Качающийся поршневой двигатель - Swing-piston engine

А поворотно-поршневой двигатель это тип двигатель внутреннего сгорания в котором поршни совершают круговое движение внутри кольцевого «цилиндра», перемещаясь все ближе и дальше друг от друга, чтобы обеспечить сжатие и расширение. Обычно используются два набора поршней, которые вращаются вокруг цилиндра в фиксированном положении. В некоторых версиях поршни колеблются вокруг фиксированного центра, а не вокруг всего двигателя. Дизайн также упоминается как двигатель с качающимся поршнем, вибрационный двигатель когда поршни колеблются, а не вращаются, или тороидальный двигатель по форме «цилиндра».

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.[1] и прототип российской руды для использования в Йо-Мобайл гибридный автомобиль. Оба заявили о высокой топливной эффективности и высоком соотношении мощности к массе, но не было успешных демонстраций заявленной эффективности или того, что двигатели достаточно долговечны для практического использования.

Паровые двигатели

Двигатели с поворотно-поршневым двигателем были первоначально представлены в 1820-х годах в качестве альтернативы. паровой двигатель конструкции, до повсеместного внедрения паровая турбина. В этих примерах «поршень» обычно не является цилиндрическим, 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 Научный музей. Гэллоуэй также разработал широкий спектр чисто роторных двигателей с лопастями.[2]

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. Таким образом, дизайн был фактически составной двигатель.[2]

За этим последовало множество вариаций, и некоторые из них нашли ограниченное применение в полевых условиях. Примечательным среди них был Джон Эрикссон конструкции 1843 г., на которой USS Принстон, первый в США пароход с винтовой тягой. Чарльз Парсонс изучили концепцию и, по-видимому, разработали две конструкции поршневых двигателей, прежде чем перейти к паровой турбине. Братья Рутс разработали поворотно-поршневой двигатель уникального типа, хотя они больше известны своим конструкция нагнетателя.[2]

Внутреннее сгорание

На рисунке 1 патента США 2301667 показаны вал, винтовые поршни и кулачки двигателя Отто Лутца.

Пока неясно, выпускался ли когда-либо в производство какой-либо двигатель внутреннего сгорания с поворотно-поршневым двигателем, но ближайшей попыткой, похоже, является немецкий Вторая Мировая Война -era дизайн Отто Лутц [де ]. В его конструкции было всего шесть поршней, по три каждый, прикрепленных к двум дискам. Диски были соединены друг с другом для образования шести 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 крайностями, как и диски вращались. Время было устроено таким образом, 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 компрессор 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 авиационный двигатель, который заменил традиционный центробежный или же осевой компрессор с его поворотно-поршневой конструкцией. В конечном итоге выхлопные газы будут использоваться для привода турбины, а эта мощность будет использоваться для привода пропеллер произвести турбовинтовой. 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 обычного 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. Аналогичная договоренность с радиальный двигатель обычно сложнее организовать, особенно охлаждение, а рядный двигатель приспособления вскоре становятся настолько длинными, что предотвращение вибрации коленчатого вала становится серьезной проблемой (см. Крайслер IV-2220 Например).

Каждый «цилиндр» конструкции Лутца имел диаметр 0,70 м и глубину всего около 30 см, обеспечивая 445 л.с. при весе 140 кг, что является отличным показателем. удельная мощность 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. Хотя соотношение мощности к весу было хорошим, плотность двигатель был просто великолепен.

В целом турбовинтовой двигатель больше походил на реактивный двигатель, чем на поршневой. Поворотно-поршневой газогенератор располагался посередине длинной гондолы, впереди - пятиступенчатый осевой компрессор, сзади - трехступенчатая турбина. Компрессор использовался как нагнетатель для поршневого двигателя, а также подавать холодный воздух для охлаждения турбины. Фактическая мощность винта, объединяющего поршни и турбины, составляла 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). В Цикл Отто или же Дизельный цикл используется в поршневых двигателях, имеет гораздо меньшую удельный расход топлива чем Цикл Брайтона традиционных газотурбинных двигателей на малых оборотах. Конструкция Лутца была предназначена для питания очень дальнего действия. бомбардировщики и патрульный самолет, где экономия топлива была важнее простоты и производительности.

Позднее Лутц запатентовал эту конструкцию в разделе «Роторный компрессор и другие двигатели», патент США 2 301 667.[3][4]

Другие примеры

Конструкция Лутца - не единственный способ создать такой двигатель: BMW экспериментировал с традиционным двигателем с тарельчатые клапаны на камерах сгорания, которые ранее неоднократно использовались в экспериментах. Другой подход полностью состоит в том, чтобы восстановить часть тепла выхлопных газов в теплообменник и использовать это вместо топлива для нагрева сжатого воздуха, концепция, используемая Дженерал Моторс 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 Angel Labs '[5] "Массивный, но крошечный" двигатель, Rotoblock,[6] Roundengine,[7] Trochilic Engine и дизайн Чуди и Хуса.[8][9] В 2009 году российский миллиардер-промышленник Михаил Прохоров объявил о своих планах войти в автомобильный бизнес с серией легких гибридные автомобили используя этот дизайн в качестве своего первичный двигатель.[10] Другой недавний выпуск, нацеленный на гибридный рынок, - это Hüttlin Kugelmotor, который сочетает в себе концепцию поворотно-поршневого механизма с модифицированной автомат перекоса для создания сферической конструкции, которая напрямую питает внутренние электрический генератор.[11]

Другие имена

Двигатель Tschudi также известен как «двигатель кошки-мышки» или «двигатель-ножницы».[12]

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ «Двигатель внутреннего сгорания и способ» (PDF). Патентное ведомство США. 26 марта 2002 г.. Получено 2019-05-11.
  2. ^ а б c Я 2008.
  3. ^ «Роторный компрессор и другие двигатели» (PDF). Freepatentsonline.com. Получено 2011-12-06.
  4. ^ «Роторный компрессор и другие двигатели».
  5. ^ angellabsllc.com
  6. ^ rotoblock.com
  7. ^ roundengine.com
  8. ^ «Тороидальные двигатели». Greencarcongress.com. 2006-04-18. Получено 2011-12-06.
  9. ^ "Двигатель MYT: патент США" Двигатель внутреннего сгорания "№ 7415962 B2; 26 августа 2008 г.". Patft.uspto.gov. Архивировано из оригинал на 2016-01-14. Получено 2011-12-06.
  10. ^ «Ёмобиль» (на русском). Auto.lenta.ru.
  11. ^ Райс, Винсент (22 сентября 2011 г.). «Сферический гений Hüttlin Kugelmotor». Gizmag.com.
  12. ^ «Кот-мышка».

Библиография

внешняя ссылка