Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Для чего нужен ротор в двигателе


Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

Роторный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, устройство которого в корне отличается от обычного поршневого двигателя.
В поршневом двигателе в одном и том же объеме пространства (цилиндре) выполняются четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Роторный двигатель осуществляет те же такты, но все они происходят в различных частях камеры. Это можно сравнить с наличием отдельного цилиндра для каждого такта, причем поршень постепенно перемещается от одного цилиндра к другому.

Роторный двигатель изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля.

В этой статье мы расскажем о том, как работает роторный двигатель. Для начала рассмотрим принцип его работы.

Принцип работы роторного двигателя

Ротор и корпус роторного двигателя Mazda RX-7. Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны и распредвал поршневого двигателя. Как и поршневой, роторный двигатель использует давление, которое создается при сгорании топливовоздушной смеси. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и приводит поршни в движение. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

В роторном двигателе, давление сгорания образуется в камере, сформированной частью корпуса, закрытой стороной треугольного ротора, который используется вместо поршней.

Ротор вращается по траектории, напоминающую линию, нарисованную спирографом. Благодаря такой траектории, все три вершины ротора контактируют с корпусом, образуя три разделенных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Это обеспечивает поступление топливовоздушной смеси в двигатель, сжатие, полезную работу при расширении газов и выпуск выхлопа.

Далее мы расскажем о строении роторного двигателя, но, прежде всего, рассмотрим некоторые автомобили с таким типом двигателя.

Mazda RX-8

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторным двигателем. RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был, пожалуй, наиболее успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал целый ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторным двигателем, начиная с Cosmo Sport 1967 года. Однако RX-7 не производится с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла.

Mazda RX-8 оснащена роторным двигателем под названием RENESIS. Этот двигатель был назван лучшим двигателем 2003 г. Он является атмосферным двухроторным и производит 250 л.с.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, схожие с используемыми в поршневых двигателях. Строение роторного двигателя в корне отличается от поршневого.

Ротор

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых выполняет роль поршня. Каждая сторона ротора имеет углубление, что повышает скорость вращения ротора, предоставляя больше пространства для топливовоздушной смеси.

На вершине каждой грани расположена металлическая пластина, которая разделяет пространство на камеры. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер.

В центре ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев. Оно сопрягается с шестерней, закрепленной на корпусе. Такое сопряжение задает траекторию и направление вращения ротора в корпусе.

Корпус (статор)

Корпус имеет овальную форму (форму эпитрохоиды, если быть точным). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три изолированных объемах газа.

В каждой части корпуса происходит один из процессов внутреннего сгорания. Пространство корпуса разделено для четырех тактов:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочий такт
  • Выпуск

Порты впуска и выпуска расположены в корпусе. В портах отсутствуют клапаны. Выпускной порт непосредственно соединен с выхлопной системой, а впускной порт - с дросселем.

Выходной вал

Выходной вал (обратите внимание на эксцентриковые кулачки) Выходной вал имеет закругленные выступы-кулачки, расположенные эксцентрично, т.е. смещены относительно центральной оси. Каждый ротор сопряжен с одним из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. При вращении ротор толкает кулачки. Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Сбор роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель состоит из пяти слоев, удерживаемых длинными болтами, установленными по кругу. Охлаждающая жидкость проходит через все части конструкции.

Два крайних слоя имеют уплотнения и подшипники для выходного вала. Они также изолируют две части корпуса, в которых расположены роторы. Внутренние поверхности этих частей являются гладкими, что обеспечивает надлежащее уплотнение роторов. Впускной порт подачи расположен в каждой из крайних частей.

Часть корпуса, в которой расположен ротор (обратите внимание на расположение выпускного порта) Следующий слой включает корпус ротора овальной формы и выпускной порт. В этой части корпуса установлен ротор.

Центральная часть включает два впускных порта - по одному для каждого ротора. Она также разделяет роторы, поэтому ее внутренняя поверхность является гладкой.

В центре каждого ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев, которое вращается вокруг меньшей шестерни, установленной на корпусе двигателя. Она определяет траекторию вращения ротора.

Мощность роторного двигателя

В центральной части расположен впускной порт для каждого ротора Как и поршневые двигатели, в роторном двигателе внутреннего сгорания используется четырехтактный цикл. Но в роторном двигателе такой цикл осуществляется иначе.

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал выполняет три оборота.

Основным элементом роторного двигателя является ротор. Он выступает в роли поршней в обычном поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом кулачке выходного вала. Кулачок смещен относительно центральной оси вала и выступает в роли коленчатой рукояти, позволяя ротору вращать вал. Вращаясь внутри корпуса, ротор толкает кулачок по окружности, поворачивая его три раза за один полный оборот ротора.

Размер камер, образованных ротором, изменяется при его вращении. Такое изменение размера обеспечивает насосное действие. Далее мы рассмотрим каждый из четырех тактов роторного двигателя.

Впуск

Такт впуска начинается при прохождении вершины ротора через впускной порт. В момент прохождения вершины через впускной порт, объем камеры приближен к минимальному. Далее объем камеры увеличивается, и происходит всасывание топливовоздушной смеси.

При дальнейшем повороте ротора, камера изолируется, и начинается такт сжатия.

Сжатие

При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, и происходит сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении ротора через свечи зажигания, объем камеры приближен к минимальному. В этот момент происходит воспламенение.

Рабочий такт

Во многих роторных двигателях установлено две свечи зажигания. Камера сгорания имеет достаточно большой объем, поэтому при наличии одной свечи, воспламенение происходило бы медленнее. При воспламенении топливовоздушной смеси образуется давление, приводящее ротор в движение.

Давление сгорания вращает ротор в сторону увеличения объема камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, вращая ротор и создавая мощность до момента прохождения вершины ротора через выпускной порт.

Выпуск

При прохождении ротора через выпускной порт, газы сгорания под высоким давлением выходят в выхлопную систему. При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, выталкивая оставшиеся выхлопные газы в выпускной порт. К тому моменту, как объем камеры приближается к минимальному, вершина ротора проходит через впускной порт, и цикл повторяется.

Необходимо отметить, что каждая из трех сторон ротора всегда вовлечена в один из тактов цикла, т.е. за один полный оборот ротора осуществляется три рабочих такта. За один полный оборот ротора, выходной вал совершает три оборота, т.к. на один оборот вала приходится один такт.

Различия и проблемы

По сравнению с поршневым двигателем, роторный двигатель имеет определенные отличия.

Меньше движущихся деталей

В отличие от поршневого двигателя, в роторном двигателе используется меньше движущихся деталей. Двухроторный двигатель включает три движущиеся детали: два ротора и выходной вал. Даже в простейшем четырехцилиндровом двигателе используется не менее 40 движущихся деталей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, ремень ГРМ и коленвал.

Благодаря уменьшению количества движущихся деталей, повышается надежность роторного двигателя. По этой причине некоторые производители вместо поршневых двигателей используют роторные на своих воздушных судах.

Плавная работа

Все части роторного двигателя вращаются непрерывно в одном направлении, а не постоянно меняют направление движения, как поршни в обычном двигателе. В роторных двигателях используются сбалансированные вращающиеся противовесы, предназначенные для гашения вибраций.

Подача мощности также обеспечивается более плавно. В связи с тем, что каждый такт цикла протекает за поворот ротора на 90 градусов, и выходной вал совершает три оборота на каждый оборот ротора, каждый такт цикла протекает за поворот выходного вала на 270 градусов. Это значит, что двигатель с одним ротором обеспечивает подачу мощности при 3/4 оборота выходного вала. В одноцилиндровом поршневом двигателе, процесс сгорания происходит на 180 градусах каждого второго оборота, т.е. 1/4 каждого оборота коленвала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленная работа

В связи с тем, что ротор вращается со скоростью, равной 1/3 скорости вращения выходного вала, основные движущиеся детали роторного двигателя движутся медленнее, чем детали в поршневом двигателе. Благодаря этому, также обеспечивается надежность.

Проблемы

Роторные двигатели имеют ряд проблем:
  • Сложное производство в соответствии с нормами состава выбросов.
  • Затраты на производство роторных двигателей выше по сравнению с поршневыми, так как количество производимых роторных двигателей меньше.
  • Расход топлива у автомобилей с роторным двигателей выше по сравнению с поршневыми двигателями, в связи с тем, что термодинамический КПД снижен из-за большого объема камеры сгорания и низкого коэффициента сжатия.

Проблема с роторными двигателями: объяснение техники

Мощности в крошечном, простом и легком корпусе. В роторном двигателе Ванкеля есть что любить, но этого недостаточно, чтобы поддерживать его. Давайте посмотрим на то, что пошло не так

Они компактные, мощные и издают потрясающий шум.Итак, почему роторные двигатели никогда не взлетали, и почему эта концепция была почти заброшена одним производителем, который отстаивал ее? Давайте проведем вас через это.

NSU Spider 1964 года был первым серийным автомобилем в мире, который плавил задние шины под действием роторного двигателя Ванкеля. Автомобильный дебют Wankel составляли десятилетия, хотя его срок службы был относительно коротким, и он закончился с Mazda RX-8 2011 года. Это приводит нас к нескольким вопросам:

  1. Как работает роторный двигатель?
  2. Какие преимущества имеет этот двигатель? (Почему это было сделано?)
  3. Какие недостатки у двигателя? (Почему он умер?)

1.Как работает роторный двигатель?

Процесс роторного двигателя очень похож на то, что происходит в традиционном поршневом цилиндровом двигателе. Разница заключается не в поршнях, а в роторе треугольной формы, а в цилиндрах вместо корпуса, напоминающего овал.

Впуск

Когда ротор движется внутри корпуса, маленький воздушный карман расширяется в больший, создавая вакуум.Этот вакуум подвергается воздействию впускных отверстий, через которые воздух и топливо поступают в камеру сгорания.

Сжатие

Ротор продолжает вращаться, сжимая топливовоздушную смесь с плоской стороной корпуса ротора.

1 МБ

Привет Итану Смейлу за грандиозный GIF!

Мощность

Две свечи зажигания используются для зажигания воздушно-топливной смеси, помогая ускорить процесс сгорания и обеспечить горение большей части топлива, и это заставляет ротор продолжать вращаться.

Выхлоп

Аналогично такту впуска, ротор движется до тех пор, пока не будут доступны выхлопные отверстия, и выхлопные газы под высоким давлением затем вытесняются, когда ротор закрывает корпус.

Важно понимать, что в отличие от поршневого цилиндрового двигателя в одном корпусе ротора все эти события происходят почти одновременно. Это означает, что в то время как потребление происходит на одной части ротора, также происходит рабочий ход, приводящий к очень плавной подаче мощности и большому количеству мощности в небольшой упаковке.

2. Какими преимуществами обладает двигатель Ванкеля?

от массы к силе

Одним из самых больших преимуществ роторного двигателя был его размер.Двигатель 13B Mazda RX-7 занимал около одного кубического фута объема, но производил значительное количество энергии для своих небольших пропорций.

Меньше движущихся частей

Часто в разработке самое простое решение - одно из лучших. Роторный двигатель значительно уменьшает количество деталей, необходимых для возникновения сгорания, поскольку в двухроторном двигателе вращаются всего три основных компонента.

Гладкая и высокая обороты

Роторный двигатель не имеет возвратно-поступательной массы, как клапаны или поршни в традиционном двигателе.Это приводит к невероятно сбалансированному двигателю с плавной подачей мощности и способностью развивать высокие обороты, не заботясь о таких вещах, как клапан-поплавок.

3. Почему роторный двигатель умер?

Mazda RX-8 2011 года была последним серийным автомобилем с ротором Wankel, 1.3-х литровый ренесис. Независимо от того, соответствовал ли RX-8 ротационному названию, мы все пролили слезу из-за потери этого инновационного и уникального подхода к внутреннему сгоранию. Что нанесло последний удар? RX-8 был не в состоянии соответствовать нормам выбросов Евро-5, и, таким образом, он не мог быть продан в Европе после 2010 года. Несмотря на то, что он по-прежнему разрешен в штатах, продажи значительно упали, так как модель была примерно с 2004 года.

Какие недостатки есть у поворотной конструкции?

Всего три основные движущиеся части в двухроторном двигателе Ванкеля

Низкая тепловая эффективность

Благодаря длинной камере сгорания уникальной формы термический КПД двигателя был относительно ниже по сравнению с поршневыми цилиндрами.Это также часто приводило к тому, что несгоревшее топливо оставляло выхлопные газы (следовательно, роторные двигатели имели обратную реакцию, что, очевидно, так же здорово, как и неэффективно).

Burn Baby Burn

По своей конструкции роторный двигатель сжигает масло. Во впускном коллекторе имеются брызги масла, а также форсунки для распыления масла непосредственно в камеру сгорания. Это означает не только то, что водитель должен регулярно проверять уровень масла, чтобы обеспечить правильную смазку ротора, но также означает, что из выхлопной трубы выходит больше вредных веществ.И окружающая среда ненавидит плохие вещи.

В этом отверстии в корпусе масло впрыскивается непосредственно во время «такта» впуска двигателя.

Уплотнение ротора

Еще одна проблема, которая также может влиять на выбросы: трудно герметизировать ротор, когда он окружен очень разными температурами.Помните, что впуск и сгорание происходят одновременно, но в самых разных местах корпуса. Это означает, что верхняя часть корпуса относительно холодная, а нижняя часть корпуса намного горячее. С точки зрения герметизации это проблематично, так как вы пытаетесь создать металлическое уплотнение с металлами, которые работают при существенно различных температурах. Используя рубашки с охлаждающей жидкостью, чтобы помочь выровнять тепловую нагрузку, эта проблема может быть уменьшена, но никогда полностью не уменьшена.

Выбросы

Когда вы сложите все вместе, выбросы погубят ротор. Сочетание неэффективного сгорания, присущего масла и проблемы с уплотнением приводит к тому, что двигатель не конкурентоспособен по сегодняшним стандартам выбросов или экономии топлива.

Как RX-8 складывается с конкурентами?

Печально известное уплотнение из ротора RX-7 13B

В моем видео, описывающем недостатки RX-8, зрители справедливо отметили, что я сравнил автомобили модельного года 2015 с моделью 2011 года с точки зрения экономии топлива, что было несправедливо с точки зрения Mazda.Давайте исправим это неправильно, используя первый модельный год RX-8.

Автомобиль Объем двигателя Вес Мощность MPG комбинированный рейтинг
2004 Mazda RX-8 1.3л Ванкеля 3053 фунтов (1385 кг) 197-238 HP (Авто / Человек) 18 миль на галлон (13 л / 100 км)
2004 VW GTI 1,8 л I4 2934 (1330 кг) 180 л.с. 24 миль на галлон (9,8 л / 100 км)
2004 Корвет 5,7 л V8 3214 фунтов (1458 кг) 350 л.с. 20 миль на галлон (11.8 л / 100 км)

Как вы можете видеть выше, RX-8 не складывается выгодно с точки зрения экономии топлива. Corvette со значительно более мощным двигателем, на 47% большей мощностью и на 5% большей массой по-прежнему обеспечивает экономию топлива на 11%. Стоит также упомянуть, что это был первый модельный год для RX-8, тогда как двигатели Corvette и GTI существовали с предыдущих лет.Про RX-8 ничего не скажешь о экономии топлива. Хотя покупатель не обязательно рассматривает это как отрицательный момент, без выбросов не будет автомобиля для покупки.

Стоит отметить, что со времени первоначальной публикации этой статьи Mazda объявила, что вернет роторные двигатели, хотя и в качестве небольших расширителей диапазона в электромобилях. Другими словами, ничто не пойдет на пользу.

,

Восстановление вертолетного двигателя

Если кто-то скажет вам, что он видел роторный двигатель, есть вероятность, что вы сразу же подумаете о двигателе Ванкеля, как вы можете найти в некоторых более экзотических спортивных автомобилях Mazda. Но есть еще один роторный двигатель, который ранее претендовал на это имя, и его можно найти в качестве силовой установки для многих самолетов начала двадцатого века. В этих роторных двигателях цилиндры расположены радиально вокруг неподвижного коленчатого вала, и вращается сам двигатель.Их преимущество заключается в исключительной простоте, плавной работе и низком количестве деталей за счет смазывания при общих потерях, относительно большой вращающейся массы и некоторых трудностей в управлении их мощностью. Эти роторные двигатели были в значительной степени устаревшими к 1920-м годам, но недавний всплеск интереса к самолетам эпохи Первой мировой войны привел к созданию небольшого спроса на них. Служба Classic Aero Machining Service из Новой Зеландии вмешалась, чтобы восполнить этот пробел, и заново производит радиальный двигатель Gnome, самый многочисленный дизайн той эпохи.

Для тех, кто интересуется двигателями внутреннего сгорания, Gnome - увлекательное исследование. Это конструкция с девятью цилиндрами, которая работает в четырехтактном цикле Отто, но вместо двух или более клапанов, с которыми вы, возможно, знакомы по автомобилю, он имеет только один клапан. В так называемой моносупапной конструкции клапан используется как для подачи топлива, так и для выпуска, открывая его на входном ходу, а также на выходе. Простота одного клапана и отсутствия карбюратора, таким образом, компенсируется трудностью изменения его мощности, поэтому роторные двигатели часто уменьшают количество цилиндров, а не дросселирование.

CAMS Gnome является точной копией оригинала, но с современной металлургией и добавлением электронной системы зажигания. Оригинальное касторовое масло все еще используется - кажется, что классические любители авиации любят запах - но из-за того, что оно оставляет липкие отложения в двигателе, они оценивают современные альтернативы. У них есть некоторые технические детали на их веб-сайте, и есть большая вероятность, что вы однажды услышите один из их двигателей на авиасалоне рядом с вами.

Спасибо Итай за подсказку.

,

Tri Rotor Drone: почему его не заметили?

A DJI Phantom 3. Зимин В.В. [CC BY-SA 4.0] Если вы являетесь наблюдателем мира дронов или мультироторов, у вас может быть четкое представление о том, как выглядит один из этих самолетов в вашем уме. Там будет центральный отсек с батареями и авионикой, из которого будет исходить набор рычагов, каждый из которых будет иметь мотор и пропеллер на конце. Вы почти наверняка представляете дизайн с четырьмя роторами, такой как чрезвычайно популярная серия ремесел DJI Phantom.

Конечно, конструкции с четырьмя роторами являются лишь одной из многих возможных конфигураций мультиротора. Вы часто будете видеть осьминогов, но иногда мы приносим вам ремесло, которое действительно помещает «мульти» в «мультиротор». Если компьютер может физически управлять заданным четным числом двигателей, в разумных пределах он может управляться.

Существует один тип мультиротора, который вы не часто видите, триротор. Три винта на дроне - это редкое зрелище, и это нас удивляет, потому что эта конфигурация может иметь некоторые неожиданные преимущества.Чтобы подумать о том, почему, стоит взглянуть на некоторые характеристики полета трехроторной машины.

Вертолет "Чинук" в эксплуатации. UNC - CFC - USFK [CC BY 2.0]. Если вы подумаете о типичном маленьком вертолете, у него будет хвостовой винт. Хвостовой винт предназначен для создания бокового усилия для противодействия естественной тенденции вращения фюзеляжа в ответ на вращение основного ротора. У вертолета с двумя винтами, такого как знаменитый военный самолет Chinook, хвостовой ротор является излишним, поскольку тенденции вращения, создаваемой передним ротором, противодействует равная, но противоположная сила от противоположно вращающегося заднего ротора.Если вы возьмете противодействующие силы в Chinook как силы, действующие на мультироторе, вы поймете, что равное количество винтов, вращающихся в противоположных направлениях, устраняет любую тенденцию вращения корабля и позволяет летать на корабле.

Теперь представьте себе такое же взаимодействие сил в трироторе, и вы сразу поймете, что у него нечетное количество пропеллеров, и, таким образом, у него будет избыток вращательной силы, который не противодействует другому двигателю. Таким образом, простая конструкция с тремя роторами будет естественным образом вращаться в полете и практически бесполезна как самолет без каких-либо средств противодействия этому вращению.В простейшей конструкции летного триротора один из роторов просто монтируется под углом, чтобы направить часть силы вбок аналогично хвостовому ротору на небольшом вертолете. Это дает желаемый эффект создания летающей машины, но не дает преимуществ и нескольких недостатков по сравнению с конструкцией с четырьмя роторами.

Компоновка триротора, показывающая серводвигатель оси рыскания зеленым цветом. Toglefritz [CC BY-NC-SA] В тех случаях, когда трехроторные катера вступают в свои права, это когда вместо установки под фиксированным углом один винт установлен под переменным углом.Когда сила, противодействующая вращению, находится под переменным управлением, эта способность для заднего гребного винта поворачивать дает кораблю некоторые характеристики, которые самолет с неподвижным крылом приобретает от его хвостовой части. Результатом является то, что трироторное судно может обеспечить более стабильный и более быстрый полет, чем их кузены с несколькими роторами, за счет дополнительного сервопривода с его схемой управления и программным обеспечением. Дополнительные преимущества компоновки заключаются в том, что при меньшем числе приводных двигателей он может быть более энергоэффективным, а при большем зазоре между роторами он может иметь более крупные пропеллеры и обеспечивать более беспрепятственный обзор для камеры.

Итак, учитывая эти преимущества, почему мы редко видим триротор? Вероятно, за распространением квадроторов, как наиболее распространенной конфигурации, стоит несколько факторов. Первый - это просто рыночная инерция: мода, если хотите. Большинство клиентов теперь ожидают квадротор, поэтому производители делают машины, которые они хотят. Тогда есть стоимость установки этого рычага сервопривода. Это немного сложный механизм, который, вероятно, требует нескольких прецизионных деталей, поэтому, если вы фабрика в Китае, производящая миллионы из них, вы, вероятно, выберете конструкцию, которая сэкономит вам несколько центов.Если дополнительный двигатель на квадроторе дешевле, чем сервопривод и рычажный механизм, тогда вы сделаете квадротор. И наконец, есть угол надежности. Если вы разбили квадротор, как это неизбежно произойдет, все его руки одинаково сильны. Сервопривод рыскания является дорогостоящим слабым местом на трироторе, поэтому в случае аварии есть хорошие шансы, что он будет первым.

Не все еще потеряно для триротора все же. Если вы хотите владеть им, вы можете создать его самостоятельно, следуя этим инструкциям.Тем не менее, мы рекомендуем сначала научиться летать на квадротекторе, в противном случае магазин, продающий сервоприводы рыскания, вам очень понравится.

Спасибо [Джаред] за толчок к этому произведению.

Заголовок изображения: Toglefritz [CC BY-NC-SA]

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020