Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Что такое роторный двигатель и принцип его работы


Принцип работы роторного двигателя, плюсы и минусы системы |

Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми отличается ДВС. Это и отличает агрегат от обычного поршневого двигателя. РПД называют ещё двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и явные достоинства.

Ротор такого двигателя находится в цилиндре. Сам корпус не круглого типа, а овального, чтобы ротор треугольной геометрии нормально в нём помещался. У РПД не бывает коленчатого вала и шатунов, а также отсутствуют в нём другие детали, что делает его конструкцию намного проще. Если говорить другими словами, то примерно около тысячи деталей обычного двигателя внутреннего сгорания в РПД нет.

Работа классического РПД основана на простом движении ротора внутри овального корпуса. В процессе движения ротора по окружности статора создаются свободные полости, в которых и происходят процессы запуска агрегата.

Удивительно, но роторный агрегат представляет собой некий парадокс. В чём он заключается? А в том, что он имеет гениально простую конструкцию, которая почему-то не прижилась. А вот более сложный поршневой вариант стал популярным и повсюду используется.

Содержание статьи:

Строение и принцип работы роторного двигателя

Схема работы роторного двигателя представляет собой нечто совершенно иное, чем обычный ДВС. Во-первых, следует оставить в прошлом конструкцию двигателя внутреннего сгорания, известную нам. А во-вторых, попытаться впитать в себя новые знания и понятия.

Как и поршневой, роторный двигатель использует давление которое создается при сжигании смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и двигает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

РПД назван так из-за ротора, то есть такой части мотора, которая движется. Благодаря этому движению мощность передаётся на сцепление и КПП. По сути, ротор выталкивает энергию топлива, которая затем передаётся колёсам через трансмиссию. Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.

Капсула, где находится ротор, — это своеобразная матрица, центр вселенной, где все процессы и происходят. Другими словами, именно в этом овальном корпусе происходит:

  • сжатие смеси;
  • топливный впрыск;
  • поступление кислорода;
  • зажигание смеси;
  • отдача сгоревших элементов в выпуск.

Одним словом, шесть в одном, если хотите.

Сам ротор крепится на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а как бы бегает. Таким образом, создаются изолированные друг от друга полости внутри овального корпуса, в каждой из которых и происходит какой-либо из процессов. Так как ротор треугольный, то полостей получается всего три.

Всё начинается следующим образом: в первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается. После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.

Смесь после этого идёт в третью полость, где и происходит вытеснение частей использованного топлива в систему выхлопа.

Это и есть полный цикл работы РПД. Но не всё так просто. Это мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. А действия эти проходят постоянно. Если говорить иначе, процессы возникают сразу с трёх сторон ротора. В итоге всего за единственный оборот агрегата повторяется три такта.

Кроме того, японским инженерам удалось усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Мазда имеют не один, а два и даже три ротора, что в значительной мере повышает производительность, тем более если сравнить его с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а 3-роторный с двенадцатицилиндровым. Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и преимущества роторного мотора сразу распознали.

Опять же, производительность — это не одно достоинство РПД. Их у него много. Как и было сказано выше, роторный двигатель очень компактный и в нём используется на целых тысячу деталей меньше, чем в том же ДВС. В РПД всего две основные детали — ротор и статор, а проще этого ничего не придумаешь.

Принцип работы роторного двигателя

Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил в своё время многих талантливых инженеров удивлённо вскинуть бровями. И сегодня талантливые инженеры компании Мазда заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли, поверить в производительность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да ещё какую!

Роторный двигатель в разрезе Ротор роторного двигателя Камера роторного двигателя

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых действует как поршень. Каждая сторона ротора имеет углубление в ней, что повышает скорость вращения ротора в целом, предоставляя больше пространства для топливо-воздушной смеси. На вершине каждой грани находится по металлической пластине, которые и формируют камеры, в которых происходят такты двигателя. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер. В середине ротора находится круг, в котором имеется множество зубьев. Они соединены с приводом, который крепится к выходному валу. Это соединение определяет путь и направление, по которому ротор движется внутри камеры.

Камера двигателя приблизительно овальной формы (но если быть точным — это Эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, которая является плоской кривой, образуемой фиксированной точкой окружности, катящейся по другой окружности). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три закрытых объемах газа. В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Сгорание
  • Выпуск

Отверстия для впуска и выпуска находятся в стенках камеры, и на них отсутствуют клапаны. Выхлопное отверстие соединено непосредственно с выхлопной трубой, а впускное напрямую подключено к газу.

Выходной вал роторного двигателя

Выходной вал имеет полукруглые выступы-кулачки, размещенные несимметрично относительно центра, что означает, что они смещены от осевой линии вала. Каждый ротор надевается на один из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает свой кулачок.

Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторный двигателя состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе благодаря длинным болтам, расположенным по кругу. Охлаждающая жидкость протекает через все части конструкции.

Два крайних слоя закрыты и содержат подшипники для выходного вала. Они также запечатаны в основных разделах камеры, где содержатся роторы. Внутренняя поверхность этих частей очень гладкая и помогает роторам в работе. Отдел подачи топлива расположен на конце каждой из этих частей.

Следующий слой содержит в себе непосредственно сам ротор и выхлопную часть.

Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной для каждого ротора. Он также разделяет эти два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.

В центре каждого ротора крепится две большие шестерни, которые вращаются вокруг более маленьких шестерней и крепятся к корпусу двигателя. Это и является орбитой для вращения ротора.

Конечно же, если бы у роторного мотора не было недостатков, то он обязательно бы применялся на современных автомобилях. Возможно даже, что, если бы роторный двигатель был безгрешен, мы и не узнали бы про двигатель поршневой, ведь роторный создали раньше. Затем человеческий гений, пытаясь усовершенствовать агрегат, и создал современный поршневой вариант мотора.

Но к сожалению, минусы у роторного двигателя имеются. К таким вот явным ляпам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра. При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.

Если в камере сгорания температура бывает выше, чем в системе впуска/выпуска, цилиндр должен быть выполнен из высокотехнологичного материала, устанавливаемого в разных местах корпуса.

Для того чтобы такой двигатель запустился, используются всего две свечи зажигания. Больше не рекомендуется ввиду особенностей камеры сгорания. РПД наделён бывает совершенно иной камерой сгорания и выдаёт мощность три четверти рабочего времени ДВС, а коэффициент полезного действия составляет целых сорок процентов. По сравнению: у поршневого мотора этот же показатель составляет 20%.

Преимущества роторного двигателя

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-х цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-х цилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, стержень, клапаны, рокеры, клапанные пружины, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимизация движущихся частей позволяет получить роторным двигателям более высокую надежность. Именно поэтому некоторые производители самолетов (к примеру Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.

Мягкость

Все части в роторном двигателе непрерывно вращаются в одном направлении, в отличие от постоянно изменяющих направление поршней в обычном двигателе. Роторный движок использует сбалансированные крутящиеся противовесы, служащие для подавления любых вибраций. Подача мощности в роторном двигателе также более мягкая. Каждый цикл сгорания происходит за одни оборот ротора в 90 градусов, выходной вал прокручивается три раза на каждое прокручивание ротора, каждый цикл сгорания проходит за 270 градусов за которые проворачивается выходной вал. Это значит, что одно роторный двигатель вырабатывает мощность в три четверти . Если сравнивать с одно-цилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота, или только четверти оборота коленчатого вала.

Неспешность

В связи с тем, что роторы вращаются на одну треть вращения выходного вала, основные части двигателя вращаются медленней, чем части в обычном поршневом двигателе. Это также помогает и в надежности.

Малые габариты + высокая мощность

Компактность системы вместе с высоким КПД (сравнительно с обычным ДВС) позволяет из миниатюрного 1,3-литрового мотора выдавать порядка 200-250 л.с. Правда, вместе с главным недостатком конструкции в виде высокого расхода топлива.

Недостатки роторных моторов

Самые главные проблемы при производстве роторных двигателей:

  • Достаточно сложно (но не невозможно) подстроиться под регламент выброса CO2 в окружающую среду, особенно в США.
  • Производство может стоить намного дороже, в большинстве случаев из-за небольшого серийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.
  • Они потребляют больше топлива, так как термодинамическое КПД поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также благодаря низкой степени сжатия.
  • Роторные двигатели в силу конструкции ограничены в ресурсе — в среднем это порядка 60-80 тыс. км

Такая ситуация просто вынуждает причислять роторные двигатели к спортивным моделям автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя сегодня нашлись. Это известный автопроизводитель Мазда, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Субару, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за всё старое и отброшенное западниками как ненужное. А на деле японцам удаётся создавать новое из старого. То же тогда произошло с оппозитными двигателями, являющимися на сегодняшний день «фишкой» Субару. В те же времена использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.

Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Мазды. Они создали роторный двигатель 13b-REW и наделили его системой твин-турбо. Теперь Мазда могла спокойно поспорить с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадок, но грешила опять же большим расходом топлива.

Пришлось идти на крайние меры. Очередная модель Мазда RX-8 с роторным двигателем уже выходит с 200 лошадками, что позволяет сократить расход топлива. Но не это главное. Заслуживает уважения другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность в 200 л.с. Мазда RX-8 открывала с двигателем объёмом 1,3 литра. Одним словом, новая Мазда выходит уже на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, беря не только мощностью мотора, но и другими параметрами, в том числе и низким расходом топлива.

Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб, однако проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.

Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет новая Мазда, уже с совершенно другим агрегатом.

Разные конструкции и разработки роторных двигателей

Двигатель Ванкеля

Двигатель Желтышева

Двигатель Зуева

Руководство для начинающих: Что такое роторный двигатель (и как он работает)?

Роторный против Поршня

PROS
• Характер двигателя означает, что значительно меньший рабочий объем двигателя может производить значительно больше мощности, чем поршневой двигатель сопоставимого размера - технически Mazda RX-8 имеет объем 1,3 л, но при этом развивает мощность около 230 л.с.

• Двигатели физически намного меньше, легче и имеют меньше движущихся частей для неправильной работы.

• Из-за особенностей двигателя они внутренне уравновешены - роторы действуют как вращающиеся противовесы, поэтапно компенсирующие друг друга.Это означает, что вибрации меньше, поэтому двигатель работает более плавно и будет вращаться до более высоких оборотов (10000 об / мин - отнюдь не неслыханно) без повреждений.

CONS
• Роторные двигатели менее экономичны, чем аналоги с поршневыми двигателями, поскольку они менее термически эффективны.

• Выбросы плохие из-за перекрытия между событиями впуска и выпуска, и ни один из них не соответствует действующим нормам.

• Наконечники ротора, также известные как верхние уплотнения, испытывают огромное напряжение и подвержены поломкам - это было серьезной проблемой для старых Wankels, и в современных вариантах ее еще предстоит полностью решить.

• Расход масла высокий из-за необходимости поддерживать внутреннюю смазку роторов и уплотнений.

• Из-за небольшого эксцентриситета вала, по сравнению с ходом коленчатого вала, вращающиеся двигатели имеют долю крутящего момента обычного двигателя при низких оборотах.

Mazda является крупнейшим производителем роторных двигателей и единственным производителем, использующим их с конца 1970-х годов. General Motors разрабатывали свои собственные более 40 лет назад, но законы о смоге и первое нефтяное эмбарго в 1973 году заставили их отказаться от него до того, как он будет готов к производству.NSU и Citroen в Европе продавали автомобили в небольших количествах, а Hercules, Norton и Suzuki производили мотоциклы, но никто не делал так близко, как Mazda. Mazda Cosmo впервые появилась с вращающейся мощностью в 1965 году, за ней последовали R100, R130, RX-2, RX-3, RX-7, Luce, Rotary Pickup Truck, RX-7 и, наконец, RX-8, который производился до 2012.

Недавно было проведено некоторое исследование по производству небольших роторных двигателей для питания гибридной части генератора из-за их компактных размеров и плавности хода.Чувствуется, что при работе на постоянной скорости для выработки мощности двигатель Ванкеля может, наконец, преодолеть проблемы с топливной экономичностью и выбросами.

,

принципов роторного двигателя

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, создаваемое при сжигании комбинации воздуха и топлива. В поршневом двигателе это давление содержится в цилиндрах и заставляет поршни двигаться вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение, которое можно использовать для питания автомобиля.

В роторном двигателе давление сгорания содержится в камере, образованной частью корпуса и уплотненной одной стороной треугольного ротора, который двигатель использует вместо поршней.

Ротор следует по пути, похожему на то, что вы создадите с помощью спирографа. Этот путь удерживает каждый из трех пиков ротора в контакте с корпусом, создавая три отдельных объема газа. Когда ротор движется вокруг камеры, каждый из трех объемов газа попеременно расширяется и сжимается. Именно это расширение и сжатие втягивает воздух и топливо в двигатель, сжимает его и создает полезную мощность по мере расширения газов, а затем выталкивает выхлопные газы.

Мы посмотрим внутрь роторного двигателя, чтобы проверить детали, но сначала давайте взглянем на новую модель автомобиля с абсолютно новым роторным двигателем.

Mazda RX-8

Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей, в которых используются роторные двигатели. RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был, вероятно, самым успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовала серия автомобилей с роторным двигателем, грузовиков и даже автобусов, начиная с Cosmo Sport 1967 года.В прошлом году RX-7 был продан в США в 1995 году, но роторный двигатель должен вернуться в ближайшем будущем.

Mazda RX-8, новый автомобиль от Mazda, имеет новый, отмеченный наградами роторный двигатель под названием RENESIS . Названный Международным двигателем 2003 года, этот безнаддувный двухроторный двигатель будет производить около 250 лошадиных сил. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Mazda RX-8.

,

роторных двигателей: различия и проблемы

Существует несколько определяющих характеристик, которые отличают роторный двигатель от типичного поршневого двигателя.

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет гораздо меньше движущихся частей, чем сопоставимый четырехтактный поршневой двигатель. Двухроторный роторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой четырехцилиндровый поршневой двигатель имеет не менее 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распределительный вал, клапаны, пружины клапанов, коромысла, ремень ГРМ, зубчатые колеса и коленчатый вал.

Эта минимизация движущихся частей может привести к повышению надежности от роторного двигателя. Вот почему некоторые производители самолетов (в том числе производитель Skycar) предпочитают роторные двигатели поршневым двигателям.

Сглаживатель

Все детали вращающегося двигателя непрерывно вращаются в одном направлении, а не резко меняют направления, как это делают поршни в обычном двигателе. Роторные двигатели внутренне уравновешены вращающимися противовесами, которые постепенно снижают вибрации.

Мощность подачи во вращающемся двигателе также более плавная. Поскольку каждое событие сгорания длится до 90 градусов вращения ротора, а выходной вал вращается на три оборота за каждый оборот ротора, каждое событие сгорания длится до 270 градусов вращения выходного вала. Это означает, что двигатель с одним ротором обеспечивает мощность на три четверти каждого оборота выходного вала. Сравните это с одноцилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит в течение 180 градусов из каждых двух оборотов или только четверти каждого оборота коленчатого вала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленнее

Поскольку роторы вращаются на одну треть скорости выходного вала, основные движущиеся части двигателя движутся медленнее, чем детали поршневого двигателя. Это также помогает с надежностью.

Задачи

При проектировании роторного двигателя возникают некоторые проблемы:

  • Как правило, более сложно (но не невозможно) заставить роторный двигатель соответствовать нормам США по выбросам.
  • Производственные затраты могут быть выше, в основном из-за того, что количество этих двигателей не так много, как число поршневых двигателей.
  • Как правило, они потребляют больше топлива, чем поршневой двигатель, потому что термодинамическая эффективность двигателя уменьшается из-за длинной формы камеры сгорания и низкой степени сжатия.

Для получения дополнительной информации о роторных двигателях и связанных с ними темах, перейдите по ссылкам ниже.

Статьи по теме

Больше замечательных ссылок

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020