Двигатель ванкеля устройство и принцип работы


Устройство роторного двигателя

После создания двигателя внутреннего сгорания началась эра автомобилей. Самое большое распространение при этом получил мотор поршневого типа. Но при этом с момента создания ДВС перед конструкторами стала задача извлечения максимального КПД при минимальных затратах топлива. Решалась эта задача несколькими путями – от технического улучшения уже имеющихся двигателей, до создания абсолютно новых, с другой конструкцией. Одним из таковых стал роторный двигатель.

Роторный двигатель

Появился он значительно позже поршневого, в 30-х годах. Полноценно работоспособная же модель такого двигателя появилась и вовсе в 50-х годах. После появления роторный двигатель вызвал заинтересованность у многих автопроизводителей, и все они кинулись разрабатывать свои модели роторных силовых установок, однако вскоре от них отказались в пользу обычных поршневых. Из приверженцев роторного мотора осталась только японская фирма Mazda, которая сделала такого типа мотор своей визитной карточкой.

Особенностью такого мотора является его конструкция, которая вообще не предусматривает наличие поршней. В целом это сильно сказалось на конструктивной простоте.

В поршневых моторах энергия сгораемого топлива воспринимается поршнем, который за счет своего возвратно-поступательного движения передает ее на кривошипы коленвала, обеспечивая ему вращение.

У роторных же двигателей энергия сразу преобразовывается во вращение вала, минуя возвратно-поступательное движение. Это сказывается на уменьшении потерь мощности на трение, меньшую металлоемкость и простоту конструкции. За счет этого КПД двигателя значительно возрастает.

Конструкция

Чтобы понять принцип работы, следует разобраться, какова конструкция роторного двигателя. Итак, вместо поршней энергия сгорания топлива у такого силового агрегата воспринимается ротором. Ротор имеет вид равностороннего треугольника. Каждая сторона этого треугольника и играет роль поршня.

Ротор

Чтобы обеспечить процесс горения, ротор помещается в закрытое пространство, состоящее из трех элементов – двух боковых корпусов, и одного центрального, называющегося статором. Пространство, в котором производится процесс горения, сделано в статоре, боковые корпуса обеспечивают только герметичность этого пространства.

Внутри статора сделан цилиндр, в котором и размещается ротор. Чтобы внутри этого цилиндра происходили все необходимые процессы, выполнен он в виде овала, с немного прижатыми боками.

Сам статор с одной стороны имеет окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха, и выпуска отработанных газов. Противоположно им сделано отверстие под свечи зажигания.

Устройство двигателя

Особенностью движения ротора в цилиндре статора является то, что его вершины постоянно контактируют с поверхностью цилиндра, его движение сделано по эксцентриковому типу. Он не только вращается вокруг своей оси, но еще и смещается относительно нее.

Для этого в роторе сделано большое отверстие, с одной стороны этого отверстия имеется зубчатый сектор. С другой стороны в ротор вставлен вал с эксцентриком.

Чтобы обеспечить вращение в боковой корпус установлена неподвижная шестерня, входящая в зацепление с зубчатым сектором ротора, она является опорной точкой для него. При своем эксцентриковом движении он опирается на неподвижную шестерню, а зацепление обеспечивает ему вращательное движение. Вращаясь, он обеспечивает и вращение вала с эксцентриком, на который он одет.

Принцип работы

Теперь о самом принципе работы. Выполнение определенной работы поршня внутри цилиндров называется тактами. Классический поршневой двигатель имеет четыре такта:

  • впуск — в цилиндр подается горючая смесь;
  • сжатие — увеличение давления в цилиндре за счет уменьшения объема;
  • рабочий ход — энергия, выделенная при сгорании смеси, преобразовывается во вращение вала;
  • выпуск — из цилиндра выводятся отработанные газы;

Данные такты имеют все двигатели внутреннего сгорания, и сопровождаются они определенным движением поршня.

Однако они выполняются по-разному. Существуют двухтактные поршневые двигатели, в которых такты совмещены, но такие моторы чаще применяются на мотоциклах и другой бензиновой технике, хотя раньше создавались и дизельные двухтактные моторы. В них одно движение поршня включает два такта. При движении поршня вверх – впуск и сжатие, а при движении вниз – рабочий ход и выпуск. Все это обеспечивается наличием впускных и выпускных окон.

Классические автомобильные поршневые двигатели обычно являются 4-тактными, где каждый такт отделен. Но для этого в двигатель включен механизм газораспределения, который значительно усложняет конструкцию.

Что касается роторного двигателя, то отсутствие поршня как такового позволило несколько совместить конструктивные особенности 2-тактных и 4-тактных моторов.

Принцип работы

Поскольку цилиндр роторного двигателя имеет впускные и выпускные окна, то надобность в газораспределительном механизме отпала, при этом сам процесс работы сохранил все четыре такта по отдельности.

Теперь рассмотрим, как все это происходит внутри статора. Углы ротора постоянно контактируют с цилиндром статора, обеспечивая герметичное пространство между сторонами ротора.

Овальная форма цилиндра статора обеспечивает изменение пространства между стенкой цилиндра и двумя близлежащими вершинами ротора.

Далее рассмотрим действие внутри цилиндра только с одной стороны ротора. Итак, при вращении ротора, одна из его вершин, проходя сужение овала цилиндра, открывает впускное окно и в полость между стороной треугольника ротора и стенкой цилиндра начинает поступать горючая смесь или воздух. При этом движение продолжается, эта вершина достигает и проходит высокую часть овала и дальше идет на сужение. Возможность постоянного контакта вершины ротора обеспечивается его эксцентриковым движением.

Впуск воздуха производится до тех пор, пока вторая вершина ротора не перекроет впускное окно. В это время первая вершина уже прошла высоту овала цилиндра и пошла на его сужение, при этом пространство между цилиндром и стороной ротора начинает значительно сокращаться в объеме – происходит такт сжатия.

В момент, когда сторона ротора проходит максимальное сужение, в пространство между стороной ротора и стенкой цилиндра подается искра, которая воспламеняет горючую смесь, сжатую между зауженной стенкой цилиндра и стороной ротора.

Особенностью роторного двигателя является то, что воспламенение производится не перед прохождением стороны так называемой «мертвой точки», как это делается в поршневом двигателе, а после ее прохождения. Делается это для того, чтобы энергия, выделенная при сгорании, воздействовала на ту часть стороны ротора, которая уже прошла ВМТ (верхняя мёртвая точка). Этим обеспечивается вращение ротора в нужную сторону.

После прохождения свечи, первая вершина ротора начинает открывать выпускное окно, и постепенно, пока вторая вершина не перекроет выпускное окно – производится отвод газов.

Такты двигателя

Следует отметить, что был описан весь процесс, сделанный только одной стороной ротора, все стороны проделывают процесс один за другим. То есть, за одно вращение ротора производится одновременно три цикла – пока в полость между одной стороной ротора и цилиндра запускается воздух или горючая смесь, в это время вторая сторона ротора проходит ВМТ, а третья – выпускает отработанные газы.

Теперь о вращении вала, на эксцентрик которого надет ротор. За счет этого эксцентрика полный оборот вала производится меньше чем за один оборот ротора. То есть, за один полный цикл вал сделает три оборота, при этом отдавая полезное действие дальше. В поршневом двигателе один цикл происходит за два оборота коленчатого вала и только один полуоборот при этом является полезным. Этим обеспечивается высокий выход КПД.

Если сравнить роторный двигатель с поршневым, то выход мощности с одной секции, которая состоит из одного ротора и статора, равна мощности 3-цилиндрового двигателя.

А если учитывать, что Mazda устанавливала на свои авто двухсекционные роторные моторы, то по мощности они не уступают 6-цилиндровым поршневым моторам.

Достоинства и недостатки

Теперь о достоинствах роторных моторов, а их вполне много. Выходит, что одна секция по мощности равна 3-цилиндровому мотору, при этом она в габаритных размерах значительно меньше. Это сказывается на компактности самых моторов. Об этом можно судить по модели Mazda RX-8. Этот автомобиль, обладая хорошим показателем мощности, имеет средне моторную компоновку, чем удалось добиться точной развесовки авто по осям, влияющую на устойчивость и управляемость авто.

Помимо компактных размеров в этом двигателе отсутствует газораспределительный механизм (ГРМ), ведь все фазы газораспределения выполняются самим ротором. Это значительно уменьшило металлоемкость конструкции, и как следствие – массу двигателя.

Из-за ненадобности поршней и ГРМ снижено количество подвижных частей в двигателе, что сказывается на надежности конструкции.

Сам двигатель из-за отсутствия разнонаправленных движений, которые есть в поршневом моторе, при работе меньше вибрирует.

Но и недостатков у такого двигателя тоже хватает. Начнем с того, что система смазки у него идентична с системой 2-тактного двигателя. То есть, смазка поверхности цилиндра производится вместе с топливом. Но только организация подачи масла несколько иная. Если в 2-тактном двигателе масло для смазки добавляется прямо в топливо, то в роторном оно подается через форсунки, а потом оно уже смешивается с топливом.

Использование такого типа смазки привело к тому, что для двигателя подходит только минеральное масло или специализированное полусинтетическое. При этом в процессе работы масло сгорает, что негативно сказывается на составе выхлопных газов. По экологичности роторный двигатель сильно уступает 4-тактному поршневому двигателю.

При всей простоте конструкции роторный мотор обладает сравнительно небольшим ресурсом. У той же Mazda пробег до капитального ремонта составляет всего 100 тыс. км. В первую очередь «страдают» апексы – аналоги компрессионных колец в поршневом двигателе. Апексы размещаются на вершинах ротора и обеспечивают плотное прилегание вершины к стенке цилиндра.

Недостатком является также невозможность проведения восстановительных работ. Если у ротора изношены посадочные места апексов – ротор полностью заменяется, поскольку восстановить эти места невозможно.

То же касается и цилиндра статора. При его повреждении расточка практически невозможна из-за сложности выполнения такой работы.

Из-за большой скорости вращения эксцентрикового вала, его вкладыши изнашиваются значительно быстрее.

В общем, при значительно простой конструкции, из-за сложности процессов его работы роторный двигатель оказывается по надежности значительно хуже поршневого.

Но в целом, роторный двигатель не является тупиковой ветвью развития двигателей внутреннего сгорания. Та же Mazda постоянно совершенствует данный тип мотора. К примеру, мотор, устанавливаемый на RX-8 по токсичности уже мало отличается от поршневого, что является большим достижением.

Теперь они стараются еще и увеличить ресурс. Однако это скорее всего будет достигнуто за счет использования особых материалов изготовления элементов двигателя, а также из-за высокой степени обработки поверхностей, что еще больше осложнит и увеличит стоимость ремонта.

Роторный двигатель внутреннего сгорания (двигатель Ванкеля). Устройство, описание. Где применяется | AQUAdancing

Роторно-поршневой двигатель (Двигатель Ванкеля) был разработан в 1957 году инженерами Вальтером Фройде и Феликсом Ванкелем. В 70-х годах прошлого столетия в СССР активно прорабатывалось развитие типа автомобильного двигателя с вращающимся поршнем, на АвтоВАЗе был создан отдел РПД, который построил роторный двигатель на основе двигателя Mazda.

Первыми разработками были односекционные двигатели, мощностью 60 л.с., после успешных испытаний построили двухсекционный РПД, мощность 120 л.с., который устанавливался в лодки и автомобили. В последствии выпуск РПД в СССР прекратился, в следующий раз РПД использовали в 1996 году для установки в ВАЗ-2109.

Пример роторнопоршневого двигателя, построенного из блоков ЛЕГО

Пример роторнопоршневого двигателя, построенного из блоков ЛЕГО

В 1996 году появились экземпляры ВАЗ-2109, которые были оборудованы роторным двигателем на 140 лошадиных сил, машина разгонялась до 100 км/ч всего за 8 секунд, а максимальная скорость составляла 200 км/ч. Так же были форсированные версии двигателя, мощностью 250 л.с., который буквально рассыпался после 40 тыс. км. пробега. Сама по себе идея устанавливать РПД под капот девятки не плоха, но высокая стоимость обслуживания и сравнительно высокий расход топлива не позволили увеличить серию, производство пришлось свернуть.

Устройство роторно-поршневого двигателя:

1 – корпус; 2 – эксцентриковый вал; 3 – ротор; 4 – задний противовес; 5 – выпускной патрубок; 6 – передний противовес; 7 – впускной патрубок; 8 – прерыватель; 9 – крышка корпуса; 10 – шестерня внутреннего зацепления; 11 – подшипник ротора; 12 – свеча зажигания; 13 – маслоотводящий диск

1 – корпус; 2 – эксцентриковый вал; 3 – ротор; 4 – задний противовес; 5 – выпускной патрубок; 6 – передний противовес; 7 – впускной патрубок; 8 – прерыватель; 9 – крышка корпуса; 10 – шестерня внутреннего зацепления; 11 – подшипник ротора; 12 – свеча зажигания; 13 – маслоотводящий диск

Название "двигатель Ванкеля" сложно встретить в научной литературе. оно обычно используется "в народе", так как решающая роль в создании роторно-поршневого двигателя принадлежит Вальтеру Фройде, именно он сформировал инженерную концепцию двигателя. Ванкелю не нравилась концепция РПД, разработанная совместно с Фройде, было бы логично назвать двигатель в честь Фройде, но исторически сложилось иначе.

Принцип работы РПД с двумя поршнями

Принцип работы РПД с двумя поршнями

Схема четырёхтактного цикла в камере роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания:

В положении «1» объем серповидной камеры минимален, в левой части камеры заканчивается выпуск газов сгоревшего топлива, а в правой начинается впуск топливной смеси. В положениях «2» и «3» объем камеры, по мере поворота ротора по часовой стрелке, возрастает и впуск рабочей смеси продолжается. В положении «4» объем камеры с рабочей смесью достигает максимума. При дальнейшем повороте ротора вершина отделяет камеру от впускного окна и впуск прекращается. Одновременно, (в положении «5» и «6») объём камеры начинает уменьшаться. Объём камеры достигает минимума в положении «7», сжатие заканчивается и сжатая топливная смесь поджигается. Ротор продолжает вращение объем камеры снова увеличивается — в положении «8» и «9» начинается расширение продуктов сгорания или «рабочий ход». Объем камеры становится максимальным в положении «10», расширение заканчивается. Затем вершина открывает выпускное окно и начинается выпуск продуктов сгорания. Объем камеры уменьшается и выпуск продолжается в положениях «11» и «12». При дальнейшем повороте ротора снова наступает положение «1», выпуск заканчивается и начинается новый цикл. Всего камер – три. В других двух камерах происходит аналогичный цикл.

В положении «1» объем серповидной камеры минимален, в левой части камеры заканчивается выпуск газов сгоревшего топлива, а в правой начинается впуск топливной смеси. В положениях «2» и «3» объем камеры, по мере поворота ротора по часовой стрелке, возрастает и впуск рабочей смеси продолжается. В положении «4» объем камеры с рабочей смесью достигает максимума. При дальнейшем повороте ротора вершина отделяет камеру от впускного окна и впуск прекращается. Одновременно, (в положении «5» и «6») объём камеры начинает уменьшаться. Объём камеры достигает минимума в положении «7», сжатие заканчивается и сжатая топливная смесь поджигается. Ротор продолжает вращение объем камеры снова увеличивается — в положении «8» и «9» начинается расширение продуктов сгорания или «рабочий ход». Объем камеры становится максимальным в положении «10», расширение заканчивается. Затем вершина открывает выпускное окно и начинается выпуск продуктов сгорания. Объем камеры уменьшается и выпуск продолжается в положениях «11» и «12». При дальнейшем повороте ротора снова наступает положение «1», выпуск заканчивается и начинается новый цикл. Всего камер – три. В других двух камерах происходит аналогичный цикл.

Анимация цикла работы РПД

При работе двигателя, ротор вращается вместе с эксцентриковым валом, ротор жестко связан с шестерней, которая обкатывается по неподвижной шестерне, он вращается на подшипнике вокруг своей оси, совершая планетарное движение. При движении ротора, все три его вершины постоянно проходят вблизи поверхности корпуса и за счет этого образуются три серповидных камеры, в каждой из которых происходит четырёхтактный цикл.

Анимированная схема цикла работы РПД

Анимированная схема цикла работы РПД

Достоинства и недостатки роторно-поршневых двигателей

К достоинствам РПД можно отнести:

  • Количество деталей до 40% ниже, чем в классическом поршневом двигателе;
  • Размеры в 1,5-2 раза меньше, чем у классического поршневого двигателя;
  • Удельная масса небольшая, а удельная мощность высокая - для сравнения, РПД с рабочим объёмом 1,3 литра выдаёт 250 л.с., этот же объём с турбиной выдаёт 350 л.с.;
  • Уровень вибраций РПД минимален, так как он полностью уравновешен механически, благодаря этому двигатель способен выдерживать гораздо большие обороты;
  • Высокая динамика РПД связана с меньшей массой движущихся элементов - отсутствуют коленвал и шатуны.

РПД не лишен недостатков, следующие из них:

  • Благодаря эксцентриковому механизму - повышенные нагрузки и высокие температуры, требуется постоянно контролировать периодичность замены масла и проводить капремонт с заменой уплотнителей;
  • Формы блока двигателя и поршней способствуют высокой вероятности перегрева;
  • Меньшая экономичность по сравнению с классическим поршневым двигателем;
  • Сложность в производстве обусловлена повышенными требованиями к геометрическим параметрам деталей.
Роторный двигатель - камера сгорания, поршень, статичный вал

Роторный двигатель - камера сгорания, поршень, статичный вал

Современное использование "двигателя Ванкеля"

В авиастроении двигатель Ванкеля не получил серьезного развития, иногда он устанавливается на небольшие самолёты типа планеров и беспилотников.

Фирме Mazda удалось успешно применить РПД в спорткарах Mazda RX-7, RX-8. Многие вспомнят эти заднеприводные спорткары по сериям компьютерной игры Need for speed. В Mazda успешно боролись с недостатками РПД, так к 1999 году удалось сделать двигатель более экономичным и увеличить ресурс двигателя до первого ремонта до 100 000 миль (160 000км).

Mazda RX-7

Mazda RX-7

Последняя Mazda RX-8 c роторным двигателем была выпущена в 2012 году. На данный момент Mazda собирается снова использовать роторные двигатели, но уже в гибридных установках для подзаряда батарей, а не для привода на колёса.

Спасибо за внимание! Если было интересно - ставьте лайк!

На канал можно подписаться Вконтакте - ПОДПИСАТЬСЯ НА ПАБЛИК "AUTOdansing" ВКОНТАКТЕ

Навигация по каналу - кликай по ССЫЛКЕ

Принцип работы роторного двигателя - особенности работы

Роторный двигатель довольно редкая вещь, о которой некоторые люди даже не подозревают. Кто-то что-то слышал, но никто толком не может объяснить хотя бы то, как он выглядит. По мощности роторный двигатель не уступает двигателю с поршнями.

Где можно встретить

Двигатель Мазда

Для начала немного истории. Роторный двигатель был изобретен уже давно, аж в 1957 году. И с тех пор его активно начали устанавливать на автомобили, но на рынке автомобилей их доля ничтожно мала. Через семь лет после выпуска первого роторного двигателя его начали устанавливать на такие автомобили, как Мерседес-Бенц, Ситроен и другие известные марки. Но эти самые фирмы вскоре начали отказываться от роторных двигателей. Такие двигатели, а называются они, кстати, двигатели Ванкеля, устанавливали долгие годы даже на ВАЗ небольшими партиями. Но со временем его заменили и сейчас даже старожилы волжского автозавода не могут вспомнить то время. Единственная марка, которая с 1967 года и до сих пор выпускает двигатели с роторным двигателем в немалых партиях, – это Мазда. До сих пор роторный двигатель устанавливают на Мазду RX-8 – это двигатель модели 13B-MSP. Про этот автомобиль можно не стесняясь сказать, что он легенда. И стал он легендой именно благодаря своему роторному двигателю.

Мазда RX-8

Принципы работы ДВС и роторного двигателя

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с поршнями, который еще называют поршневым, сильно отличается от роторного и не только по принципу работы, но и по принципу передачи момента и потерям энергии. Энергия, выделяемая при сгорании топлива в поршневом двигателе, сначала приводит в движение поршневую группу, которая, в свою очередь, приводит в движение коленчатый вал. То есть передача момента энергии происходит в два этапа.

Принцип работы ДВС

Принцип работы роторного двигателя намного проще, он выполняет всю работу в один этап. Если объяснять простым языком, то в таком двигателей в центре находится эксцентриковый вал, который вращает сам ротор. Вращается ротор внутри двигателя и выполняет те же функции, что и четырехтактный поршневой агрегат: впуск, сжатие, рабочий такт, выпуск. Но при этом нет сложных механизмов, таких как газораспределительный механизм (ГРМ), распределительные валы, клапаны, поршни. Здесь все эти функции выполняет сам ротор. Полость внутри двигателя, в которой вращается ротор, сама в себе несет все эти функции, но работают они как бы по очереди. Электронные «мозги» управляют «окнами» – это прорези в стенках двигателя – и открывают их по очереди так, что ротор, прокатываясь по шестерне вала, выполняет сразу четыре функции. Легендарный двигатель Мазды RX-8 13B-MPS представлял собой бутерброд из пяти таких двигателей, соединенных двумя герметичными камерами.

Фазы работы роторного двигателя

Достоинства и недостатки

Главное отличие роторного двигателя от поршневого – это то, что вал всегда движется в одну сторону, вращающихся масс в несколько раз меньше и, в отличие от поршневого, роторный двигатель не тратит мощность на газораспределительный механизм. Именно поэтому с атмосферного двигателя 13B-MPS, объемом 1300 кубических сантиметров сняли 192 лошадиные силы. А с форсированного 231 лошадиную силу. Для сравнения, такую мощность у поршневого двигателя снимают с объема 2600 кубических сантиметров.

Мощность двигателя больше

К сожалению, у такого уникального мотора есть свои минусы, и они перевешивают большинство плюсов данной модели двигателя. Первый минус – это небольшой ресурс двигателя всего 100 тысяч километров. По современным меркам это совсем мало, особенно это заметно на фоне самого народного двигателя Тойоты Короллы, ресурс двигателя которого 1 миллион километров. Второй и самый основной минус – это то, что двигатель не поддается капитальному ремонту. Не существует запчастей на замену увеличенных размеров, и расточить детали двигателя тоже не получится, так как очень сложно найти такое оборудование в нашей стране. К тому же в нашей стране сложно найти настоящий 98-й бензин, а использование некачественного топлива приближает кончину роторного мотора. Стоимость нового двигателя на Мазду RX-8 настолько огромна, что ставит под сомнение практичность покупки.

Малый ресурс

Вот в основном и все, что нужно знать о роторном двигателе. Он необычен по конструкции и интересен в работе, но обладает двумя большими минусами, из-за которых использовать данный автомобиль с практической точки зрения невыгодно.

Видео

Устройство роторного двигателя в следующем видео рассмотрено на примере движка Mazda RX-8:

Читайте также:

Полезно знать. Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля


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.

Как самому полировать фары автомобиля?

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.

Роторно-волновой двигатель в сравнении с лопаточными и поршневыми машинами:

ДВСГТУРоторно-волновой двигатель
Полный цикл рабочего тела осуществляется в одном цилиндре (вспомогательные такты заставляют конструировать органы газораспределения)Процессы цикла распределены между отдельными агрегатами (отсутствие органов газораспределения)Процессы цикла распределены между отдельными агрегатами (отсутствие органов газораспределения)
Высокое давление и температура сгорания топливо-воздушной смесиНизкое давление и температура сгорания топливо-воздушной смесиВысокое давление и температура сгорания топливо-воздушной смеси
Оптимальная работа при а (коэфф. избытка воздуха), близких к 1.Оптимальная работа с а от 3+5 и вышеОптимальная работа при а , близких к 1
‘Хорошая экономичностьНизкая экономичностьВысокая экономичность
Оптимальный диапазон реализуемых мощностей от 0,1 до 1000 кВтОптимальная мощность от 1000 до 100000 кВтОптимальная мощность от 1 до 100000 кВт
Каждый тип объемной машины работает на своем сорте топливаПотребляет любой вид жидкого или газообразного топливаПотребляет любое жидкое, газообразное, твердое распыленное топливо
Двигатель работает с охлаждениемДвигатель работает без охлажденияДвигатель работает без охлаждения
Работа сопровождается неполным расширением отработанных газовПолное расширение отработанных газовПолное расширение отработанных газов
Эффективное глушение выхлопаНеэффективное глушение выхлопаОтсутствие необходимости глушениявьшюпа
Высокий вес силовой установки: 1+20 кг/кВтНизкий вес силовой установки: до 0,1 кг/кВтВес силовой установки в пределах 0,1+0,25 кг/кВт
При движении звеньев механизма в цепи присутствуют «мертвые точки». Для их преодоления устанавливается маховикОтсутствие «мертвых точек» при движении механизмаОтсутствие «мертвых точек» при движении механизма
Неполное уравновешивание инерционных сил и их моментовНеуравновешенных сил и моментов не возникаетПолное уравновешивание инерционных сил, или вообще неуравновешенных сил не возникает
Большие потери на трение (15+20%)Низкие потери на трение (2+4%)Низкие потери на трение (3+6%)
Выбраны резервы роста эффективного КПДВыбраны резервы роста эффективного КПДСуществует тенденция роста эффективного кпд

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.

Как самостоятельно полировать автомобиль?

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%.

Конструктивные особенности роторного мотора

Хотя роторный мотор конструктивно имеет меньше деталей, его принцип работы несколько сложнее. Также в устройстве роторного двигателя применены элементы из разных материалов (чугун, алюминий). Еще имеются особые покрытия (например, хром).

Статоры (корпусы роторов) имеют металлические вставки из особой стали, интегрированные в алюминиевый корпус. На деле, статор больше похож на цилиндр с хонингованной гильзой. В свою очередь, боковые корпусы выполнены из чугуна, в них сделаны впускные и выпускные окна. На крайних статорах крепятся шестерни.

Сам ротор является поршнем и шатуном, сделан из облегченного чугуна. Н каждой стороне ротора есть камера сгорания и уплотнители для сохранения герметичности. Во внутренней части ротора стоит роторный подшипник, напоминающий вкладыш коленвала.

  • На обычном поршне традиционного ДВС поршень имеет 3 кольца – пара компрессионных и маслосъемное кольцо. В свою очередь, ротор имеет апексы (уплотнители вершин ротора). Апексы играют роль компрессионных колец. Указанные элементы прижимаются к стенке статора пружиной, а также они прижаты за счет центробежной силы.

Функцию второго пояса компрессионных колец выполняют боковые, а также угловые уплотнения. Они тоже прижимаются пружинами. Эти боковые уплотнители выполнены из металлокерамики, в то же время угловые уплотнители чугунные. Дополнительно имеются уплотнения для изоляции, чтобы отработавшие газы не попадали во впускные окна через зазоры, которые образуются между самим ротором и боковым корпусом соответственно.

Еще с двух сторон ротора имеются особые масляные уплотнения (по аналогии с маслосъемными кольцами), которые удерживают масло, поступающее во внутреннюю полость ротора для охлаждения.

Кстати, система смазки роторного ДВС сложная, включает в себя радиатор охлаждения масла, а также целую группу из нескольких типов масляных форсунок. Форсунки интегрированы в эксцентриковый вал для охлаждения роторов, также они установлены в статоры.

Еще масло подается и в рабочую полость, смешиваясь с горючей смесью и выгорая вместе с топливным зарядом. На деле, роторный мотор весьма требователен к качеству масла. Если заливать неподходящую смазку, агрегат коксуется, возникает детонация и т.д.

Также добавим, что система питания простая, есть несколько форсунок (пара форсунок перед впускными окнами, а также во впускном коллекторе). Что касается зажигания, использованы две свечи на один ротор. Это сделано по причине того, что камеры сгорания сами по себе получились длинными. В результате, чтобы добиться равномерного и полноценного сгорания смеси, используют две свечи, причем их электроды отличаются. При замене свечей важно обращать на это внимание.

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.

Антикоррозийная обработка кузова своими руками

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.

Подведем итоги

С учетом приведенной выше информации становится понятно, почему роторный двигатель не получил широкого распространения даже с учетом целого ряда преимуществ. Прежде всего, небольшой ресурс, необходимость частого и затратного облуживания, а также сложность ремонта РПД являются серьезными недостатками силовых установок данного типа.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель на водороде. Из этой статьи вы узнаете, какие особенности имеет водородный двигатель, а также какие перспективы имеет двигатель на водороде.

По этой причине следует отдельно изучить все нюансы, рассмотренные выше, особенно если к покупке рассматривается автомобиль с роторным двигателем. Например, Мазда RX-8 на вторичном рынке может показаться отличным вариантом, так как данные авто продаются по привлекательной цене на фоне конкурентов с аналогичными характеристиками.

Однако на практике такой автомобиль может требовать замены или серьезного и дорогостоящего ремонта силового агрегата. Более того, даже если с двигателем все в порядке, не стоит рассчитывать на большой ресурс, а также потенциальным владельцам следует готовиться к более высоким расходам на плановое обслуживание роторного двигателя по сравнению с форсированными поршневыми ДВС (как атмосферными, так и с наддувом).

Где применяют роторно-поршневые двигатели?

Изначально, разработка роторно-поршневых двигателей велась для спортивных автомобилей. Ведь для гоночных автомобилей не столь важен большой ресурс, так как ремонт поршневых двигателей тоже требовался и после первого заезда.

В серийном производстве РПД устанавливался на автомобили немецкого производства. Это был седан представительского класса NSU Ro 80. Автомобиль для своего времени был достаточно современным, так как имел привлекательный дизайн и хорошие аэродинамические свойства. Однако, ввиду серьезных недостатков роторно-поршневых двигателей, связанных со слишком частым техническим обслуживанием, получил отрицательную оценку, в связи с чем, стал оснащаться обычными поршневыми двигателями. Это связано с тем, что двигатель приходил в негодность уже после 50 тысяч километров, что являлось малоэкономичным показателем.

В настоящее время роторно-поршневые двигатели изготавливают только два завода в мире – это ВАЗ (Россия) и Mazda (Япония).

Принцип работы ротора. Разные конструкции и разработки роторных двигателей. Механизм работы роторного-поршневого двигателя

С изобретением двигателя внутреннего сгорания прогресс в развитии автомобилестроения шагнул далеко вперед. Несмотря на то, что общее устройство ДВС оставалось одинаковым, данные агрегаты постоянно усовершенствовались. Наряду с этими моторами появлялись более прогрессивные агрегаты роторного типа. Но почему они так и не получили широкого распространения в автомобильном мире? Ответ на этот вопрос мы рассмотрим в статье.

История возникновения агрегата

Двигатель роторного типа был сконструирован и испытан разработчиками Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде в 1957 году. Первый автомобиль, на который был установлен данный агрегат, - спорткар NSU «Спайдер». Исследования показали, что при мощности мотора в 57 лошадиных сил данная машина имела возможность разогнаться до колоссальных 150 километров в час. Производство автомобилей «Спайдер» в комплектации с 57-сильным роторным двигателем длилось около 3-х лет.

После этого данным типом двигателей стали оснащать автомобиль NSU Ro-80. Впоследствии роторные моторы устанавливались на «Ситроены», «Мерседесы», ВАЗы и «Шевроле».

Одним из самых распространенных автомобилей с роторным двигателем является японский спорткар «Мазда» модели Cosmo Sport. Также японцы стали оснащать данным мотором модель RX. Принцип работы роторного двигателя («Мазда» RX) заключался в постоянном вращении ротора с переменой тактов работы. Но об этом немного позже.

В нынешнее время японский автопроизводитель не занимается серийным выпуском машин с роторными двигателями. Последней моделью, на которую ставился такой мотор, стала «Мазда» RX8 модификации Spirit R. Однако в 2012 году производство данной версии автомобиля было прекращено.

Устройство и принцип работы

Какой имеет роторный двигатель принцип функционирования? Данный тип моторов отличается 4-тактным циклом действия, как и на классическом ДВС. Однако принцип работы роторно-поршневого двигателя немного отличается от такового у обычных поршневых.

В чем главная особенность данного мотора? Роторный двигатель Стирлинга имеет в своей конструкции не 2, не 4 и не 8 поршней, а всего один. Называется он ротором. Вращается данный элемент в цилиндре специальной формы. Ротор насаживается на вал и соединяется с зубчатым колесом. Последнее имеет шестеренчатое сцепление со стартером. Вращение элемента происходит по эпитрохоидальной кривой. То есть лопасти ротора попеременно перекрывают камеру цилиндра. В последней происходит сгорание топлива. Принцип работы роторного двигателя («Мазда» Cosmo Sport в том числе) заключается в том, что за один оборот механизм толкает три лепестка жестких кругов. В то время как деталь вращается в корпусе, три отсека внутри меняют свой размер. Благодаря изменению размеров в камерах создается определенное давление.

Фазы работы

Как действует роторный двигатель? Принцип работы (gif-изображения и схему РПД вы можете увидеть ниже) данного мотора заключается в следующем. Функционирование двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:

  1. Подачи топлива. Это первая фаза работы двигателя. Она происходит в тот момент, когда вершина ротора находится на уровне отверстия подачи. Когда камера открыта для основного отсека, ее объем приближается к минимуму. Как только ротор вращается мимо нее, в отсек попадает топливно-воздушная смесь. После этого камера снова становится закрытой.
  2. Сжатия . Когда ротор продолжает свое движение, пространство в отсеке уменьшается. Таким образом, происходит сжатие смеси из воздуха и топлива. Как только механизм проходит отсек со свечей зажигания, объем камеры снова уменьшается. В этот момент происходит воспламенение смеси.
  3. Воспламенения . Зачастую роторный двигатель (ВАЗ-21018 в том числе) имеет несколько свечей зажигания. Это обусловлено большой длиной камеры сгорания. Как только свеча воспламеняет горючую смесь, уровень давления внутри увеличивается в десятки раз. Таким образом, ротор снова приводится в действие. Далее давление в камере и количество газов продолжают расти. В этот момент происходит перемещение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет выхлопной отсек.
  4. Выпуска газов. Когда ротор проходит данный отсек, газ под высоким давлением начинает свободно перемещаться в выхлопную трубу. При этом движение механизма не прекращается. Ротор стабильно вращается до тех пор, пока объем камеры сгорания снова не упадет до минимума. К этому времени из мотора выдавится оставшееся количество отработавших газов.

Именно такой имеет роторный двигатель принцип работы. ВАЗ-2108, на который также монтировался РПД, как и японская «Мазда», отличался тихой работой мотора и высокими динамическими характеристиками. Но в серийное производство данная модификация так и не была запущена. Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы.

Недостатки и преимущества

Не зря данный мотор привлек внимание столь многих автопроизводителей. Его особый принцип работы и конструкция имеют целый ряд преимуществ по сравнению с другими типами ДВС.

Итак, какие имеет роторный двигатель плюсы и минусы? Начнем с явных преимуществ. Во-первых, роторный двигатель имеет наиболее сбалансированную конструкцию, а потому практически не вызывает высоких вибраций при работе. Во-вторых, данный мотор имеет более легкий вес и большую компактность, а потому его установка особо актуальна для производителей спорткаров. Кроме того, небольшой вес агрегата дал возможность конструкторам добиться идеальной развесовки нагрузок по осям. Таким образом, автомобиль с данным двигателем становился более устойчивым и маневренным на дороге.

Ну и, конечно же, простора конструкции. Несмотря на то же самое количество тактов работы, устройство данного двигателя гораздо проще, чем у поршневого аналога. Для создания роторного мотора требовалось минимальное количество узлов и механизмов.

Однако главный козырь данного двигателя заключается не в массе и низких вибрациях, а в высоком КПД. Благодаря особому принципу работы роторный мотор имел большую мощность и коэффициент полезного действия.

Теперь о недостатках. Их оказалось намного больше, чем преимуществ. Основная причина, по которой производители отказывались покупать такие моторы, заключалась в их высоком расходе топлива. В среднем на сто километров такой агрегат тратил до 20 литров горючего, а это, согласитесь, немалый расход по сегодняшним меркам.

Сложность производства деталей

Кроме того, стоит отметить высокую стоимость производства деталей данного двигателя, которая объяснялась сложностью изготовления ротора. Для того чтобы данный механизм правильно прошел эпитрохоидальную кривую, нужна высокая геометрическая точность (для цилиндра в том числе). Поэтому при изготовлении роторных двигателей невозможно обойтись без специализированного дорогостоящего оборудования и особых знаний в технической области. Соответственно, все эти затраты заранее закладываются в цену автомобиля.

Перегревы и высокие нагрузки

Также из-за особой конструкции данный агрегат был часто подвержен перегреву. Вся проблема заключалась в линзовидной форме камеры сгорания.

В отличие от нее, классические ДВС имеют сферическую конструкцию камеры. Топливо, которое сгорает в линзовидном механизме, превращается в тепловую энергию, расходуемую не только на рабочий ход, но и на нагрев самого цилиндра. В конечном итоге частое «закипание» агрегата приводит к быстрому износу и выходу его из строя.

Ресурс

Не только цилиндр терпит большие нагрузки. Исследования показали, что при работе ротора значительная часть нагрузок ложится на уплотнители, расположенные между форсунками механизмов. Они подвергаются постоянному перепаду давления, потому максимальный ресурс двигателя составляет не более 100-150 тысяч километров.

После этого мотору требуется капитальный ремонт, стоимость которого порой равносильна покупке нового агрегата.

Расход масла

Также роторный двигатель очень требователен к обслуживанию.

Расход масла у него составляет более 500 миллилитров на 1 тысячу километров, что заставляет заливать жидкость каждые 4-5 тыс. километров пробега. Если вовремя не произвести замену, мотор попросту выйдет из строя. То есть к вопросу обслуживания роторного двигателя нужно подходить более ответственно, иначе малейшая ошибка чревата дорогостоящим ремонтом агрегата.

Разновидности

На данный момент существует пять разновидностей данных типов агрегатов:

Роторный двигатель (ВАЗ-21018-2108)

История создание ВАЗовских роторных ДВС датируется 1974 годом. Именно тогда было создано первое конструкторское бюро РПД. Однако первый разработанный нашими инженерами двигатель имел схожую конструкцию с мотором Ванкеля, который укомплектовывался на импортные седаны NSU Ro80. Советский аналог получил название ВАЗ-311. Это самый первый советский роторный двигатель. Принцип работы на ВАЗовских автомобилях данного мотора имеет одинаковый алгоритм действия РПД Ванкеля.

Первым автомобилем, на который стали устанавливать данные двигатели, стал ВАЗ модификации 21018. Машина практически ничем не отличалась от своего «предка» - модели 2101 - за исключением используемого ДВС. Под капотом новинки стоял односекционный РПД мощностью в 70 лошадиных сил. Однако в результате исследований на всех 50 образцах моделей были обнаружены многочисленные поломки мотора, которые заставили Волжский завод отказаться от применения данного типа ДВС на своих автомобилях на ближайшие несколько лет.

Основная причина неисправностей отечественного РПД заключалась в ненадежных уплотнениях. Однако советские конструкторы решили спасти данный проект, презентовав миру новый 2-секционный роторный двигатель ВАЗ-411. Впоследствии был разработан ДВС марки ВАЗ-413. Основные их различия заключались в мощности. Первый экземпляр развивал до 120 лошадиных сил, второй - порядка 140. Однако в серию данные агрегаты снова не вошли. Завод принял решение ставить их только на служебные автомобили, использовавшиеся в ГАИ и КГБ.

Моторы для авиации, «восьмерок» и «девяток»

В последующие годы разработчики пытались создать роторный мотор для отечественной малой авиации, однако все попытки оказались безрезультатными. В итоге конструкторы снова занялись разработкой двигателей для легковых (теперь уже переднеприводных) автомобилей ВАЗ серии 8 и 9. В отличие от своих предшественников новоразработанные моторы ВАЗ-414 и 415 являлись универсальными и могли использоваться на заднеприводных моделях авто типа «Волга», «Москвич» и так далее.

Характеристики РПД ВАЗ-414

Впервые данный двигатель появился на «девятках» лишь в 1992 году. По сравнению со своими «предками» данный мотор имел следующие преимущества:

  • Высокую удельную мощность, которая давала возможность машине набрать «сотню» всего за 8-9 секунд.
  • Большой коэффициент полезного действия. С одного литра сгоревшего топлива удавалось получить до 110 лошадиных сил мощности (и это без какой-либо форсировки и дополнительной расточки блока цилиндров).
  • Высокий потенциал для форсирования. При правильной настройке можно было увеличить мощность двигателя на несколько десятков лошадиных сил.
  • Высокооборотистость мотора. Такой двигатель способен был работать даже при 10 000 об./мин. При таких нагрузках мог функционировать только роторный двигатель. Принцип работы классических ДВС не позволяет их эксплуатировать долго на высоких оборотах.
  • Относительно малый расход топлива. Если прежние экземпляры «съедали» на «сотню» порядка 18-20 литров топлива, то данный агрегат потреблял всего 14-15 в среднем режиме эксплуатации.

Сегодняшняя ситуация с РПД на Волжском автозаводе

Все вышеописанные двигатели не получили большой популярности, и вскоре их производство было свернуто. В дальнейшем Волжский автозавод пока не планирует возрождать разработку роторных двигателей. Так что РПД ВАЗ-414 так и останется скомканным клочком бумаги в истории отечественного машиностроения.

Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы и устройство.

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.

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.

Здравствуйте уважаемые автолюбители и читатели блога.Сегодня расскажу Вам, об альтернативном типе двигателя внутреннего сгорания, а именно роторном или же двигателе Ванкеля. Почему его называют роторным? Какие преимущества роторного двигателя внутреннего сгорания, перед обычным поршневым? Из чего он сделан и принцип его работы, почему не получил популярность и многое другое расскажу в этой статье.И так начнем,

Принцип работы роторного двигателя

В отличии, от обычного поршневого двигателя роторный не совершает возвратно поступательных движений, а просто крутится, следовательно и затраты на остановку в верхних и нижних мертвых точках нет. Благодаря этому свойству двигатель Ванкеля высокооборотистый.В плоском цилиндре находится ротор. Цилиндр сделан не круглый, а овальный, ротор имеет треугольную форму. В отличии, от поршневого у роторного двигателя нет коленвала, шатунов, противовесов, головки блока (с клапанами), что делает его конструкцию проще.
Почему не прижился роторный двигатель?

Недостатки роторного двигателя:

Так как пятно контакта ротора со стенками цилиндра небольшое, стала проблема герметизация камеры сгорания, впуска-выпуска. Так как при трении металл нагревается и расширяется, то без высокоточных расчетов не было бы никакого эффекта, компрессия бы падала, уменьшался бы КПД при прогревании двигателя. Роторный двигатель склонен к перегревам в отличии от поршневого ДВС.Из рисунка видно что сам овал нагревается неравномерно: в камере сгорания температура выше, чем во впуске – выпуске, следовательно, цилиндр расширяется в разных местах по разному и приходится использовать высокотехнологический материал в разных местах цилиндра.Чтобы поджечь топливо используют две свечи зажигания из за особенностей камеры сгорания, и в отличии от четырехтактного поршневого двигателя мощность выдается 3 /4 рабочего времени ДВС (как 6 цилиндровый), а КПД составляет около 40% против 20% у поршневого двигателя.Это можно отнести к преимуществам роторного двигателя.Из-за таких особенностей ресурс двигателя маленький 60 -80 тыс. км., что делает его непригодным для повседневной езды в городе, к этому же добавляется большой расход топлива на малых оборотов, опять же в сравнении с обычным ДВС. При объеме 1.3 литра двигатель Ванкеля может потреблять до 20 литров топлива в городе и выдавать мощность 250 л.с. и этом быть малогабаритным.Поэтому такой тип двигателя подходит для гонок, где нужна динамика.В нашей стране был разработан такой двигатель и устанавливался на классику (ВАЗ 21079) для спецслужб, но не прижился. Одним из самых распространенных автомобилей с двигателем Ванкеля является Mazda RX 8, который совершенствует его.

Роторный двигатель является одной из разновидностей тепловых ДВС. Первый роторный двигатель, принцип работы которого кардинально отличается от традиционного двигателя внутреннего сгорания, появился в 19 веке.

Его особенностью было использование не возвратно поступательных движений, как в классическом ДВС, а вращение в специальном овальном корпусе трехгранного ротора. Такая схема применялась в первых поршневых паровых машинах и дала толчок к активному проектированию и созданию роторных паровых двигателей. С роторного парового двигателя и начиналась история двигателя внутреннего сгорания роторного типа. Впервые схему классического роторно-поршневого (двигателя Ванкеля) разработали в конце 1950-х годов в немецкой фирме NSU, авторами стали Феликс Ванкель и Вальтер Фройде.

Конструкция

Давайте рассмотрим основные части РПД:

  • корпус двигателя;
  • ротор;
  • выходной вал.

Как и любой другой двигатель внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля имеет корпус, который включает основную рабочую камеру, в нашем случае – овальной формы.

Форма камеры сгорания (овал) обусловлена применением трехгранного ротора, грани которого при соприкосновении со стенками камеры сгорания овальной формы образуют изолированные закрытые контуры. В этих изолированных контурах и происходят все такты работы РПД:

Такая компоновка позволяет обойтись без впускных и выпускных клапанов. Впускные и выпускные отверстия находятся по бокам камеры сгорания, а соединены напрямую к системе питания и системе выпуска отработанных газов.

Следующей составной частью роторного мотора является непосредственно ротор. В РПД ротор выполняет функцию поршней в обычном двигателе. Своей формой ротор похож на треугольник с закругленными наружу краями и вдающимися внутрь гранями. Закругление краев ротора необходимо для лучшего уплотнения камеры сгорания. Выборка внутри грани нужна для увеличения объема камеры сгорания, правильного горения топливно-воздушной смеси и увеличения скорости вращения ротора. Вверху каждой грани и по ее бокам находятся металлические пластины, задача которых состоит в уплотнении камеры сгорания, аналогично поршневым кольцам классического ДВС. Внутри ротора расположены зубцы, вращающие привод, который, в свою очередь, вращает выходной вал.

Классический мотор имеет коленчатый вал, в РПД его функцию выполняет выходной вал. Относительно центра выходного вала расположены выступы-кулачки в форме полукругов. Выступы-кулачки несимметричны по отношению к центру и явно смещены относительно центра оси. На каждый выступ-кулачок выходного вала приходится по своему ротору. Вращательное движение каждого ротора, передаваемое на выступ-кулачок, заставляет выходной вал вращаться вокруг своей оси, что, в свою очередь, создает крутящий момент на выходном валу.

Рабочие такты РПД

Давайте теперь более подробно рассмотрим принцип работы роторного двигателя и рабочие процессы, происходящие внутри него. Как и классический мотор, двигатель Ванкеля имеет те же такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска.

Начало такта впуска происходит в момент прохода одной из вершин ротора впускного канала корпуса мотора. В этот момент в постепенно расширяющуюся камеру сгорания всасывается топливно-воздушная смесь либо просто воздух, в зависимости от компоновки системы подачи топлива. При дальнейшем вращении ротора к точке, когда вторая вершина проходит впускной канал, начинается такт сжатия топливно-воздушной смеси. Давление смеси вместе с движением ротора постепенно нарастает и достигает своего пика в момент прохождения зоны свечей зажигания. В момент воспламенения начинается такт рабочего хода ротора.

В связи с особой формой камеры сгорания, вытянутой вдоль стенки корпуса, целесообразно использовать две свечи зажигания. Использование двух свечей позволяет быстро и равномерно произвести поджиг топливно-воздушной смеси, что гарантирует быстрое, плавное и равномерное распространение фронта пламени.

Две свечи может иметь и обычный поршневой мотор, например некоторые спортивные двигатели, но в РПД использование двух свечей зажигания просто необходимо.

Образовавшееся давление газов поворачивает ротор на эксцентрике вала, что в свою очередь приводит к возникновению крутящего момента на выходном валу. При приближении к выпускному каналу вершины ротора давление в камере сгорания плавно снижается. Вращаясь по инерции, вершина ротора достигает выпускного канала, начинается такт выпуска. Выхлопные газы устремляются в выпускной канал, и как только вершина ротора достигает впускного канала, снова начинается такт впуска.

Система питания и смазка

Роторный мотор не имеет принципиальных отличий от классического ДВС в системах зажигания, топливоподачи и охлаждения. Однако система смазки имеет свои особенности. Для смазывания движущихся частей масло подается прямо в камеру сгорания через специальное отверстие, поэтому сгорает вместе с топливно-воздушной смесью как в двухтактном двигателе.
Как и любая техническая конструкция, роторный мотор обладает своими преимуществами и недостатками.

Достоинствами роторно-поршневого двигателя

  1. Обладая малым весом и габаритами, роторный мотор имеет больше возможностей для достижения правильной развески и улучшения управляемости, а так же делает автомобиль более просторным в салоне;
  2. более высокая удельная мощность по сравнению с классическими моторами;
  3. более ровная и широкая полка крутящего момента;
  4. отсутствие кривошипно-шатунного механизма, клапанов, пружин, газораспределительного механизма, а вместе с ним и распредвалов, ремня грм или цепи;
  5. хорошая сбалансированность и плавность работы РПД, которую можно сравнить с работой рядной «шестерки»;
  6. меньшая склонность к детонации;
  7. отсутствие кривошипно-шатунного механизма, а вследствие этого отсутствие необходимости преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращение коленчатого вала, делает РПД более оборотистым нежели обычный мотор;

Недостатки

  1. Необходимость применения эксцентрикового механизма для соединения ротора и вала увеличивает давление между трущимися деталями, что вместе с высокой температурой повышает износ двигателя. Именно поэтому выдвигаются повышенные требованию к качеству масла и периодичности его смены;
  2. быстрый износ уплотнителей ротора вследствие малой площади пятна контакта и высокому перепаду давлений. Таким образом, роторный мотор быстро теряет свой КПД, экологические показатели ухудшаются;
  3. линзовидная форма камеры сгорания гораздо хуже отдает тепло, нежели сферическая камера сгорания, что обуславливает склонность к перегреву;
  4. низкие показатели экономичности на малых и средних оборотах, по сравнению с обычным двигателем внутреннего сгорания;
  5. роторный мотор имеет очень высокие требования к обработке деталей и квалификации персонала при производстве данного типа двигателя;
  6. необходимость добавления масла во время рабочих тактов РПД обуславливает плохие экологические характеристики;

Современные реалии

В настоящее время наибольших успехов в производстве роторных двигателей добились инженеры корпорации Mazda. Последняя генерация их двигателя Ванкеля, под названием «Renesis», совершила настоящий прорыв. Им удалось не только решить главные проблемы данного типа ДВС, такие как повышенный расход топлива и токсичность, но и снизить потребление масла на 50%, тем самым доведя экологические показатели до норм Euro 4. Новое поколение РПД Mazda могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород, что делает этот мотор интересными и перспективными для использования в будущем.

Когда автомобили с поршневыми двигателями внутреннего сгорания уже широко распространились по всему миру, некоторые инженеры попытались разработать роторные двигатели, такие же эффективные и мощные. Существенных успехов добились специалисты из Германии, что неудивительно, ведь именно в этой стране изобрели автомобиль.

Немного истории

В 1957 году свет увидел первый роторно-поршневой двигатель. Впоследствии он был назван именем одного из разработчиков - Феликса Ванкеля. Второй человек, Вальтер Фройде, участвующий в процессе изобретения, незаслуженно попал в тень соавтора. Оба инженера были представителями немецкой компании NSU, производившей авто и мототехнику.

Годом позднее выпустили первый автомобиль с РПД. К сожалению, даже главных конструкторов модель новой машины не удовлетворила. Дви́гатель доработали, и в конце 60-х годов на свет появился седан, получивший звание «Авто года». Это был Ro-80 той же компании NSU. До 100 км он разгонялся всего за 12,8 с, развивал скорость до 180 км/ч, а весил немногим больше тонны. По тем временам это были грандиозные показатели. Лицензию на производство роторных моторов стали сразу же приобретать одна автомобильная компания за другой.

Неизвестно, как сложилась бы судьба изобретения Ванкеля, если бы в 1973 году не начался энергетический кризис, и цены на нефть резко повысились. Роторный двигатель внутреннего сгорания съедал слишком много топлива, поэтому от его применения начали отказываться.

В конце 90-х авто с моторами Ванкеля выпускали только Россия и Япония. Российские автомобили ВАЗ, оснащенные РПД, малоизвестны, а вот японским моделям удалось добиться мировой популярности.

В настоящее время автомобили с роторными двигателями производит лишь компания Mazda. Японским специалистам удалось усовершенствовать автомобильный мотор до такой степени, что он стал потреблять в 2 раза меньше масла и на 40% меньше топлива. Токсичность выхлопов также сократилась, и двигатель теперь соответствует европейским экологическим стандартам. Новым витком в развитии РПД стало применение водорода в качестве топлива.


Основы устройства роторного двигателя

Чтобы понять, как работает роторный двигатель, надо разобраться с его устройством. Две важные детали РПД - ротор и статор. Ротор, установленный на валу, вращается вокруг неподвижной шестерни - статора. Соединение с шестерней происходит посредством зубчатого колеса. Делают ротор из легированной стали и помещают в цилиндрический корпус.

Ротор двигателя в поперечном срезе имеет треугольную форму, его грани выпуклые, а три вершины постоянно контактируют с внутренней поверхностью корпуса. Таким образом, пространство цилиндра разделяется на три камеры. В результате вращения объем камер меняется. В определенный момент, из-за особенностей формы профиля корпуса, камер становится четыре.

  • На первом этапе в одну из камер через отверстие (впускное окно) запускается топливо.
  • Далее объем камеры с топливом уменьшается, впускное окно полностью закрывается и начинается сжатие топлива.
  • На следующем этапе образуется четыре камеры, срабатывают свечи (их две), происходит возгорание топлива, и совершается полезная работа мотора.
  • При дальнейшем вращении ротора открывается выпускное окно, в которое выходят продукты горения (выхлопные газы).


Как только выпускное окно закрывается, открывается впускное отверстие и цикл повторяется.

Один рабочий цикл совершается за один полный оборот вала. Чтобы поршневой двигатель совершил такую же работу, он должен быть двухцилиндровым.

Для обеспечения герметичности на вершинах ротора устанавливают уплотнительные пластины. К цилиндру их придавливают пружины и центробежная сила, добавляется также давление газа.

Чтобы лучше понять, как устроен роторный двигатель, и что это такое вообще, необходимо изучить схему. На ней представлено поперечное сечение агрегата и процессы, происходящие при движении ротора. Схема роторного мотора показывает, какие этапы проходит ротор, играющий роль поршня.

Типы роторных двигателей

Древнейшие роторные двигатели - это водяные мельницы, в которых колесо вращается от действия воды и передает энергию валу. Устройство современно роторного двигателя, работающего на топливе, значительно сложнее. В нем камера может быть:

  • герметично закрыта;
  • постоянно контактировать с внешней средой.


Первый тип устройств применяют на средствах передвижения, а второй в газовых турбинах. Двигатели с закрытой камерой в свою очередь разделяются на несколько видов. Классификация роторных моторов следующая.

  1. Ротор вращается попеременно то в одну, то в другую сторону, его движение неравномерно.
  2. Вращение происходит в одну сторону, но скорость меняется, движение пульсирующее.
  3. Двигатели с уплотнительными заслонками, сделанными в виде лопастей.
  4. Равномерно вращающийся ротор с заслонками, которые движутся вместе с ротором и выполняют функцию уплотнителя.
  5. Двигатели с ротором, совершающим планетарное движение.

Существует также еще два вида типа роторных двигателей, в которых главный элемент равномерно вращается. Они отличаются организацией рабочей камеры и конструкцией уплотнителей. Двигатель Ванкеля относится к пятому пункту из представленного выше списка.

Преимущества РПД

Рассмотрев устройство роторного двигателя и принцип работы, можно понять, что он полностью отличается от поршневого. Роторный двигатель внутреннего сгорания более компактный, состоит из меньшего количества деталей, а его удельная мощность больше, чем у поршневого мотора.

РПД легче уравновесить, чтобы свести вибрации к минимуму. Это позволяет устанавливать его на легкий транспорт, например, микроавтомобили.

Количество деталей меньше, чем у поршневого двигателя почти в 2 раза. Размеры тоже значительно меньше, и такое преимущество упрощает развесовку по осям, позволяет добиться большей устойчивости на дороге.


Традиционный поршневой двигатель совершает полезную работу только за два оборота вала, а в роторном двигателе полезная работа совершается за один оборот ротора. Это является причиной быстрого разгона автомобилей с РПД.

Высокий расход топлива РПД

Устройство и принцип работы роторного двигателя на удивление просты, понятны и остроумны. Почему же он не получил распространения подобно поршневому ДВС? Не последнее место здесь занимает экономичность.

Роторный двигатель внутреннего сгорания потребляет слишком много топлива. При объеме всего 1,3 литра на каждые 100 км уходит почти 20 литров бензина. По этой причине запускать массовое производство автомобилей с РПД решились не многие компании.

В свете последних событий на Ближнем Востоке, когда за ресурсы ведется ожесточенная война, а цены на нефть и газ остаются по-прежнему довольно высокими, ограниченное применение РПД вполне понятно.

Другие важные недостатки

Следующим недостатком роторно-поршневого двигателя является быстрый износ уплотнителей, расположенных по ребрам ротора. Износ этот происходит по причине быстрого вращения, и как следствие, трения ребер о стенки камеры.


В дополнение к этому усложняется система смазки ребер. Компания Мазда сделала форсунки, которые впрыскивают масло в камеру сгорания. В связи с этим требования к качеству масла повысились. Постоянной обильной смазки также требует главный вал, вокруг которого происходит движение.

Техническое решение вопросов смазки требовало особого подхода, и справиться с задачей смогли только японские инженеры после долгих лет экспериментов.

Температура выхлопных газов у РПД выше, чем у поршневого двигателя. Это связано с относительно малой длиной рабочего хода грани ротора. Процесс горения едва успевает закончиться, как грань уже переместилась настолько, что открывается выпускное окно. В результате в выхлопную трубу выходят газы, которые полностью не передали давление ротору, и температура их высока. В атмосферу также попадает небольшая часть недогоревшей топливной смеси, что отрицательно сказывается на окружающей среде.

В роторном двигателе сложно обеспечить герметичность камеры сгорания. В процессе работы стенки статора неравномерно разогреваются и расширяются. В результате возможны утечки газа. Особенно нагревается та часть, в которой происходит сгорание. Чтобы справить с этой проблемой, различные части делают из разных сплавов. Это в свою очередь усложняет и удорожает процесс производства двигателей.


На стоимость производства роторно-поршневых двигателей Ванкеля не лучшим образом влияет сложная форма камеры. На самом деле у цилиндра не овальное сечение, как иногда говорят. Сечение имеет форму эпитрохоида и требует высокоточного исполнения.

Итак, становится понятно, что у роторного двигателя есть плюсы и минусы. Их можно свести в следующую таблицу.

Из-за быстрого износа деталей ресурс роторного двигателя составляет около 65 тыс. км. Для сравнения ресурс традиционного двигателя внутреннего сгорания в 2, а то и в 3 раза больше. Обслуживание роторно-поршневых двигателей требует большей ответственности, поэтому они привлекают внимание преимущественно профессионалов. Частично инженерам удалось устранить недостатки автомобилей с РПД, но некоторые из них все же остались.

Роторно-поршневые двигатели Мазды

В то время как другие мировые производители отказались от производства роторных двигателей, корпорация Mazda продолжила работу над ними. Ее специалисты усовершенствовали конструкцию и получили мощный мотор, способный конкурировать с лучшими европейскими агрегатами.

Работать с роторно-поршневым двигателем японцы начали еще в 1963 году. Они выпустили несколько моделей автобусов, грузовиков и легковых авто.

С 1978 по 2003 год компания производила знаменитый спорткар RX-7. Его приемником стала модель RX-8, получившая более 30 наград на международных моторных выставках.

На RX-8 был установлен двигатель Renesis (Rotary Engine Genesis). В разной комплектации автомобиль продавался по всему миру. Самые мощные модели (250 л. с., 8,5 тыс. оборотов в минуту) продавали в Северной Америке и Японии. В 2007 годы в Токио на автосалоне представили концепт кар с мотором Renesis II мощность 300 л. с.

В 2009 году автомобили Мазда с роторным мотором были запрещены в Европе, поскольку выброс углекислого газа превышал существующие на тот момент нормы. В 2102 году массовое производство японских автомобилей с роторными двигателями было прекращено. На данный момент РПД от компании Mazda устанавливают только на спортивные гоночные автомобили.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя ванкеля, история создания и развития. Что такое роторный двигатель Чем отличается роторный двигатель от поршневого

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.

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!




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 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

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.

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.

Система газораспределения которого реализована за счёт вращения цилиндра. Цилиндр совершает вращательное движение попеременно проходя впускной и выпускной патрубок, поршень при этом совершает возвратно-поступательные движения.

Британская компания RCV Engines была создана в 1997 году специально для проработки, испытаний и, наконец, продвижения на рынок всего одного изобретения. Оно, собственно, и зашифровано в названии фирмы: «Вращающийся цилиндр-клапан» - Rotary Cylinder Valve - RCV. К настоящему времени базирующаяся в Вимборне компания не только отладила технологию, но доказала работоспособность этой новой концепции. Она уже наладила серийный выпуск линейки маленьких четырёхтактных моторчиков с рабочим объёмом от 9,5 до 50 «кубиков», предназначенных для авиамоделей, газонокосилок, ручных мотопил и подобной техники. Но вот 1 февраля 2006 года компания презентовала первый образец 125-кубового двигателя для скутеров , благодаря чему дала многим людям повод впервые познакомиться с этой мало известной пока технологией - RCV.

Авторы изобретения заявляют о снижении себестоимости двигателей (на несколько процентов) за счёт сокращения числа деталей, и повышении их удельной мощности как на единицу объёма, так и на единицу веса, по сравнению с аналогами того же класса (процентов на 20).

Принцип работы

Итак, перед нами четырёхтактный двигатель , в котором нет привычных клапанов и всей системы их привода. Вместо них британцы заставили работать распределителем газов сам рабочий цилиндр двигателя, который в моторах RCV вращается вокруг своей оси.

Поршень при этом совершает точно те же движения, что и раньше. А вот стенки цилиндра вращаются вокруг поршня (цилиндр закреплён внутри мотора на двух подшипниках).

С края цилиндра устроен патрубок, который попеременно открывается к впускному или выпускному окну. Предусмотрено тут и скользящее уплотнение, работающее аналогично поршневым кольцам - оно позволяет цилиндру расширяться при нагревании, не теряя герметичность.

Свеча расположена по центру и вращается вместе с цилиндром. Судя по всему, тут применён скользящий графитный контакт, хорошо знакомый автомобилистам по старым механическим распределителям зажигания.

Приводят цилиндр во вращение всего три шестерёнки: одна на цилиндре, одна на коленчатом валу и одна - промежуточная. Естественно, скорость вращения цилиндра - вдвое меньше оборотов коленвала.

См. также

Источники

Напишите отзыв о статье "Роторно-цилиндро-клапанный двигатель"

Отрывок, характеризующий Роторно-цилиндро-клапанный двигатель

С приближением неприятеля к Москве взгляд москвичей на свое положение не только не делался серьезнее, но, напротив, еще легкомысленнее, как это всегда бывает с людьми, которые видят приближающуюся большую опасность. При приближении опасности всегда два голоса одинаково сильно говорят в душе человека: один весьма разумно говорит о том, чтобы человек обдумал самое свойство опасности и средства для избавления от нее; другой еще разумнее говорит, что слишком тяжело и мучительно думать об опасности, тогда как предвидеть все и спастись от общего хода дела не во власти человека, и потому лучше отвернуться от тяжелого, до тех пор пока оно не наступило, и думать о приятном. В одиночестве человек большею частью отдается первому голосу, в обществе, напротив, – второму. Так было и теперь с жителями Москвы. Давно так не веселились в Москве, как этот год.
Растопчинские афишки с изображением вверху питейного дома, целовальника и московского мещанина Карпушки Чигирина, который, быв в ратниках и выпив лишний крючок на тычке, услыхал, будто Бонапарт хочет идти на Москву, рассердился, разругал скверными словами всех французов, вышел из питейного дома и заговорил под орлом собравшемуся народу, читались и обсуживались наравне с последним буриме Василия Львовича Пушкина.
В клубе, в угловой комнате, собирались читать эти афиши, и некоторым нравилось, как Карпушка подтрунивал над французами, говоря, что они от капусты раздуются, от каши перелопаются, от щей задохнутся, что они все карлики и что их троих одна баба вилами закинет. Некоторые не одобряли этого тона и говорила, что это пошло и глупо. Рассказывали о том, что французов и даже всех иностранцев Растопчин выслал из Москвы, что между ними шпионы и агенты Наполеона; но рассказывали это преимущественно для того, чтобы при этом случае передать остроумные слова, сказанные Растопчиным при их отправлении. Иностранцев отправляли на барке в Нижний, и Растопчин сказал им: «Rentrez en vous meme, entrez dans la barque et n"en faites pas une barque ne Charon». [войдите сами в себя и в эту лодку и постарайтесь, чтобы эта лодка не сделалась для вас лодкой Харона.] Рассказывали, что уже выслали из Москвы все присутственные места, и тут же прибавляли шутку Шиншина, что за это одно Москва должна быть благодарна Наполеону. Рассказывали, что Мамонову его полк будет стоить восемьсот тысяч, что Безухов еще больше затратил на своих ратников, но что лучше всего в поступке Безухова то, что он сам оденется в мундир и поедет верхом перед полком и ничего не будет брать за места с тех, которые будут смотреть на него.

» у большинства людей вызывает ассоциации с цилиндрами и поршнями, системой газораспределения и кривошипно-шатунным механизмом. Все потому, что подавляющее большинство автомобилей снабжено классическим и ставшим наиболее популярным типом двигателей – поршневым.

Сегодня речь пойдет о роторно-поршневом двигателе Ванкеля, который обладает целым набором выдающихся технических характеристик, и в свое время должен был открыть новые перспективы в автомобилестроении, но не смог занять достойного места и массовым не стал.

История создания

Самым первым тепловым двигателем роторного типа принято считать эолипил. В первом веке нашей эры его создал и описал греческий механик-инженер Герон Александрийский.

Конструкция эолипила довольна проста: на оси, проходящей через центр симметрии, расположена вращающаяся бронзовая сфера. Водяной пар, используемый как рабочее тело, истекает из двух сопел, установленных в центре шара друг напротив друга и перпендикулярно оси крепления.


Механизмы водяных и ветряных мельниц, использующих в качестве энергии силу стихии, тоже можно отнести к роторным двигателям древности.

Классификация роторных двигателей

Рабочая камера роторного ДВС может быть герметично замкнутой или иметь постоянную связь с атмосферой, когда от окружающей среды ее отделяют лопасти роторной крыльчатки. По такому принципу построены газовые турбины.

Среди роторно-поршневых двигателей с замкнутыми камерами сгорания специалисты выделяют несколько групп. Разделение может происходить по: наличию или отсутствию уплотнительных элементов, по режиму работы камеры сгорания (прерывисто-пульсирующий или непрерывный), по типу вращения рабочего органа.


Стоит отметить, что у большинства описываемых конструкций нет действующих образцов и они существуют на бумаге.
Классифицировал их русский инженер И.Ю. Исаев, который сам занят созданием совершенного роторного двигателя. Он произвел анализ патентов России, Америки и других стран, всего более 600.

Роторный ДВС с возвратно-вращательным движением

Ротор в таких двигателях не вращается, а совершает возвратно-дуговые качания. Лопатки на роторе и статоре неподвижны, и между ними происходят такты расширения и сжатия.

С пульсирующе-вращательным, однонаправленным движением

В корпусе двигателя расположены два вращающихся ротора, сжатие происходит между их лопастей в моменты сближения, а расширение в момент удаления. Из-за того что вращение лопастей происходит неравномерно, требуется разработка сложного механизма выравнивания.

С уплотнительными заслонками и возвратно-поступательными движениями

Схема с успехом применяемая в пневмомоторах, где вращение осуществляется за счет сжатого воздуха, не прижилась в двигателях внутреннего сгорания по причине высокого давления и температур.

С уплотнителями и возвратно-поступательными движениями корпуса

Схема аналогична предыдущей, только уплотнительные заслонки расположены не на роторе, а на корпусе двигателя. Недостатки те же: невозможность обеспечить достаточную герметичность лопаток корпуса с ротором сохраняя их подвижность.

Двигатели с равномерным движением рабочего и иных элементов

Наиболее перспективные и совершенные виды роторных двигателей. Теоретически могут развивать самые высокие обороты и набирать мощность, но пока не удалось создать ни одной работающей схемы для ДВС.

С планетарным, вращательным движением рабочего элемента

К последним относится наиболее известная широкой общественности схема роторно-поршневого двигателя инженера Феликса Ванкеля.

Хотя существует огромное количество других конструкций планетарного типа:

  • Умплеби (Umpleby)
  • Грея и Друммонда (Gray & Dremmond)
  • Маршалла (Marshall)
  • Спанда (Spand)
  • Рено (Renault)
  • Томаса (Tomas)
  • Веллиндера и Скуга (Wallinder & Skoog)
  • Сенсо (Sensand)
  • Майлара (Maillard)
  • Ферро (Ferro)

История Ванкеля

Жизнь Феликса Генриха Ванкеля не была простой, рано оставшись сиротой (отец будущего изобретателя погиб в первой мировой войне), Феликс не мог собрать средства для обучения в университете, а рабочую специальность не позволяла получить сильная близорукость.

Это побудило Ванкеля на самостоятельное изучение технических дисциплин, благодаря чему в 1924 году ему пришла в голову идея создать роторный двигатель с вращающейся камерой внутреннего сгорания.


В 1929 году он получает патент на изобретение, которое и стало первым шагом к созданию знаменитого РПД Ванкеля. В 1933 году изобретатель, оказавшись в рядах противников Гитлера, проводит полгода в тюрьме. После освобождения разработками роторного двигателя заинтересовались в компании BMW и стали финансировать дальнейшие исследования, выделив для работы мастерскую в Ландау.

После войны она достается в качестве репарации французам, а сам изобретатель попадает в тюрьму, как пособник гитлеровского режима. Лишь в 1951 году, Феликс Генрих Ванкель устраивается на работу в компанию по производству мотоциклов «NSU» и продолжает исследования.


В том же году он начинает совместную работу с главным конструктором «NSU» Вальтером Фройде, который и сам давно занимается изысканиями в области создания роторно-поршневого двигателя для гоночных мотоциклов. В 1958 году первый образец двигателя занимает место на испытательном стенде.

Как работает роторный двигатель

Сконструированный Фройде и Ванкелем силовой агрегат, представляет собой ротор, выполненный в форме треугольника Рело. Ротор планетарно вращается вокруг шестерни, закрепленной в центре статора — неподвижной камеры сгорания. Сама камера выполнена в форме эпитрохоиды, которая отдаленно напоминает восьмерку с вытянутым наружу центром, она выполняет роль цилиндра.

Совершая движение внутри камеры сгорания, ротор образует полости переменного объема, в которых происходят такты двигателя: впуск, сжатие, воспламенение и выпуск. Камеры герметично отделены друг от друга уплотнителями – апексами, износ которых является слабым место роторно-поршневых двигателей.

Воспламенение топливо-воздушной смеси осуществляется сразу двумя свечами зажигания, поскольку камера сгорания имеет вытянутую форму и большой объем, что замедляет скорость горения рабочей смеси.

На роторном двигателе используется угол запоздания а не опережения, как на поршневом. Это необходимо чтобы воспламенение происходило чуть позже, и сила взрыва толкала ротор в нужном направлении.

Конструкция Ванкеля позволила значительно упростить двигатель, отказаться от множества деталей. Отпала необходимость в отдельном газораспределительном механизме , существенно уменьшились вес и размеры мотора.

Преимущества

Как говорилось ранее, роторный двигатель Ванкеля не требует такого большого количества деталей как поршневой, поэтому имеет меньшие размеры, вес и удельную мощность (количество «лошадей» на килограмм веса).

Нет кривошипно-шатунного механизма (в классическом варианте), что позволило снизить вес и вибронагруженность. Из-за отсутствия возвратно-поступательных движений поршней и малой массы подвижных частей, двигатель может развивать и выдерживать очень высокие обороты, практически мгновенно реагируя на нажатие педали газа.

Роторный ДВС выдает мощность в трех четвертях каждого оборота выходного вала, тогда как поршневой лишь на одной четверти.

Недостатки

Именно по причине того, что двигатель Ванкеля, при всех своих плюсах, имеет большое количество минусов, сегодня только Mazda продолжает развивать и совершенствовать его. Хотя патент на него купили сотни компаний, среди которых Toyota, Alfa Romeo, General Motors, Daimler-Benz, Nissan и другие.

Малый ресурс

Главный, и самый существенный недостаток – малый моторесурс двигателя. В среднем он равен 100 тысячам километров для России. В Европе, США и Японии этот показатель вдвое больше, благодаря качеству горючего и грамотному техническому обслуживанию.


Самую высокую нагрузку испытывают металлические пластины, апексы – радиальные торцевые уплотнители между камерами. Им приходится выдерживать высокую температуру, давление и радиальные нагрузки. На RX-7 высота апекса составляет 8.1 миллиметра, замена рекомендована при износе до 6.5, на RX-8 ее сократили до 5.3 заводских, а допустимый износ не более 4.5 миллиметров.

Важно контролировать компрессию, состояние масла и масляных форсунок, которые подают смазку в камеру двигателя. Основные признаки износа двигателя и приближающегося капитального ремонта – низкая компрессия, расход масла и затрудненный запуск «на горячую».

Низкая экологичность

Поскольку система смазки роторно-поршневого двигателя подразумевает прямой впрыск масла в камеру сгорания, а еще из-за неполного сгорания топлива, выхлопные газы имеют повышенную токсичность. Это затрудняло прохождение экологической проверки, нормам которой необходимо было соответствовать, чтобы продавать автомобили на американском рынке.

Для решения проблемы инженеры Mazda создали термальный реактор, который дожигал углеводороды перед выбросом в атмосферу. Впервые его установили на автомобиль Mazda R100.


Вместо того чтобы свернуть производство как другие, Mazda в 1972 году начала продажу автомобилей с системой снижения вредных выбросов для роторных двигателей REAPS (Rotary Engine Anti-Pollution System).

Высокий расход

Все авто с роторными двигателями отличает высокий расход горючего .

Кроме Mazda были еще Mercedes C-111, Corvette XP-882 Four Rotor (четырехсекционный, объем 4 литра), Citroen M35, но это в основном экспериментальные модели, да и из-за разгоревшегося в 80-х годах нефтяного кризиса их производство было приостановлено.

Малая длина рабочего хода ротора и серповидная форма камеры сгорания, не позволяют рабочей смеси прогореть полностью. Выпускное отверстие открывается еще до момента полного сгорания, газы не успевают передать всю силу давления на ротор. Поэтому и температура выхлопных газов этих двигателей такая высокая.

История отечественного РПД

В начале 80-х технологией заинтересовались и в СССР. Правда патент не был куплен, и до всего решили доходить своим умом, проще говоря – скопировать принцип работы и устройство роторного двигателя Mazda.

Для этих целей было создано конструкторское бюро, а в Тольятти цех для серийного производства. В 1976 году первый опытный образец односекционного двигателя ВАЗ-311, мощностью 70 л. с. установлен на 50 автомобилей. За очень короткий срок они выработали ресурс. Дала о себе знать плохая сбалансированность РЭМ (роторно-эксцентрикового механизма) и быстрый износ апексов.


Однако разработкой заинтересовались спецслужбы, для которых динамические характеристики мотора были куда важней ресурса. В 1982 году свет увидел двухсекционный роторный двигатель ВАЗ-411, с шириной ротора 70 см и мощностью 120 л. с., и ВАЗ-413 с ротором 80 см и 140 л. с. Позже моторами ВАЗ-414 оснащают машины КГБ, ГАИ и МВД.

Начиная с 1997 года на авто общего пользования ставят силовой агрегат ВАЗ-415, появляется Волга с трехсекционным РПД ВАЗ-425. Сегодня в России машины подобными моторами не комплектуются.

Список автомобилей с роторно-поршневым двигателем

Марка Модель
NSU Spider
Ro80
Mazda Cosmo Sport (110S)
Familia Rotary Coupe
Parkway Rotary 26
Capella (RX-2)
Savanna (RX-3)
RX-4
RX-7
RX-8
Eunos Cosmo
Rotary Pickup
Luce R-130
Mercedes C-111
XP-882 Four Rotor
Citroen M35
GS Birotor (GZ)
ВАЗ 21019 (Аркан)
2105-09
ГАЗ 21
24
3102


Список роторных двигателей Mazda

Тип Описание
40A Первый стендовый экземпляр, радиус ротора 90 мм
L8A Система смазки с сухим картером, радиус ротора 98 мм, объем 792 куб. см
10A (0810) Двухсекционный, 982 куб. см, мощность 110 л. с., смешение масла с топливом для смазки, вес 102 кг
10A (0813) 100 л. с., увеличение веса до 122 кг
10A (0866) 105 л. с., технология снижения выбросов REAPS
13A Для переднеприводной R-130, объем 1310 куб. см, 126 л. с., радиус ротора 120 мм
12A Объем 1146 куб. см, упрочнен материал ротора, увеличен ресурс статора, уплотнения из чугуна
12A Turbo Полупрямой впрыск, 160 л. с.
12B Единый распределитель зажигания
13B Самый массовый двигатель, объем 1308 куб. см, низкий уровень выбросов
13B-RESI 135 л. с., RESI (Rotary Engine Super Injection) и впрыск Bosch L-Jetronic
13B-DEI 146 л. с., переменный впуск, системы 6PI и DEI, впрыск с 4 инжекторами
13B-RE 235 л. с., большая HT-15 и малая HT-10 турбины
13B-REW 280 л. с., 2 последовательные турбины Hitachi HT-12
13B-MSP Renesis Экологичный и экономичный, может работать на водороде
13G/20B Трехроторные двигатели для автогонок, объем 1962 куб. см, мощность 300 л. с.
13J/R26B Четырехроторные, для автогонок, объем 2622 куб. см, мощность 700 л. с.
16X (Renesis 2) 300 л. с., концепт-кар Taiki

Правила эксплуатации роторного двигателя

  1. замену масла производить каждые 3-5 тысяч километров пробега. Нормальным считается расход 1.5 литра на 1000 км.
  2. следить за состоянием масляных форсунок, средний срок их жизни составляет 50 тысяч.
  3. менять воздушный фильтр каждые 20 тысяч.
  4. использовать только специальные свечи, ресурс 30-40 тысяч километров.
  5. заливать в бак бензин не ниже АИ-95, а лучше АИ-98.
  6. замерять компрессию при замене масла. Для этого используется специальный прибор, компрессия должна быть в пределах 6.5-8 атмосфер.

При эксплуатации с компрессией ниже этих показателей, стандартного ремкомплекта может оказаться недостаточно – придется менять целую секцию, а возможно и весь движок.

День сегодняшний

На сегодняшний день производится серийный выпуск модели Mazda RX-8, оснащенной двигателем Renesis (сокращение Rotary Engine + Genesis).


Конструкторам удалось вдвое сократить потребление масла и на 40% расход топлива, а экологический класс довести до уровня Euro-4. Двигатель с рабочим объемом 1.3 литра выдает мощность в 250 л. с.

Несмотря на все достижения японцы не останавливаются на достигнутом. Вопреки утверждениям большинства специалистов о том, что РПД не имеет будущего, они не прекращают совершенствовать технологию, и не так давно представили концепт спортивного купе RX-Vision, с роторным двигателем SkyActive-R.

Роторно-поршневой двигатель - это... Что такое Роторно-поршневой двигатель?

Роторно-поршневой двигатель в разрезе, с ротором, изготовленным в форме треугольника Рёло

Ро́торно-поршнево́й дви́гатель внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ва́нкеля), конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде, ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя.[1]

Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рёло, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде (возможны и другие формы ротора и цилиндра[2]).

Конструкция

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый) Роторно-поршневой двигатель

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.

Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.

Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, масла — от 0,4 л до 1 л на 1000 км.

Преимущества и недостатки

Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями

  • низкий уровень вибраций. Роторно-поршневой двигатель полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров;
  • главным преимуществом роторно-поршневого двигателя являются отличные динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более), чем в случае конструкции обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
  • Высокая удельная мощность(л.с./кг), причины:
  1. Масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности «нормальных» поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны.
  2. К тому же однороторный двигатель выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от одноцилиндрового поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала. (современный серийный РПД с объёмом рабочей камеры 1300 см³ имеет мощность 220 л.с., а с турбокомпрессором — 350 л.с.)
  • меньшие в 1,5-2 раза габаритные размеры.
  • меньшее на 35-40 % число деталей

За счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты, но с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

Недостатки:

  • Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД Ванкеля, вызывает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя.
    В связи с этим возникает повышенное требование к периодической замене масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнителей. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.
  • Наиболее важной проблемой считается состояние уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием этого, неразрешимого для двигателей Ванкеля, противоречия являются высокие утечки между отдельными камерами и, как следствие, падение коэффициента полезного действия и токсичность выхлопа.
    Проблема быстрого износа уплотнителей на высокой скорости вращения вала была решена применением высоколегированной стали.
  • Другой особенностью двигателей Ванкеля является его склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у неё относительно большая площадь. При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания — сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра. Эти потери не только снижают эффективность преобразования химической энергии в механическую, но и вызывают проблемы с воспламенением рабочей смеси, поэтому в конструкции двигателя часто предусматривают 2 свечи.
  • Высокие требования к геометрической точности изготовления деталей двигателя делают его сложным в производстве — требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.
  • При всех преимуществах (высокая удельная мощность, простота устройства, несложный ремонт при правильной эксплуатации), важной проблемой является меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС.

Применение

NSU Ro80.

Двигатель разрабатывался изначально именно для применения на автотранспорте. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Spider.

Первый массовый (37 204 экземпляра) — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro 80. Автомобиль имел достаточно инноваций и помимо двигателя, в частности, кузов с рекордно низким аэродинамическим сопротивлением, полуавтоматическую коробку передач с гидротрансформатором, блок-фары, и так далее. Ro80 отличалась не только уникальной конструкцией, но и передовым дизайном, который оказался непонятен публике середины шестидесятых[источник не указан 1238 дней]; через десять лет именно он был положен в основу стиля моделей «Ауди» 100 и 200 поколения C2.

К сожалению, ресурс двигателя оказался весьма мал (ремонт требовался уже после пробега порядка 50 тыс. км), поэтому автомобиль заслужил плохую репутацию и относительно малоизвестен. На многих сохранившихся автомобилях оригинальный двигатель заменён на поршневой V4 «Essex» фирмы Ford.

Citroën также экспериментировал с РПД — проект Citroën M35.

После этого серийное и мелкосерийное производство роторно-поршневых двигателей Ванкеля производились только фирмами Mazda (Япония) и ВАЗ (Россия)[3].

Современное состояние

Инженерам фирмы Mazda, создавшим роторно-поршневой двигатель «Renesis» (производное от слов (англ. Rotary Engine:роторный двигатель и Genesis:процесс становления, название говорящее о появлении нового класса двигателей), удалось решить основные проблемы таких двигателей — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с двигателями-предшественниками, удалось сократить потребление масла на 50 %, бензина на 40 % и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухкамерный двигатель «Renesis» объёмом всего 1,3 л выдаёт мощность в 250 л. с. и занимает гораздо меньше места в моторном отсеке. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет объём 1,6 литра, и при большей мощности, нагревается меньше.

Автомобили марки Mazda с буквами RE в наименовании (первые буквы от названия «Renesis») могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород (так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня). Это явилось вторым витком роста внимания к РПД со стороны разработчиков.

Авиационные двигатели

В начале 50-х годов была создана серия авиадвигателей ВП-760, ВП-1300, ВП-2650 — пятилучевых двухтактных звёзд мощностью от 40 до 130 л. с. и весом от 25 до 100 кг авиационного инженера В. Полякова, созданных для лёгкой авиационной техники и прошедших успешные испытания в небольшой серии в ДОСААФ.[4] Позднее, в 90-х годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Несмотря на ряд попыток установки двигателя Ванкеля на самолетах (опытные образцы испытывались в разных странах с 1950-х годов), он не нашел широкого применения в авиации. В настоящее время (2011) двигатель Ванкеля устанавливается на некоторые модели мотопланеров Schleicher.

См. также

Примечания

Литература

  • Роторно-поршневой двигатель // Большая советская энциклопедия

Ссылки

РПД СССР/России

Авиационные РПД

Роторный принцип. Различные конструкции и разработки роторных двигателей.

механизм поршневого двигателя

С изобретением двигателя внутреннего сгорания развитие автомобилестроения продвинулось дальше. Несмотря на это, общее устройство ДВС осталось прежним, эти агрегаты постоянно совершенствуются. Наряду с этими двигателями появились более прогрессивные агрегаты роторного типа. Но почему они не получили широкого распространения в автомобильном мире? Ответ на этот вопрос рассмотрим в статье.

История устройства

Роторный двигатель был разработан и испытан изобретателями Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде в 1957 году. Первым автомобилем, на который был установлен этот агрегат, стал спорткар NSU Spider. Исследования показали, что при мощности двигателя в 57 лошадиных сил этот автомобиль мог разгоняться до огромных 150 километров в час. Производство автомобилей Spider с роторным двигателем мощностью 57 л.с. заняло около 3 лет.

После этого этим типом двигателя стали оснащать НСУ Ро-80.После этого роторные двигатели стали устанавливать на Ситроен, Мерседес, ВАЗ и Шевроле.

Одним из самых популярных автомобилей с роторными двигателями является японский спортивный автомобиль Mazda Cosmo Sport. Кроме того, японцы стали оснащать эту модель двигателем RX. Принцип работы роторного двигателя («Мазда «RX») основывался на постоянном вращении ротора со сменой рабочих циклов. Но об этом чуть позже.

В настоящее время японский производитель автомобилей не занимается серийным производством автомобилей с роторными двигателями.Последней моделью с таким двигателем стала Mazda RX8 с двигателем Spirit R. Однако в 2012 году производство этой версии автомобиля было прекращено.

Устройство и принцип действия

Какой у него роторный двигатель? Этот тип двигателя характеризуется 4-тактным циклом работы, а также классическим двигателем внутреннего сгорания. Однако принцип работы роторно-поршневого двигателя несколько отличается от принципа действия обычного поршневого двигателя.

В чем главная особенность этого двигателя? Роторный двигатель Стирлинга имеет в своей конструкции не 2, не 4 и не 8 поршней, а только один.Называется ротор. Этот элемент вращается в специальном цилиндре. Ротор установлен на валу и соединен с шестерней. Последний имеет зубчатую муфту со стартером. Элемент вращается по эпитрохоидальной кривой. Это означает, что лопасти ротора попеременно перекрывают полость цилиндра. Последнее – сжигание топлива. Принцип работы роторного двигателя (в том числе и у Mazda Cosmo Sport) заключается в том, что за один оборот механизм проталкивает три кулачка жестких колес. Пока деталь вращается в корпусе, три камеры внутри изменяются в размерах.За счет изменения размеров в камерах создается определенное давление.

Рабочие фазы

Как работает роторный двигатель? Принцип работы (gif-изображение и RAP-схему см. ниже) этого двигателя заключается в следующем. Работа двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:

  1. Подача топлива. Это первая фаза двигателя. Происходит, когда верхняя часть ротора находится на одном уровне с загрузочным отверстием. Когда камера открыта к основной камере, ее объем становится минимальным.Как только ротор поворачивается, топливно-воздушная смесь поступает в отсек. Затем камера снова закрывается.
  2. Сжатие . По мере того как ротор продолжает двигаться, пространство в отсеке уменьшается. Таким образом происходит сжатие воздушно-топливной смеси. Как только механизм проходит через полость свечи зажигания, объем камеры снова уменьшается. В этот момент смесь воспламеняется.
  3. Зажигание . Зачастую роторный двигатель (в том числе и ВАЗ-21018) имеет несколько свечей зажигания.Это связано с большой длиной камеры сгорания. Как только свеча воспламеняет горючую смесь, уровень давления внутри возрастает в десятки раз. Таким образом, ротор снова приводится в движение. Затем давление в камере и количество газов продолжают увеличиваться. В этот момент происходит движение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет через выпускную секцию.
  4. Выпуск газов. Когда ротор проходит через это отделение, газ высокого давления начинает свободно двигаться в выхлопной трубе.При этом движение механизма не прекращается. Ротор вращается равномерно до тех пор, пока объем камеры сгорания снова не уменьшится до минимума. До тех пор остаток выхлопных газов будет выдавливаться из двигателя.

Именно по этому принципу работает роторный двигатель. ВАЗ-2108, который также устанавливался на РПД, как и японская «Мазда», отличался тихой работой двигателя и высокой динамикой. Но в серийное производство эта модификация так и не была запущена. Мы выяснили, какой у роторного двигателя принцип работы.

Плюсы и минусы

Неудивительно, что этот двигатель привлек внимание многих автопроизводителей. Его особый принцип работы и конструкция имеет множество преимуществ перед другими типами двигателей внутреннего сгорания.

Так какие же тогда у роторного двигателя преимущества и недостатки? Начнем с явных преимуществ. Во-первых, роторный двигатель имеет наиболее сбалансированную конструкцию и поэтому при работе практически не вызывает высоких вибраций. Во-вторых, этот двигатель легче и компактнее, поэтому его установка особенно важна для производителей спортивных автомобилей.Кроме того, небольшой вес устройства позволил конструкторам добиться идеальной развесовки по оси. Таким образом, машина с этим двигателем стала более устойчивой и маневренной на дороге.

И, конечно же, оформление пространства. Несмотря на одинаковое количество рабочих циклов, устройство этого двигателя намного проще, чем у поршневого аналога. Для создания роторного двигателя требовалось минимальное количество узлов и механизмов.

Однако главным достоинством этого двигателя является не вес и низкая вибрация, а высокий КПД.Благодаря особому принципу работы роторный двигатель имел большую мощность и КПД.

Теперь о недостатках. Они оказались больше, чем просто преимущества. Основной причиной, по которой производители отказались от покупки таких двигателей, был их большой расход топлива. В среднем на сто километров такой агрегат тратит до 20 литров топлива, а это, как видите, значительный расход по нынешним меркам.

Сложность изготовления деталей

Кроме того, стоит обратить внимание на дороговизну изготовления деталей данного двигателя, что объясняется сложностью изготовления ротора.Чтобы этот механизм правильно передал эпитрохоидальную кривую, нужна высокая геометрическая точность (в том числе и для цилиндра). Поэтому при изготовлении роторных двигателей не обойтись без специализированного дорогостоящего оборудования и специальных знаний в технической области. Поэтому все эти затраты заранее фиксируются в цене автомобиля.

Перегрев и высокие нагрузки

Кроме того, из-за особой конструкции устройство часто перегревалось.Вся проблема заключалась в двояковыпуклой форме камеры сгорания.

Напротив, классические устройства ДВС имеют форму сферической камеры. Топливо, которое сгорает в линзовом механизме, преобразуется в тепловую энергию, которая используется не только для рабочего хода, но и для нагрева самого цилиндра. Ведь частое «кипение» устройства приводит к его быстрому износу и выходу из строя.

Ресурс

Вес нагружает не только баллон. Исследования показали, что при работе ротора значительная часть нагрузки приходится на уплотнения между соплами механизмов.Они подвержены постоянному падению давления, так как максимальный ресурс двигателя не превышает 100-150 тысяч километров.

Затем двигателю требуется капитальный ремонт, стоимость которого иногда эквивалентна покупке нового агрегата.

Расход масла

Роторный двигатель также очень требователен к обслуживанию.

Расход масла у него более 500 миллилитров на 1000 км пробега, что заставляет подливать жидкость каждые 4-5 тыс. км пробега. Если его вовремя не заменить, двигатель просто выйдет из строя.Это значит, что к вопросу обслуживания роторного двигателя следует подходить более ответственно, иначе малейшая ошибка чревата дорогостоящим ремонтом устройства.

Варианты

На данный момент существует пять типов данного типа агрегата:

Роторный двигатель (ВАЗ-21018-2108)

История создания роторных двигателей внутреннего сгорания ВАЗ берет свое начало с 1974 года. Именно тогда было создано первое конструкторское бюро РПД. Однако первый двигатель, разработанный нашими инженерами, был похож на двигатель Ванкеля, который устанавливался на импортные седаны NSU Ro80.Советский аналог назывался ВАЗ-311. Это первый советский роторный двигатель. Принцип работы на автомобилях ВАЗ этого двигателя имеет тот же алгоритм работы Wakel RPD.

Первым автомобилем, на который начали устанавливать эти двигатели, стала модификация ВАЗ 21018. Автомобиль практически ничем не отличался от своего «предка» - модели 2101 - кроме используемого двигателя. Под капотом находился неразъемный РПД мощностью 70 лошадиных сил. Однако в результате исследований на всех 50 моделях моделей были обнаружены многочисленные отказы двигателей, что вынудило Волжский завод отказаться от использования этого типа двигателя в своих автомобилях на несколько следующих лет.

Основной причиной отказов отечественных РПД были ненадежные уплотнения. Однако советские конструкторы решили спасти этот проект, представив миру новый двухсекционный роторный двигатель ВАЗ-411. После этого был разработан двигатель марки ВАЗ-413. Их основные различия заключались в силе. Первый экземпляр развивал до 120 л.с., второй – около 140. Однако повторно в серию эти агрегаты не пошли. Завод решил ставить их только на служебные автомобили, используемые ГИБДД и КГБ.

Авиационные двигатели, 8-ки и 9-ки

В последующие годы разработчики пытались создать роторный двигатель для малых отечественных самолетов, но все попытки не увенчались успехом. В результате конструкторы вновь приступили к разработке двигателей для легковых автомобилей (теперь переднеприводных) серий 8 и 9. В отличие от своих предшественников, вновь разработанные двигатели ВАЗ-414 и 415 были универсальными и могли использоваться в задне-приводных автомобилях. полноприводные модели, автомобили Волга и Москвич.и так далее.

Характеристики РПД ВАЗ-414

Двигатель впервые появился на «девятках» только в 1992 году. По сравнению со своими «предками» этот двигатель имел следующие преимущества:

  • Высокая удельная мощность, позволявшая автомобилю набирать «сотню» всего за 8-9 секунд.
  • Высокая производительность. Один литр сгоревшего топлива мог дать мощность до 110 л.с. (без форсировки и дополнительного вскрытия блока цилиндров).
  • Высокий потенциал для усиления.При правильном тюнинге удалось увеличить мощность двигателя на несколько десятков лошадиных сил.
  • Быстрый двигатель. Такой двигатель мог работать даже при 10 000 об/мин. При таких нагрузках мог работать только роторный двигатель. Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания не позволяет им долго работать на высоких оборотах.
  • Относительно низкий расход топлива. Если предыдущие экземпляры «кушали» около «18-20 литров топлива» на «сотню», то агрегат потреблял всего 14-15 в среднем режиме работы.

Текущая ситуация с РПД на Волжском автозаводе

Все вышеперечисленные двигатели не снискали большой популярности, и вскоре их производство было ограничено. В дальнейшем Волжский автомобильный завод не планирует возрождать разработку роторных двигателей. Так что РПД ВАЗ-414 так и останется скомканной бумажкой в ​​истории отечественного машиностроения.

Мы выяснили, какой у роторного двигателя принцип работы и устройство.

Роторный двигатель — двигатель внутреннего сгорания, устройство которого принципиально отличается от обычного поршневого двигателя.
В поршневом двигателе с одинаковым объемом пространства (цилиндра) совершаются четыре удара: впуск, сжатие, ход и выпуск. Вращающийся двигатель выполняет одни и те же ходы, но все они происходят в разных частях камеры. Это сравнимо с наличием отдельного цилиндра для каждого такта, когда поршень постепенно перемещается от одного цилиндра к другому.

Вращательный двигатель был изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля.

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

Принцип работы роторного двигателя 90 133

Ротор Mazda RX-7 и корпус поворотного двигателя. Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны и распределительный вал поршневого двигателя.

Как и поршневой, роторный двигатель использует давление, создаваемое сгоранием топливно-воздушной смеси. В поршневых двигателях это давление накапливается в цилиндрах и заставляет поршни двигаться.Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, которое можно использовать для поворота колес автомобиля.

В роторном двигателе давление сгорания создается в камере, образованной корпусной частью, закрытой сбоку треугольным ротором, который используется вместо поршней.

Ротор вращается по своей траектории, напоминающей линию, проведенную спирографом. Благодаря такой траектории все три вершины ротора соприкасаются с корпусом, создавая три отдельных объема газа.Ротор вращается, и каждый из этих объемов поочередно расширяется и сжимается. Это обеспечивает поступление топливовоздушной смеси в двигатель, сжатие, полезную работу при расширении газов и выбросы отработавших газов.

Мазда RX-8 90 133

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторными двигателями. RX-7, поступивший в продажу в 1978 году, был, пожалуй, самым успешным роторным автомобилем. Но ему предшествовало множество автомобилей, грузовиков и даже роторных автобусов, начиная с Cosmo Sport 1967 года.Впрочем, RX-7 не производится с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла.

Mazda RX-8 оснащена роторным двигателем RENESIS. Этот двигатель был признан лучшим двигателем 2003 года. Это атмосферный двухроторный двигатель мощностью 250 л.с.

Конструкция роторного двигателя 90 133

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, аналогичные используемым в поршневых двигателях. Устройство роторного двигателя принципиально отличается от поршневого.

Ротор

Ротор имеет три выпуклые стороны, каждая из которых действует как поршень. Каждая сторона ротора имеет углубление, которое увеличивает скорость вращения ротора, обеспечивая больше места для воздушно-топливной смеси.

В верхней части каждой грани есть металлическая пластина, которая разделяет пространство для камер. Стенки этих камер образуют два металлических кольца с каждой стороны ротора.

В центре ротора имеется зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев. Подходит для шестерни, установленной на корпусе.Это сопряжение задает траекторию и направление вращения ротора в корпусе.

Корпус (статор)

Тело имеет овальную форму (точнее форму эпитрохоиды). Форма камеры разработана таким образом, что три вершины ротора всегда соприкасаются со стенкой камеры, создавая три изолированных газовых объема.

Один из процессов внутреннего сгорания происходит в каждой части тела. Пространство кузова разделено на четыре полосы:

90 107
  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочее время
  • Выпуск
  • Вход и выход портов находятся внутри корпуса.Клапанов в портах нет. Выпускное отверстие напрямую связано с выхлопной системой, а впускное отверстие связано с дроссельной заслонкой.

    Выходной вал

    Вторичный вал (обратите внимание на эксцентриковые кулачки)

    Вторичный вал имеет закругленные кулачки, расположенные не по центру, т.е. со смещением относительно центральной оси. Каждый ротор связан с одним из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. При вращении ротор толкает кулачки.Поскольку кулачки установлены несимметрично, сила, с которой давит крыльчатка, 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. Теплоноситель проходит через все части конструкции.

    Два крайних слоя имеют уплотнения и подшипники вторичного вала. Они также изолируют две части корпуса, где расположены роторы.Внутренние поверхности этих деталей гладкие, что обеспечивает надлежащую герметизацию роторов. Впускной канал находится в каждой из крайних частей.

    Часть корпуса, где находится крыльчатка (обратите внимание на расположение выпускного отверстия)

    Следующий слой содержит овальный корпус крыльчатки и выпускное отверстие. В этой части корпуса установлен ротор.

    Центральная секция содержит два впускных отверстия - по одному на каждый ротор. Он также разделяет роторы, чтобы его внутренняя поверхность была гладкой.

    В центре каждого ротора находится шестерня с внутренним расположением зубьев, которая вращается вокруг меньшей шестерни, установленной на блоке цилиндров. Определяет траекторию вращения ротора.

    Мощность вращения двигателя 90 133

    В центре есть впускное отверстие для каждого ротора.

    Как и поршневые двигатели, роторный двигатель внутреннего сгорания использует четырехтактный цикл. Но в роторном двигателе такой цикл другой.

    За один полный оборот рабочего колеса эксцентриковый вал делает три оборота.

    Основным компонентом роторного двигателя является ротор. Работает как поршень в обычном поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом кулачковом выходном валу. Кулачок смещен от центральной оси вала и действует как кривошип, позволяя ротору вращать вал. Вращаясь внутри корпуса, ротор давит на периферию кулачка, вращая его три раза за один полный оборот ротора.

    Размер камер, образованных ротором, изменяется при вращении. Это изменение размера обеспечивает насосное действие.Далее мы рассмотрим каждый из четырех роторных мотоциклов.

    Впуск

    Такт всасывания начинается, когда верхняя часть рабочего колеса проходит через впускное отверстие. Когда верхняя часть проходит через входное отверстие, объем камеры близок к минимуму. Кроме того, увеличивается объем камеры и всасывается топливовоздушная смесь.

    По мере дальнейшего вращения ротора камера изолируется и начинается такт сжатия.

    Сжатие

    По мере того, как ротор продолжает вращаться, объем камеры уменьшается, и воздушно-топливная смесь сжимается.После того, как ротор прошел свечи зажигания, объем камеры близок к минимуму. В этот момент происходит воспламенение.

    Run Time

    Многие роторные двигатели имеют две свечи зажигания. Камера сгорания имеет довольно большой объем, поэтому если у вас одна свеча зажигания, зажигание будет медленнее. Когда воздушно-топливная смесь воспламеняется, давление нарастает, заставляя ротор двигаться.

    Давление сгорания вращает ротор в направлении увеличения объема камеры. Выхлопной газ продолжает расширяться, вращая крыльчатку и производя мощность до тех пор, пока верхняя часть крыльчатки не пройдет через выпускное отверстие.

    Выпуск

    Выхлопной газ под высоким давлением, когда крыльчатка проходит выпускное отверстие, выходит в выхлопную систему. По мере того, как ротор продолжает вращаться, объем камеры уменьшается, выталкивая оставшиеся выхлопные газы в выпускное отверстие. Прежде чем объем камеры достигнет минимума, верхняя часть ротора проходит через вход, и цикл повторяется.

    Следует отметить, что каждая из трех сторон ротора всегда задействована в одном из тактов цикла, т.е. за один полный оборот ротора выполняется три рабочих такта.За один полный оборот ротора выходной вал делает три оборота, так как один оборот вала отвечает за один цикл.

    Отличия и проблемы

    По сравнению с поршневым двигателем роторный двигатель имеет некоторые отличия.

    Меньше движущихся частей

    В отличие от поршневого двигателя, роторный двигатель имеет меньше движущихся частей. Двухроторный двигатель имеет три движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой четырехцилиндровый двигатель использует не менее 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распределительный вал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, зубчатый ремень и коленчатый вал.

    Повышает надежность роторного двигателя за счет уменьшения количества движущихся частей. По этой причине некоторые производители используют в своих самолетах роторные двигатели вместо поршневых.

    Плавный ход

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

    Мощность также обеспечивается более плавно.В связи с тем, что каждый такт цикла составляет 90 градусов с вращением ротора, а выходной вал вращается три раза за каждый оборот ротора, каждый такт цикла протекает за счет поворота выходного вала на 270 градусов. Это означает, что двигатель с одним ротором обеспечивает мощность, соответствующую 3/4 оборота выходного вала. В одноцилиндровом поршневом двигателе процесс сгорания происходит при 180 градусах через каждый второй оборот, т.е. 1/4 каждого оборота коленчатого вала (выходного вала поршневого двигателя).

    Низкий ход

    Из-за того, что ротор вращается со скоростью 1/3 скорости выходного вала, основные движущиеся части роторного двигателя движутся медленнее, чем части поршневого двигателя.Это также обеспечивает надежность.

    Проблемы

    У роторных двигателей много проблем:
    • Трудно производить в соответствии со стандартами выбросов.
    • Себестоимость производства роторных двигателей выше по сравнению с поршневыми двигателями, поскольку количество производимых роторных двигателей меньше.
    • Расход топлива автомобилей с роторными двигателями выше по сравнению с поршневыми двигателями, поскольку термодинамическая эффективность снижается из-за большого объема камеры сгорания и низкой степени сжатия.

    Здравствуйте, уважаемые автолюбители и читатели блога, сегодня я расскажу вам об альтернативном типе двигателя внутреннего сгорания, а именно о роторном двигателе или двигателе Ванкеля. Почему он называется роторным? Каковы преимущества роторного двигателя внутреннего сгорания по сравнению с обычным поршневым двигателем? О том, что было сделано и принципы его работы, почему он не снискал популярности и многое другое будет сказано в этой статье.

    Принцип действия роторного двигателя

    В отличие от обычного поршневого двигателя, роторный двигатель не совершает возвратно-поступательного движения, а просто вращается, поэтому отсутствуют затраты на остановку в верхней и нижней мертвых зонах.Благодаря этому свойству двигатель Ванкеля имеет высокую скорость, в плоском цилиндре находится ротор. Цилиндр не круглый, а овальный, рабочее колесо треугольной формы. В отличие от поршневого, роторный двигатель не имеет коленчатого вала, шатунов, противовесов и головки блока цилиндров (с клапанами), что упрощает его конструкцию.
    Почему вы не включили двигатель ротора?

    Недостатки роторного двигателя:

    Поскольку место контакта ротора со стенками цилиндра мало, возникла проблема герметизации камеры сгорания, впуска и выпуска.Так как металл нагревается и расширяется при трении, без высокоточных расчетов не было бы эффекта, падала бы компрессия, падала бы производительность по мере прогрева мотора. Роторный двигатель склонен к перегреву, в отличие от поршневого ДВС. Из рисунка видно, что сам овал прогревается неравномерно: температура в камере сгорания выше, чем на входе - выходе, поэтому цилиндр расширяется в разных местах по-разному и нужно использовать высокотехнологичный материал в разных местах цилиндра. Для воспламенения топливных свечей зажигания используются две свечи из-за особенностей камеры сгорания, и в отличие от четырехтактного поршневого двигателя мощность отдается на 3/4 времени работы двигателя (как 6-цилиндровый двигатель), а это около 40 % по сравнению с 20 % в случае поршневого двигателя, что можно отнести к преимуществам роторного двигателя, в результате получается двигатель со скромной мощностью 60-80 тысяча.км, что делает его непригодным для повседневной городской езды, плюс большой расход топлива на малых оборотах, опять же по сравнению с обычным двигателем. Двигатель Ванкеля объемом 1,3 литра может расходовать в городе до 20 литров топлива и выдавать мощность 250 л.с. Поэтому такой тип двигателя подходит для гонок, где нужна динамика. В нашей стране такой двигатель разрабатывался и устанавливался на классику (ВАЗ 21079) для спецслужб, но не прижился.Одним из самых популярных автомобилей с двигателем Ванкеля является Mazda RX 8, которая его совершенствует.

    Роторный двигатель — одна из разновидностей теплового двигателя. Первый роторный двигатель, принцип действия которого принципиально отличается от традиционного двигателя внутреннего сгорания, появился в 19 веке.

    Его особенностью было использование не вращательных движений, как в классическом ДВС, а вращения в специальном овальном корпусе треугольного ротора. Эта схема использовалась в первых поршневых паровых машинах и дала толчок к активному проектированию и созданию роторных паровых машин.История роторного двигателя внутреннего сгорания началась с роторной паровой машины. Впервые схема классического роторно-поршневого двигателя (двигателя Ванкеля) была разработана в конце 1950-х годов немецкой фирмой NSU, авторами были Феликс Ванкель и Вальтер Фройде.

    Строительство

    Давайте посмотрим на основные части ПДП:

    90 107
  • корпус двигателя;
  • ротор
  • ;
  • Выходной вал
  • .
  • Как и любой другой двигатель внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля имеет корпус, заключающий в себе основную рабочую камеру, в нашем случае овальной формы.

    Форма камеры сгорания (овальная) обусловлена ​​применением треугольной крыльчатки, поверхности которой, соприкасаясь со стенками овальной камеры сгорания, образуют изолированные замкнутые контуры. В этих изолированных цепях происходят все этапы работы РДП:

    Эта конструкция устраняет необходимость во впускных и выпускных клапанах. Входное и выходное отверстия расположены по бокам камеры сгорания и соединены непосредственно с приточно-вытяжной системой.

    Next part Роторный двигатель - это непосредственно ротор. В RPD ротор работает как поршень в обычном двигателе. Благодаря своей форме ротор напоминает треугольник с закругленными краями и краями, движущимися внутрь. Скругление краев ротора необходимо для лучшей герметизации камеры сгорания. Образец внутри забоя нужен для увеличения объема камеры сгорания, правильного сжигания топливовоздушной смеси, увеличения скорости вращения ротора.Сверху и по бокам каждой поверхности имеются металлические пластины для герметизации камеры сгорания, подобные поршневым кольцам классического двигателя внутреннего сгорания. Внутри ротора имеются зубья, которые вращают привод, который, в свою очередь, вращает выходной вал.

    Классический двигатель имеет коленчатый вал, в РПД его функцию выполняет вторичный вал. Что касается центра вторичного вала, то это выступы-кулачки в форме полукруга. Выступы кулачка асимметричны относительно центра и явно смещены от центра оси.Для каждого кулачка выходной вал падает на ротор. Вращение каждого ротора, передаваемое на кулачковую пластину, заставляет выходной вал вращаться вокруг своей оси, что, в свою очередь, создает крутящий момент на выходном валу.

    90 132 Рабочие этапы RAP 90 133

    Рассмотрим теперь подробнее принцип действия роторного двигателя и рабочие процессы, происходящие внутри него. Как и классический двигатель, двигатель Ванкеля имеет одинаковые засухи для впуска, сжатия, хода и выпуска.

    Начало такта впуска происходит при прохождении одной из вершин впускного канала ротора корпуса двигателя. В этот момент в постепенно расширяющуюся камеру сгорания всасывается топливовоздушная смесь, или просто воздух, в зависимости от топливной системы. Поскольку ротор продолжает вращаться до точки, где второй пик проходит через впускной канал, начинается такт сжатия топлива/воздуха. Давление смеси постепенно увеличивается при движении ротора и достигает своего пика при прохождении через зону свечи зажигания.В момент зажигания начинается ход ротора.

    Из-за особой формы камеры сгорания, вытянутой вдоль стенки корпуса, целесообразно использовать две свечи зажигания. Использование двух свечей позволяет осуществить быстрое и равномерное воспламенение топливно-воздушной смеси, что гарантирует быстрое, ровное и ровное распространение фронта пламени.

    Две свечи зажигания могут быть у обычного поршневого двигателя, например некоторые спортивные двигатели, но в РПД использование двух свечей зажигания просто необходимо .

    Результирующее давление газа заставляет ротор вращаться на эксцентриковом валу, что, в свою очередь, приводит к возникновению крутящего момента на выходном валу. По мере приближения к выходному отверстию верхней части рабочего колеса давление в камере сгорания постепенно снижается. Вращаясь по инерции, кончик ротора достигает выпускного канала, начинается такт выпуска. Выхлопные газы попадают в выпускной канал, и как только вершина ротора достигает впускного канала, снова начинается такт всасывания.

    Система питания и смазки

    Роторный двигатель не имеет принципиальных отличий от классического ДВС по системам зажигания, впрыска топлива и охлаждения.Однако система смазки имеет свои особенности. Для смазки движущихся частей масло подается непосредственно в камеру сгорания через специальное отверстие, поэтому топливно-воздушная смесь сгорает вместе с ним, как в двухтактном двигателе.
    Как и у любой инженерной конструкции, у роторного двигателя есть свои плюсы и минусы. 90 126

    Преимущества роторно-поршневого двигателя

    1. Обладая малым весом и габаритами, роторный двигатель имеет больше возможностей для правильного взвешивания и лучшей управляемости, а также увеличивает вместительность автомобиля в салоне;
    2. более высокая удельная мощность по сравнению с классическими двигателями;
    3. более гладкая и широкая торсионная полка;
    4. нет кривошипно-шатунного механизма, клапанов, пружин, газораспределительного механизма, а вместе с ним распределительных валов, ремня ГРМ или цепи;
    5. хороший баланс и плавность работы FAP, которую можно сравнить с работой порядка «шестерки»;
    6. менее подвержен детонации;
    7. отсутствие кривошипно-шатунного механизма и, следовательно, отсутствие необходимости преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращение коленчатого вала, делает РПД более маневренным, чем обычный двигатель;

    Дефекты 90 133
    1. Необходимость использования эксцентрикового механизма для соединения рабочего колеса и вала увеличивает давление между трющимися деталями, что при высокой температуре увеличивает износ двигателя.Поэтому к качеству сырой нефти и периодичности ее замены предъявляются более высокие требования;
    2. быстрый износ уплотнений ротора из-за малой площади пятна контакта и высокого перепада давления. Таким образом, роторный двигатель быстро теряет эффективность, ухудшаются экологические показатели;
    3. линзообразная форма камеры сгорания выделяет тепло намного хуже, чем сферическая камера сгорания, которая имеет тенденцию к перегреву;
    4. низкий КПД на малых и средних оборотах, по сравнению с обычным двигателем внутреннего сгорания;
    5. Двигатель с ротором
    6. предъявляет очень высокие требования к обработке деталей и квалификации персонала при производстве данного типа двигателя;
    7. необходимость добавления масла на рабочих этапах RAP приводит к ухудшению экологических характеристик;

    Современная реальность

    На сегодняшний день инженеры Mazda Corporation добились наибольшего успеха в производстве роторных двигателей.Последнее поколение их двигателя Ванкеля, получившее название «Ренезис», совершило настоящий прорыв. Им удалось не только решить основные проблемы этого типа ДВС, такие как повышенный расход топлива и токсичность, но и снизить расход масла на 50%, благодаря чему экологические показатели соответствуют нормам Евро 4. Новое поколение РПД Mazda может использоваться в качестве топлива как на бензине, так и на водороде, что делает этот двигатель интересным и перспективным для дальнейшего использования.

    Когда автомобили с поршневыми двигателями внутреннего сгорания уже были широко распространены по всему миру, некоторые инженеры пытались разработать роторные двигатели, которые были бы столь же эффективными и экономичными.Значительных успехов добились специалисты из Германии, что неудивительно, ведь автомобиль был изобретен именно в этой стране.

    Немного истории

    В 1957 году был выпущен первый роторно-поршневой двигатель. Затем его назвали в честь одного из создателей — Феликса Ванкеля. Второй человек, Вальтер Фрейде, причастный к процессу изобретения, незаслуженно попал в тень соавтора. Оба инженера были представителями немецкой компании NSU, производившей автомобили и мотоциклы.

    Через год выпустил первый автомобиль из РЭПа. К сожалению, макет новой машины не встретили даже главные конструкторы. Двигатель был доработан, и седан появился на свет в конце 1960-х и был удостоен звания «Автомобиль года». Это был Ро-80 той же фирмы НСУ. Он разгонялся до 100 км всего за 12,8 секунды, развивал скорость 180 км/ч и весил чуть больше тонны. В то время это были отличные показатели. Лицензию на производство роторных двигателей тут же стали приобретать одна автомобильная компания за другой.

    Неизвестно, как сложилась бы судьба изобретения Ванкеля, если бы в 1973 году не начался энергетический кризис и не взлетели цены на нефть. Роторный двигатель внутреннего сгорания ел слишком много топлива, поэтому от его использования стали отказываться.

    В конце 1990-х только Россия и Япония выпускали автомобили с двигателями Ванкеля. Российские автомобили ВАЗ, оснащенные РПД, малоизвестны, а вот японские модели добились мировой популярности.

    В настоящее время автомобили с роторными двигателями производит только Mazda.Японским специалистам удалось улучшить двигатель автомобиля до такой степени, что он стал использовать в 2 раза меньше масла и на 40% меньше топлива. Также снизилась токсичность выбросов, и теперь двигатель соответствует европейским экологическим стандартам. Использование водорода в качестве топлива стало новой вехой в развитии РПД.


    Основы устройства роторного двигателя

    Чтобы понять, как работает роторный двигатель, нужно понять его устройство. Двумя важными частями РДП являются ротор и статор.Ротор, закрепленный на валу, вращается вокруг неподвижной шестерни — статора. Соединение с коробкой передач осуществляется через редуктор. Ротор изготовлен из легированной стали и заключен в цилиндрический корпус.

    Поперечное сечение ротора двигателя треугольной формы, его поверхности выпуклые, а три вершины постоянно соприкасаются с внутренней поверхностью корпуса. Таким образом, пространство цилиндра разделено на три камеры. Объем камер изменяется в результате вращения. В одном месте из-за формы профиля фюзеляжа установлены четыре камеры.

    • На первом этапе топливо вводится в одну из камер через отверстие (впускное отверстие).
    • Затем объем топливной камеры уменьшается, впускное отверстие полностью закрывается и начинается сжатие топлива.
    • На следующем этапе формируются четыре камеры, зажигаются свечи (их две), воспламеняется топливо, и двигатель совершает полезную работу.
    • По мере дальнейшего вращения ротора открывается выпускное окно, в которое выходят продукты сгорания (выхлопные газы).


    Когда выпускное отверстие закрыто, впускное открывается, и цикл повторяется.

    Один рабочий цикл происходит за один полный оборот вала. Чтобы поршневой двигатель мог выполнять ту же работу, он должен быть двухцилиндровым.

    Установите уплотнительные пластины на верхние части крыльчатки для обеспечения герметичности. Пружины и центробежная сила прижимают их к цилиндру, а также добавляется давление газа.

    Чтобы лучше понять, как работает роторный двигатель и что это вообще такое, необходимо изучить схему.На ней показано поперечное сечение агрегата и процессы, происходящие при движении ротора. На схеме роторного двигателя показано, на каких стадиях ротор играет роль поршня.

    Типы роторных двигателей

    Самыми старыми роторными двигателями являются водяные мельницы, в которых колесо вращается под действием воды и передает энергию валу. Устройство современного роторного двигателя, работающего на топливе, гораздо сложнее. В нем камера может быть:

    • герметично закрытой;
    • постоянно контактируют с внешней средой.


    Первый тип оборудования используется в транспортных средствах, а второй тип - в газовых турбинах. Двигатели с закрытой камерой, в свою очередь, делятся на несколько типов. Классификация роторных двигателей выглядит следующим образом.

    1. Ротор вращается попеременно то в одну, то в другую сторону, движение его неравномерное.
    2. Вращение в одном направлении, но скорость меняется, движение пульсирует.
    3. Двигатели с уплотняющими клапанами, выполненными в виде лопаток.
    4. Равномерно вращающееся рабочее колесо с выступами, которые перемещаются вместе с рабочим колесом и действуют как уплотнение.
    5. Двигатели с ротором для планетарного движения.

    Есть еще два типа ротора, в которых основной элемент вращается равномерно. Они отличаются организацией рабочей камеры и конструкцией прокладок. Двигатель Ванкеля относится к пятому пункту в списке выше.

    Преимущества РПД

    Рассматривая устройство роторного двигателя и принцип работы, можно понять, что он полностью отличается от поршневого двигателя.Роторный двигатель внутреннего сгорания более компактен, имеет меньше деталей, а его удельная мощность больше, чем у поршневого двигателя.

    RAP легче балансировать, чтобы свести вибрацию к минимуму. Это позволяет устанавливать его на легкие транспортные средства, например микротреки.

    Количество деталей почти в 2 раза меньше, чем в поршневом двигателе. Габариты также намного меньше, и это преимущество упрощает взвешивание осей, позволяет добиться большей устойчивости на дороге.


    Традиционный поршневой двигатель совершает полезную работу всего за два оборота вала, а в роторном двигателе полезная работа совершается за один оборот ротора. В этом причина быстрого разгона автомобилей с РПД.

    Высокий расход топлива РПД

    Конструкция и принцип работы роторного двигателя удивительно просты, понятны и забавны. Почему он не выплеснулся, как поршневой двигатель? Не последнее место занимает экономичность.

    Роторный двигатель внутреннего сгорания потребляет слишком много топлива.При объеме всего 1,3 литра на каждые 100 км уходит почти 20 литров бензина. По этой причине мало компаний решились на серийное производство автомобилей с РПД.

    В свете недавних событий на Ближнем Востоке, когда бушует ожесточенная война за ресурсы, а цены на нефть и газ все еще достаточно высоки, ограниченное использование DUR вполне объяснимо.

    Другие важные недостатки

    Еще одним недостатком роторно-поршневого двигателя является быстрый износ уплотнений по краю ротора.Этот износ обусловлен быстрым вращением и, следовательно, трением ребер о стенки камеры.


    Кроме того, система смазки ребер сложна. Mazda разработала форсунки, которые впрыскивают масло в камеру сгорания. Соответственно повысились требования к качеству масла. Постоянной и обильной смазки требует и главный вал, вокруг которого происходит движение.

    Техническое решение вопроса со смазкой требовало особого подхода и справиться с этой задачей после долгих лет экспериментов смогли только японские инженеры.

    Температура выхлопных газов РПД выше, чем у поршневого двигателя. Это связано с относительно малой длиной рабочего хода поверхности ротора. Процесс горения практически бесконечен, поскольку забой уже сдвинулся, открыв выхлопное окно. В результате газы, не полностью передающие давление на рабочее колесо, выходят в выхлопную трубу, а их температура высока. Небольшая часть несгоревшей топливной смеси, которая негативно влияет на окружающую среду.

    Трудно обеспечить целостность камеры сгорания в роторном двигателе.В процессе эксплуатации стенки статора нагреваются и расширяются неравномерно. В результате возможны утечки газа. Особенно нагревается зона горения. Чтобы решить эту проблему, разные детали изготавливаются из разных сплавов. Это, в свою очередь, усложняет и удорожает производство двигателей.


    На себестоимость производства поршневых двигателей Ванкеля не лучшим образом влияет из-за сложной формы камеры. На самом деле ролик не овального сечения, как иногда говорят.Разрез имеет форму эпитрохоиды и требует высокой точности.

    Таким образом, роторный двигатель имеет свои преимущества и недостатки. Их можно свести в таблицу ниже.

    Из-за быстрого износа деталей срок службы роторного двигателя составляет примерно 65 000. км. Для сравнения, ресурс традиционного ДВС в 2, а то и в 3 раза больше. Роторно-поршневые двигатели требуют большей ответственности в обслуживании, поэтому в основном привлекают внимание профессионалов.Отчасти инженерам удалось устранить недостатки автомобилей РПД, но некоторые из них все же остались.

    Роторно-поршневые двигатели Mazda

    Пока другие мировые производители отказались от роторных двигателей, Mazda продолжает их развивать. Его специалисты усовершенствовали конструкцию и получили мощный двигатель, способный конкурировать с лучшими европейскими агрегатами.

    Работать с роторно-поршневым двигателем японцы начали в 1963 году.Они выпустили несколько моделей автобусов, грузовиков и легковых автомобилей.

    С 1978 по 2003 год компания выпускала знаменитый спортивный автомобиль RX-7. Его преемником стала модель RX-8, получившая более 30 наград на международных автосалонах.

    На RX-8 установлен двигатель Renesis (Rotary Engine Genesis). В другой комплектации автомобиль продавался по всему миру. Самые мощные модели (250 л.с., 8,5 тыс. оборотов в минуту) продавались в Северной Америке и Японии.В 2007 году на Токийском автосалоне был представлен концепт-кар с двигателем Renesis II мощностью 300 л. c.

    В 2009 году автомобили Mazda с роторным двигателем были запрещены в Европе, поскольку выбросы углекислого газа в то время превышали норму. В 2102 году серийное производство японских автомобилей с роторными двигателями прекратилось. В настоящее время RPD Mazda устанавливается только на спортивные гоночные автомобили.

    .

    Что такое двигатель Ванкеля?

    Ванкель – в автомобильном сообществе часто слышалось это название двигателя. Это вращающийся поршневой силовой агрегат, принцип работы которого существенно отличается от традиционного двигателя внутреннего сгорания. Итак, подскажем, что такое двигатель Ванкеля.

    Что это?

    Двигатель Ванкеля также известен как роторно-поршневой двигатель. Он вращается внутри цилиндра и имеет форму призмы, но его стенки выпуклые.Уже в конце 18 века Джеймс Уатт спроектировал и сконструировал паровую машину, приводимую в движение таким вращающимся поршнем. Это очень интересное решение благодаря абсолютной простоте конструкции. На начальном этапе исследований этот двигатель создавал проблемы, поскольку для него требуются материалы, очень стойкие к истиранию, поскольку поршень во время работы контактирует с моторным отсеком, вращается и трется кончиками о его стенки.

    См. также: Преимущества и недостатки двигателя Ванкеля

    В результате материал очень быстро изнашивался и двигатель продувался воздухом, поэтому первые попытки использовать этот тип двигателя не увенчались успехом.Материал, который эффективно герметизировал бы двигатель и не изнашивался слишком быстро, был просто недоступен в то время, когда был изобретен двигатель Ванкеля.

    См. также: Как диагностировать поврежденную турбину?

    Где он установлен?

    В настоящее время двигатели Ванкеля уже устанавливаются на автомобили Mazda. Это модели RX-7 и RX-8. К счастью, доступность таких материалов, как спеченная керамика, позволяет относительно эффективно герметизировать двигатель Ванкеля.

    Если вы хотите узнать больше, загляните »

    Код водителя. Изменения в 2022 году. Мандаты. Штрафные очки. Дорожные знаки

    .

    принцип работы. Плюсы и минусы роторного двигателя

    С изобретением двигателя внутреннего сгорания автомобильная промышленность сделала большой шаг вперед в своем развитии. Несмотря на то, что общая структура ДВС осталась неизменной, эти агрегаты постоянно совершенствуются. Наряду с этими двигателями появились более прогрессивные агрегаты роторного типа. Но почему они не получили широкого распространения в автомобильном мире? Ответ на этот вопрос рассмотрим в статье.

    История устройства

    Роторный двигатель был разработан и испытан изобретателями Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде в 1957 году. Первым автомобилем, на который было установлено это устройство, стал спорткар NSU Spider. Исследования показали, что при мощности двигателя в 57 лошадиных сил этот автомобиль мог разогнаться до впечатляющих 150 километров в час. Производство автомобилей Spider с роторным двигателем мощностью 57 л.с. заняло около 3 лет.

    После этого этим типом Двигателей стали оснащать автомобиль НСУ Ро-80. Затем роторные двигатели стали устанавливать на Ситроены, Мерседесы, ВАЗ и Шевроле.

    Одним из самых распространенных автомобилей с роторным двигателем является японский спортивный автомобиль Mazda Cosmo Sport. Также японцы стали оснащать эту модель двигателем RX. Принцип работы роторного двигателя («Мазда» RX) заключался в постоянном вращении ротора с изменением рабочих циклов. Но об этом чуть позже.

    В настоящее время японский производитель автомобилей не занимается серийным производством автомобилей с роторными двигателями.Последней моделью с таким двигателем стала Mazda RX8 Spirit R. Однако в 2012 году производство этой версии автомобиля было прекращено.

    Устройство и принцип действия

    Какой у него роторный двигатель? Этот тип двигателя характеризуется четырехтактным циклом работы, а также классическим двигателем внутреннего сгорания. Однако принцип работы роторно-поршневого двигателя несколько отличается от принципа действия обычных поршневых двигателей.

    В чем главная особенность этого двигателя? Роторный двигатель Стирлинга имеет в своей конструкции не 2, не 4, не 8 поршней, а только один.Ротор называется. Этот элемент вращается в цилиндре особой формы. Ротор установлен на валу и соединен с зубчатым колесом. Последний имеет зубчатую муфту со стартером. Элемент вращается по эпитрохоидальной кривой. Это означает, что лопасти ротора попеременно перекрывают полость цилиндра. К последним относится сжигание топлива. Принцип работы роторного двигателя (в том числе и у Mazda Cosmo Sport) заключается в том, что одним движением механизм проталкивает три кулачка жестких колес.Пока деталь вращается в корпусе, три отсека внутри изменяются в размерах. Из-за изменения размеров в камерах создается некоторое давление.

    Рабочие фазы

    Как работает роторный двигатель? Принцип работы (GIF-изображения и RAP-схема см. ниже) этого движка следующий. Работа двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:

    1. Подача топлива. Это первая фаза двигателя. Это происходит, когда верхняя часть ротора находится на одном уровне с загрузочным отверстием.Когда камера открыта к основной камере, ее объем приближается к минимуму. При вращении ротора рядом с ним в отсек поступает топливно-воздушная смесь. Затем камера снова закрывается.
    2. Сжатие . По мере того как ротор продолжает двигаться, пространство в камере становится меньше. Таким образом, топливовоздушная смесь сжимается. Как только механизм проходит через свечной отсек, объем камеры снова уменьшается. В этот момент смесь воспламеняется.
    3. Зажигание . Зачастую роторный двигатель (в том числе и ВАЗ-21018) имеет несколько свечей зажигания. Это связано с большой длиной камеры сгорания. Когда свеча воспламеняет горючую смесь, давление внутри увеличивается в десятки раз. Таким образом, ротор снова приводится в движение. Затем давление в камере и количество газов продолжают увеличиваться. В этот момент происходит движение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет через выходное сечение.
    4. Выпуск газов. Когда ротор проходит через это отделение, газ под ним под высоким давлением начинает свободно двигаться в выхлопной трубе. При этом движение механизма не прекращается. Ротор вращается равномерно до тех пор, пока объем камеры сгорания не уменьшится до минимума. До тех пор остаток выхлопных газов будет выдавливаться из двигателя.

    Именно по этому принципу работает роторный двигатель. ВАЗ-2108, который также монтировался как РПД, как и японская «Мазда», отличался тихой работой двигателя и высокой динамикой.Но в серийное производство эта модификация так и не была запущена. Мы выяснили, какой у роторного двигателя принцип работы.

    Плюсы и минусы

    Неудивительно, что этот двигатель привлек внимание многих автопроизводителей. Его особый принцип работы и конструкция имеет множество преимуществ перед другими типами ДВС.

    Итак, какие у роторного двигателя преимущества и недостатки? Начнем с явных преимуществ. Во-первых, роторный двигатель имеет наиболее сбалансированную конструкцию и поэтому при работе практически не вызывает высоких вибраций.Во-вторых, этот двигатель легче и компактнее, поэтому его установка особенно важна для производителей спортивных автомобилей. Кроме того, небольшой вес агрегата позволил конструкторам добиться идеальной развесовки по оси. Благодаря этому машина с этим двигателем стала более устойчивой и маневренной на дороге.

    И, конечно же, космический дизайн. Несмотря на одинаковое количество рабочих циклов, устройство этого мотора намного проще своего аналога.Для создания роторного двигателя требуется минимальное количество узлов и механизмов.

    Однако главные козыри этого двигателя не масса и низкая вибрация, а высокая. Благодаря особому принципу работы роторный двигатель обладал большой мощностью и экономичностью.

    Теперь о недостатках. Они оказались больше, чем просто преимущества. Основной причиной, по которой производители отказались от покупки таких двигателей, был их большой расход топлива. В среднем на сто километров такой агрегат тратит до 20 литров топлива, а это, как видите, значительный расход по нынешним меркам.

    Сложность изготовления деталей

    Кроме того, стоит обратить внимание на высокую себестоимость деталей данного двигателя, что объясняет сложность изготовления ротора. Чтобы этот механизм правильно проходил эпитрохоидальную кривую, нужна высокая геометрическая точность (в том числе и для цилиндра). Поэтому при производстве роторных двигателей не обойтись без специализированного дорогостоящего оборудования и специальных знаний в области техники. Соответственно, все эти расходы заранее указаны в цене автомобиля.

    Перегрев и высокие нагрузки

    Также из-за особой конструкции устройство часто перегревалось. Вся проблема заключалась в двояковыпуклой форме камеры сгорания. С другой стороны, классические ДВС имеют сферическую конструкцию камеры. Топливо, которое сгорает в линзовом механизме, превращается в тепловую энергию, которая используется не только для рабочего хода, но и для нагрева самого цилиндра. Наконец, частое «кипение» устройства приводит к его быстрому износу и выходу из строя.

    Ресурс

    Большие нагрузки испытывает не только цилиндр. Исследования показали, что при работе ротора значительная часть нагрузки приходится на уплотнения между соплами механизмов. Они подвергаются постоянному перепаду давления, так как максимальный ресурс двигателя составляет не более 100-150 тысяч километров. Затем двигателю требуется капитальный ремонт, стоимость которого иногда равна покупке новой машины.

    Расход масла

    Роторный двигатель также требует интенсивного технического обслуживания. Расход масла из него более 500 миллилитров на тысячу километров, из-за чего жидкость переливается каждые 4-5 тысяч километров. Если его вовремя не заменить, двигатель просто выйдет из строя. Это значит, что к вопросу обслуживания роторного двигателя нужно подходить более ответственно, иначе малейшая ошибка чревата дорогостоящим ремонтом агрегата.

    Варианты

    В настоящее время существует пять типов агрегатов этого типа:

    1. Роторные двигатели с скользящим движением вала.
    2. С равномерным вращением вала. При этом в его конструкции не используются какие-либо уплотнительные механизмы. Расположение камер сгорания спиралевидным образом.
    3. Агрегаты с импульсно-вращательным движением, обращенные в одну сторону.
    4. С планетарным валом вращения, без уплотнительных элементов. Ярким примером тому является двигатель Ванкеля.
    5. РПД с плавным ходом рабочих органов и спиральным расположением камер сгорания.

    Роторный двигатель (ВАЗ-21018-2108)

    История роторных двигателей внутреннего сгорания ВАЗ берет свое начало с 1974 года.Именно тогда было создано первое конструкторское бюро РПД. Однако первый двигатель, разработанный нашими инженерами, по конструкции был аналогичен двигателю Ванкеля, который устанавливался на импортные седаны NSU Ro80. Советский аналог получил название ВАЗ-311. Это первый советский роторный двигатель. Принцип работы на автомобилях ВАЗ этого двигателя имеет тот же алгоритм работы РПД Ванкеля.

    Первым автомобилем, на который начали устанавливать эти двигатели, стала модификация ВАЗ 21018. Автомобиль практически ничем не отличался от своего «предка» - модели 2101 - кроме используемого двигателя.Под капотом стоял неразъемный РПД мощностью 70 лошадиных сил. Однако в результате осмотра всех 50 моделей были обнаружены многочисленные неисправности двигателей, что вынудило Волжский завод отказаться от использования этого типа двигателя в своих автомобилях на несколько следующих лет.

    Ненадежные пломбы явились основной причиной неисправности отечественного РПД. Однако советские конструкторы решили спасти этот проект, представив миру новый 2-секционный роторный двигатель ВАЗ-411.Затем был разработан двигатель марки ВАЗ-413. Главным их отличием была мощность. Первый агрегат развивал до 120 лошадиных сил, второй - около 140. Однако в серию эти агрегаты повторно не пошли. Завод решил ставить их только на служебные автомобили, используемые в ГИБДД и КГБ.

    Авиационные двигатели «Восьмерки» и «Девятки»

    В последующие годы разработчики пытались создать роторный двигатель для отечественной малой авиации, но все попытки оказались безуспешными.В результате конструкторы вновь приступили к разработке двигателей для легковых (теперь уже переднеприводных) автомобилей ВАЗ 8 и 9 серий.В отличие от своих предшественников вновь разработанные двигатели ВАЗ-414 и 415 были универсальными и могли использоваться на моделях Волги и Москвича. задний привод. и так далее.

    Характеристики РПД ВАЗ-414

    Этот двигатель впервые появился на «девятках» только в 1992 году. По сравнению со своими «предками» этот двигатель имел следующие преимущества:

    • Высокая удельная мощность, позволявшая автомобилю набирать «сотню» всего за 8-9 секунд.
    • Высокая производительность. Один литр сгоревшего топлива мог дать мощность до 110 л.с. (без форсировки и дополнительного диаметра цилиндра).
    • Высокий потенциал для увеличения. Благодаря соответствующему тюнингу удалось увеличить мощность двигателя на несколько десятков лошадиных сил.
    • Быстрый двигатель. Этот двигатель мог работать со скоростью 10 000 об/мин. При таких нагрузках мог работать только роторный двигатель. Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания не позволяет им долго работать на высоких оборотах.
    • Относительно низкий расход топлива. Если предыдущие экземпляры «кушали» около «18-20 литров топлива» на «сотню», то этот агрегат потреблял всего 14-15 в среднем режиме работы.

    Текущая ситуация с РПД на Волжском автозаводе

    Все вышеперечисленные двигатели особой популярности не снискали, и вскоре их производство было свернуто. В дальнейшем Волжский автомобильный завод не планирует возрождать разработку роторных двигателей. Так что РПД ВАЗ-414 так и останется скомканной бумажкой в ​​истории отечественного машиностроения.

    Мы выяснили, какой у роторного двигателя принцип работы и устройство.

    .

    Двухтактный до V12

    Хотя в автомобильной промышленности в последнее время произошли революционные изменения, новости о скорой смерти двигателей внутреннего сгорания сильно преувеличены. Пока что они по-прежнему ездят на подавляющем большинстве автомобилей по дорогам всего мира, и пройдет еще немало весен, прежде чем мы совсем перестанем слышать их характерное жужжание. Однако у поршневого двигателя внутреннего сгорания много названий — приведем самые популярные решения и виды.

    Базовые знания таковы: двигатели внутреннего сгорания – это конструкции, основной задачей которых является преобразование тепловой энергии, образующейся при сгорании топлива, в механическую работу.Мы можем разделить их на три типа: поршневые, турбинные и реактивные двигатели. Первые в основном используются для вождения автомобилей и именно с ними мы разберемся в этом выпуске сериала «От страсти к автомобилизации».

    Как следует из названия, ключевым элементом поршневого двигателя является подвижная часть камеры цилиндра, т.е. поршень . Поршни не одни - в зависимости от количества цилиндров их бывает несколько и даже десяток. В основном, чем больше поршневых агрегатов, тем ровнее становится работа двигателя, лучше гасятся вибрации, благороднее звук, у двигателя выше культура работы.В свою очередь, чем больше рабочий объем цилиндров, тем больше динамический потенциал двигателя, но в то же время выше расход топлива.

    Критерии классификации поршневых двигателей разнообразны. Наиболее важным, с учетом способа воспламенения топливной смеси и вида подаваемого топлива, является деление на двигатели с искровым зажиганием (бензиновые) и двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные).

    По рабочему циклу различают четырехтактные и двухтактные двигатели.

    Конструктивно ключевое значение имеет также деление с учетом расположения цилиндров – тогда мы выделяем, среди прочего, рядные двигатели , V-образные , двухтактные (т.н. оппозитные).

    Учитывая принцип работы рабочего органа, следует отметить двигатель с роторно-поршневым двигателем (двигатель Ванкеля).

    Отличаются двигатели

    и способом охлаждения - оно может быть косвенным, т.е. с применением жидкости, или прямым, менее популярным сегодня, с применением воздуха.

    Удары, или танец поршня

    В классическом двигателе внутреннего сгорания поршень совершает возвратно-поступательное движение в результате высокого давления в цилиндре, возникающего при сгорании топливной смеси.

    Форма поршня идеально подобрана к форме цилиндра, а его движение горизонтальное в зависимости от положения цилиндра (о котором мы поговорим чуть позже). Поршень, изготовленный из алюминиево-кремниевого сплава, закреплен на шатуне, который передает работу поршня на коленчатый вал, затем на маховик, коробку передач и, наконец, на колеса.

    Движение поршня в диапазоне между его максимумами, т.н. мертвые положения называются тактов , а один цикл работы, состоящий из четырех фаз - впуск, сжатие, работа и выпуск - может проходить за четыре или два такта. Отсюда одно из вышеупомянутых делений двигателей на четырех- и двухтактные агрегаты.

    Каждая фаза работы двигателя названа в честь соответствующего процесса, происходящего в камере сгорания, то есть в пространстве, ограниченном верхней поверхностью поршня, стенками цилиндра и головкой.

    В четырехтактном двигателе поршень движется вниз во время такта впуска, создается разрежение и через открытый впускной клапан всасывается воздушно-топливная смесь или воздух.

    Впускной клапан закрывается, и поршень начинает двигаться вверх. Такт сжатия начинается, когда смесь сжимается. Непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки и при максимально возможном давлении, смесь воспламеняется (искровое или самопроизвольное), и «взрыв» толкает поршень вниз, инициируя рабочий ход .

    Возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, создающее крутящий момент. Таким образом, мы получаем энергию, которая способна привести в движение нашу машину. Как известно, любое горение и взрыв сопровождается дымом. В нашем случае часть топливной смеси превращается в выхлопные газы, от которых необходимо утилизироваться. Это происходит на такте выпуска - как раз перед тем, как поршень достигает своей нижней мертвой точки, выпускной клапан открывается, и направленный вверх поршень выталкивает выхлоп из цилиндра.Затем поршень возвращается назад, и цикл повторяется.

    Двухтактный двигатель представляет собой такую ​​умную конструкцию, в которой поршень выполняет только два рабочих хода для всех фаз работы двигателя. Это возможно благодаря тому, что процессы всасывания смеси и отвода отработавших газов осуществляются с использованием изменения давления в цилиндре и не требуют отдельных движений поршня, который, кстати, тоже выполняет функции как клапаны.

    Цилиндр двухтактный, кроме всасывающего и выпускного канала, имеет еще и проходной канал (межкамерный).Этот канал имеет двойную функцию. На первой фазе такта сжатия топливно-воздушная смесь, предварительно скопившаяся в кривошипном пространстве двигателя, поступает в рабочую полость цилиндра, ее задача промывать камеру и одновременно выталкивать отработавшие газы наружу через вытяжной канал.

    Поршень, двигаясь дальше вверх, в конце концов закрывается выпускным клапаном и промежуточной камерой, но открывает нижний всасывающий канал, по которому смесь свежего воздуха и топлива поступает в картер двигателя.Затем происходит зажигание и рабочий такт, во время которого поршень двигателя, двигаясь вниз, раскрывает проходной и выпускной каналы, затем поршень движется вверх, благодаря чему мы снова имеем фазу промывки рабочей камеры и выталкивания выхлопных газов из.

    Первые двухтактные двигатели появились еще до Второй мировой войны, в основном благодаря немецкой компании DKW, но пик их популярности пришелся на 1950-1960-е годы, они были очень популярны, например, в Японии, где с успехом приводили в движение местные кей Кэри .Дольше всего, до 1980-х годов, они использовались в Польше и Восточной Германии. Основным преимуществом таких агрегатов была простота конструкции (отсутствие ГРМ, клапанов, масляного поддона) и, соответственно, простота ремонта.

    Эти двигатели также мощнее четырехтактных двигателей того же рабочего объема и намного легче. Однако список недостатков длиннее, к ним относятся в том числе значительно меньшие межремонтные интервалы, меньший КПД из-за необходимости промывки смесью, что увеличивает потери топлива, необходимость добавления масла в топливо для защиты двигателя от заедания, низкая культура труда, уже упомянутый раздражающий запах выхлопных газов .Гвоздем в крышку гроба двухтактных автомобилей стали все более строгие стандарты чистоты выхлопных газов.

    Четырехтактные двигатели, хотя и намного сложнее по конструкции, чем двухтактные, дали автопроизводителям больше возможностей для разработки современных приводов.

    Искра и самовоспламенение

    Бензиновые и дизельные двигатели - это различие упоминается чаще всего. Основное различие между ними заключается в использовании другого топлива, то есть бензина или дизельного топлива, хотя оба они являются производными сырой нефти.Вид топлива явно не прихоть конструктора, а определяется способом воспламенения топливовоздушной смеси, который у "дизеля" и "бензина" совершенно разный.

    Первый бензиновый двигатель с искровым зажиганием, , был разработан в 1876 году немецким изобретателем Николаусом Отто . Общий принцип работы такого двигателя очень прост и в принципе не изменился до сегодняшнего дня: воспламенение сжатой смеси осуществляется за счет искры, возникающей между электродами свечи зажигания электрическим импульсом.За подачу питания отвечает система зажигания.

    Двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) Эксплуатация намного сложнее. Так почему же дизельный двигатель , построенный в 1892 году немецким инженером Рудольфом Рудольфом (кстати, на основе более раннего патента, разработанного нашим соотечественником Яном Надровским , ) стал конкурентоспособной конструкцией для бензинового двигателя? Инженер Отто уже обнаружил, что КПД двигателей увеличивается с увеличением степени сжатия.

    Смесь топлива и воздуха, которая может воспламениться от искры, мы можем только сжать до определенной, к сожалению, довольно низкой степени, иначе произойдет самовозгорание. Таким образом тратится много энергии. Идея Надровски и Дизеля заключалась в том, чтобы сжимать сам воздух, а когда поршень почти достигал верхней мертвой точки, впрыскивать порцию топлива под очень высоким давлением. Однако это мог быть не бензин, а топливо с гораздо более высокой температурой самовоспламенения, что позволило бы использовать потенциал высокого давления.Именно поэтому дизельное топливо заливают в дизельный бак. Степень сжатия в дизелях обычно находится в пределах 16-25 (в современных бензиновых двигателях обычно от 9 до 12) и поэтому их называют дизелями.

    Дизель

    имеет гораздо более высокий КПД, более высокий крутящий момент, меньше топлива и несколько лет назад был практически безотказным (в последнее время, однако, баланс сместился в сторону бензиновых двигателей, т.к. растущие экологические требования сделали дизели более сложными и склонными к серьезным неудачи).Так почему же, несмотря на столько преимуществ, дизельный двигатель не дал искры по сравнению с прошлым? Да потому, что у бензинового двигателя было и есть много преимуществ: легкий пуск вне зависимости от времени года, легкость получения высоких оборотов, большая мощность, линейность крутящего момента, достаточно простая структура системы питания, упомянутая меньшая частота отказов, более высокая работа культура (как известно, дизеля тарахтят характерно и громко).

    Инженеры долго пытались найти один из Святых Граалей автомобильной промышленности, то есть сконструировать двигатель, сочетающий в себе положительные черты двух самых популярных двигателей.Хотя результаты до сих пор оказались плохими, дальнейшие попытки все еще предпринимаются, и последней конструкцией этого типа является двигатель Mazda Skyactiv-X . В нем используется инновационная технология SCCI - искровое воспламенение от сжатия. Это работает? Мнения неоднозначны. Skyactiv-X работает очень культурно, мало жжет, но, к сожалению, не дотягивает до обещанной инженерами Mazda динамики.

    Рядный, раздвоенный, коробчатый, вращающийся

    Одним из важнейших критериев классификации поршневых двигателей является различие между количеством и расположением цилиндров.

    Просто взгляните на каталоги производителей - в характеристиках автомобилей есть такие термины, как двигатели R4, R6, V6, V8, некоторые хвастаются боксерами, а среди подержанных автомобилей встречаются и загадочные ванкели. Почему конструкторы двигателей не придерживаются одного проверенного решения, а годами так разнообразно располагают цилиндры, дополнительно жонглируя их количеством?

    Сложностью всегда была балансировка поршневого двигателя - возвратно-поступательное движение поршней и такое же движение шатуна в противоположной плоскости порождают значительные, отчетливо ощутимые вибрации.Так или иначе, имманентной чертой каждого четырехтактного двигателя является склонность к неравномерной работе, вызванная различной скоростью хода в зависимости от фазы работы. Отдельным вопросом является соответствующая подгонка мотобайка под модель автомобиля и его предполагаемое использование. К маленькому двигателю городского автомобиля и к мощному спортивному агрегату предъявляются разные требования.

    Наиболее часто используемым решением является так называемый рядное расположение, при котором поршни выстраиваются в один ряд и перемещаются вертикально.Трехцилиндровый рядный двигатель тогда маркируется символом R3, четырехцилиндровый R4, шестицилиндровый R6. Последние практически полностью сбалансированы и с точки зрения культуры работы являются одним из лучших решений. К сожалению, применяются они редко, в основном из-за того, что такие двигатели долго и сложно монтируются в современные автомобили. Одним из немногих производителей, которые до сих пор предлагают такие агрегаты, является, например, BMW. Редко можно встретить пятицилиндровые двигатели R5, хотя они тоже очень хорошие моторы — звучат расово, впечатляют производительностью и не очень аварийны.Балансировать их чуть сложнее, чем R4 и R6, сложнее разместить их поперечно в моторном отсеке, а слишком большая вместимость (обычно около 2,5 литров) выливается в повышенный расход топлива, а значит, они занесены в черный список экологов.

    На рынке преобладают рядные четырехцилиндровые двигатели, хотя в последнее время их все чаще заменяют трехцилиндровыми, особенно среди городских и малолитражных автомобилей.

    Культура работы у R3 относительно невысокая, но они легче соответствуют строгим экологическим нормам, а оснащенные турбокомпрессорами обеспечивают достаточную динамику.А то, что большинство из них скорее всего не долговечны? Ну, раз такое... Сокращение идет почти полным ходом.

    К счастью, до сих пор выпускаются автомобили внутреннего сгорания, которые должны поражать производительностью и динамикой, а в таких случаях без большого количества емких цилиндров обойтись сложно. Однако сложно представить мотор с восемью или двенадцатью «гарами» подряд. Именно поэтому был изобретен V-образный двигатель (V) , в котором цилиндры расположены в два ряда под углом 90 или 60 градусов, но приводящие в движение один, общий коленчатый вал.

    «Vs» значительно короче «рядов», обычно лучше сбалансированы, также отличаются красивым звучанием. Конечно, ничего не бывает бесплатно — такая конструкция требует как минимум двух головок, сложной системы газораспределения или отдельных выпускных коллекторов для каждого ряда цилиндров.

    Существует также гибрид двух двигателей V-Row (VR) . По сути, это V-образный двигатель, но с небольшим углом наклона вилки (от 10,6 до 22 градусов), поэтому ему нужна только одна головка, и его можно разместить поперечно в переднеприводном автомобиле.Это очень редкий двигатель - когда-то его использовали, в том числе, Концерн Volkswagen в моделях Passat, Golf и Corrado.

    Интересную конструкцию представляют двухтактные двигатели , т.н. боксеры, чаще всего встречающиеся в автомобилях Subaru и Porsche, а ранее также в некоторых автомобилях Alfa, Lancia, Citroën и VW Beetles. В этой системе поршни, работающие попарно, двигаются точно в противоположных направлениях (напоминает бокс, отсюда и название), а плоскости, в которых они двигаются, развернуты на 180 градусов на одном уровне с центрально расположенным коленчатым валом.

    Силы инерции поршневой пары «бокса» самоуравновешиваются, благодаря чему кривошипно-поршневая система работает очень равномерно, мало передает вибрации, а сопротивление в каждом диапазоне оборотов мало, что положительно сказывается на динамике . Боксеры жесткие, легкие (алюминиевый фюзеляж, отсутствие дополнительных балансировочных элементов) и занимают мало места, что позволяет устанавливать их как можно ниже в моторном отсеке. Это положительно сказывается на развесовке (по 50% на переднюю и заднюю часть) и устойчивости автомобиля.

    Двухтактный двигатель также имеет оригинальный звук. Однако розы без шипов не бывает. Поскольку боксеры плотно заполняют пространство между лонжеронами, почти каждая операция обслуживания очень сложна. Дополнительно дублируются головка, распредвал, прокладки и сальники, а цепи и ремни ГРМ длинные, что требует использования дополнительных роликов.

    Есть еще один тип двигателя, совершенно отличный от остальных - двигатель Ванкеля .Он был изобретен немецким конструктором Феликсом Ванкелем еще в 1929 году, но первый прототип был создан лишь спустя 28 лет.

    Принцип Ванкеля гениален в своей простоте. В этом двигателе одиночный поршень (ротор) в форме треугольника Рело (со скругленными сторонами) не совершает возвратно-поступательного или боксёрского движения, а вращается в едином эллиптическом цилиндре под действием давления газов, образующихся при сгорании топливовоздушной смеси.

    Наружная поверхность ротора имеет углубление, образующее со стенками цилиндра камеру сгорания. Ротор имеет зубчатое зацепление с внутренней стороны, взаимодействующее с зубчатым колесом, постоянно закрепленным в корпусе. За один оборот вала двигатель совершает целых четыре такта работы - всасывание, сжатие, рабочий и выпускной. Все эти процессы происходят в камерах, образующихся при вращении ротора. За каждый оборот ротора эксцентриковый вал поворачивается три раза. Такая конструкция позволяет двигателю развивать очень высокие обороты (9-10 тысяч об/мин).об/мин), и в то же время характеризуется высоким механическим КПД.

    У нас есть и другие преимущества - двигатели Ванкеля состоят из минимального количества компонентов, очень легкие, работают тихо, потому что не имеют шумных клапанов, и в то же время производят абсолютно безошибочный спортивный звук. Они идеально сбалансированы и позволяют достичь беспрецедентного в других конструкциях уровня культуры труда. К сожалению, у них есть и серьезные недостатки: они требуют разветвленной системы охлаждения, присущей им конструктивной особенностью является «забор» масла, проблема заключается в эффективном уплотнении между поршнем и цилиндром, они быстро изнашиваются и через каждые ок.100 тысяч км требуют капитального ремонта. Они также очень прожорливы к топливу.

    Wankle использовался Mazda дольше всех и с наибольшей решимостью (включая модели Cosmo, RX-7, RX-8). В прошлом их также можно было встретить в автомобилях NSU (Spider, Ro 80), а также в знаменитом прототипе Mercedes C-111.

    Воздух и вода — два элемента охлаждения

    Последняя разделительная черта, о которой я хотел упомянуть, это то, как они охлаждаются.

    КПД автомобильных двигателей не очень впечатляет - максимум он достигает ок.45%, и обычно остается намного ниже. Что происходит с остальной энергией, или проще говоря, с произведенным теплом? Частично он улетучивается с выхлопными газами, но примерно треть выбрасывается через систему охлаждения. Чаще всего используются две системы - непрямая , т.е. с использованием жидкости , или прямая , в которой ключевую роль играет воздух . Задача обеих систем — не только охлаждение, но и поддержание максимально оптимальной рабочей температуры двигателя.

    В прямой системе воздух обдувает горячий двигатель, а именно цилиндры и головку, понижая его температуру. Так раньше охлаждались двигатели Porsche 911, VW Beetle и Fiat 126p. Этот тип системы довольно прост (без жидких компонентов, таких как радиатор или водяной насос) и достаточно надежен.

    Необходимо наличие достаточно плотного оребрения оголовка, обычно также используются воздухозаборники в кузове автомобиля для направления потока воздуха к наиболее нагретым элементам, часто устанавливаются дополнительные нагнетатели.Прямая система заставляет двигатель быстро нагреваться, а значит - медленнее изнашиваются некоторые его узлы; он также практически не требует технического обслуживания. Однако охлаждение не такое эффективное, как водяное, температуры циркуляции выше, что способствует детонации, и колебания температуры больше. Чтобы этого не произошло, степень сжатия поддерживается низкой, в результате чего эффективность двигателей становится ограниченной. Кроме того, «воздушные» двигатели шумные.

    На сегодняшний день наиболее распространенным решением является непрямая система, названная так потому, что жидкость выступает посредником между теплоотводом двигателя и охлаждающим его воздухом в радиаторе (естественно или дополнительно нагнетаемым вентилятором).

    В системе непрямого охлаждения используются два контура: малый и большой, с большим количеством компонентов. Перечислим только самые важные: радиатор, термостат, вентилятор, датчики температуры, водяной насос, расширительный бачок, отопитель. Дополнительно в блоке двигателя возле наиболее нагреваемых деталей имеются полые каналы, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Двигатели с жидкостным охлаждением более эффективны, чем двигатели с воздушным охлаждением, и они тише. Однако найти неисправности в них проще, из-за сложности системы и утечек охлаждающей жидкости.

    Кшиштоф Михал Юзвяк

    .

    Тупик эволюции

    Когда в августе 1914 года французская шрапнель убила резервиста армии императора Вильгельма II Рудольфа Ванкеля, лесничего из Шварцвальда в Эльзасе, его сын Феликс как раз праздновал свой двенадцатый день рождения. Мать, не справившись с новой жизненной ситуацией, могла дать мальчику, мечтающему о политехническом вузе, лишь среднее образование. В 19 лет он начал работать типографом и продавцом в научном издательстве в Гейдельберге. Однако благодаря своим техническим способностям Феликс Ванкель смог справиться с жизненными проблемами в тяжелые послевоенные времена.В 1924 году он основал мастерскую, где занимался, среди прочего, собственные разработки уплотнений для различных машин и устройств. Его первый патент, зарегистрированный в 1929 г. под номером DRP 507 584, касался принципа работы вращающегося поршневого двигателя.

    Как и многие молодые люди, пострадавшие от экономической депрессии и гиперинфляции во времена Веймарской республики, Ванкель увлекся простыми политическими рецептами национал-социалистов и вступил в НСДАП. Однако в 1932 году он вышел из партии Гитлера, публично разоблачив коррумпированные действия гауляйтера Роберта Вагнера.Когда год спустя к власти пришли нацисты, Ванкеля на несколько месяцев посадили в тюрьму. После этого опыта он переехал в Линдау на Боденском озере, где в основном занимался производством роторных насосов и компрессоров, а также решениями в области уплотнений. Он сотрудничал с компаниями такого ранга, как Daimler Benz, BMW, Junkers и DVL. Это вызвало обвинения против него в 1945 году в участии в производстве вооружений Третьего рейха. Французские солдаты, оккупировавшие Линдау, разрушили его студию и почти на год заключили Ванкеля в тюрьму.

    Только через пять лет он нашел работу в известной автомобильной компании NSU, которая заинтересовала его исследованиями инновационного двигателя с вращающимся поршнем. В 1957 году опытный образец этого силового агрегата был успешно запущен в эксплуатацию. Он работал на испытательном стенде целых два часа. Идея, которую мир позже узнал как двигатель Ванкеля, стала реальностью.

    Чтобы придумать что-то подобное, требуется невероятное техническое воображение. Поршень в этом двигателе имеет форму «вздутого» треугольника и вращается в слегка суженной эллипсообразной камере, направляемой эксцентриковой системой.В результате четыре фазы процесса горения смеси воссоздаются в трех камерах с переменной производительностью: впуск, сжатие, воспламенение и сгорание и выхлоп. Вал двигателя вращается в том же направлении, что и поршень благодаря специальному зубчатому зацеплению, но в три раза быстрее! Двигатель Ванкеля весит в три раза меньше обычного двигателя, имеет вдвое меньше деталей и всего три движущихся части, он не создает вибраций, работает тихо и мягко. Когда его показали миру, около 100 компаний выразили заинтересованность в приобретении лицензии, а 27, включая Rolls Royce, Daimler Benz, Curtiss Wright, General Motors, Mazda и Suzuki, заключили сделку с Wankel и NSU.В 1964 году первый в мире автомобиль с двигателем Ванкеля — маленький NSU Spider — покинул завод в Неккарсульме. В то время конструкторы уже работали над лимузином, оснащенным новым приводом.

    Когда в 1967 году NSU Ro 80 выиграл титул «Автомобиль года», производство Spider пришлось резко остановить. Появились трудноустранимые проблемы с растрескиванием чрезмерно термонагруженного блока двигателя и с системой зажигания. Также были обнаружены два других недостатка конструкции Ванкеля: чрезмерный аппетит к топливу и моторному маслу и неустойчивость уплотнений, разделяющих отдельные камеры.Восторг от феноменально красивого Ro 80 вскоре сменился резкой критикой. Ходила шутка, что двигатель Ванкеля блестяще сочетал в себе худшие недостатки четырех- и двухтактных двигателей. Начальникам НГУ, однако, было не до смеха: почти на всех автомобилях двигатели приходилось менять по гарантии. Компания пришла в упадок и была куплена Volkswagen. У лицензиатов дела обстояли не лучше: Citroen GS Birotor, выпущенный в 1973 году, был продан в количестве... 847 единиц. В конце концов на заводе решили, что выгоднее покупать их у покупателей, чем лезть в стоимость ремонта.Suzuki выпустила мотоцикл RE5 Rotary с двигателем Ванкеля в 1974 году. Это был, пожалуй, самый сложный из когда-либо построенных двухколесных транспортных средств. У него было, например, три системы смазки, две дроссельные заслонки, карбюратор с дюжиной или около того форсунок и несколько систем охлаждения. Он потреблял 11 литров топлива на 100 км и через три года исчез из производственной программы без объяснения причин. В Восточной Германии вращающиеся поршневые двигатели должны были приводить в движение Trabants и Wartburg. В СССР предпринимались попытки скопировать конструкцию Ванкеля без покупки лицензии, но роторные двигатели в прототипе Lady закончили свою жизнь через 20 000 километров пробега.

    На поле боя остается только Mazda. Его инженерам удалось устранить большинство недостатков оригинала. В 1991 году Mazda 787B с двигателем Ванкеля даже выиграла 24-часовую гонку в Ле-Мане, а в 21 веке двигатель Mazda RX 8 несколько раз выигрывал титул «Двигатель года», но перед лицом вечно более высокие цены на топливо и нормы выбросов, даже японцы должны были сказать "малиновые". Еще одно направление в эволюции автомобиля оказалось тупиковым.

    .

    Проектные и инженерные конструкции - Ванкеля наизнанку, т.е. роторные двигатели Liquid Piston

    Построенный в середине двадцатого века двигатель Ванкеля, несомненно, был гениальной конструкцией. Его преимущества, такие как компактный дизайн, небольшое количество движущихся частей, высокое отношение мощности к весу и высокие значения оборотов, на протяжении многих лет вдохновляли дизайнеров в автомобильной, мотоциклетной и авиационной промышленности.Лицензии на производство двигателей этого типа приобрели такие бренды, как Citroën, Curtiss-Wright, General Motors, Mazda, Mercedes-Benz, Norton, Porsche, Rolls-Royce, Suzuki и Toyota. Было построено много автомобилей и самолетов с двигателем Ванкеля. Однако целый ряд конструктивных недостатков и технологических проблем фактически отбил у производителей охоту к дальнейшей разработке приводов с двигателем Ванкеля. Все более строгие нормы выбросов способствовали снятию с производства последнего автомобиля, работающего на ваниле, как ласково отзываются о нем энтузиасты Mazda RX-8.Однако идея роторного двигателя такого типа не была полностью забыта.

    Яцек Зберски

    Среди множества проектов, направленных на разработку и производство оптимизированных роторных двигателей нового поколения (см. «Современные двигатели Ванкеля» в сентябрьском выпуске журнала Design and Engineering за 2018 г.), растет интерес к LiquidPiston из Блумфилда, штат Коннектикут. В течение 18 лет LiquidPiston разрабатывала собственную конструкцию двигателя, известную как наизнанку Ванкеля , то есть левый Ванкель.На практике это означает, что в то время как двигатель Ванкеля имеет овальное тело с вращающимся внутри почти треугольным поршнем, двигатель LiquidPiston имеет почти треугольную форму с вращающимся внутри удлиненным поршнем овальной формы. Однако за такой простой характеристикой скрывается целый набор проектных допущений, делающих этот проект уникальным.

    СРАВНЕНИЕ С
    ДВИГАТЕЛЕМ ВАНКЕЛЯ

    Замысел конструкторов Liquid Piston заключался в том, чтобы разработать привод, обладающий преимуществами двигателя Ванкеля, и в то же время лишенный недостатков, характерных для данного типа приводных агрегатов.Итак, как и двигатель Ванкеля, двигатель LiquidPiston состоит из двух движущихся частей — ротора и колеблющегося вала. В отличие от плоской и узкой камеры сгорания двигателя Ванкеля, характеризующейся неблагоприятным отношением площади поверхности к объему, что способствует охлаждению топливной смеси и потере КПД, использование овального ротора в треугольном корпусе LiquidPiston позволяет получить почти сферическую форму стационарной камеры сгорания, что приводит к оптимальному соотношению поверхности к объему, повышению эффективности сгорания и улучшению теплового баланса двигателя.


    Рис. Сравнение двигателя Ванкеля (слева) и двигателя LiquidPiston X (справа). Красный — на горение, синий — на впуск, желтый — на выхлоп.

    Вся статья доступна в платном выпуске 5/6 (164/165) май/июнь 2021

    Как приобрести

    .

    Двигатель Ванкеля — OLX.pl

    Другие объявления

    Найдено 27 объявлений

    Найдено 27 объявлений

    Ваше объявление находится вверху списка? Выделять!

    MAZDA RX8- 231KM HIGHPOWER WANKEL ENGINE 1.3

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    4 500 злотых

    Борженцин вчера 13:21

    Audi NSU Ro 80 WANKEL двигатель 1.0 бензин 1972ОЛДТАЙМЕР

    Легковые автомобили »Другие легковые автомобили

    9 900 злотых

    Марцишув 24 апр.

    90 107

    МАСЛЯНЫЙ ДРАКОН MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    100 злотых

    Яновице 24 апр.

    90 150

    РОТОР ПОРШНЯ MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    450 злотых

    Яновице 24 апр.

    МАСЛЯНЫЙ ПОДДОН MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    350 злотых

    Яновице 24 апр.

    ШЕСТЕРНЯ MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    150 злотых

    Яновице 24 апр.

    МАСЛЯНЫЙ ПОДДОН MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    100 злотых

    Яновице 24 апр.

    РОТОР БЛОКА ЦИЛИНДРОВ MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    1 250 злотых

    Яновице 24 апр.

    ГОЛОВКА ДВИГАТЕЛЯ MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    100 злотых

    Яновице 24 апр.

    ГОЛОВКА ДВИГАТЕЛЯ MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    100 злотых

    Яновице 24 апр.

    БАЛАНСИРОВКА МАСЛЯНОГО НАСОСА MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    100 злотых

    Яновице 24 апр.

    ДАТЧИК УРОВНЯ МАСЛА MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА LS-22A

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    250 злотых

    Яновице 24 апр.

    MAZDA RX-8 КРЫШКА ДВИГАТЕЛЯ 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    150 злотых

    Яновице 24 апр.

    КОЛЕСО МАСЛЯНОГО НАСОСА MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    150 злотых

    Яновице 24 апр.

    РОТОР ПОРШНЯ MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    450 злотых

    Яновице 24 апр.

    ШЕСТЕРНЯ МАСЛЯНОГО НАСОСА MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    50 злотых

    Яновице 24 апр.

    РОТОР БЛОКА ЦИЛИНДРОВ MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    1 250 злотых

    Яновице 24 апр.

    ВАЛ КОЛЕС MAZDA RX-8 1.3 ВАНКЛА

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    100 злотых

    Яновице 24 апр.

    Mazda RX-8 Mazda RX 8 2004 Двигатель Ванкеля - Renesis 231KM !!! ПОВРЕЖДЕН

    Легковые автомобили » Мазда

    11 300 злотых

    Маслов Первый 24 апр.

    90 850

    ПРИВОДНОЙ ВАЛ ПРАВЫЙ ЛЕВЫЙ ЗАДНИЙ MAZDA RX8 1.3 БЕНЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ WANKEL

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    70 злотых

    Прыжки 22 апр.

    Mazda RX7 79r маховик двигателя Ванкеля

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    399,99 зл.

    Збоншинь 7 апр.

    Mazda RX7 79r Устройство зажигания двигателя Ванкеля

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    599,99 зл.

    Збоншинь 7 апр.

    Mazda RX7 79r Муфта двигателя Ванкеля

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    399,99 зл.

    Збоншинь 7 апр.

    Mazda RX7 79r Капот двигателя Ванкеля

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    599,99 зл.

    Збоншинь 7 апр.

    Mazda RX7 79r двигатель Ванкеля карбюратор

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    599,99 зл.

    Збоншинь 7 апр.

    Mazda RX7 79r коробка передач двигатель Ванкеля

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    2 499,99 злотых

    Збоншинь 7 апр.

    II Мазда RX-7 1.3 WANKLE PUMP для настройки турбины Турбокомпрессор

    Автозапчасти »Легковые автомобили

    90 029 700 злотых

    Раконевице 29 марта

    .

    Смотрите также

    
    Оцените статьюПлохая статьяСредненькая статьяНормальная статьяНеплохая статьяОтличная статья (проголосовало 13 средний балл: 5,00 из 5)