Современные двигатели неполного объёмного расширения.
Поршневые ДВС неполного объёмного расширения (степень сжатия = степени расширения) характеризуются высокими начальными параметрами рабочих газов (давление, температура), но не обеспечивают их полного срабатывания из-за низкой степени расширения, обусловленной несовершенством кривошипно-шатунного кинематического механизма (КШМ), используемого для преобразования потенциальной энергии в механическую энергию вращения вала. Степени сжатия и расширения равны, но после воспламенения сжатой топливовоздушной смеси давление продуктов сгорания повышается ещё в несколько (4-5) раз, при этом, не обеспечивается их расширение до атмосферного давления и они, имея высокое давление и температуру, выпускаются в атмосферу и при этом наносят вред окружающей среде.
 1. Поршневые ДВС с кривошипно-шатунным механизмом.
К поршневым ДВС с кривошипно-шатунным механизмом относятся поршневые двигатели Отто и Дизеля, роторно-поршневой Ванкеля, и поршневой Стирлинга. Активная площадь S, воспринимающая давление газов, постоянна. Произведение силы F = РхS, создающей вращающий момент на не постоянный и изменяющий свою величину от 0 до максимума и за тем до 0, приведённый радиус R, имеет в итоге не большую величину, что указывает на не эффективное преобразование давления рабочего тела в механическую энергию вращения вала.
2 Поршневые ДВС с кольцевыми цилиндрами и механизмами относительного движения поршней.
Роторно-поршневые и роторно-лопастные ДВС с кольцевыми цилиндрами прямоугольного и тороидального сечения так же являются двигателями неполного объёмного расширения. В отличие от двигателей с КШМ в них обеспечивается постоянство S и R , но с использованием более сложного механизма, габариты которого всегда больше чем габариты цилиндропоршневой части. Характеризуются повышенными по сравнению с кривошипными ДВС крутящим моментом и мощностью. КПД не высокий, соответственно, повышенный расход горючего. Эмиссия по токсичности и потерям теплоты высокая.
 а) Роторно-лопастной двигатель внешнего сгорания с более сложным, чем кривошипно-шатунный, рычажно-кулачковым механизмом взаимного движения поршней и передачи усилия давления газов с поршней на вал, габариты которого в 2 раза больше, чем габариты цилиндропоршневой части. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения и высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей, высокую токсичность выхлопных газов, высокий расход топлива.
 б) Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания. Особенность двигателя - применение вращающегося сложносоставного ротора размещённого внутри кольцевого цилиндра и состоящего из четырех лопастей. На паре соосных валов установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта. В данной конструкции возможно реализовать только четырехтактный цикл. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения и высокую тепловую напряженность ротора, особенно его лопастей.
 в) Роторный двигатель внутреннего сгорания с тороидальным кольцевым цилиндром. Его идея не нова. Впервые она была запатентована еще в 1968 году, но в настоящее время последняя версия дополнена оригинальным механизмом, регулирующим взаимное перемещение четырёх поршней. Впрочем, конструкция его настолько сложна, что с трудом поддается описанию. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения, высокую токсичность выхлопных газов и высокий расход топлива.
 3 Роторно-поршневой двигатель Ванкеля.
Главное его отличие от поршневых двигателей состоит в замене возвратно-поступательного движения поршней вращательным одного ротора треугольной формы. На рисунке слева приведена конструкция роторно-поршневого двигателя. Его основными частями являются корпус, эксцентриковый вал (эквивалент кривошипа) и ротор. В корпусе вращается эксцентриковый вал отбора мощности, на котором установлен ротор. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения, и, соответственно, высокий удельный расход горючего, высокую токсичность выхлопных газов, невысокий ресурс работы, а так же высокую теплонапряженность ротора.
 4. Роторно-лопастной ДВС с кольцевым цилиндром и с эксцентричным расположением ротора с лопастями.
Роторно-лопастной двигатель неполного объёмного расширения с эксцентрично установленным в цилиндрическом корпусе сплошным ротором в диаметральных пазах которого установлены 4 лопасти. В отличие от предыдущих обеспечивается некоторый рост R и изменение S в процессе расширения от минимальной до максимальной, и в процессе сжатия от максимальной до минимальной. К недостаткам можно отнести низкую степень расширения равную степени сжатия и, соответственно, высокий удельный расход горючего, токсичность газов и потери тепла, невысокий ресурс работы, а так же высокую тепловую напряженность ротора. Диаграмма Р-V, отображающая рабочий цикл,, не соответствует действительности. Вода подаётся в камеру сгорания постоянного объёма, следовательно участок впрыска воды 3-2 вертикаль. Выхлоп начинается и, следовательно, работа газопаровой смеси заканчивается на линии 4-6-8, справа от неё не работа, а потери давления.
Все вышеупомянутые двигатели объёмного неполного расширения, характеризуются большими потерями давления и тепла, повышенным расходом горючего и, соответственно, повышенной токсичностью выхлопных газов и низким КПД.
 5. Газотурбинные двигатели полного необъёмного расширения. Газотурбинные двигатели (ГТД) полного необъёмного расширения, используемые для преобразования кинетической энергии газов в механическую энергию вращения вала, имеют невысокие начальные параметры, но обеспечивают полное расширение газов до атмосферного давления. Эффективность преобразования кинетической энергии осевого потока газов в перпендикулярный осевому М кр. не более 20% от располагаемой, соответственно, удельный расход горючего высокий. Температура выхлопных газов так же достаточно высокая. Имеют самую большую удельную мощность среди ДВС.
Источник: http://rovlan.narod.ru/ |
