В автомобилестроении, как и прежде, господствует обычный поршневой двигатель. Сегодня основные проблемы развития подобных силовых агрегатов связаны с совершенствованием процессов смесеобразования и сгорания смеси, а также со снижением токсичности отработавших газов. При этом следует осознавать, что дизельные двигатели используются не только на автомобилях, но также на строительной и военной технике, на судах и тепловозах, а также в качестве стационарных энергоагрегатов. Их потенциал очень высок. Поэтому они будут совершенствоваться и дальше.
Газовая турбина использовалась на многих опытных образцах, но в массовое производство газотурбинные автомобили так и не пошли. Зато такие виды силовых агрегатов, как двигатель Ванкеля и двигатель Стирлинга, имеют неплохие перспективы.
Роторно-поршневой двигатель Ванкеля (рис. 11.1) работает по четырехтактному принципу. Выпускные и впускные каналы для смены заряда смеси перекрываются ротором. Как указано в главе 2, три оборота эксцентрикового вала равны одному обороту ротора. Так как при одном обороте ротора последовательно осуществляются три полных рабочих цикла (по одному для каждой рабочей поверхности ротора), один рабочий цикл происходит каждый оборот эксцентрикового вала.
Рис. 11.1. Принцип работы роторно-поршневого двигателя Ванкеля
При подсчете общего рабочего объема двигателя Ванкеля складываются рабочие объемы всех трех полостей. Объяснить это можно с помощью сравнения с четырехтактным поршневым двигателем. Вращение эксцентрикового вала и вращение коленчатого вала приравниваются. Чтобы в четырехтактном поршневом двигателе на один оборот коленчатого вала приходился один рабочий цикл, двигатель должен иметь как минимум два цилиндра, а его общий рабочий объем равен сумме рабочих объемов обоих цилиндров.
Рис. 11.2. Рабочий объем полости роторно-поршневого двигателя Ванкеля
Поскольку во время вращения ротора объем полости, ограниченной рабочей поверхностью ротора и стенкой картера двигателя, постоянно меняется, то рабочим объемом полости считается разница между максимальным и минимальным объемами полости (рис. 11.2).
e — эксцентриситет;
R — расстояние от центра до кромки ротора;
b — ширина ротора.
С помощью размеров С и D (рис. 11.2) картера двигателя можно вывести формулу для расчета рабочего объема:
Текст взят с веб-сайта [Peugeotbook.ru]
Двигатели Ванкеля до недавнего времени работали на бензине, с воспламенением рабочей смеси от электрической искры. Посредством увеличения степени сжатия увеличивалось бы соотношение поверхности камеры сгорания к объему камеры сгорания, что значительно ухудшило бы процесс сгорания смеси. Возможность построить роторно-поршневой двигатель, работающий по дизельному принципу, то есть с воспламенением смеси от сжатия при впрыскивании топлива, была реализована специалистами фирмы «Rolls-Royce» в Англии, которые разработали роторно-поршневой двигатель, работающий по двухтактному принципу (рис. 11.3). В данном двигателе эксцентриковые валы обоих роторов соединены с помощью редуктора, что позволяет им вращаться в одном направлении и с одинаковой частотой. Большой ротор низкого давления всасывает воздух и направляет его после предварительного сжатия в контур высокого давления. Ротор высокого давления сжимает воздух далее, в момент максимального давления в полость впрыскивается топливо. Начинается сгорание образованной рабочей смеси. Расширяясь, горячие газы сначала воздействуют на ротор высокого давления. Затем газы направляются в контур низкого давления, где, продолжая расширяться, воздействуют на ротор низкого давления. В конце рабочего цикла отработавшие газы выпускаются наружу из контура низкого давления.
Рис. 11.3. Двухступенчатый роторно-поршневой двигатель
Двигатели Ванкеля имеют мощность до нескольких сотен киловатт. Самые большие имеют до четырех роторов, расположенных на одном эксцентриковом валу. Большие двигатели оснащаются системой жидкостного охлаждения, маленькие — системой воздушного охлаждения.
Двигатель Ванкеля отличается очень тихой работой (отсутствуют силы инерции возвратно-поступательного движения кривошипно-шатунного механизма), небольшим рабочим объемом и незначительным весом.