Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[RVD]

"Bиктор"

Если на представленной картинке обратить внимание на планетарную шестерню, то можно увидеть, что на ее продолжении висят две шатунные шейки.

Вопрос к создателю. Чем эта ось отличается от оси обычного коленчатого вала. Возьму на себя смелость сделать предположение, и ответить - НИЧЕМ. Только данный коленчатый вал находится в сложном орбитальном вращении, сидя на орбите, как воробей на жердочке. Тогда как обычный коленчатый вал опирается всеми постелями на монолитное основание - остов блока. И после этого Вы будете говорить, что Ваша схема лучше. Думаете, что обычные "пудовые" шатуны при надежной опоре должны быть больше и по габаритам и по весу тех, что Вы рисуете ? А где на планетарном коленчатом вале Вы собираетесь размещать гаситель крутильных колебаний, который занимает габариты сопоставимые с самим валом, или он Вам уже не нужен ?  Знакопеременные нагрузки отменены по случаю наступающих майских праздников ?

 

[provocator]

Так двигатель заглохнет и у такого двигателя не может случиться ни с того ни с сего воспламенение смеси - шестерня будет разгружена от этого порока.

Так заглохнет он от чего, от того что не сможет вращать выходной вал. Ситуация, мгновенная  нагрузка при пробуксовке,   двигатель на полной мощности, машина сидит на осях   и хорошо зацепила. Согласен,что жестоко и при таких условиях можно угробить любой двигатель, но при нашем бездорожьи такое встречается часто. 

 

[ingener]

Только данный коленчатый вал находится в сложном орбитальном вращении, сидя на орбите, как воробей на жердочке.

Совершенно верно. Нагрузки на коренные и шатунные подшипники такого вала будут сильно увеличены (где-то до 10 раз) за счет сил инерции от участия в орбитальном вращении.
Если взять превышение инерционных нагрузок над полезными в 10 раз и КПД шарикоподшипников из учебников для ПТУ, то сразу получаем КПД кривошипно-шатунного механизма, участвующего в орбитальном вращении где-то всего 80%. Однако правильное проектирование с применением керамики и точный расчет могут дать значение более 98%, что снимает всякие проблемы с механическим КПД. Однако охлаждать механику, в отличие от рабочих камер, все же наверное придется. А может и нет. Если в двигателях небольшой мощности применить керамические подшипники без смазки. Сухой двигатель вообще без капли масла - это как-то непривычно. Но реально.

Настоящих буйных мало... 

 

[Beatle]

@ provocator

Ну, так и у нас двигатели ходят меньше, чем в той же Европе как раз по этим причинам.
Тут все вопросы к дорожникам, а не к двигателистам. Но согласен: замечание дельное.

 

[RVD]

"ingener"

Вашему анализу место в мусорной корзине. Но хотите, будут 98% вместо 80%. Отсюда новый вопрос.

А что, в обычном коленчатом вале такое "улучшение запрещено", на него кто-то наложил вето. Или усовершенствования можно осуществлять только в отношении РЛД, а в тронковом двигателе мы должны двигаться в сторону ухудшения, например, насыпать в пару трения опилки, дабы снизить конкуренцию.

 

[Beatle]

@ RVD

Игорь Петрович, перестаньте вести себя как ребёнок.
Не ведитесь на троллинг. Сохраняйте спокойствие. В противном случае тролли могут воспользоваться этим и тема превратится в простой срач.
А мы тут технические задачи решаем в конце концов. Или кто-то решает, а кто-то троллит нещадно. На таковы эти ваши интернеты....

 

[RVD]

" Beatle"

Да мне все равно, я одновременно могу "бодаться" сразу с десятью оппонентами.

На чем мы остановились, что лучше, квадратный или круглый поршень, если это тронковый ДВС, то лучше круглый, если это РЛД, то лучше квадратный, так как поверхности сопряжения в торе проще и надежнее получатся на базе линий, чем прерывистых дуг окружностей, и потом, тороид не цилиндр, термическая деформация в нем будет намного сложнее загибать его во время работы чем круглый поршень, или квадратный по сечению. Надеяться на вихревое движение газа в подковообразном круглом торе тоже нельзя, так как помимо чистого вращения по дуге окружности, газ движется по "орбитальной спирали", то тормозясь, как в американских горках, то разгоняясь. Основным аргументом в сторону круглого поршня казалось бы должно работать минимальное отношение окружности к площади поршня, для минимизации тепловых потерь, однако их можно минимизровать и по другому: все лопасти "выкатываются" в одну и туже зону расширения, и на стенки корпуса в этом месте можно нанести керамическое покрытие. Покрывать огневые части лопастей керамикой категорически нельзя, так как на такте впуска резко уменьшится коэффициент наполнения двигателя свежим зарядом.

Пока хватит.

 

[ingener]

А что, в обычном коленчатом вале такое "улучшение запрещено", на него кто-то наложил вето. 

Нет, не запрещено. Но бессмысленно улучшать и без того хороший КПД. Все-таки увеличивая КПД от 80 до 99 мы получаем больший выигрыш, чем с 98% до 99%. Есть ради чего стараться.

 

[Beatle]

@ RVD

Спасибо за ценную информацию!
Перевариваю, в принципе общий ход мыслей совпадал с вашим, но однако я не все параметры учел.

 

[ingener]

Покрывать огневые части лопастей керамикой категорически нельзя, так как на такте впуска резко уменьшится коэффициент наполнения двигателя свежим зарядом.

Так уж и категорически? Так велик теплообмен свежей смеси с  раскаленными стенками? А почему тогда сжатые сгоревшие газы, обладая существенно большей теплопроводностью, не остывают мгновенно, а еще умудряются свою энергию как-то превратить в механическую работу?

 

[RVD]

Теплообмен бензовоздушной смеси с раскаленной керамикой чреват воспламенением смеси, как на такте впуска, так и на такте сжатия. Поверхостный слой керамики после контакта с раскаленными газами не в состоянии "мгновенно" перенести теплоту внутрь покрытия или отдать ее в окружающее пространство, поэтому ее наружный слой, толщиной в несколько ангстремм, имеет стабильную температуру, близкую к максимальной, т.е. около 2000 - 2500 градусов. Соответственно свежая смесь (или чистый воздух) в первую очередь на нее и натыкается, вызывая эффект "горячей сковородки", когда капля воды падая на сковородку не испаряется, а катается как шарик по ее поверхности. В отношении воздуха все похоже, только он при соприкосновении с раскаленной поверхностью получает очень мощный импульс в обратном направлении. По этой причине турбокомпаундные дизеля так  и не пошли в серию, потому как коэффициент наполнения двигателя снижался до 60-65%. В отношении бензина, такие опыты вообще не могли проводиться, из-за 100% воспламенения смеси на впуске, которая по научному называется детонация.

Для справки: самовоспламенение бензина наступает при 700-750 градусов Кельвина, а температура поверхостного слоя керамического покрытия имеет температуру около 2000 градусов , поэтому в момент контакта смеси с поршнем ВСЕГДА наступает детонационное сгорание > АБСОЛЮТНО ВСЕГДА.

Из-за дефицита времени, думаю, что обойдемся существующими пояснениями. 

 

[ingener]

Поверхостный слой керамики после контакта с раскаленными газами не в состоянии "мгновенно" перенести теплоту внутрь покрытия или отдать ее в окружающее пространство, поэтому ее наружный слой, толщиной в несколько ангстремм, имеет стабильную температуру, близкую к максимальной, т.е. около 2000 - 2500 градусов.

А почему именно близкую к максимальной,  а не к средней цикла? Там есть какие-то нелинейные эффекты? Тогда почему их нет у керамического изолятора свечи, специально изготовляемого с малой теплопередачей в окружающее пространство? Если у поверхностей рабочей камеры температура будет хотя бы на 5 градусов ниже, чем у изолятора свечи, то никаких проблем с самовоспламенением имхо не будет.

В отношении бензина, такие опыты вообще не могли проводиться, из-за 100% воспламенения смеси на впуске, которая по научному называется детонация.

Не проводить опыты по причине собственных глубоких заблуждений - это конечно признак крутизны. 
Да и самовоспламенение - это не детонация. Она только иногда может следовать за самовоспламенением. А может и не следовать. Все зависит от массы конкретных условий. Главное - скорость горения должна быть меньше скорости звука в данной среде. (про отсутствие детонаторов я уж и не говорю) И при высокой степени сжатия нагрев смеси при адиабатическом сжатии превышает нагрев смеси от стенок даже если у них средняя температура цикла.

И еще. Максимальную температуру в районе 2500 градусов - НИЗЗЯ! Слишком много ядовитых окислов азота.

Для справки: самовоспламенение бензина наступает при 700-750 градусов Кельвина, а температура поверхостного слоя керамического покрытия имеет температуру около 2000 градусов , поэтому в момент контакта смеси с поршнем ВСЕГДА наступает детонационное сгорание > АБСОЛЮТНО ВСЕГДА.

Ложная справка.
Не учитывает многих нюансов. 700-750 градусов Кельвина это меньше 600 градусов Целься (диапазон 400—900 °С), требуемых для самоочищения свечи. То есть температура изолятора свечи чаще выше температуры самовоспламенения, приведенной вами. И несмотря на это никакого самовоспламенения на рабочих режимах нет. Только при некорректной остановке двигателя на сверхнизких оборотах.

А если бы у поверхностного слоя керамического покрытия всегда была температура около 2000 градусов, то тогда бы и бензина никакого не требовалось бы. Двигатели были бы вечными, в смысле просто нагревали бы воздух в камере за счет температуры керамического покрытия без всякого топлива. 

 

[RVD]

" ingener"

У меня складывается ощущение, что я на Вас напрасно трачу время, Вы ничего не усваиваете из того, что вам говорят. То, о чем я Вам пишу, это не мои личные наблюдения, а лишь достигнутые и  многократно проверенные труды сотен и сотен тысяч инженеров, которые работали на ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ, выпустив сотни и сотни книг и научных рудов. И надо только не полениться, и хоть что-то почитать, а не задавать вопросы, один глупее другого. Это все, что от Вас требуется.

... Бензин, не ослиная моча, а многофракционная жидкость, и летучие компоненты в количестве 2-10% в нем есть всегда. Именно из-за них происходит детонация даже на 20 градусах Цельсия. Для воспламения паров бензина на поверхности керамики в этом случае нужно иметь лишь некоторое присутствие в воздухе кислорода.

По керамике: почему поверхостный слой имеет высокую температуру, которая не падает. Да потому, что керамика имеет "нулевой коэффициент" теплопроводности. Одна сторона имеет 2500 градусов, а вторая 20.  Градиент температур, который держит керамика, самая важная ее характерисика.

 

[Bиктор]

Еще одно упоминание автора, создавшего

«Способ работы и устройство роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания с газоаккумуляторной системой рекуперации», Патент РФ № 2302539

Из его письма мне:
" Виктор, здравствуйте!
Работы по роторному ДВС в 2008 году пришлось сменить на не менее интересный смежный проект, под который инвесторы дали денег.
В роторно-лопастной схеме ... разочаровался как конструктор - слишком много сложностей с  уплотнениями и прочностью элементов механизма синхронизации.
В итоге остановился  на классической поршневой схеме, т.к. роторная схема не была самоцелью."

Автор, Виталий, спрашивает интересны ли будут тогдашние его проверочные симуляции РЛД с рекуперирующим газоаккумулятором и вынесенной КС?
Выполнял он их на неизвестной мне симуляционной основе ИСА...
Что ответим?

 

[Bиктор]

А почему вы упорно рисуете шеститактный двигатель? Как вы собираетесь использовать лишние два такта? Только для охлаждения лопастей? Это неразумно. Слишком велики механические потери для такого охлаждения. Дать возможность расширяться газам, сжатым в одной камере, сразу в двух камерах? Так канал, соединяющий камеры получается слишком длинным, тоже потери будут большие. Непонятно.

Просто любопытно.
Я предполагаю возможность утилизировать высокую остаточную температуру выталкиваемых газов.  Давления у них самих почти никакого, но вот теплоты еще много, имхо.
Так вот я и думаю, что при условии применения термостойких лопастей, вместо 4-го такта (выпуска) - произвести повторное сжатие отработавших горячих газов.
Температура у них возрастет и вследствие сжатия.
Затем перед 5-ым тактом произвести впрыск небольшого количества распыленной воды (ситалло-керамика это "терпит").
Расчет на то, что возникший пар создаст давление для повторного рабочего хода, происходящего синхронно с основным рабочим ходов в другой камере.
Кроме того, конечно, ожидаются:
- некоторое охлаждение лопастей,
- выпуск "холодной" смеси газов и отработавшего пара,
- некоторая бесшумность выхлопа на последнем - 6-ом такте (как обычный четвертый).

В любом случае, кажется, что дополнительный рабочий ход на паро-газовой смеси превысит затраты на повторное сжатие газов. В холодное время года - можно воду не впрыскивать, а потери повторного сжатия - уменьшить за счет открытия декомпрессора (дублированного выпуска газов)

Подскажите, в чем тут вероятная наивность?

 

[Bиктор]

И после этого Вы будете говорить, что Ваша схема лучше.

Спасибо, Игорь Петрович, за высказанные сомнения!
Нет - механизм не мой! Просто показался привлекательным по фактору замыкания сил без зазора в зубчатом зацеплении.
Ну и конечно, пока не все прорисовано, - кажется простым

Думаете, что обычные "пудовые" шатуны при надежной опоре должны быть больше и по габаритам и по весу тех, что Вы рисуете ?

Я действительно думаю, что в этой схеме заметно, что колена кривошипов и длины шатунов ВДВОЕ меньше, чем в обычном поршневике с одним коленвалом при сравнимом изменении объема в камерах.
Или я не прав, что данной схеме надо противопоставлять схему ЮМО, - двухколенвальную с уменьшенными вдвое коленами и шатунами? 

А где на планетарном коленчатом вале Вы собираетесь размещать гаситель крутильных колебаний, который занимает габариты сопоставимые с самим валом, или он Вам уже не нужен ?

Вопрос с ловушкой?
Зачем его в ДАННОМ - планетарном, случае размещать на коленчатом валу?
Разве схема не "приглашает" разместить его в подшипниковом узле жесткой вращающейся "клетки"?  Так, чтобы например, подшипниковый узел в малых пределах мог упруго смещаться (не по радиальному направлению конечно, а по тангенциально-круговому между пружинами), - с целью смягчения неравномерностей нагрузки на зубья (толчки бьют не зубья, а поддается немного ось коленвала вместе с подшипниками в короткой прорези по кругу).

Конечно, не настаиваю на таком подходе. Видел на плакате подобное, в испытательной ячейке ДВС на предприятии Бош.

Если подумать... а почему японцы в своем патенте (выше мы выкладывали их решения) не озаботились компенсаторами?

Знакопеременные нагрузки отменены ?

Японцы правда, закладывали два статора со сдвинутыми окнами газораспределения. Может быть так собирались уменьшать неравномерности?

 

[Bиктор]

Если в двигателях небольшой мощности применить керамические подшипники без смазки. Сухой двигатель вообще без капли масла - это как-то непривычно. Но реально.

Я так и ориентируюсь, - любителям СЛА мотор нужен, скорее всего, небольшой. (Но было бы приятно иметь 12 рабочих ходов на оборот при 6-тактном цикле на мини-РЛД с вынесенной камерой сгорания?)


Масло очень важно для поршневого ... особенно, имхо,  ввиду разложения сил на поршне и полезности масляного клина сбоку поршня.
Стереотип тех.решений от поршневого не обязательно перетаскивать на РЛД, где такого разложения сил газов НЕТ, как нет сил, прижимающих лопасти к статору. Эти ДВС можно конструировать по-разному. Так ведь?

 

[RVD]

Правильно, по дизелям есть ограничения, для бензиновых, полный "запрет".

По шатунам, чем меньше плечо, тем "мясистее" должен быть шатун. В РЛД мы видим обратное, налицо несоответствие формы содержанию.

 

[ingener]

То, о чем я Вам пишу, это не мои личные наблюдения, а лишь достигнутые и  многократно проверенные труды сотен и сотен тысяч инженеров, которые работали на ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ, выпустив сотни и сотни книг и научных рудов. И надо только не полениться, и хоть что-то почитать, а не задавать вопросы, один глупее другого. Это все, что от Вас требуется.

Так я тоже не отсебятину в основном несу. Просто другие книжки читал. 

... Бензин, не ослиная моча, а многофракционная жидкость, и летучие компоненты в количестве 2-10% в нем есть всегда. Именно из-за них происходит детонация даже на 20 градусах Цельсия. Для воспламения паров бензина на поверхности керамики в этом случае нужно иметь лишь некоторое присутствие в воздухе кислорода.

И тем не менее в большинстве бензиновых двигателей присутствует свеча с изолятором, разогретым до температуры более 600 градусов Цельсия, бензин и отсутствует его самовоспламенение и детонация. Это факт, от которого никуда не денешься. Просто нужно осмыслить. И использовать.

По керамике: почему поверхостный слой имеет высокую температуру, которая не падает. Да потому, что керамика имеет "нулевой коэффициент" теплопроводности. Одна сторона имеет 2500 градусов, а вторая 20.  Градиент температур, который держит керамика, самая важная ее характерисика.

Даже если предположить, что керамика имеет нулевую теплопроводность, что не совсем так, то все равно останется у нее теплоемкость и теплообмен с окружающей газовой средой.
Почему вы считаете, что поверхность моментально нагреется до максимальной температуры в 2500 градусов, но при этом так же моментально не охладится хотя бы до температры выхлопа около 1000 градусов? Уже у вас ошибка в рассуждениях. Вторая ошибка - вы не учитываете что поверхность будет все же охлаждаться свежей смесью. Да и никто не заставляет впрыскивать бензин в воздух до подачи его в камеру. Можно спокойно впрыснуть его уже в камере, когда стенки ее уже остынут (если следовать вашему тезису о мгновенном нагреве и соответственно о мгновенном остывании), но смесь еще не нагреется от адиабатического сжатия до температуры вспышки.
Короче, тут нельзя делать никаких категорических утверждений, а все нужно считать и пробовать.

 

[ingener]

По шатунам, чем меньше плечо, тем "мясистее" должен быть шатун. В РЛД мы видим обратное, налицо несоответствие формы содержанию.

Совершенно верно, но не в случае с РЛД. В РЛД рабочий ход обеспечивается не одним длинным шатуном, а двумя короткими того же сечения. Масса не растет.

А где на планетарном коленчатом вале Вы собираетесь размещать гаситель крутильных колебаний, который занимает габариты сопоставимые с самим валом, или он Вам уже не нужен ?

Вопрос с ловушкой? Зачем его в ДАННОМ - планетарном, случае размещать на коленчатом валу?

Наверное предполагается неразрешимость этой проблемы.
На коленчатых валах РЛД в принципе весьма желательно размещать маховики для сглаживания колебаний до передачи усилий на шестерни, как у обычных ДВС. Чтобы обеспечить их равномерную безстуковую работу. Но маховики, сами движущиеся по кругу, будут создавать огромные нагрузки на свои подшипники. Скорее всего это практически нереализуемо или слишком затратно. Так что придется все-таки применять шестерни, рассчитанные на пульсирующие знакопеременные нагрузки с очень малыми зазорами. И дополнительно как-то демпфировать стуки легкими демпферами. Возможно просто упругое крепление венцов шестерен на пластинчатых спицах.
Хотя при замыкании шатунов на одном коленвалу момент на шестернях может и не менять своего знака или менять его с очень небольшой скоростью. Так что тут никаких неразрешимых проблем, как в случае с передачей всех усилий между лопастями через шестерни, нет.