Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как работает роторный двигатель


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.

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 используется двигателем 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.

,

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, смещенные для компенсации 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, роторные 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 оно будет завершено для производства.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.

,

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