотнительные элементы в момент воспламенения горючей смеси и смещения ротора в пределах зазора его посадки на эксцентрик вала. Недостатком этого двигателя является сложность оригинальной системы уплотнения зазоров между ребрами ротора и внутренней поверхностью рабочей полости, и недостаточное снижение нагрузки на уплотнительные элементы. Одной из причин этого недостатка является широко известная и типичная для известных роторных двигателей конструкция эксцентрикового вала этого двигателя. Цилиндрическая форма эксцентрика не обеспечивает корректировки движения ротора в момент воспламенения горючей смеси с целью уменьшения нагрузки на уплотнительный элемент ребра ротора. В момент детонации горючей смеси давление газов резко прижимает противоположное ребро ротора к поверхности рабочей полости корпуса двигателя. Эта сила прижатия одновременно вызывает ускорение перемещения ребра ротора вдоль поверхности рабочей полости. В этот момент происходит интенсивный износ уплотнительного элемента. Подпружиненный уплотнительный элемент со временем ослабевает, более сильная пружина приводит к преждевременному износу уплотнительного элемента. Вследствие интенсивного износа со временем ухудшается герметичность уплотнения, возникают перетоки газов между рабочими камерами, повышается токсичность выхлопа вследствие неполного сгорания топлива, снижается мощность из-за потерь давления на стадиях сжатия и расширения горючей смеси, снижается экономичность.

Задачи, на решение которых направлены предлагаемые изобретения, состоят в увеличении срока эксплуатации роторного двигателя, в снижении токсичности выхлопных газов, в снижении расхода топлива и в повышении мощности роторного двигателя.

Указанные задачи решаются тем, что роторный двигатель, содержащий корпус с рабочей полостью, выполненной в виде цилиндра с овальной (эпитрохоидальной) боковой поверхностью, также содержащий расположенный по оси рабочей полости эксцентриковый вал, также содержащий ротор в виде треугольной призмы (с высотой, равной высоте рабочей полости), по оси которой выполнена цилиндрическая посадочная полость под эксцентрик эксцентрикового вала, при этом ротор установлен в рабочей полости на эксцентрике эксцентрикового вала с возможностью вращения, также содержащий передаточный механизм, один из элементов которого неподвижен относительно ротора, а другой неподвижен относительно корпуса, обеспечивающий при вращении эксцентрикового вала непрерывное скольжение трех ребер призмы ротора, параллельных оси ротора и снабженных уплотнительными элементами, по овальной (эпитрохоидальной) поверхности рабочей полости с образованием трех рабочих камер переменного во времени объема и обеспечивающий соотношение периодов оборота ротора вокруг своей оси и оборота эксцентрикового вала «три к одному», дополнительно характеризуется тем, что эксцентриковый вал выполнен в виде кулачкового вала для кулачково-следящих механизмов, эксцентрик эксцентрикового вала соответственно выполнен в форме кулачка, а диаметр посадочной полости ротора выполнен несколько превышающим максимальный диаметр эксцентрика эксцентрикового вала, настолько чтобы обеспечивать свободную (не плотную) посадку ротора на эксцентрик эксцентрикового вала.

Корпус двигателя содержит две торцовые крышки, одна или обе из которых могут быть съемными. Торцовые крышки корпуса с внутренней стороны имеют плоские участки, перпендикулярные оси эпитрохоидальной цилиндрической полости. В центральной части по меньшей мере одной торцовой крышки выполнено отверстие под установку эксцентрикового вала. В центральной части другой торцовой крышки выполнено либо отверстие под установку эксцентрикового вала, либо установлено приспособление для крепления эксцентрикового вала. Выполнение эксцентрикового вала в виде кулачкового вала для кулачково-следящих механизмов (например, таких, которые служат для прерывистого преобразования вращательного движения в поступательное) предполагает жесткое закрепление эксцентрика на валу или выполнение эксцентрика за одно целое с валом. Выполнение эксцентрика в форме кулачка предполагает, что профиль эксцентрика имеет переменную кривизну, при этом на рабочей части кулачка, т.е. на участке профиля, наиболее удаленном от оси эксцентрикового вала, имеются точки локального максимума кривизны — опорные точки. Свободная (неплотная) посадка ротора на эксцентрик в форме кулачка предполагает, что в положении, когда часть поверхности посадочной полости ротора прижата к опорной точке кулачка, ротор может совершать минимальное (допустимое) качание на опорной точке, при этом диаметрально противоположная часть поверхности посадочной полости ротора может свободно проскальзывать по той части поверхности кулачка, которая диаметрально противоположна опорной точке. Минимальность допустимого качания (поворота вокруг опорной точки) означает, что при таком движении возможная дополнительная деформация каждого уплотнительного элемента является допустимой, неразрушающей, т.е. степень превышения диаметра внутренней полости ротора над максимальным диаметром кулачка должна выбираться в зависимости от параметров используемых уплотнительных элементов.

Предлагаемый роторный двигатель отличается от ближайшего аналога и от прочих известных аналогов тем, что эксцентриковый вал выполнен в виде кулачкового вала для кулачково-следящих механизмов, эксцентрик эксцентрикового вала соответственно выполнен в форме кулачка, а диаметр посадочной полости ротора выполнен превышающим максимальный диаметр эксцентрика эксцентрикового вала, так чтобы обеспечивать свободную (не плотную) посадку ротора на эксцентрик эксцентрикового вала.

Преимущества предлагаемого решения проявляются при работе двигателя. В момент воспламенения в рабочей камере горючей смеси давление газов передается через ротор не на место контакта противоположного этой камере ребра ротора с поверхностью рабочей полости, а частично на опорную точку кулачка. При этом кулачок, поворачиваясь вместе с валом, прижимает ротор навстречу давлению газов и прижимает к поверхности рабочей полости уплотнительные элементы, ограничивающие эту рабочую камеру спереди и сзади (считая по ходу скольжения ребер ротора). Таким образом, достигаются несколько результатов:

снижается износ уплотнительного элемента, противоположного этой рабочей камере, в момент воспламенения горючей смеси;

снижается токсичность выхлопных газов, поскольку топливо дожигается в этой же рабочей камере, и продукты неполного сгорания не просачиваются мимо уплотнительного элемента в ту соседнюю рабочую камеру, которая входит в стадию выхлопа;

повышается мощность, во-первых, благодаря исключению утечек горючей смеси на стадии воспламенения и расширения, и, во-вторых, благодаря исключению загрязнения продуктами сгорания той соседней камеры, которая входит в стадию сжатия горючей смеси;

повышается экономичность благодаря исключению потерь топлива с утечками горючей смеси.

Достижение перечисленных результатов является подтверждением решения указанных выше задач предлагаемого изобретения.

Известен эксцентриковый вал для роторного двигателя по описанию изобретения к патенту BG 61405 (МПК-7: F02B 57/00, опубл. 1997.07.31). Двигатель состоит из корпуса с внутренней рабочей полостью с поперечным сечением овальной формы, в которую помещен ротор в виде трехгранной призмы с выпуклыми гранями, имеющий по своей оси цилиндрическую полость и связанный этой полостью с эксцентриковым валом. Эксцентрик эксцентрикового вала расположен в цилиндрической полости ротора с возможностью вращения ротора. Ребра ротора снабжены уплотнительными элементами. Вал характеризуется тем, что его эксцентрик выполнен в форме, отличающейся от цилиндрической тем, что на его поверхности выполнены две продольных выемки таким образом, что его поперечное сечение ограничено кривой линией, образованной находящимися напротив друг друга двумя неравными по длине дугами одной окружности, соединенными между собой двумя линиями, изогнутыми внутрь окружности. Толщина эксцентрика вдоль оси равна длине цилиндрической полости ротора. Эксцентрик может быть выполнен либо заодно с валом, либо как отдельная деталь, жестко закрепленная на валу. Техническими результатами такого решения эксцентрикового вала можно признать лишь уменьшение расхода материала на изготовление эксцентрика и улучшенную сбалансированность масс относительно оси вращения вала. Недостаток этого решения состоит в том, что ротор двигателя, оснащенного таким эксцентриковым валом, в момент воспламенения горючей смеси резко смещается, при этом происходит увеличение нагрузки на уплотнительный элемент, установленный в ребре ротора, противоположном грани, испытывающей давление воспламеняющейся смеси, усиливается износ уплотнительного элемента в этот момент времени.

Известен эксцентриковый вал, предназначенный, в частности, для роторного двигателя, по описанию к патенту US 4431327 (МПК-7: B25G 3/00; F16D 1/00; F16G 11/00, опубл. 1984.02.14). Эксцентрик этого вала обладает радиальной подвижностью относительно оси вала. Смещению эксцентрика противодействуют пружины. Такая конструкция не способна предотвратить износ уплотнительных элементов ротора. Кроме того, такая конструкция обладает низкой надежностью, так как подвергаются износу детали крепления эксцентрика к валу.

Известен эксцентриковый вал для роторного двигателя по описанию к патенту US 3359953 (МПК: F02B 53/00, опубл. 1967.12.26), который служит прототипом при описании предлагаемого решения. Эксцентрик этого вала имеет форму цилиндра с высотой (т.е. осью), по существу равной высоте трехгранной призмы, в форме которой выполнен ротор двигателя (за исключением части высоты призмы, равной глубине выемки в призме для закрепления венца внутреннего зацепления передаточного механизма). Диаметр эксцентрика по существу равен диаметру посадочной полости ротора двигателя, раскрытого в описании к патенту US 3359953. Недостаток этого эксцентрикового вала заключается в том, что цилиндрическая форма эксцентрика не позволяет корректировать движение ротора в момент воспламенения горючей смеси с целью уменьшения нагрузки на уплотнительный элемент ребра ротора. В момент детонации горючей смеси давление газов резко прижимает противоположное ребро ротора к поверхности рабочей полости корпуса двигателя. Эта сила прижатия одновременно вызывает ускорение перемещения ребра ротора вдоль поверхности рабочей полости. В этот момент происходит интенсивный износ уплотнительного элемента. Вследствие интенсивного износа со временем ухудшается герметичность уплотнения, возникают перетоки газов между рабочими камерами, повышается токсичность выхлопа вследствие неполного сгорания топлива, снижается мощность из-за потерь давления на стадии сжатия горючей смеси, повышается расход топлива.

Указанные выше задачи предлагаемых изобретений решаются тем, что предлагаемый эксцентриковый вал выполнен в виде кулачкового вала для кулачково-следящих механизмов, а эксцентрик эксцентрикового вала соответственно выполнен в форме кулачка, рабочая часть которого выполнена с двумя опорными точками в профиле. Выполнение эксцентрикового вала в виде кулачкового вала для кулачково-следящих механизмов (например, таких, которые служат для прерывистого преобразования вращательного движения в поступательное) предполагает жесткое закрепление эксцентрика на валу или выполнение эксцентрика за одно целое с валом. Выполнение эксцентрика в форме кулачка, рабочая часть которого выполнена с двумя опорными точками в профиле, предполагает, что профиль эксцентрика имеет переменную кривизну, при этом на рабочей части кулачка, т.е. на участке профиля, наиболее удаленном от оси эксцентрикового вала, имеются две точки локального максимума кривизны — опорные точки. Предлагаемый эксцентриковый вал отличается от ближайшего аналога и от прочих известных аналогов тем, что он выполнен в виде кулачкового вала для кулачково-следящих механизмов, а эксцентрик эксцентрикового вала соответственно выполнен в форме кулачка, рабочая часть которого выполнена с двумя опорными точками в профиле. Преимущества предлагаемого эксцентрикового вала проявляются при работе роторного двигателя, диаметр посадочной полости ротора которого выполнен превышающим максимальный диаметр эксцентрика эксцентрикового вала, так чтобы обеспечивать свободную (не плотную) посадку ротора на эксцентрик. В момент воспламенения в рабочей камере горючей смеси давление газов передается через ротор не на место контакта, противоположного этой камере ребра ротора с поверхностью рабочей полости, а частично на ту из опорных точек кулачка, которая расположена сзади, считая по ходу вращения ротора. При этом кулачок, поворачиваясь вместе с валом, прижимает ротор навстречу давлению газов и прижимает к поверхности рабочей полости уплотнительные элементы, ограничивающие эту рабочую камеру спереди и сзади (считая по ходу скольжения ребер ротора). Таким образом, достигаются несколько результатов:

снижается износ уплотнительного элемента, противоположного этой рабочей камере, в момент воспламенения горючей смеси;

снижается токсичность выхлопных газов, поскольку топливо дожигается в этой же рабочей камере, и продукты неполного сгорания не просачивается мимо уплотнительного элемента в ту соседнюю рабочую камеру, которая входит в стадию выхлопа;

повышается мощность, во-первых, благодаря исключению утечек горючей смеси на стадии воспламенения и расширения, и, во-вторых, благодаря исключению загрязнения продуктами сгорания той соседней камеры, которая входит в стадию сжатия горючей смеси;

повышается экономичность благодаря исключению потерь топлива с утечками горючей смеси.

Дополнительный технический результат состоит в том, что при снижении скорости вращения ротора, например, при работе на холостом ходу, в момент воспламенения в рабочей камере горючей смеси давление газов передается через ротор частично на опорную точку кулачка, расположенную спереди, считая по ходу вращения эксцентрикового вала. Таким образом, при снижении скорости вращения ротора предотвращается снижение степени проявления технических результатов.

Достижение перечисленных результатов является подтверждением решения указанных выше задач предлагаемых изобретений.

Конструкция и работа предлагаемых технических решений поясняются фигурами, прилагаемыми к настоящему описанию. На фиг.1 представлен упрощенный рисунок сечения предлагаемого роторного двигателя с предлагаемым эксцентриковым валом. Фиг.2 поясняет устройство передаточного механизма. На фиг.3 упрощенно изображен общий вид предлагаемого эксцентрикового вала с опорными точками, обозначенными на поверхности кулачка штриховой линией. На фиг.4 на схематичном изображении сечения двигателя представлены векторы сил, действующих в двигателе в момент воспламенения горючей смеси.

Предлагаемый роторный двигатель состоит из полого корпуса 1, полость 2 которого выполнена в виде цилиндра эпитрохоидального сечения, см. фиг.1. Торцовая крышка корпуса со стороны зрителя на рисунке не показана. По оси корпуса установлен с возможностью вращения вал 3 (удерживается по оси корпуса с помощью торцовых крышек корпуса 1). На валу 3 жестко закреплен эксцентрик 4, а на эксцентрике 4 свободно посажен с возможностью вращения ротор 5. Диаметр цилиндрической посадочной полости 6 ротора 5 превосходит максимальный диаметр эксцентрика 4. В ребрах ротора 5 установлены уплотнительные элементы 7а, 7б, 7в. В корпусе 1 установлены свечи 8 системы зажигания. В торцовой крышке, расположенной со стороны двигателя, противоположной от зрителя, выполнены выпускное 9 и впускное 10 отверстия. Во избежание загромождения фиг.1 деталями, устройство передаточного механизма представлено на фиг. 2. Шестерни 11 и 12 выделены штриховкой. Зубцы шестерен изображены упрощенно, их форма и количество условны. Шестерня 11 закреплена на одной из торцовых крышек (не показана) корпуса 1 соосно с эксцентриковым валом 3. Шестерня 12 внутреннего зацепления закреплена на роторе 5. Различные последовательные фазы работы двигателя не приводятся, поскольку они хорошо известны специалистам. Преимущества предлагаемых технических решений проявляются при работе двигателя следующим образом. В момент воспламенения горючей смеси, которому соответствует положение двигателя, изображенное на фиг.1, расширяющиеся газы давят на грань ротора 5, расположенную между уплотнительными элементами 7б и 7в, и ротор 5 поворачивается в направлении, обозначенном на фиг.1, 2 и 4 изогнутой стрелкой без надписи. Под действием давления газов ротор 5 давит на корпус 1 своим уплотнительным элементом 7а, но смещение ротора в предлагаемом двигателе ограничивается опорной точкой 13 эксцентрика 4, которая принимает на себя давление газов, передаваемое через ротор. В точке 14 эксцентрик 4 не соприкасается с ротором 5, в этом месте он проточен для свободного перемещения. Действующие в этот момент силы представлены на фиг.4. Результирующая сила, действующая на ротор 5 со стороны воспламенившихся газов, обозначена стрелкой Р, направленной перпендикулярно плоскости p-p, проходящей через ребра ротора, ограничивающие ту его грань, на которую оказывают давление газы. Сила, действующая со стороны ротора 5 на эксцентрик 4 в опорной точке 13, обозначена стрелкой N и направлена перпендикулярно плоскости n-n, касательной к цилиндрической поверхности посадочной полости 6 ротора 5 в опорной точке 13. Плоскости p-p и n-n образуют «клин» с углом α, возникающий за счет вращения ротора. Регулировка этого угла α позволяет добиться оптимального давления на уплотнительные элементы 7а, 7б, 7в. При перемещении ротора 5 этот «клин» с углом α одновременно отклоняет ротор навстречу расширяющимся газам и снимает нагрузку с уплотнительного элемента 7а (такой же «клин» возникает в опорной точке 15 на холостом ходу, при снижении оборотов двигателя). При вращении ротора 5 эксцентрик 4 эксцентрикового вала 3 давит ротором 5 на стенки полости 2 корпуса 1 за счет эффекта клина. Прижимной эффект происходит не за счет подпружиненных уплотнительных элементов, как это происходит в прототипе предлагаемого двигателя, а за счет вращения ротора. И в особо важный момент — детонации горючей смеси, момент интенсивного износа уплотнительного элемента переносится на эксцентрик. При этом достигаются технические результаты: снижается износ уплотнительных элементов, снижается токсичность выхлопных газов, повышается мощность двигателя, снижаются расход топлива и его потери.

Предлагаемые изобретения могут использоваться в двигателестроении вообще, в частности в производстве двигателей для автомобилей.

1. Роторный двигатель, содержащий корпус с рабочей полостью, выполненной в виде цилиндра с овальной (эпитрохоидальной) боковой поверхностью, также содержащий расположенный по оси рабочей полости эксцентриковый вал, также содержащий ротор в виде треугольной призмы, по оси которой выполнена цилиндрическая посадочная полость под эксцентрик эксцентрикового вала, при этом ротор установлен в рабочей полости на эксцентрике эксцентрикового вала с возможностью вращения, также содержащий передаточный механизм, один из элементов которого неподвижен относительно ротора, а другой неподвижен относительно корпуса, обеспечивающий при вращении эксцентрикового вала непрерывное скольжение трех ребер призмы ротора, параллельных оси ротора и снабженных уплотнительными элементами, по овальной (эпитрохоидальной) поверхности рабочей полости с образованием трех рабочих камер переменного объема и обеспечивающий соотношение периодов оборота ротора вокруг своей оси и оборота эксцентрикового вала «три к одному», отличающийся тем, что эксцентриковый вал выполнен в виде кулачкового вала для кулачково-следящих механизмов, эксцентрик эксцентрикового вала соответственно выполнен в форме кулачка, а диаметр посадочной полости ротора выполнен превышающим максимальный диаметр эксцентрика эксцентрикового вала, так чтобы обеспечивать свободную (не плотную) посадку ротора на эксцентрик эксцентрикового вала.

2. Эксцентриковый вал, отличающийся тем, что он выполнен в виде кулачкового вала для кулачково-следящих механизмов, а эксцентрик эксцентрикового вала соответственно выполнен в форме кулачка, рабочая часть которого выполнена с двумя опорными точками в профиле.

Роторные тату машинки виды, преимущества, особенности

8 800 333 6167

С 10:00 до 20:00

Каталог

• Хиты продаж
• Новинки
• Скидки
• Отзывы
• Контакты
• О магазине
• Блог

БЛОГ

Разбираемся в устройстве роторной тату машинки, определяем основные виды, плюсы и минусы, а также традиционно выбираем лучшие тату машинки по версии наших покупателей.

БЛОГ

Разбираемся в устройстве роторной тату машинки, определяем основные виды, плюсы и минусы, а также традиционно выбираем лучшие тату машинки по версии наших покупателей.

Содержание статьи:
1. Принцип работы роторной тату машинки
2. Чем она отличается от индукционной?
3. Виды роторных тату машинок
4. Преимущества
5. Недостатки
6. Как подготовить роторную тату машинку к работе?
7. Об обслуживании
7. ТОП-5 роторных тату машинок по версии наших покупателей

Содержание статьи:
1. Принцип работы роторной тату машинки
2. Чем она отличается от индукционной?
3. Виды роторных тату машинок
4. Преимущества
5. Недостатки
6. Как подготовить роторную тату машинку к работе?
7. Об обслуживании
8. ТОП-5 роторных тату машинок по версии наших покупателей

Принцип работы роторной тату машинки

Все мы знаем: тату мастер — это художник, у которого вместо красок тату пигменты. Но чтобы «рисовать», ему не обойтись без самого важного инструмента — тату машинки. Современная тату индустрия предлагает нам разные типы тату машинок, которые делятся на 2 основных вида: роторные тату машинки и индукционные, и сегодня мы будем подробно говорить о первых.

Роторная тату машинка — это инструмент татуировщика, принцип которого основывается на механическом преобразовании вращательного движения роторного двигателя в возвратно-поступательное движение иглы. Преобразование движения происходит за счет разницы расположения осей вращения мотора и эксцентрика, который к нему крепится.

Самый простой вариант роторной тату-машинки — директ, он же поворотник. Движение мотора передается на иглу через эксцентрик без использования каких-либо дополнительных механизмов. В других типах роторных машинок есть дополнительные механизмы для стабилизации поперечных движений иглы, но о типах роторов мы поговорим позже.

Скорость работы роторной тату машинки определяет задачу, которую она выполняет. Изменение скорость достигается путем регулировки вольтажа на блоке питания. Чем выше вольтаж, тем быстрее крутится мотор.

Сейчас роторные машинки значительно популярнее индукционных, так как их принцип работы позволяет вносить улучшения и модернизировать машинки, делая работу татуировщиков более эффективной, в то время как индукция не меняется уже более 100 лет.

Чем роторная тату машинка отличается от индукционной?

Основное отличие этих типов машинок — это принцип работы. В роторе, как мы сказали выше, это механическое движение от мотора, в индукции же — колебательное движение в электро-магнитном поле. Принцип работы обуславливает и главное развитие в работе: роторы универсальны для всех типов работ, индукционные машинки обладают рядом характеристик и настроек для решения узкой задачи. При том, чем точнее и уже настроена индукционная машинка, тем эффективнее она справится со своей задачей.

Среди остальных важных отличий — компактность и малый вес роторов в сравнении с индукцией, но более сложное и хрупкое техническое устройство.

Виды роторных тату машинок

Директ

Директ (он же поворотник) конструктивно самый простой ротор: сам двигатель, корпус, эксцентрик, и замок. В них нет дополнительных механизмов стабилизации, а тату игла крепится напрямую к пину эксцентрика, который прикреплен к роторному мотору. Простота механизма определяет его доступную цену, а также легкость использования.
Директы долговечны и надежны, за счет отсутствия дополнительной нагрузки от стабилизации, однако это делает их менее подходящими для контурных работ, чем остальные типы роторных машин.

Гибрид

Этот тип машинок получил свое название, так для стабилизации иглы использует боёк, конструктивно схожий с бойком индукционной машинки.
Движение с эксцентрика через шатун передается на боёк, который передает игле строго-вертикальное движение.
Плавность движения бойка обеспечивает амортизирующая пружина, расположенная между корпусом и бойком.
Гибриды бывают двух типов: прямоход, в котором боёк расположен параллельно двигателю и бокоход, где боёк расположен перпендикулярно.

Слайдер

В этом типе роторных машинок используется слайд-ползунок, который крепится к пину эксцентрика и двигается как лифт по направлящим в корпусе. Ограничители по бокам не дают слайду совершать горизонтальных биений, что стабилизирует иглу.
А вертикальное движение делает плавным и стабильным возвратная пружина.
Сама игла в таком варианте машинки крепится к пину этого слайда.
Эти машинки сочетают в себе легкость и компактность директа, но гораздо лучше справляются с контурными работами, потому являются эффективными универсалами.

Ручка

Самый популярный вид роторных тату машинок. Ручки выбирают из-за их и удобной формы и универсальности. Для этого в них используется более сложный механизм стабилизации: диск с лопастями или, так называемый, пьяный подшипник. Такая модель тату машинки работает исключительно с картриджами, и обслуживание ручки обойдется дороже. Тем не менее, это надежный инструмент и удачное вложение, которое гарантирует удобство в работе и прекрасно справится с любыми задачами в татуировке

Поршневик

По сути, это слайдер, но устроен он технически немного сложнее. Возвратным механизмом в нем является не просто пружина, целый поршень с пружиной.
Узнать такую машинку можно по характерной «шапкой» над корпусом и дополнительному прижимному механизму для иглы в районе замка.
Хотя эта машинка действительно круто держит стабильный и ровный ход иглы, она довольно хрупкая и её ремонт обойдется дороже, чем ремонт других машинок.

Коромысло

Довольно редкая машинка, которая, в целом, похожа на прямоход. Параллельно корпусу над ним расположено длинное коромысло, которое, по сути, является аналогом бойка, только цилиндрической формы и длиннее.

Особенностью данного типа является возможность замены коромысел для разных типов работ, а отличным примером послужит R1 от Skinductor.

Преимущества роторных тату машинок

Высокий КПД

Роторные машинки являются мощными инструментами, которые при малых затратах энергии могут выдавать более эффективные результаты, чем индукция.

1

Универсальность

Профессиональные тату машинки роторы отлично подойдут для выполнения татуировок с огромным количеством цветов и техник. Одна роторная тату машинка справится с контуром, тенями и покрасом.

2

Низкий уровень шума

Роторный мотор практически не шумит, в отличии от мощного жужжания элетро-магнитного поля индукции.

3

Минимальная травматичность для кожи

Устройство роторной тату машинки позволяет тату мастеру регулировать силу удара и жесткость, что сводит к минимуму травматизацию кожи.

4

Эргономичность и легкость

При длительной работе вес и баланс имеют большое значение, так как от него зависят такие факторы как усталость руки и маневренность в работе.

5

Низкая вибрация

Еще одно достоинство роторного мотора по сравнению с электрическим магнитом — отсутствие сильной вибрации.

6

Недостатки роторных тату машинок

Меньшая эффективность в узких задачах

Роторы универсальны и это и их достоинство, и не достаток. В максимально узких задачах они будут менее эффективными, чем тонко настроенная индукция. Особенно это проявляется в контурных работах.

1

Износ мотора

У каждого роторного мотора есть ресурс, который со временем расходуется.
Если машинка оснащена дополнительными механизмами, это увеличивает нагрузку на мотор и изнашивает его еще быстрее.

2

Сложная и хрупкая конструкция

То, что не навредит индукции может убить ротор почти наверняка: падения, самостоятельное вмешательство и.т.д. Особенно, когда речь идет о машинках со сложными механизмами стабилизации иглы.

3

Стоимость

Универсальность роторных машинок и их прогресс влияют и на цену. Хотя самые бюджетные директы стоят меньше, чем 2-часовой сеанс даже у неопытного мастера, за эффективный современный ротор придется отдать серьезную пятизначную сумму, а может потребоваться и дорогой блок с функцией Jump Start.

4

Дорогостоящий ремонт

Практика тату мастеров показывает, что роторные машинки для тату изнашиваются быстрее, чем индукционные, да и серьезная поломка ротора может ударить по вашему бюджету. К тому же, большинство проблем с индукцией можно решить самостоятельно, а вот ротор лучше доверить производителю. Иногда проще купить новый ротор, чем отремонтировать старый.

5

Как подготовить роторную тату машинку к работе?

Продезинфицировать и подготовить рабочую поверхность. Достать держатель из крафт-пакета.

Установить держатель, а на нем закрепить винтами бэкстем и насадку (если используются иглы).

Поместить тату иглу в штангу, которую затем прикрепить к пину иглу или штангу картриджа.

Зафиксировать иглу бандажной резинкой, если нужно, забарьерить машинку и держатель.

Подключить машинку к блоку питания.

В процессе работы скорость роторной машинки под разные задачи настраивается регулировкой вольтажа.
Но тут важно учитывать, что превышение допустимого диапазона может вывести мотор роторной машинки из строя. Иными словами он просто сгорит.

Обслуживание роторных тату машинок

Если машинка не работает при подключению к блоку питания, не стоит паниковать раньше времени. Возможно, машинка требует запуск на повышенном вольтаже, а ваш блок не имеет такого функционала. Также следует проверить полярность при подключении через клипкорд.

После каждого сеанса любая тату машинка должна проходить стандартный цикл очистки и дезинфекции. Обычно все рекомендации по уходу за тату машинкой прилагает производитель.

Как мы и писали выше, есть разные виды тату машинок, и самый долговечный из роторов — директ. В его простой конструкции нет хрупких механизмов, которые изнашиваются сами и дают дополнительную нагрузку на движок. Практика показывает, что быстрее всего изнашивается поршневик, потому что в его конструкции есть множество мелких и хрупких деталей.

Большинство современных роторов не требуют смазки, однако некоторые модели могут требовать капли масла на движущиеся видимые части (например, слайд), раз в 10-15 сеансов. Как правило, такие машинки комплектуются маслом и инструкцией.

Качественная работа мастера во многом зависит от функционала и надежности аппарата. Перед тем как купить роторную тату машинку, нужно обращать внимание на множество нюансов.

ТОП-5 роторных тату машинок по версии наших покупателей

Ни для кого не секрет, что российская мастерская Mustang Tattoo дает качественные инструменты для тату мастеров любого уровня. Звезда именитой мастерской – роторная тату машинка-ручка Vader. Она надежная, простая и совместима с картриджами всех известных производителей. Эта шустрая тату машинка работает от мощного мотора, а высокое качество элементов сборки и комфортная форма добавляют бонусы в ее копилку достижений. ПОДРОБНЕЕ

jpeg»/>

Легендарная роторная машинка ручка от мастерской Skinductor, у которой целый список не только поклонников, но и преимуществ. Эта роторная тату машинка славится своей универсальностью и шустро справляется как с задачей нарисовать контур, так и сделать покрас. Работает она с картриджами, что облегчает процесс замены, а держать такой инструмент в руках удобно. ПОДРОБНЕЕ

«Азиатские птички» бренда Hummingbird не первый год собирают восторженные отзывы профессионалов со всего мира. Вторая версия популярной роторной тату машинки покорила тату мастеров своей легкостью, компактностью и эргономичностью. Эта малышка при своих малых размерах обладает высокой универсальностью. Ход иглы регулируется от короткого к длинному, что гарантирует уверенную работу и для контуров, и для покраса. Вы только посмотрите на ее дизайн! ПОДРОБНЕЕ

jpg»/>

Verge — молодая команда опытных билдеров, которые вручную собирают надежное и качественное оборудование для тату мастеров любого уровня. Роторная тату машинка Ghost — это уверенный слайдер, который сочетает в себе качество, надежность и при этом остается доступным. А еще он компактный и подходит для задач в любых стилях. ПОДРОБНЕЕ

Мастерская Mustang Tattoo стабильно снабжает тату мастеров прогрессивными решениями в создании тату машинок. Летом 2019 билдеры представили свою улучшенную роторную тату машинку, созданную на основе предыдущей хитовой модели, которая сразу же полюбилась тату мастерам. Сердце тату машинки — качественный мотор Velleman. Снаружи этот совершенный инструмент создан из сверхпрочного авиационного алюминия. А цветовая палитра точно понравится любителям ярких цветов. ПОДРОБНЕЕ

Часто задаваемые вопросы

Перманентный макияж — тонкое дело, поэтому для него понадобится отдельная тату машинка, которая предназначена для работы на лице. У таких устройств тонкие иглы и предусмотрены ограничители вылета иглы, благодаря чему клиент испытывает минимум дискомфорта во время процедуры.

Роторные тату машинки по многим критериям выигрывают у индукционных. Они легки, бесшумны и универсальны. Индукционные же имеют преимущество в стоимости и доступности. Однако разные тату мастера имеют разные предпочтения. Поэтому окончательное решение о том, какая лучше — роторная или индукционная тату машинка, решать непосредственно самому мастеру. А для этого нужно попробовать, испытать или хотя бы подержать устройство в своих руках. По качеству работы как ротор, так и индукция делают свою работу на отлично. Не лучше и не хуже, они просто разные.

Храните ее в чистоте. Используй те методы очистки и стерилизации, которые доступны и рекомендованы именно для вашего инструмента. Тщательно изучите инструкцию или советы от производителя. Тату машинка – главный инструмент, относиться к которому следует с уважением. Чем лучше вы о нем позаботитесь, тем дольше он вам прослужит.

В ассортименте Tattoo Mall представлен широкий выбор роторных тату машинок с высоким уровнем качества от профессиональных билдеров России и всего мира.

ВЫБРАТЬ РОТОР

Вам также может быть интересно

Роторные двигатели Ванкеля

— я полагаю, что существуют разные типы роторных двигателей Ванкеля. В чем отличия и какой лучше?

Да. Как и в случае с поршневыми поршневыми двигателями, существует несколько «типов» или вариантов роторного двигателя Ванкеля. Опять же, как и в случае с поршневыми двигателями, основной принцип роторного двигателя остается неизменным во всех случаях, и меняется только конфигурация интерфейсов двигателя, системы охлаждения и конфигурация портов.

Наиболее заметным различием между двигателями является внешняя система охлаждения двигателя. Как и в случае с поршневыми двигателями, Ванкельс может использовать воздушное или жидкостное охлаждение в качестве основного средства управления температурой.

Однако, в отличие от поршневых двигателей, двигатель Ванкеля также нуждается во вторичной форме охлаждения специально для ротора двигателя. Выбор системы охлаждения ротора сложнее классифицировать, чем внешнее охлаждение, но вот:

Роторный двигатель Mazda rx-8 (Изображение предоставлено yahoo.com)

• Оригинальные роторные двигатели используют масляное охлаждение ротора, как и Mazda. сделал в своей недавней машине RX8. Масляное охлаждение эффективно и хорошо зарекомендовало себя и соответствует более традиционному автомобильному мышлению (с кривошипом на подшипнике скольжения), но также довольно сложно в отношении уплотнения ротора. Эта система также вносит элемент «торможения» в ротор, поскольку масло переворачивается внутри него, а также увеличивает трение двигателя из-за дополнительного контакта поверхности скольжения, необходимого для масляных уплотнений, что снижает общую эффективность двигателя.
• После масляного охлаждения, вероятно, наиболее распространенным способом охлаждения ротора в двигателях Ванкеля является «охлаждение наддува», при котором используется воздух, поступающий в двигатель, для охлаждения ротора перед сжиганием в сгорании (это не слишком отличается от двухтактной системы с продувкой трещин). . Плюсы этой системы в том, что она проста и имеет низкое трение, а минусы в том, что она использует много масла (как в двухтактном), а также за счет нагрева всасываемого воздуха снижает общую мощность двигателя.
• Третья система охлаждения ротора — британская разработка, разработанная мотоциклистами Дэвида Гарсайда и Нортона в 80-х годах. Эта система использует преимущества охлаждения наддува (простота, низкое трение) и устраняет потери мощности из-за нагрева всасываемого воздуха, просто продувая окружающий воздух непосредственно через ротор двигателя, полностью отключая его от системы впуска двигателя. Теперь двигатель всасывает более холодный окружающий воздух, что позволяет ему производить больше энергии, а охлаждение ротора можно варьировать в зависимости от применения с помощью другой системы принудительной подачи воздуха. Недостатком этой системы является то, что, открывая ядро ​​​​двигателя и, следовательно, вращающиеся и скользящие поверхности для переходного охлаждающего воздуха, вы фактически удаляете смазочное масло из ядра двигателя и выбрасываете его в атмосферу вместе с отходами. охлаждающий воздух. Эта потеря масла означает, что вам нужно впрыскивать много дополнительного масла в двигатель, чтобы все оставалось хорошо смазанным. Отработанный воздух/масляный туман системы охлаждения также делает работу двигателей немного грязной, что ограничивает их возможное применение.
• Однако последней и самой последней системой охлаждения ротора, разработанной для роторных двигателей, является «SPARCS» или «Система охлаждения ротора с самонагнетанием воздуха», разработанная AIE и снова задуманная Дэвидом Гарсайдом (CREL Ltd), первоначальным вдохновителем Технология роторного двигателя мотоцикла Norton, как обсуждалось выше.

SPARCS потенциально является самым большим шагом вперед в технологии охлаждения роторных двигателей за 30-40 лет и настоящим прорывом для роторных двигателей в широком диапазоне применений.

В системе SPARCS используются преимущества мощности, простоты и низкого трения технологии роторов Norton с воздушным охлаждением, а недостатки устраняются за счет замкнутого контура системы.

Sparcs

Запатентованная AIE SPARCS (система охлаждения ротора с самонагнетанием воздуха) переписывает правила проектирования роторных двигателей с усовершенствованной способностью использовать сжатые газы из процесса сгорания в качестве среды для охлаждения. Благодаря внешнему теплообменнику, обеспечивающему превосходный отвод тепла, и полностью герметичному сердечнику двигателя SPARCS обеспечивает роторным двигателям AIE Wankel более длительный срок службы и нулевые потери масла для повышения производительности.

Подробнее о SPARCS

Сделав систему замкнутой, вы:

• Прекратите выброс влажного масла, что сделает двигатель чище и его будет легче упаковывать.
• Значительно сократить расход масла, так как масло больше не выбрасывается из сердцевины двигателя, а вместо этого рециркулирует с охлаждающим газом внутри сердцевины двигателя.
• Усиление теплового контроля ротора, позволяющее обеспечить достаточное охлаждение при более высокой мощности, при этом не допуская переохлаждения двигателя при малой мощности

В системе SPARCS вместо окружающего газа система использует картерные газы, образующиеся в процессе сгорания (которые попадают внутрь активной зоны двигателя через боковые уплотнения ротора) в качестве охлаждающей среды. Эта смесь воздуха и газа под давлением рециркулирует в полностью замкнутом контуре с помощью внутреннего вентилятора, который приводится в движение главным валом. По мере рециркуляции воздушно-газовая смесь проходит через ротор двигателя, где она собирает тепло, а затем направляется через внешний теплообменник для отвода тепла.

Настоящим ключом к системе является то, что высокая плотность газовоздушной смеси под давлением обеспечивает более высокий уровень отвода тепла от ротора двигателя, чем при использовании стандартных методов воздушного охлаждения.

Подводя итог, можно сказать, что система AIE SPARCS обеспечивает более чистый, простой и эффективный двигатель, который идеально подходит для любого применения, требующего небольшого мощного силового агрегата с низкой вибрацией.

Чтобы узнать больше о технологии охлаждения AIE SPARCS, посетите веб-страницу AIE https://www.aieuk.com/sparcs/

Эта статья является частью серии вопросов и ответов, которую можно найти по адресу: Обсуждены десять неточных предубеждений о роторных двигателях Ванкеля.

Поделитесь этой статьей

Метки:

• #650S
• #AieUk
• #HybridCars
• #HybridVehicles
• #MazdaRotary
900 11 #MazdaRX8
• #NortonRotary
• #RotaryEngine
• #WankelRotary
• #WankelRotaryEngine

Альтернативные двигатели внутреннего сгорания

Альтернативные двигатели внутреннего сгорания

Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Резюме : В то время как четырехтактные дизельные и бензиновые двигатели прочно закрепились в большинстве областей применения, были разработаны альтернативные концепции двигателей внутреннего сгорания, которые могут обеспечить повышенную эффективность, удельную мощность и другие потенциальные преимущества. Эти альтернативные конструкции включают роторные двигатели, такие как двигатель Ванкеля, двухтактные двигатели, а также шеститактные двигатели и двигатели с разделенным циклом.

• Введение
• Роторные двигатели
• Двухтактные двигатели
• Шеститактные двигатели
• Двигатели с разделенным циклом
• Газовая турбина
• Двигатель Стирлинга

Введение

Двигатели внутреннего сгорания, состоящие из поршня, совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре и соединенного шатуном с коленчатым валом, — чаще всего четырехтактные дизельные двигатели и двигатели с искровым зажиганием — закрепились во многих областях применения по крайней мере на столетие. Тем не менее, альтернативные конструкции двигателей могут предложить некоторые потенциальные преимущества и продолжают изучаться. Эти преимущества могут включать в себя высокий тепловой КПД, высокую удельную мощность и связанные с этим компактные размеры и малый вес, а также устойчивость к низкокачественному топливу.

Несколько альтернативных концепций сжигания либо нашли ниши в приложениях, для которых они предлагают явные преимущества, и/или были исследованы в качестве альтернатив укоренившейся конструкции. Заслуживающие внимания альтернативные концепции двигателей внутреннего сгорания включают:

• Двухтактные двигатели , несмотря на то, что они были постепенно исключены из большинства транспортных средств из-за проблем с соблюдением стандартов выбросов, которые были приняты в 1990-х и 2000-х годах, продолжают оставаться предпочтительным вариантом силовой установки для многих приложений. Для крупных судовых двигателей возможность сочетать большое соотношение хода и диаметра цилиндра с низким BMEP и низкой частотой вращения обеспечивает непревзойденную эффективность и долговечность. Из-за своего легкого веса они также используются в ручном бензиновом коммунальном оборудовании, таком как бензопилы, где возможна высокая удельная мощность. Пример постоянного развития технологии двухтактных двигателей можно найти в 9-м0008 оппозитный поршень тип двигателя.
• Роторные двигатели , в которых используется эксцентрично установленный ротор для преобразования давления во вращательное движение, имеют высокое соотношение мощность/вес и мощность/размер, что делает их привлекательными для приложений, где вес и размер имеют решающее значение. Большинство роторных двигателей имеют искровое зажигание, но также были попытки создания дизельных версий. Хорошо известным примером роторного двигателя является двигатель Ванкеля, который имел некоторый коммерческий успех в различных приложениях — сначала у немецкого автопроизводителя NSU Motorenwerke, а затем, что наиболее известно, у Mazda. Совсем недавно роторные двигатели использовались для питания беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), широко известных как дроны .
• Шеститактные двигатели и с разделенным циклом представляют собой модифицированные четырехтактные двигатели, в которых добавлены два дополнительных такта (с впрыском воды или топлива) или четырехтактный цикл разделен между двумя цилиндрами соответственно. Хотя коммерческое применение этих циклов двигателя в настоящее время неизвестно, они продолжают изучаться с точки зрения их эффективности.

Роторные двигатели

Двигатель Ванкеля

Роторный двигатель Ванкеля назван в честь немецкого изобретателя Феликса Ванкеля, разработавшего двигатель ДКМ (9).0008 Drehkolbenmotor ) во время работы в НГУ. В двигателе ДКМ и ротор, и корпус вращались [5321] . Коллега Ванкеля по НГУ Ханс Дитер Пашке разработал двигатель ККМ ( Kreiskolbenmotor ) со стационарным корпусом, который является основой современных двигателей Ванкеля [5322].

В двигателе Ванкеля (рис. 1) используется широкий треугольный диск с закругленными сторонами. Углубление в середине боковой стороны каждой боковой поверхности представляет собой камеру сгорания. Этот треугольный ротор приводится в движение эксцентриковым приводом, вокруг которого вращается ротор. Ротор движется по орбите внутри корпуса, эпитрохоидная форма которого напоминает восьмерку. На каждой вершине треугольного ротора расположен механизм скользящего уплотнения для уменьшения утечки газа между двумя камерами по обе стороны от уплотнения во время фаз сгорания. Цикл сгорания очень похож на цикл возвратно-поступательного движения поршня. Однако вращательное действие треугольного ротора/диска завершает все фазы цикла сгорания без чрезмерных дисбалансных сил, возникающих в поршневом двигателе.

Рисунок 1. Конструкция двигателя Ванкеля — фаза индукции и сжатия

(любезно предоставлено Хайнцем Хейслером)

На рисунке 1 слева показана фаза индукции роторного двигателя, когда заряд всасывается в двигатель через впускное отверстие, когда ротор движется против часовой стрелки. Предыдущий заряд сжимается, а объем пространства между флангом ротора и корпусом двигателя уменьшается. Уплотнение на вершине P отвечает за предотвращение утечки заряда при сжатии на сторону ротора со свежевведенным зарядом. В нужный момент свеча зажигания инициирует сгорание, в то время как ротор продолжает вращаться против часовой стрелки. Фаза сжатия цикла сгорания показана на правой диаграмме на рисунке 1. Фаза расширения и выпуска цикла сгорания схематически представлены на рисунке 2. Двигатель Ванкеля выдает три импульса мощности за один оборот ротора и выходного вала. три раза за каждый оборот ротора, что дает один импульс мощности за один оборот выходного вала.

Рисунок 2. Силовая и выпускная фазы двигателя Ванкеля

(любезно предоставлено Хайнцем Хейслером)

Следует отметить, что с идеей Ванкеля о вращающемся корпусе и роторе оба компонента будут вращаться вокруг своей оси и могут быть полностью сбалансированы для достижения очень высоких оборотов — по сообщениям, до 17 000 об / мин. В то время как разработка Пашке стационарного корпуса привела к более простой конструкции, которую было легче изготовить, колебания ротора должны были быть уравновешены, а максимальные обороты двигателя были ниже.

Двигатель Ванкеля столкнулся с рядом технических проблем, которые иногда оказывались проблематичными. Самой серьезной из этих проблем был поиск подходящего материала для апикального уплотнения, которое может подвергаться чрезмерному износу в результате перемещения по острым краям портов. Другой серьезной проблемой была деформация корпуса двигателя из-за того, что небольшая часть двигателя охлаждалась поступающим зарядом, а остальная часть двигателя оставалась при более высокой температуре. При чрезмерных перепадах температур деформация корпуса влияла на расход масла и потери тепла при охлаждении. Еще одним серьезным ограничением этого двигателя была его низкая степень сжатия, ограниченная геометрическим эксцентриситетом ротора. Эта проблема усугублялась верхними уплотнениями, которые предотвращали сильное сжатие, что в конечном итоге приводило к низкой тепловой эффективности. Конструкция камеры сгорания также имеет высокие характеристики теплопередачи и плохие характеристики выбросов из-за относительно большого отношения площади поверхности к объему и большого объема щелей. Тем не менее, двигатель компактен, прост и способен развивать относительно высокие скорости и высокую мощность двигателя с очень небольшой вибрацией.

В то время как роторы с масляным охлаждением распространены в двигателях Ванкеля, также используется сжатый воздух, рис. картерные газы через ротор, а затем через воздухо-водяной теплообменник для последующей отбраковки. Циркуляционный воздух наддувается до среднего давления в рабочих камерах двигателя за счет небольшой двусторонней утечки газов через боковые уплотнения ротора. При полностью открытой дроссельной заслонке давление в системе охлаждения может повышаться примерно до 0,5 или 0,6 МПа, что улучшает теплообмен. Утверждается, что ротор SPARCS с воздушным охлаждением устраняет потерю влажных частиц масла из герметичной системы и снижает трение по сравнению с ротором с масляным охлаждением (OCR). Трение снижено, так как отсутствует трение маслосъемного кольца, отсутствуют потери масла при «шейкере», подшипники качения, отсутствует приводной масляный насос и меньший размер ротора, что снижает трение в газовом уплотнении [5323] [5324] [5325] [5326] .

Рисунок 3 . Ротор с воздушным охлаждением (ACR) роторного двигателя UAV Engines

(Источник: SAE International [5326] )

В 1960-х и 1970-х годах компании, в том числе Curtiss-Wright, автопроизводители, в том числе Mazda и GM, а также несколько производителей мотоциклов, приобрели права на производство Ванкеля у владельца патента Audi NSU. В то время как NSU Spider 1964 года был первым серийным автомобилем с двигателем Ванкеля, Mazda можно приписать наиболее успешное применение роторного двигателя. Mazda продала около 1,8 млн автомобилей, оснащенных роторным двигателем, начиная с 1967 Cosmo 110S и до 2012 года в RX-8. До 2017 года сообщалось, что двигатель производился в небольших объемах для некоторых гоночных автомобилей. С 2013 года Mazda продолжала разработку двигателя и включила в него некоторые планы по выпуску продукции, но об окончательном повторном внедрении в серийный автомобиль не было объявлено до конца 2021 года. Например, в 2020 году Mazda анонсировала роторный двигатель SKYACTIV-R. для концепции роторного спортивного автомобиля Mazda RX-VISION. У них также были предварительные планы по выпуску гибридного автомобиля с роторным двигателем в качестве увеличения запаса хода в 2022 году, но этот план был отложен.

Что касается мотоциклов, Suzuki RE-5, выпускавшийся с 1974 по 1976 год, был одним из примеров серийно выпускаемого мотоцикла с роторным двигателем. Другие производители мотоциклов, которые тестировали эту концепцию, включали Hercules/DKW, Kawasaki, Yamaha и Norton [5327] .

Двигатели Ванкеля широко используются в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА). В 2021 году один производитель предложил несколько вариантов роторных двигателей мощностью от 35 до 120 л. с. [5328] .

Дизельная версия Ванкеля с воспламенением от сжатия была предпринята в 1919 году.60-х и 1970-х годов несколькими производителями, включая совместное предприятие Daimler-Benz, MAN, Krupp и KHD («Дизель-Ринг»), Rolls-Royce и самого Феликса Ванкеля. Форма ротора затрудняла достижение оптимальной формы камеры сгорания с воспламенением от сжатия и достаточно высокой степени сжатия для воспламенения. Требовалось внешнее сжатие через нагнетатель, что приводило к высоким паразитным потерям и увеличению веса. Хотя некоторые двигатели Ванкеля для БПЛА могут работать на дизельном топливе, обычно это двигатели с искровым зажиганием, которые сжигают предварительно смешанный заряд дизельного топлива и воздуха, а не двигатели с воспламенением от сжатия 9.0142 [5329] . Возможность работы на дизельном топливе важна для некоторых военных операций с использованием одного топлива для широкого спектра применений.

Что касается водорода, роторный двигатель имеет то преимущество, что процессы впуска и сгорания происходят в разных местах, и преждевременного воспламенения водорода можно избежать легче, чем в поршневых двигателях.