Войти
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 перемещаются в фиксированном соотношении при вращении вокруг цилиндра. 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 - прототип двигателя MYT американского производства и прототип российского ORE для использования в гибридном автомобиле Yo-Mobile. Оба заявили о высокой топливной экономичности и высоком соотношении мощности к массе, но не было успешных демонстраций заявленной эффективности или того, что двигатели достаточно долговечны для практического использования.
Поворотно-поршневые двигатели 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 рассматривается.
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.
Более серьезной попыткой была «Кембрийская система» Джона Джонса в 1841 году. В этой конструкции использовались две или три плоские пластины, которые были предназначены для перемещения ближе или дальше 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.
За этим последовало множество вариаций, и некоторые из них нашли ограниченное применение в полевых условиях. Среди них выделялся 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.
Рисунок 1 патента США 2301667, показывающий вал, винтовые поршни и кулачки двигателя Отто Лутца. 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 [ де ]. В его конструкции было всего шесть поршней, по три каждый, прикрепленных к двум дискам. Диски были соединены друг с другом, чтобы образовать шесть 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 крайними значениями. 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 часть, 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, так и 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 дальнего действия, 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.
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 это 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, Rotoblock, Roundengine, Trochilic Engine и разработки Чуди и Хуса. В 2009 году российский миллиардер-промышленник Михаил Прохоров объявил о своих планах войти в автомобильный бизнес с серией легких гибридных автомобилей, использующих эту конструкцию в качестве основного двигателя. 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, который непосредственно силы внутреннего электрического генератора.
Двигатель Tschudi также известен как «двигатель кошки-мышки» или «двигатель-ножницы».
![[1]](https://web.archive.org/web/20070927075630/http://archive.aztrib.com/Repository/getimage.dll?path=EVT%2F2003%2F03%2F24%2F37%2FImg%2FPc0370800.jpg){kind=link}