Как видно, при скорости 70 км/ч у всех трех автомобилей расход топлива получился равным приблизительно 5 л/100 км. Эксплуатационная топливная экономичность автомобилей НСУ с РПД оказалась даже несколько лучше, чем при установке стандартного поршневого двигателя.
Высокие показатели компактности и малый удельный вес РПД стремятся получать как путем увеличения параметров Ра и Угу так и повышения скоростного режима, определяемого числом оборотов ротора в минуту и скоростью ст периферии ротора относительно корпуса. По аналогии с ПД можно полагать, что для РПД ограничение скорости ст и числа оборотов ротора может быть обусловлено недопустимым возрастанием инерционных нагрузок на детали и резким увеличением механических потерь при повышении скорости ст сверх определенного предела. Как отмечено выше, в ПД утечка заряда из рабочего пространства очень мала. Этим определяются как небольшая величина энергетических потерь вследствие утечек, так и высокий срок службы деталей двигателя и его хорошие пусковые качества. Поэтому одной из главных задач при создании РПД является обеспечение эффективного уплотнения рабочих отсеков. Как будет показано ниже, утечки через сопряжения элементов, формирующих рабочий объем, на ряде режимов РПД могут быть чрезмерно большими, если не применять систем уплотнений контактного типа, в которых сила давления уплотняющего элемента ротора на корпус уравновешивается реакцией последнего, а ограничиваться сведением к минимуму рабочих зазоров в сопряжениях при бесконтактной системе уплотнений. В последней нет силового взаимодействия ротора и корпуса. Теория уплотнений рабочих отсеков объемных двигателей пока мало разработана. Тем не менее, исходя из накопленного опыта конструирования систем уплотнения ПД, можно выдвинуть ряд оценочных критериев схем уплотнений РПД. Очевидно, что доля рабочего тела, уносимая из рабочих отсеков через сопряжения системы уплотнения, пропорциональна отношению периметра уплотнения к рабочему объему отсека Ун- Поэтому одним из характерных критериев качества системы уплотнения РПД может быть принят параметр уплотнения.
Одной из основных идей, осуществляемых в роторных двигателях, является замена поступательно-возвратного движения органов, формирующих рабочие полости на вращательное движение. В этом отношении роторно-поршневые двигатели напоминают ГТД. Однако в отличие от последних рабочие полости роторно-поршневых двигателей разделены на несколько отсеков, объем которых циклически изменяется. В течение цикла изменения состояния рабочего тела скорость его движения относительно мала (по сравнению со скоростями газовых потоков в ПД и ГТД). В роторно-поршневых двигателях вследствие последовательного изменения объемов рабочих отсеков осуществляются те же такты рабочего процесса, которые характерны для обычных поршневых двигателей. Именно поэтому ряд авторов предложил название — роторно-поршневые двигатели или двигатели с вращающимися поршнями, что принято в отечественных и немецких патентных публикациях. Это дает основание для сокращенного наименования роторных двигателей — РПД. У РПД обычный кривошипно-шатунный механизм заменен механизмами, позволяющими получать необходимый закон изменения объема рабочих отсеков при отсутствии поступательно-возвратного движения основных звеньев, формирующих эти отсеки. В РПД эти звенья совершают вращательное или вращательно-возвратное движение. Закон изменения объемов рабочих отсеков и ряд требований, предъявляемых к сопряжению звеньев, формирующих рабочие отсеки РПД, аналогичны соответствующим законам и требованиям, характерным для объемных насосов или воздуходувок. Вследствие этого ряд схем РПД аналогичен однотипным схемам объемных насосов и, в свою очередь, ряд схем объемных воздуходувок представляет логическое развитие схем РПД. Это дало основание некоторым авторам распространять на РПД термин «коловратные двигатели» (по аналогии с коловратными насосами), применявшийся и в отечественной патентной литературе, выпущенной до второй половины XX в.
Детали ПД изготовляются из относительно дешевых материалов. Срок службы наиболее дорогих корпусных деталей ПД исчисляется несколькими десятками тысяч моточасов. Трудоемкость изготовления автомобильных ПД в зависимости от масштабов выпуска и их мощности составляет 6—60 станкочасов. Текущий и средний ремонт ПД и их обслуживание в случае необходимости могут быть произведены при минимальном комплекте оборудования. К положительным качествам ПД следует отнести также безопасность их работы и высокую надежность, что достигается без применения сложных систем регулирования и дорогих методов контроля. Случайные разрушения деталей ПД, а также нарушение действия органов управления не приводят к катастрофическим последствиям. Основным видом тепловых двигателей, конкурирующим с ПД, являются ГТД, которые пока еще не выпускаются крупными сериями автомобильной промышленностью. Однако опубликованные данные по результатам испытаний опытных образцов автомобильных ГТД в совокупности с материалами теоретических исследований позволяют отметить следующее. До последнего времени эффективный к. п. д. газотурбинных двигателей был ниже, чем поршневых, хотя разница в эффективных к. п. д. этих двигателей постепенно сокращается. Теоретически в ГТД можно получить более высокий эффективный к. п. д., чем в поршневых двигателях.
При ограниченном значении скорости поршня и определенном среднем эффективном давлении повысить мощность ПД с данным числом цилиндров можно лишь путем снижения числа оборотов коленчатого вала, что приводит к увеличению удельного веса двигателя (при повышении мощности более 220—290 кет (300—400 л. с). Другим фактором, препятствующим повышению компактности и снижению удельного веса карбюраторных двигателей, являются недопустимое увеличение напряженности деталей клапанных газораспределительных механизмов и нарушение их нормальной работы при повышении числа оборотов коленчатого вала. Следует также отметить, что применение этих механизмов в случае верхнего расположения клапанов приводит к резкому усложнению конструкции ПД, что является их существенным недостатком по сравнению с ГТД. Топливная экономичность автомобильных ПД сравнительно высока, но дальнейшее ее улучшение очень ограничено. Степени сжатия у современных серийных автомобильных ПД относительно высоки.
Первые результаты испытаний этих двигателей были обнадеживающими. Весовые показатели и компактность роторно-поршневых двигателей оказались значительно более высокими, чем соответствующие показатели поршневых и газотурбинных двигателей. Количество коллективов и лиц, работающих в области роторно-поршневых двигателей для автомобилей, резко возросло. Однако направленность этих разработок в ряде случаев представляется спорной или даже ошибочной. Не всегда учитывается опыт изобретателей, работавших ранее над этой проблемой (особенно в области уплотнения). Ввиду безусловной перспективности направления поисковых работ по роторно-поршневым автомобильным двигателям и большого интереса, проявленного к данной проблеме, целесообразно рассмотреть сложившиеся направления разработок двигателей подобного вида и остановиться на основных задачах, которые нужно решить для того, чтобы ускорить внедрение этих двигателей в производство. Работы по созданию таких двигателей целесообразны только в том случае, если при их реализации могуг быть получены определенные технико-экономические преимущества по сравнению с тепловыми автомобильными двигателями других видов с учетом перспектив развития последних. Поэтому изложению проблем развития роторно-поршневых двигателей должно быть предпослано краткое рассмотрение уровня и тенденций развития тепловых двигателей других видов для автомобилей и анализ их недостатков. Как известно, автомобильные ПД прошли длительную эволюцию и в настоящее время достигли высокого совершенства. Они являются самыми распространенными видами первичных двигателей.
Согласно публикуемым данным опытный двигатель Селвуд, изготовленный но данной схеме, имеет шесть «цилиндров». С каждым из «цилиндров» сопряжено по одному
Таким образом, повышение к. п. д. цикла ГТД путем увеличения температуры Гтах ограничено. Значительно большие возможности повышения к. п. д. заключены в снижении
Аналогично этому не могут быть надежными и РПД, в которых применяют храповые механизмы или муфты свободного хода. Для кинематики таких механизмов характерен
