Роторно поршневой двигатель принцип работы


Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

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

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

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

Принцип работы роторного двигателя

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

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

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

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

Mazda RX-8

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

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

Строение роторного двигателя

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

Ротор

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

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

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

Корпус (статор)

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

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

  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочий такт
  • Выпуск

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

Выходной вал

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

Сбор роторного двигателя

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

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

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

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

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

Мощность роторного двигателя

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

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал выполняет три оборота.

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

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

Впуск

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

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

Сжатие

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

Рабочий такт

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

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

Выпуск

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

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

Различия и проблемы

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

Меньше движущихся деталей

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

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

Плавная работа

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

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

Медленная работа

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

Проблемы

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

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 (принцип работы, достоинства, недостатки, перспективы)

 Роторный двигатель изобрел доктор Феликс Ванкель, вернее он был соавтором совместно с Вальтером Фройде. В 1957 году они разрабатывали две модели аналогичных роторных двигателей, но двигатель Ванкеля нашел более широкое применение. Именно поэтому этот двигатель часто также называют двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля.
 Роторный двигатель, как и двигатель в вашей машине является двигателем внутреннего сгорания, но принцип его работы совершенно другой, в отличии от обычного поршневого двигателя.

 Если в поршневом двигателе, существует несколько (в зависимости от цилиндров) рабочих объемов (цилиндр и поршень),  поочередно выполняющих свои стандартные циклы – забор смеси, сжатие, зажигание и выхлоп, то в роторном, поршни заменены ротором. (рабочий треугольный орган в форме эпитрохоида), который в зависимости от угла поворота поочередно, совместно с корпусом, участвует все в тех же циклах перечисленных ранее (забор, сжатие, зажигание, выброс)
 В этой статье мы узнаем о том, как работает роторный двигатель, о его особенностях и интересных фактах связанных с ним, о достоинствах и недостатках. Давайте начнем наше знакомство с роторным двигателем, с принципа его работы.

Принцип работы роторно-поршневого  двигателя

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, создаваемое при сгорании топливно-воздушной смеси. Как и в поршневом двигателе, входное отверстие сообщается с дроссельной заслонкой, а выпускное с выхлопной системой. Если в поршневом двигателе это давление образуется в цилиндрах, а затем посредством поршней, шатунов передается на коленчатый вал, то в роторном двигателе передаточные звенья отсутствуют. Треугольный ротор в роторном двигателе является своеобразным поршнем, вращающимся по кругу и передающим крутящий момент на выходной вал.
 Фактически ротор при вращении делит общую камеру на три изолированных, в объеме каждой из этих условных камер происходит свой цикл (забор, сжатие, зажигание, выброс). Как и в случае с поршневым двигателем, роторные двигатели имеют всего 4 такта.
 Как правило, даже в самом простом роторном двигателе применяют два ротора. Такая конструкция позволяет уменьшить детонацию, увеличить стабильность работы двигателя. Если вы внимательно посмотрите на картинку, то увидите, что один полный оборот ротора, соответствует 3 оборотом вала.
 Сердцем роторного двигателя является ротор. Ротор в данном случае эквивалентен поршням в обычном двигателе. Ротор установлен на вал с неким эксцентриситетом. Фактически такое смещение можно сравнить с рукояткой на лебедке. Подобная установка ротора, позволяет передавать крутящий момент от него на вал.
 Как мы уже говорили, двигатель имеет 4 такта, они меняются в зависимости от угла поворота ротора. Сейчас мы кратко рассмотрим каждый из данных тактов в роторном двигателе. 

Забор топливно-воздушной смеси в роторном двигателе

Забор смеси начинается в тот момент, когда одна из вершин ротора проходит впускной клапан в корпусе. В это время, объем камеры расширяется, вовлекая в свое увеличивающееся пространство топливно-воздушную смесь. В тот момент, когда следующая вершина ротора проходит впускной канал, начинается следующий такт.
Сжатие топливно-воздушной смеси в роторном двигателе
Во время поворота ротора, объем смеси захваченной ротором уменьшается, что приводит к повышению давления. Максимальное давление образуется в тот момент, когда топливно-воздушная смесь находится в зоне свечей.

Сжигание топливно-воздушной смеси

Для зажигания смеси, как и в поршневом двигателе, используются свечи. Они зажигают смесь одновременно, то есть срабатывают синхронно. Обычно для роторного двигателя применяют две свечи зажигания. Применение двух свечей зажигания связано с особенностями рабочего объема. Он как бы вытянут по стенке корпуса, именно поэтому, эффективней использовать две свечи, чтобы смесь сгорала более быстро и равномерно. В случае с одной свечкой, смесь будет сгорать дольше, если можно так сказать постепенно, что значительно понизит пиковое давление во время взрыва при зажигании топливно-воздушной смеси.
 В итоге, от образовавшегося давления взрывной волны, получается рабочее усилие, проворачивающее ротор на эксцентрике вала. Крутящий момент передается на выходной вал. Ротор проворачивается до отверстия выпуска выхлопных газов.

Выброс отработавших выхлопных газов

Как только ротор одной из своих вершин пересекает границу выпускного отверстия, начинается выброс выхлопных газов. Ротор по инерции, а также посредством второго ротора, работающего асинхронно, продолжает менять свой угол и перемещается вершиной до впускного отверстия. Здесь все происходит заново от такта забора до такта выброса.

Узлы (детали) роторного двигателя

Далее мы расскажем о составляющих частях роторного двигателя, что также отчасти поможет вам в более точном понимании работы двигателя. Роторный двигатель имеет в своем составе систему зажигания, систему питания, систему охлаждения, которые похожи на те, что применяются в поршневых двигателях. А теперь о уникальных деталях.

Ротор роторного двигателя

Ротор имеет три выпуклых поверхности с фразированными углублениями. Углубление позволяют несколько увеличить рабочий объем.  На вершинах (углах) ротора имеются уплотнительные, однонаправленные пластинки. Именно они учувствуют в герметизации между ротором и корпусом. Есть также металлические кольца на каждой из сторон ротора, которые отделяют рабочую камеру от картера двигателя.  Кроме того, ротор имеет в центре с одной стороны зубчатый венец. Этот венец жестко закреплен с ротором. Именно через данную зубчатую передачу передается рабочий крутящий момент от двигателя.

Корпус роторного двигателя

 

Корпус роторного двигателя, словно многослойный пирог. Он имеет свои крышки, рабочие камеры, разделительные стенки. Лучше всего понять конструкцию корпуса можно будет взглянув на картинку.
Из нее видно, что двигатель имеет две камеры, разделенные стенкой и крышки с двух сторон. Все остальное конечно тоже имеет значение, но первостепенно именно то, что мы перечислили.
 А теперь мы расскажем о рабочих камерах корпуса роторного двигателя. 

  Внутренняя полость корпуса представляет из себя сложную форму, напоминающую овал. На самом деле овал имеет определенные компенсирующие отливы, которые обеспечивают герметизацию всех трех камер разделенных ротором, вне зависимости от угла его поворота и происходящего цикла. Для каждого цикла, в корпусе роторного двигателя, отведено свое место. В зависимости от угла поворота ротора выполняется соответствующий цикл, который повторяется с периодичностью через каждые 360 градусов поворота ротора
 Выпускные отверстия для выброса сгоревших газов, находятся также в корпусе рабочей камеры. Промежуточная стенка между камерами (на фото ниже)

удерживает вал в совеем центральном отверстии, уплотняется с роторами по боковым стенкам, имеет элементы системы охлаждения, инжекционные порты, направляющие втулки.

Выходной вал роторного двигателя

 Выходной вал имеет эксцентрики, в данном случае их два, так как на вал устанавливается два ротора, которые работают в противофазе, когда один в цикле выброса отработавших газов, второй в цикле забора смеси. Применение двух роторов позволяют скомпенсировать биения во время работы двигателя и соответственно уменьшить детонацию. За счет смещения эксцентрика и перемещения каждого из роторов по стенкам в корпусе двигателя, они стараются провернуть вал. В итоге, на нем образуется рабочий крутящий момент.

Достоинства роторного двигателя

Как мы уже упоминали, главным достоинством роторного двигателя является отсутствие передающих звеньев, а именно шатунов. Кроме того, для роторного двигателя не требуется  клапанов, пружин клапанов, распределительного вала, ремня ГРМ и т.д. Все это в итоге сказывается на габаритах и массе двигателя. Именно поэтому многие производители самолетов (например Skycar, Schleicher), предпочитают поршневым двигателям роторные.
 К плюсам роторного двигателя, как мы уже тоже говорили, можно отнести и очень хорошую сбалансированность деталей в нем. Его можно сравнить с оппозитным 4 поршневым двигателем.
 роторный двигатель более длительное время, по сравнению с поршневым, выдает крутящий момент на выходной вал. Если для роторного двигателя выход мощности на вал длится порядка ¾ оборота (270 градусов), то для поршневого двигателя крутящий момент передается только в течении ½ оборота (180 градусов)
 Так как ротор вращается всего один раз за три оборота вала, это также сказывается на ресурсе ротора, в отличии от поршневых двигателей, где поршень делает полный цикл за оборот вала. У японский моделей автомобилей, ресурс двигателя может достигать 300 т. км.

Недостатки роторных двигателей

 Так в современном мире роторные двигатели массово не применяются вследствие низкой экологичности.
 Роторные двигатели потребляют большее количество топлива, вследствие низких рабочих давлений в камере сгорания.
 Роторные двигатели не так распространены, что может стать проблемой при их ремонте и эксплуатации.
 В двигателе фактически нет системы смазки. Определенное количество смазки (моторного масла) постоянно выбрасывается в корпус к ротору. В итоге у двигателя имеется значительный расход масла. Кроме того, это должно быть высококачественное минеральное масло без присадок, так как «синтетика» выгорая, образует на стенках корпуса нагар.
 Двигатели намного сильнее нагреваются чем поршневые двигатели.

Всемирно известные автомобили, выпускающиеся с роторными двигателями

(На фото Mazda Cosmo Sport и Mazda RX8)

 Японская компания Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторным двигателем. Так первая Мазда Cosmo Sport увидела свет в далеком 1967 году. Следующее поколение - Mazda RX-7 поступила в продажу в 1978 году. Пожалуй, это была одна из самых удачных машин с роторным двигателем.  И последнее поколение автомобилей с роторным двигателем это Мазда RX-8.
 И в итоге, самым мощным без турбонаддува двигателем внутреннего сгорания стал двигатель «Renesis» от Мазда, объёмом всего 1,3 л. Именно у него рекордный показатель мощности к рабочему объему двигателя, а именно 250 л. с.
 В последние годы компании Мазда удалось значительно улучшить характеристики роторных двигателей. Двигатели стали более экологичны, и не требуют такого объема масла для смазки.
Выпускались автомобили с роторным двигателем и другими авопроизводителями: Audi, Mercedes.
  В СССР на АвтоВАЗе также выпускали ряд роторных двигателей. Роторные двигатели ставились на автомобиль 21079 (1,3 л 140 л.с.) и планировались к эксплуатации в спецслужбах.
 В 90 годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы следующие роторные двигатели ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Перспективы роторных двигателей

Основные перспективы роторных двигателей связаны с переходом на водородное топливо. Во-первых сразу решается проблема экологичности, а во-вторых, роторные двигатели практически не подвержены детонации при работе с этим видом топлива.

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

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС | Обзор и обслуживание автомобилей

AutoBlogCar.Ru – Полезные статьи для автолюбителей | https://autoblogcar.ru/

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется роторно-поршневым двигателем автомобиля, известным в народе, как силовая установка Ванкеля, каков его принцип работы и в чем заключается отличие мотора от классических типов. Кроме того, расскажем про то, какими преимуществами с недостатками обладает роторно-поршневой двигатель, насколько ремонтопригоден мотор, а также выгодна ли в эксплуатации и обслуживания данная силовая установка. В заключении поговорим о том, на какие современные автомобили устанавливают мотор с роторно-поршневым типом действия, а также, из каких основных и вспомогательных компонентов состоит двигатель.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Роторно-поршневой силовой установкой или сокращенно РПД Ванкеля называется двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия сгорающих газов преобразуется в механическую при помощи специального ротора, совершающего вращательное или вращательно-возвратное движение относительно главного корпуса. Конструкция двигателя была разработана в 1957 году инженерами Вальтером Фройде и Феликсом Ванкелем. Силовая установка официально была запущена в массовое производство в 1959 году.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Роторно-поршневой двигатель обладает рядом конструктивных и функциональных особенностей. В такой силовой установке вместо стандартного поршня применяется трехгранный ротор, который с виду напоминает треугольник с закругленными концами. Данный своеобразный поршень имеет официальное название треугольник Рело, который вращается внутри цилиндра специального размера и формы выполненной по типу кривой плоскости, которая жестко связана с окружностью, катящейся по внешней стороне другой окружности. Справочно заметим, что двигатель Ванкеля, когда то считался мотором будущего, благодаря введению множества новаций при его разработке и производстве. 

1. Конструкция, плюсы и минусы роторно-поршневого двигателя

Благодаря уникальной особенности главного поршня, который похож на трехгранный ротор у двигателя отсутствуют преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. Эти моменты способствуют тому, что силовая установка способна выдерживать намного более высокие обороты в сравнении с классическим типом двигателя. Самой главной особенностью мотора Ванкеля является то, что обладая небольшим объемом камеры сгорания, двигатель выдает высокие показатели мощности. Что касается габаритов конструкции, то она опять же в сравнении с традиционным мотором, она в несколько раз меньше и содержит малое количество компонентов. Благодаря небольшому размеру двигателя оптимизируется расположение трансмиссии и следовательно улучшается развесовка узлов, что позволяет получить чуткую управляемость, а также помогает сделать автомобиль более просторным, как для водителя, так для пассажиров.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Как и любой другой двигатель, роторно-поршневой обладает своими плюсами и минусами, которые ему характерны. 

К плюсам силовой установки относят:

Небольшие габариты и малый вес;

Небольшое количество компонентов и деталей, даже в сравнении с 2-ух тактным поршневым мотором;

Мощность в 2 раза больше при тех же размерах, чем у классического двигателя;

Плавное функционирование, благодаря отсутствию возвратно-поступательных движений;

Использование топлива с низким октановым числом.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

К минусам силовой установки относят:

– Процедура по сгоранию топлива в камере цилиндра происходит не эффективно, что ведет к повышенному расходу топлива и высокой токсичности при выработке выхлопных газов;

Высокий расход моторного масла, в связи со специфической конструкцией компонентов рассчитанной на прогар смазки;

– Нет возможности производить силовые установки на площадях, которые предназначены для выпуска классических двигателей;

– Для налаживания массового выпуска моторов такого типа требуется переоснащение огромного числа оборудования и оснастки, что просто невыгодно, а следовательно нецелесообразно.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Кроме того, не стоит забывать, что роторно-поршневые моторы очень склонны к перегреву, в связи с тем, что камера сгорания обладает линзовидной формой, то есть при небольшом объеме у нее довольно большая площадь. В процессе горения топливно-воздушной смеси, главные потери энергии происходят через излучение, интенсивность, которого пропорционально 1/4 степени от общего показателя температуры. Если данный нюанс рассматривать с точки зрения снижения удельной поверхности за счет потерь теплоты, то идеальной формой камеры сгорания должна быть сфера, то есть шар. Таким образом, образованная в процессе сгорания мощная энергия не только бесполезно выходит из камеры, то и ведет к тому, что происходит перегрев рабочей области цилиндра.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Однако, если взглянуть на конструкцию и строение роторно-поршневого двигателя, то он просто удивляет своей простотой. В принципе из основных компонентов, в мотор входят корпус, как правило, изготавливается он из стали, далее идет вал, один единственный ротор и на этом все. Справочно заметим, что все же кроме перегрева этого двигателя существует еще одна проблема – это слабые уплотнения ротора. Но, как утверждают производители, уплотнители за несколько десятков лет доработок удалось довести до ума и их срок службы приблизился к ресурсу поршневых колец в моторе, который равен в среднем от 150 до 200 тысяч километров пробега.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Кроме вышеописанных недостатков стоит еще учитывать тот факт, что если мы обладаем роторно-поршневым двигателем Ванкеля, то не каждая станция технического обслуживания готова будет нас принять для ремонта. Данная силовая установка требует особых навыков в ее обслуживании и уж тем более ремонте. Из конструктивных особенностей отметим, что тормозить мотором, как многие привыкли делать в автомобилях с традиционными двигателя, с ним не получится, ехать в гору, как говорится “в натяг”  – то тут вообще никак. Дело в том, что “малыш” Ванкеля (имеется в виду мотор) слишком компактен и выдает слабую инерцию, в отличие от больших классических установок. Кроме того, роторно-поршневой мотор крайне не любит частые запуски и выключения, в итоге это приводит к быстрому уничтожению свечей зажигания. Однако звук работающего “малыша-крепыша” является его преимуществом, он очень непривычен и чем то похож на спортивный рык болида.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Вроде, как серьезные недостатки мотора закончились, теперь можно перейти к менее существенным, например всем роторным двигателям присуща слабая эластичность технических характеристик, ну и конечно же просто бессовестный расход топлива с моторным маслом. Высокий расход топлива происходит из-за больших потерь тепла через стенки камеры сгорания цилиндра, показатели процесса которого далеки от оптимального. Что касается расхода масла, то это конструкторская особенность, без нее увы никак. Ну а срок службы “крепыша” будет ниже, чем у классического мотора, в связи с быстрым износом уплотнений ротора, о которых мы говорили ранее. В среднем ресурс роторно-поршневого двигателя равен 180-200 тысяч километров пробега.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Что касается удобства пользования таким двигателем, то из-за того, что внешние параметры мотора довольно жесткие, в связи с этим придется делать частые манипуляции селектором коробки передач. По русски говоря, в процессе передвижения придется чаще дергать рычаг коробки, в связи с тем, что передаточные числа очень короткие, поэтому число передач увеличено. Оптимальным вариантом для этой установки была бы работа в паре с вариатором, но исходя из огромного расхода топлива мотором, почти все производители решили отказаться от автоматических трансмиссий по причине не целесообразности.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

По большому счету роторно-поршневые двигатели обладают теми же недостатками, что и двухтактные поршневые моторы. Ремонт и обслуживание таких силовых установок происходит идентично. Кроме того, вышеописанные минусы в виде масложора, повышенного расхода топлива происходят в связи с непосредственным впрыском горючего в камеру сгорания. Кроме того, недостаточная эластичность, которая присуща эти моторам в принципе вполне неплохо регулируется изменяемыми фазами и конфигурацией трубопроводов. 

2. Принцип работы роторно-поршневого двигателя 

Главная деталь роторно-поршневого двигателя – это трехгранных ротор, напоминающий с виду треугольник со стесанными поверхностями на краях, который преобразует силу давления газов в камере сгорания во вращательное движение вала эксцентрикового типа. Само по себе движение ротора относительно статора происходит благодаря паре шестерен, расположенных на роторе (1-ая шестерня) и на боковой крышке статора (2-я шестерня).

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Справочно заметим, что рабочая поверхность ротора и статора – это плоская кривая, которая образует окружности по краям. Благодаря такой поверхности, которая изготавливается из износостойкого покрытия, детали очень плотно прилегают друг другу и имеют почти неограниченный срок службы. На вершинах ротора устанавливаются определенные уплотнения, а на рабочих поверхностях вытачиваются специальные выемки, которые играют роль камер сгорания. Работа деталей обеспечивается вращением вала, который оборудован подшипниками, расположенными на корпусе двигателя. Кроме взаимосвязи с подшипником, вал снабжен эксцентриком цилиндрической формы, на котором происходит вращение ротора.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Первая шестерня, которая закреплена на корпусе двигателя входит в зацепление с шестерней ротора. Взаимодействие 2-ух шестерен обеспечивает движение ротора относительно корпуса, которое называется орбитальным. В результате вращения ротора появляется 3 отдельных камеры сгорания различного объема. Что касается показателя передаточного отношения, то оно всегда равно 2 к 3. Таким образом, за 1 оборот эксцентрикового вала, ротор делает поворот на 120 градусов. Справочно заметим, что за целый оборот ротора в каждой из камер сгорания топлива происходит полный цикл, состоящий из 4-х тактов. В результате действия газовых сил в камерах через ротор на вал эксцентрикового типа передается крутящий момент силовой установки.

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Как правило, между статором и ротором появляются 3 камеры сгорания, которые однотипны пространству над поршнем в двигателе. Процесс впуска происходит тогда, когда верхняя точка ротора пересекает кромку впускного вала, после этого процесса объем камеры начинает увеличиваться и в этот момент туда поступает топливно-воздушная смесь. Затем, когда следующая верхняя точка или вершина ротора перекрывает впускное отверстие, топливно-воздушная смесь начинает плавно сживаться. Затем, когда происходит наибольшее сжатие горючей смеси, свечи подают искру и после этого начинается рабочий ход двигателя. Когда начинается рабочий ход или движение, открывается еще одно отверстие, которое необходимо для выпуска отработанных газов из системы. Делается это для того, чтобы отработанные газы, как можно быстрее покинули пространство камеры сгорания. Ниже на изображении наглядно показаны все этапы работы роторно-поршневого двигателя (Для увеличения, нажмите на изображение).

РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (РПД) ВАНКЕЛЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ, НАДЕЖНОСТЬ И РЕСУРС

Если краткое описать все этапы, работы ротоно-поршневого двигателя, то можно увидеть, что за 1 оборот ротора в моторе всегда будут происходит 3 разных цикла. Эта особенность делает ненужным применять специальные уравновешивающие детали, которые требуются в 2-ух секционных конструкциях, которые довольно сильно на сегодняшний день распространены на планете. Справочно заметим, что данный двигатель к сожалению не получил массового распространения и на сегодняшний день используется только одной единственной японской компанией “Mazda” в своих новых моторах с технологией “SkyActiv” и “Renesis“.

В заключении отметим, что весь рабочий процесс двигателя Ванкеля имеет 2 существенных просчета – это высокая нагрузка на уплотнители ротора и большая величина динамического перекрытия фаз. Также стоит обратить внимание на конфигурацию камеры сгорания топливно-воздушной смеси, которая не оптимальна по параметрам. Однако среди этих недочетов имеется и положительная сторона, которая заключается в том, что при повышении оборотов силовой установки, скорость распространения пламени растет значительно быстрее скорости перетекания горючей смеси по камере. О чем это говорит? А это и есть тот момент, когда специалисты говорят, что мотор не требователен к марке топлива. Таким образом, требования к октановому числу топлива у роторного получается ниже, чем у классического поршневого мотора.

AutoBlogCar.Ru – Полезные статьи для автолюбителей | https://autoblogcar.ru/

Роторно-поршневые двигатели - Принцип работы роторно-поршневого двигателя

Двигатель внутреннего сгорания, тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.
По роду топлива ДВС разделяются на двигатели:
жидкого топлива;
газовые.

По способу заполнения цилиндра свежим зарядом:
четырехтактные;
двухтактные.

По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха двигатели с:
внешним смесеобразованием;
внутренним смесеобразованием.

К двигателям с внешним смесеобразованием относятся карбюраторные, в которых горючая смесь из жидкого топлива и воздуха образуется в карбюраторе, и газосмесительные, в которых горючая смесь из газа и воздуха образуется в смесителе.
В ДВС с внешним смесеобразованием зажигание рабочей смеси в цилиндре производится электрической искрой.

В двигателях с внутренним смесеобразованием (дизелях) топливо самовоспламеняется при впрыскивании его в сжатый воздух, нагретый до высокой температуры.

Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного ДВС совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.

При 1-м такте — впуске - поршень движется от верхней мёртвой точки (в. м. т.) к нижней мёртвой точке (н. м. т.). Впускной клапан при этом открыт и горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр.

В течение 2-го такта — сжатия, - когда поршень движется от н. м. т. к в. м. т., впускной и выпускной клапаны закрыты и смесь сжимается до давления 0,8—2 Мн/м2 (8—20 кгс/см2). Температура смеси в конце сжатия составляет 200—400°C. В конце сжатия смесь воспламеняется электрической искрой и происходит сгорание топлива. Сгорание имеет место при положении поршня, близком к в. м. т. В конце сгорания давление в цилиндре составляет 3—6 Мн/м2 (30—60 кгс/1см2), а температура 1600—2200°C.

3-й такт цикла — расширение - называется рабочим ходом; в течение этого такта происходит преобразование тепла, полученного от сгорания топлива, в механическую работу.

4-й такт — выпуск - происходит при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. при открытом выпускном клапане. Отработавшие газы вытесняются поршнем.


Рабочий цикл 2-тактного карбюраторного ДВС осуществляется за 2 хода поршня или за 1 оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам 4-тактного ДВС. При прочих равных условиях 2-тактный двигатель должен быть в 2 раза более мощным, чем 4-тактный, т. к. рабочий ход в 2-тактном двигателе происходит в 2 раза чаще, однако на практике мощность 2-тактного карбюраторного ДВС часто не только не превышает мощность 4-тактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, но оказывается даже ниже.

Это обусловлено тем, что значительную часть хода (20—35% ) поршень совершает при открытых окнах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель практически не производит работы; продувка цилиндра требует затрат мощности на сжатие воздуха в продувочном насосе; очистка пространства цилиндра от продуктов сгорания газов и наполнение его свежим зарядом значительно хуже, чем в 4-тактном ДВС.

Рабочий цикл карбюраторного ДВС может быть осуществлен при очень большой частоте вращения вала (3000—7000 об/мин). Двигатели гоночных автомобилей и мотоциклов могут развивать 15 000 об/мин и более.

Нормальная горючая смесь состоит примерно из 15 частей воздуха (по массе) и 1 части паров бензина. Двигатель может работать на обеднённой смеси (18 : 1) или обогащенной смеси (12 : 1). Слишком богатая или слишком бедная смесь вызывает сильное уменьшение скорости сгорания и не может обеспечить нормального протекания процесса сгорания.

Регулирование мощности карбюраторного ДВС осуществляется изменением количества смеси, подаваемой в цилиндр (количественное регулирование). Большая частота вращения и выгодные соотношения топлива и воздуха в смеси обеспечивают получение большой мощности в единице объёма цилиндра карбюраторного двигателя, поэтому эти двигатели имеют сравнительно небольшие габариты и массу [ 1—4 кг/квт ( 0,75—3 кг/л. с.)].

Применение низких степеней сжатия обусловливает умеренные давления в конце сгорания, вследствие чего детали можно делать менее массивными, чем, например, в дизелях.

При увеличении диаметра цилиндра карбюраторного ДВС возрастает склонность двигателя к детонации...

Классификация роторных двигателей | Роторные двигатели

Ни в традиционной книжно – журнальной литературе, ни в обширных залежах интернет – сайтов нет серьезных и развернутых исследований в отношении такой перспективно продуктивной области технических устройств как роторные двигатели. Настоящий сайт усилиями его автора попытается заполнить этот пробел в истории техники и в сфере её нынешнего развития.


Безраздельно властвующие сегодня в мировой технике поршневые двигатели с линейным возвратно — поступательным движением поршня имеют огромные недостатки, которые невозможно преодолеть в принципе никакими конструкционными ухищрениями, никакими «электронными обвесами», никаким тюнингом. Поэтому мировая техническая мысль не менее ста лет пытается найти достойную альтернативу поршневым двигателям внутреннего сгорания. Надо сказать, что в области машин с выводом мощности на вал вращения (не реактивные двигатели) поршневой мотор уже давно вытеснен из многих сфер применения. В стационарных установках это место давно и прочно занял электрический мотор, а в авиации — газотурбинный двигатель, в энергетических установках больших мощностей – на крупных электростанциях и в быстроходных судовых силовых машинах надежно работают паровые турбины. Надо сказать, что все эти типы двигателей относятся к роторным машинам – в них главный рабочий орган совершаетпростое вращательное движение. С точки зрения кинематики механической схемы и динамики термодинамических процессов – это самый простой, эффективный тип движения. Но вот в области поршневых двигателей внутреннего сгорания, которые безраздельно господствуют в области мобильных моторов малой и средней мощности, все еще безальтернативно применяется малоэффективный метод движения главных рабочих органов – поршней в цилиндрах по типу возвратно – поступательного движения. При этом подобные моторы для преобразования возвратно – поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала используют кривошипно — шатунный механизм. Главные характеристики такого механизма- высокая динамическая нагруженность знакопеременными нагрузками от возвратно – поступательных движений, значительные размеры и сложность в изготовлении. Именно несовершенный способ организации технологических процессов в поршневом двигателе и своеобразный режим работы кривошипно-шатунного механизма, приводят к плохому (пульсирующему) режиму крутящего момента поршевых моторов. Именно обладание таким некачественным типом крутящего момента требует от поршневых ДВС обязательногоприменения на транспортных средствах коробки передач.
Массовый потребитель неудовлетворён тяговыми и стартовыми возможностями традиционных поршневых двигателей, поэтому многие из владельцев автомобилей прибегают к разным типам «тюнинга двигателя«, чтобы повысить мощность и приемистость своих моторов.

Надо сказать, что подобная организация рабочих процессов и типов движений досталась современным двигателям внутреннего сгорания от паровых машин 19-го века, которые по своей сути были крайне малоэффективными машинами, а первые двигатели внутреннего сгорания в 60-х и 70-х годах позапрошлого века были именно копиями паровых машин, которые унаследовали от паровиков очень многие их родовые недостатки…
Выражаясь современным языком — создатель первого ДВС французский техник Ленуар в 60-х годах 19-го века совершил средней сложности тюнинг парового поршневого двигателя и у него получился поршневой атмосферный ДВС, работающий без сжатия.


Постараемся ответить на трудный вопрос — почему же наиболее массовая область техники – транспортное двигателестроение до сих пор оказывается в положении заповедника устаревших инженерных решений и архаических конструкций? И возможно ли мировому техническому прогрессу выбраться из этого более чем векового застоя?

Ответ на такие сложные вопросы таков – выбраться из такого незавидного положения возможно, но сложно. Именно такая изначальная сложность инженерной задачи и объясняет причину, по которой более ста лет в этой области массовой техники применяются устаревшие и малоэффективные, но технологически легко исполнимые и конструктивно надежные технические решения.

Возможность совершить технический прорыв, и выйти на новый уровень инженерных решений, возможен в области все тех же роторных машин, то есть использовать принцип простого вращения главного рабочего органа, как это используется в электродвигателях или в силовых турбинах. Но вся сложность заключается в том, что организовать рабочий цикл из четырёх тактов полноценного двигателя внутреннего сгорания вокруг простого вращения главного рабочего органа очень сложно. И именно вокруг этой сложной инженерной задачи вращались все усилия и творческие порывы конструкторской мысли не один десяток лет. Но сложность темы оказалась настолько велика, что до сегодняшнего дня массового вывода на рынок роторных двигателей и достойной их конкуренции с традиционными поршневыми двигателями так и не произошло. Сверх прогрессивной конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, которая бы по всем параметрам превосходила традиционные поршневые моторы до сих пор так и не создано.

Задачу настоящего сайта его автор видит как раз в том, чтобы исследовать саму возможность решения такой задачи, ввести читателя в круг уже имеющихся разработок и перспективных инженерных изысканий. Познакомить посетителей сайта как с мировыми новациями на эту тему, так и представить собственные разработки в этой области.

 

 

Классификация роторных двигателей весьма важна, так как она сразу очерчивает весьма обширный круг потенциально возможных конструкций, и главное — позволяет с первого шага выбрать наиболее перспективные и эффективные конструкции среди прочих мало работоспособных и не технологичных типов роторных машин.

Классификация роторных двигателей будет излагаться на основе авторского понимания этой схемы, которое опирается на систематизацию роторных машин, изложенную в разных аспектах в двух весьма обстоятельных книгах, которые, к сожалению, выходили мизерными тиражами, очень давно и не имели переизданий. Это Акатов, Бологов «Судовые роторные двигатели», Ленинград, 1967г. и Н.Ханин, С.Чистозвонов «Автомобильные роторно – поршневые двигатели», Москва, 1964г.

 

1) Роторные двигатели с неравномерным разнонаправленным (возвратно-вращательным) движением главных рабочих элементов.

Данный тип двигателя характеризуется тем, что в нем нет вращения ротора, а происходит его возвратно — дуговые качания вокруг оси. Процессы сжатия и расширения происходят между неподвижными лопатками ротора и статора, которые и не позволяют совершать ротору непрерывное вращение. По своим очертаниям этиот двигатель выглядит роторным, но по организации кинематики движения он по сути дела ближе к поршневым машинам с кривошипным механизмом, так как требует применения для преобразования колебательных движений вала во вращетельные особых сложных механизмов. В этом заключен главный недостаток его конструкции, поэтому данная схема не получила распространения. Кроме того в этой схеме возможны ударные столкновения лопастей между собой.

 

2) Роторные двигатели с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента.
 

Внутри корпуса вращаются два ротора с неравномерным вращением, которые пульсируя как бы «догоняют друг друга». Такты сжатия и расширения происходят меджу лопастями этих двух роторов во время их сближения и удаления. Главный недостаток этой роторной схемы — два вала двух роторов вращаются неравномерно — рывками, толчковыми импульсами. Поэтому требуется применение сложного, нагруженного знакопеременными нагрузками механизма для выравнивания скорости вращения валов мотора. Кроме того в этой схеме возможны ударные столкновения лопастей между собой.

 
3) Роторные двигатели с уплотнительными заслонками — лопастями, которые движутся роторе совершая возвратно-поступательные или качающиеся движения. Частный случай – с заслонками – лопастями, отклоняющимися на шарнирах на роторе;

Надо сказать, что подобная схема роторных машин давно и широко применяется в пневмомоторах, где сжатый воздух вращает лопатки таких устройств.Поэтому у многих инженеров и изобретателей при взгляде на такие роторные пневмомоторы появляется понятная мысль приспособить такую машину под двигатель внутреннего сгорания. Для этого нужно лишь встроить такт сжатия в кинематическую схему такой машины. И пытливые умы меняют форму внутренней камеры мотора — получается теоретическая схема, которая на бумаге вполне может качественно работать…. Но на практике все не так просто, реализация в жизнь этой схемы сталкивается с огромными сложностями. Первая трудность — в условиях высоких температур и давлений в ДВС очень сложно обеспечить подвижность лопаток ротора и практически невозможно обеспечить герметичность линий их контакта с корсусом…

При этом лопатки должны постоянно двигаться — под действием центробежной силы вращения и пружин или приводом от специального механизма — но оба варианта реализовать очень сложно. Поэтому в технике до сих пор нет работоспособных образцов этого типа роторных двигателей внутреннего сгорания.

 

Ниже приведены две различные теоретические схемы роторных ДВС этого типа, взятые из патентной литературы.

4) Роторные двигатели с уплотнительными заслонками, которые движутся в совершая возвратно — поступательные или качающиеся движения корпусе.

 

Данная схема по принципу работы похожа на предыдущую, только заслонки — лопасти, разделяющие камеры двигателя выдвигаются не из ротора, а из корпуса. При этом ротор должен иметь сложную форму с лопастями — лопатками, которые и будут воспринимать на себя давление газов, которые должны отсекать от других объемов рабочей камеры лопатки- заслонки в корпусе. Эта схема имеет примерно те же принципиальные недостатки, что и предыдущая схема.

 

5) Роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего и всех иных элементов.

По своей концепции такие схемы двигателей — наиболее перспективные и наиболее технически совершенные. В таких конструкциях нет ни одной детали совершающей возвратно — поступательные, качательные или планетарно- вращательные движения. Поэтому двигатели этого типпа могут без труда достигать скоростей вращения в десятки тысяч оборотов в минуту с соотвествующим набором мощности. В 19-м веке были созданы несколько типов роторных паровых двигателей этой схемы и они показывали значительно лучшие характеристики, чем поршневые паровые двигатели.

Но вот работоспособных двигателей внутреннго сгорания этой схемы построено не было, даже на уровней идей, отраженных в патентных заявках обнаружено буквально несколько единиц, да и те — малореализуемых конструкций.

 

6) Роторные двигатели с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента. 

 

Наиболее известные широкой общественности роторные двигатели Ванкеля относятся именно к последней классификационной группе. О нем речь пойдет на отдельной страничке этого сайта.

 

 

И ещё немного

 

 

 

ТАБЛИЦА КЛАССИФИКАЦИИ

 

 


 

 

Подводя итог

 

Конечно, не все потенциально конструкции различных типов роторных двигателей из представленного перечня обладают выраженными достоинствами и обладают хорошей технической перспективой. Ибо принципиальным достоинством роторных моторов – абсолютным отсутствием возвратно поступательных движений обладают лишь роторные машины двух последних типов – классификационных групп № 5) и № 6). Но вот главным и безоговорочным преимуществом роторных механизмов – полным отсутствием знакопеременных, пульсирующих инерционным нагрузок и абсолютной уравновешенностью не обладают даже роторные двигатели типа Ванкеля. Такое идеальное положение характерно лишь для классификационной группы № 5), которую с полным правом и можно назвать совершенным роторным двигателем. Именно с позиций такого совершенного роторного двигателя будут рассматриваться все преимущества моторов роторной схемы и производится сравнения, как с традиционными поршневыми двигателями, так и с двигателями Ванкеля – роторными моторами с планетарным вращением главного рабочего органа.Тем более что автор этих строк прикладывает немалые усилия по реализации в жизнь именно такой схемы и надеется, что ему удастся создать действующий и промышленно применимый двигатель внутреннего сгорания именно такого типа.

Двигатель Ванкеля - принцип работы и причины (в)популярности

Роторный двигатель Ванкеля имеет гораздо более простую конструкцию, чем популярные поршневые агрегаты. Это также позволяет получить очень большую мощность из небольшой емкости. Почему, несмотря на эти достоинства, он не завоевал признания автопроизводителей?

Двигатель Ванкеля - сборка

По сравнению с классическими поршневыми двигателями узел Ванкеля состоит из гораздо меньшего количества элементов.Их также проще построить. Основными частями являются два треугольных ротора с закругленными сторонами, которые вращаются внутри корпуса, в котором они размещены. Внутри роторов есть шестерни, которые заставляют их вращаться. Это движение передается на систему привода через эксцентриковый вал. Ротор движется не по кругу, а по форме эллипса с конусом в центре.

Несмотря на совершенно иное строение, принцип работы двигателя Ванкеля такой же, как и у поршневого двигателя.Топливно-воздушная смесь всасывается, сжимается, декомпрессируется и выпускается. Сжатие происходит, когда сторона ротора приближается к стенке. Все эти процессы происходят в камерах, образующихся при вращении ротора. Ступени впуска и выпуска двигателя Ванкеля увеличены, что приводит к повышению эффективности. Вышеописанные процессы хорошо иллюстрирует фильм:

Многие преимущества и отрицательные недостатки

Когда мы смотрим на то, как работает двигатель Ванкеля, мы видим много неоспоримых преимуществ.Проблемой поршневых двигателей является вибрация, создаваемая возвратно-поступательным движением поршней и таким же движением шатунов в противоположной плоскости. Двигатель Ванкеля только вращается и не создает возмущений, что позволяет почти идеально отрегулировать его работу. Еще одним преимуществом такого движения является то, что нет необходимости использовать клапаны, создающие сопротивление, поэтому можно получить плоскую кривую крутящего момента в широком диапазоне оборотов. Уже упомянутая необходимость использования меньшего количества компонентов влияет на размер и вес двигателя.Благодаря своей эффективности небольшие блоки Ванкеля могут генерировать удивительно большую мощность.

Первый автомобиль с двигателем Ванкеля был изготовлен в 1960-х годах под маркой NSU. Японская Mazda с самого начала очень заинтересовалась этой технологией (хотя сам конструктор — Феликс Ванкель был коренным немцем). Компания первой начала серийное производство автомобилей, оснащенных этим агрегатом. Mazda RX-7 получила двигатель с рабочим объемом 0,654 л на ротор, или примерно 1,3 л, мощностью 239 л.с.Преемник - Mazda RX-8 оснащался новой версией того же агрегата всего в двух вариантах. Они генерировали меньше энергии, но главной целью было снижение частоты отказов.

Это главный недостаток двигателей Ванкеля. Рабочие роторы генерируют очень высокую нагрузку, что затрудняет создание достаточно прочной конструкции корпуса и, прежде всего, уплотнения, которое не изнашивается со временем, допуская образование газов. Условия работы двигателя тяжелые из-за разницы температур, возникающей при процессах сгорания и выхлопа.

Ванкель Мазды - что пошло не так?

Бывало, что агрегаты Mazda можно было отремонтировать через десятки тысяч километров. В настоящее время долговечность двигателей имеет все меньшее значение для производителей. Однако, даже если потенциальные владельцы смогут смириться с частотой отказов в обмен на беспрецедентную для конкурирующих устройств производительность, остается еще одна проблема. Двигатели Ванкеля, установленные на транспортных средствах, генерируют огромные тепловые потери, что приводит к высокому расходу топлива.По каталогу Mazda RX-7 потребляла в среднем около 16 литров топлива. По мнению пользователей, этот результат мог быть намного выше. Трудно представить, чтобы такой тип агрегата отвечал требованиям действующих сегодня экологических норм.

После того, как модель RX-8 была снята с производства в 2012 году, Mazda прекратила работы по разработке следующего поколения двигателя типа Ванкеля. По объявлению - временно. Не исключено, что такие агрегаты вернутся под капоты автомобилей. Однако этому должны предшествовать долгие часы инженерной работы по устранению конструктивных дефектов.Судя по всему, шанс на возвращение Ванкеля заключается в популяризации использования альтернативных видов топлива, например водорода. Время покажет, чем нас снова удивит автомобильная промышленность.

.

Как работает двигатель Ванкеля? | Autokult.pl

Автором этого типа двигателя является Феликс Ванкель, немецкий конструктор 1902 года рождения. Он запатентовал свой дизайн в 1929 году . Однако первый рабочий прототип был создан только в 1957 году.

Как устроен двигатель Ванкеля?

Этот тип двигателя внутреннего сгорания состоит из двух основных компонентов: вращающегося поршня, эксцентрично установленного на валу, и корпуса, в котором он размещен.Поршень имеет форму твердого тела с поперечным сечением в виде треугольника Рело. Проще говоря, это тип геометрической фигуры (равносторонний треугольник) с выпуклыми сторонами. В двигателе Ванкеля имеются дополнительные вырезы, позволяющие увеличить объем камеры сгорания.

Двигатель Ванкеля - недооценен?

Всего 17-летний Феликс Ванкель разработал первоначальную концепцию своего двигателя. Он начал работу в 1924 году, в возрасте 22 лет, и усовершенствование структуры и ...

Как работает двигатель Ванкеля?

Движение поршня обусловлено не столько формой стенок, сколько прежде всего зубчатой ​​передачей , расположенной внутри .Сам ротор имеет зубья, нарезанные изнутри, взаимодействующие с колесом с наружным зацеплением, которое неразъемно встроено в корпус. При вращении поршня его оболочка очерчивает форму, подобную двум перекрывающимся окружностям. Это форма камеры, в которой работает ротор.

В отличие от двигателей внутреннего сгорания, в которых поршень совершает возвратно-поступательное движение, агрегат Ванкеля выполняет один рабочий такт за один оборот приводного вала (в обычных четырехтактных двигателях это один такт за два оборота вала) .При вращении поршень образует со стенками корпуса четыре камеры. В процессе эксплуатации они меняют свою функцию. Это всасывающая, компрессионная, рабочая (расширения) и выпускная камеры. Они соответствуют штрихам, которые они делают.

Сжатие в двигателе Ванкеля происходит, когда сторона поршня приближается к стенке камеры, что является результатом его эксцентричного вращения. Это является результатом описанного выше зубчатого соединения между ротором и корпусом.

Конструкция двигателя Ванкеля сильно отличается от конструкции обычных поршневых агрегатов.Как же тогда рассчитать рабочий объем двигателя Ванкеля? Он представляет собой удвоенное изменение объема камеры сгорания.

Изготовителем, связанным с производством автомобилей с двигателями Ванкеля, является Mazda. Модели, которые этот производитель предлагал с этим агрегатом, включали RX-8 (мотор Renesis), RX-7 и гоночную Mazda 787B.

Большое преимущество и большой недостаток двигателя Ванкеля

Большим преимуществом этого типа агрегата является простота конструкции, обусловленная небольшим количеством компонентов.В отличие от традиционного поршневого двигателя, двигатель Ванкеля не имеет всей системы газораспределения и шатунов. По простоте конструкции двигатель Ванкеля ближе к двухтактному.

В свою очередь, самым большим недостатком и единственным, который тормозил разработку данного типа двигателя является большой расход топлива . Тема герметичности двигателя и маслозабора немного раздута, и ее следует хорошо понимать, чтобы признать, что на самом деле это не является серьезным недостатком этого двигателя. Самое главное — это его низкий тепловой КПД и скоростной характер, отсутствие достаточной мощности на малых оборотах и, следовательно, немалая потребность в топливе.

Электромобиль Mazda MX-30 должен иметь электрогенератор. Это будет двигатель Ванкеля

.

В конце 2019 года Mazda анонсировала полностью электрический кроссовер MX-30. Автомобиль довольно средний по ёмкости АКБ  - какой...

Наконец, двигатель Ванкеля — это не то же самое, что роторный двигатель. Второй тип – агрегат, в котором корпус и поршни совершают вращательное движение, а коленчатый вал остается неподвижным.Эти типы двигателей можно найти в самолетах.

Следуйте за нами в Новостях Google:

.

Classici Stranieri - Новости, электронные книги, аудиобиблиотеки бесплатно для консультации и скачать бесплатно

Ho deciso di aprire una raccolta fundi. Servirà за finanziare ла pubblicazione дель mio prossimo libro sulla letteratura spagnola e a contribuire al mantenimento delle mie Biblioteche digitali libere ad accesso gratuito. Chi ci mette 5 euro in più (spese postali), oltre alla donazione (di importo libero), receverà una copy di «Debito formativo» (количество копий ограничено, [...]

бластер.Это веб-сайт, посвященный меттеру «le aziende in contatto con i canali di comunicazione che contano», secondo Quanto recita la loro stessa домашняя страница. Funziona così, ci si iscrive, si mette a disposizione la propria risorsa web (blog o pagina che sia), e se qualche canale la ritiene interessante, si viene contattati [...]

Ты тааак! «Debito formativo», il mio umoristico libro sulla scuola è già realtà. Gioia e tripudio! Volete comprarlo? Великолепно! E’già disponibile sullo store dell’editore.Коста соло 13 евро, не судьба и tirchi, così io divento ricco! Ecco il link: https://www.youcanprint.it/debito-formativo-si-muore-un-po-per-poter-ridere/b/4dc34780-f7f4-571c-a4a7-0caa50687c9d Se lo comprate qui aiutate sia me мой редактор. Se no, тра [...]

E ’in linea https://www.audiobookgratis.it на веб-сайте для бесплатной загрузки аудиокниги il nuovo arrivato nella flotta di classicistranieri.com. Il site è di libero accesso per tutti, non ha alcuna inserzione pubblicitaria (per ora, ma credo che lo lascerò così) ed è immediatamente disponibile.Visitatelo e fatale buon uso .. E ’giovane ma crescerà.

L'elenco della Static Википедия в режиме онлайн в формате HTML доступна по любой ссылке Википедия в Интернете в формате HTML для загрузки Википедии, ссылка на: https://www.literaturaespanola.es o, прямо, nella columna destra di questo site (archive senza inserzioni) издательство).

Майкл Вон говорит, что Бен Стоукс лучше всего подходит для замены Джо Рута на посту капитана сборной Англии, но ему «нужна большая поддержка вокруг него». Читать далее Мы поощряем использование каналов BBC News как часть веб-сайта, однако мы требуем, чтобы при использовании контента BBC News использовался правильный формат и указание [...]

Республика.это предлагает suoi contenuti con il sistema Rss (Really Simple Syndication), un modo semplice e comodo per essere informati in tempo reale. Chi ha un blog, inoltre, può diffondere in maniera semplice e immediata le news di Repubblica.it.Подробнее

Венедиктова в связи с 8mila fascicoli sulle atrocità degli invasori. Cerca fire dettaglio per identificare gli autori e arrivare fino al Cremlino Repubblica.it offre i suoi contenuti con il sistema Rss (Really Simple Syndication), un modo semplice e comodo per essere informati in tempo reale.Chi ha un blog, inoltre, può diffondere in maniera semplice […]

Da Villa Altachiara alla dimora di Mussolini: nove fedelissimi hanno nascosto beni per un miliardo. Приходите все корте Путина, sfruttano ла copertura ди оффшорного общества для sfuggire все sanzioni Repubblica.it предлагает я suoi contenuti кон иль системы Rss (Really Simple Syndication), просто и удобно для получения информации в реальном времени. Чи […]

La sfida della Nato per fare arrivare tank e Missili anti-nave ai militari ucraini prima dell'offensiva russa nell'Est del Paese su treni, aerei o con speciali convogli Repubblica.это предлагает suoi contenuti con il sistema Rss (Really Simple Syndication), un modo semplice e comodo per essere informati in tempo reale. Chi ha un blog, inoltre, […]

Риторно в телевизоре с «Lol» и в кино с фильмом «Gli idoli delle donne». I personaggi, i progetti e la venerazione dei fan: «La parola genio si usa con troppa disinvoltura, mi fa ridere ancor di più se mi chiamano maestro, non sono così vecchio» Repubblica.it предлагает и suoi contenuti con il sistema [.. .]

Условно-досрочное освобождение президента национальной ассоциации партизан Пальяруло во время презентации инициативы на праздник освобождения: «Все проявления несвоевременной бандьеры НАТО.Il riarmo porterà alla catastrofe ”Repubblica.it offre i suoi contenuti con il sistema Rss (Really Simple Syndication), un modo semplice e comodo per essere informati in tempo reale. Чи ха ун […]

Демократическая партия: «E'giusto riconoscere il valore e il sacrificio delle nostre truppe di montagna, è invece sbagliato far matche la ricorrenza con la campagna di Attacke a Est ordita dal фашистский режим insieme alla Germania Nazi Read More Repubblica i suoi contenuti con il sistema Rss (Really Simple Syndication), простой способ […]

Lega e Italia viva rivendicano l'intenzione di presentare propri emendamenti.Anche M5S наоборот предлагает альтернативу на легке elettorale и разделение функций. Pd e Leu dicono не богатый модификацией. Берлускони кости che la legge può essere migliorata. Azione teme “il… Read More Repubblica.it предлагает suoi contenuti con il sistema Rss (Really Simple […]

Mercoledì 13 4 2022 La Commissione straordinaria per il countero dei fenomeni di intelleranza, razzismo, antisemitisme istigazione all'odio e alla violenza, nell'ambito dell'indagine conoscitiva sulla natura, case e sviluppi lasti del fenomeno dei, discorsi con particola alla evoluzione della normativa europea in materia, ha svolto alcune audizioni.Мартеди 12 апреля, а также […]

Martedì 12 4 2022 Il Copasir, 12 апреля, ha svolto l'audizione dell'ex Coordinatore del Comitato Tecnico Scientifico, Агостино Миоццо. Читать далее «L’utilizzo, la ripproduzione, l’estrazione di copy, ovvero la distribuzione delle informazioni testuali e degli elementi media disponibili sul site del Senato è autorizzata esclusivamente nei limiti in cui la stessa avvenga nel rispetto […]

Martedì 12 4 2022 L'Ufficio di Presidenza della Commissione Istruzione, март 12 апреля, ha ascoltato esperti sull'affare assegnato n.1118 г., sul valore Culturale della Moneta nei Competitioni Archeologici (видео). Читать далее «L’utilizzo, la ripproduzione, l’estrazione di copy, ovvero la distribuzione delle informazioni testuali e degli elementi media disponibili sul site del Senato è autorizzata esclusivamente […]

Martì 12 4 2022 Gli Uffici di Presidenza riuniti delle Commissioni Finanze e Industria, sul ddl n.2564, di converte del decreto-legge n.21, recante misure Urti, Per Contrastare gli effettii Economic e umanitari della crisi ucraina, март 12 апреля, hanno ascoltato, nella seduta antitimeridiana, il Garante per la sorveglianza dei prezzi, i rappresentanti di […]

Martedì 12 4 2022 L'Ufficio di Presidenza della Commissione Ambiente, nell'ambito della discovery in sede redigente del disegno di legge n.2392, sulle misure Urtimenti per la riduzione dell'inquinamento da sostanze poli e perfluoralchiliche e per il miglioramento della qualità delle acque destinate al consumo umano, 12 апреля, ha svolto le audizioni dei rappresentanti […]

Martedì 12 4 2022 Con la relazione del sen. Briziarelli, в Commissione Ambiente, март 12 апреля, è stata avviata la discovery, in sede deliberante, del ddl № 1781, recante modifice alla legge 7 августа 2018, № 100, conenti l'estensione al settore agricolo e agroalimentare delle compenze della Комиссия парламентария ди inchiesta sulle attività illecite connesse […]

Martedì 12 4 2022 L'Ufficio di Presidenza della Commissione Lavori pubblici, 12 апреля, nell'ambito dell'esame dell'affare assegnato n.1093 проблемы с относительной инфраструктурой ferroviarie nelle isole, ha ascoltato il Sindaco di Nuoro, Андреа Содду (видео). Читать далее «L’utilizzo, la ripproduzione, l’estrazione di copy, ovvero la distribuzione delle informazioni testuali e degli elementi media […]

Мартеди 12 4 2022 La Commissione Affari costituzionali, март 12 апреля, ha concluso l'esame in sede referente del ddl costituzionale N. 865-B, di modifica dell'articolo 119 della Costituzione, concluso l'esame in sede referente del ddl costituzionale n. 'insularità (già Approvato in prima deliberazione dal Senato e in prima deliberazione, senza modificazioni, dalla Camera), conferendo […]

Martedì 12 4 2022 Gli Uffici di Presidenza delle Commissioni riunite Giustizia e Finanze, марта 12 апреля, nell'ambito della discovery congiunta dei ddl nn.243, 714, 759, 1243, 1661 и 1687, sulla riforma della giustizia tributaria, hanno ascoltato Lanfranco Tenaglia, Piercamillo Davigo, rappresentanti del Consiglio Nazionale dei Consumatori e degli Utenti (CNCU), Giovanni Girelli, Fabrizio

Martì 12 4 2022 L'Ufficio di Presidenza della Commissione Lavori pubblici, 12 апреля, in relazione all'esame del ddl n. 1679, di delega al Governo per il riordino delle disposizioni законодательные в материи ди конституции, ha ascoltato i rappresentanti di Federbeton e Reteimpresa.сети (видео). Подробнее «L’utilizzo, la ripproduzione, l’estrazione di copy, ovvero la distribuzione […]

Hoy las infecciones por Peste son anecdóticas, pero a lo largo de la Historiamillones de personas han muerto por esta Plaga causada por labacterium Yersinia pestis. Diversos estudios con ADN antiguo han demostrado que este patógeno ya infectaba al ser humano tan pronto como hace 5.000 años, en el Neolítico, pero aún se sabe muy […]

.

☑️ Двигатель Ванкеля — принцип работы, устройство, сгорание, достоинства и недостатки

В сегодняшней статье мы проверим, что представляет собой двигатель Ванкеля , каковы его достоинства и недостатки, а также подробно рассмотрим его устройство. На самом деле, несмотря на свое «специальное название», этот двигатель дебютировал в 1963 году в Германии. Но почему о нем так мало слышно, и почему его дальнейшее развитие практически заброшено?

Двигатель Ванкеля - определение и принцип работы

Двигатель Ванкеля представляет собой роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором поршень вращается внутри цилиндра.Этот двигатель запатентовал немецкий механик и конструктор Феликс Ванкель.

Принцип работы двигателя Ванкеля несколько отличается от типовых конструктивных решений в двигателях внутреннего сгорания, в которых поршень совершает возвратно-поступательное движение. При этом поршень принимает форму треугольника - точнее треугольника Рело , который состоит из дуг окружностей с центрами и заканчивается в вершинах равностороннего треугольника. Этот поршень размещен эксцентрично в корпусе с эпитрохоидальной структурой.При вращении он образует 4 камеры: всасывания, сжатия, расширения (рабочей) и выхлопа. Таким образом, эти камеры меняют форму и объем в зависимости от текущего положения вала - угла поворота. Такая схема работы означает, что за один цикл вращения вала поршень совершает все указанные выше 4 рабочих цикла.

Применение и история двигателя Ванкеля

Благодаря своим ценным преимуществам (см. ниже) двигатель Ванкеля использовался в качестве силового агрегата, напр.в в автомобилях NSU Spider (1964-1967 годов выпуска) и некоторых моделях Mazda. Раньше это была модель RX-7, на смену которой пришла более новая версия RX-8, выпускавшаяся в 2003–2012 годах. В этой модели силовой агрегат даже получил прозвище « Renesis ». Интересно, что этот двигатель неоднократно удостаивался наград как лучший двигатель года. Дизайн оказался настолько прогрессивным, что в настоящее время Mazda тестирует прототип системы заправки водородом (концепт-кар RX-8 Hydrogen RE).

Интересен тот факт, что двигатель Ванкеля используется и в мотоциклах. Британская марка двухколесных транспортных средств Norton Motorcycles позаботилась о производстве двигателей этого типа, которые в итоге достались мотоциклу DKW/Hercules W-2000. Двигатель Ванкеля также использовался в мотоцикле Mazda RE-5.

На данный момент выпущено 3 улучшенных варианта двигателя Ванкеля:

  • СПАРКИ
  • Компакт-SPARCS
  • CREEV (составной роторный двигатель для электромобилей)

Первые две системы SPARCS и Compact-SPARCS имеют гораздо более эффективное охлаждение, благодаря чему тепловой баланс внутри двигателя достигает достойных параметров.При этом была улучшена смазка всей системы. В свою очередь, система CREEV произвела революцию в двигателе Ванкеля с точки зрения снижения выбросов выхлопных газов и расхода топлива.

Преимущества двигателя Ванкеля

Казалось бы, такое оригинальное конструкторское решение, не набирающее популярности в настоящее время, лишено каких-либо технических и полезных преимуществ. Между тем конструкция двигателя Ванкеля оказывается вполне удачной. В основном из-за его небольшого размера, легкого веса и гораздо более простой конструкции, чем в случае традиционных двигателей внутреннего сгорания.Это еще не конец! Двигатели Ванкеля также отличаются низким уровнем вибрации и высоким механическим КПД. Кроме того, они работают тише и способны достигать высоких скоростей вращения.

Короче говоря, преимущества двигателя Ванкеля :

  • облегченный
  • малый размер
  • тихая работа
  • простая сборка
  • высокая культура труда
  • высокая механическая эффективность

Недостатки двигателя Ванкеля

К сожалению, идеальных решений не бывает - в том числе и в механике.Двигатель Ванкеля казался очень желательным решением, но более длительная эксплуатация и его присутствие на рынке означали, что обнаруживалось все больше и больше нежелательных особенностей. Самым большим недостатком двигателей Ванкеля являются многочисленные прорывы газов в рабочих зонах, которые трудно герметизировать. Это приводит к более низкой термодинамической эффективности и более низкому давлению сжатия.

Проблемой двигателей Ванкеля является проблема равномерной смазки, так как все камеры подвергаются контакту с топливом.Это включает по этой причине двигатель Ванкеля слишком много смазывает независимо от текущей скорости и нагрузки. Идя дальше, увеличивается расход масла, которое скапливается в камере сгорания и способствует увеличению выброса вредных выхлопных газов.

При этом увеличиваются потери тепла, на что влияет широкая и плоская камера сгорания. Это, в свою очередь, способствует вредным термическим напряжениям, поскольку противоположная сторона двигателя остается холодной. Все эти отрицательные черты двигателя Ванкеля выражаются в повышенном расходе топлива и высоких выбросах выхлопных газов на единицу мощности.

Тем не менее, инженерам Mazda удалось улучшить работу двигателя и устранить наиболее важные проблемы. В настоящее время у двигателя Ванкеля есть как противники, так и сторонники. К сожалению, из-за других недостатков он не стал предметом интереса у других автопроизводителей.

К недостаткам двигателя Ванкеля можно отнести:

  • высокий спрос на топливо и масло
  • высокий выброс выхлопных газов
  • высокая разница температур с обеих сторон двигателя
  • Трудности с получением точной смазки
  • медленное сгорание топливовоздушной смеси (для бензина)

Двигатель Ванкеля не любит бензин?

Это может показаться странным, но согласитесь, двигатели Ванкеля не очень хорошо сжигают бензин.Из-за формы подвижной камеры сгорания процесс сгорания топливно-воздушной смеси занимает относительно много времени. Это приводит к снижению эффективного давления в камере сгорания и вытеканию несгоревшей смеси в выхлопной канал. Это остается основной причиной таких высоких выбросов выхлопных газов при работе двигателя на бензине. Не говоря уже о высокой потребности в самом топливе, которая, впрочем, при сохранении постоянной частоты вращения не превышает допустимых масштабов.

Резюме

В последние несколько десятилетий наблюдается интенсивное развитие технологий, особенно в области электроники. Электромобили становятся все более популярными, растет интерес к гибридам, происходит отказ от устаревших дизелей, которые стали не только очень сложными по конструкции, но прежде всего из-за жестких директив ЕС по выбросам выхлопных газов. На данный момент необходимо признать, что технология работы двигателей внутреннего сгорания в транспортных средствах практически не изменилась с момента их появления.Двигатель Ванкеля, несмотря на большие надежды, оказался не очень эффективным решением и по многим другим причинам был заменен традиционными силовыми агрегатами.

Главный редактор Joblife.pl

Уже 11 лет он занимается созданием специализированного консультативного контента. Его знания получены из многоязычных информационных каналов и научных энциклопедий.Лично я любитель горных путешествий и энтузиаст маркетинга.

.

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 сводится к минимуму.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. К тому времени остатки выхлопных газов будут выдавлены 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 высокий 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 поддерживает движение поршней.Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, которое можно использовать для вращения 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 выброс выхлопных 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 совершает 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.Из-за того, 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 с поршневым двигателем, что можно отнести к преимуществам роторного двигателя, как следствие - малая мощность 60-80 тыс.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, в котором заключена основная рабочая камера, 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 иметь обычный поршневой двигатель, 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.Показан поперечный разрез 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.

    .

    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 с ванильным двигателем, как ласково называют его любители 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 площади 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

    .

    Revolution - 60 лет двигателю Ванкеля в NSU

    Инновационная концепция двигателя отмечает свой юбилей. Роторно-поршневой двигатель может использоваться в наземной, водной и воздушной технике. Специальная выставка в Ингольштадте будет проходить с 20 мая по 5 ноября 2017 года.

    Новая выставка «Революция — 60 лет двигателю Ванкеля в НГУ» в передвижном музее Audi в Ингольштадте — это захватывающая часть технической истории. Выставка организована к 60-летию революционной концепции роторного двигателя.Предшественник Audi, NSU, осмелился применить эту новую технику на раннем этапе прототипа Prinz 3. На выставке, которая пройдет с 20 мая
    года по 5 ноября 2017 года, будут представлены эта и несколько других моделей NSU с двигателем Ванкеля. Бурную историю этой прогрессивной технологии также иллюстрируют лодочные, авиационные и мотоциклетные двигатели, а также газонокосилки и пилы различных производителей.

    «Вращается вместо того, чтобы стучать» — эта идея роторного двигателя внутреннего сгорания увлекла Феликса Ванкеля с конца 1920-х годов.

    От разработки концепции до готовности к серийному производству прошло более 30 лет. Во время своей исследовательской работы Ванкель-самоучка стал специалистом по уплотнениям, но все время держал в голове свою идею роторно-поршневой машины. Методический анализ возможных комбинаций роторов и корпусов привел Ванкеля в конце 1953 г. к созданию вращающегося поршня треугольной формы
    с закругленными сторонами, перемещающегося вместе с вращающимся валом в почти круглом корпусе.Такой принцип работы силового агрегата вызвал интерес у руководства НГУ. В марте 1954 года Ванкель разработал базовую форму двигателя, позже названного в его честь.
    Спустя три года, 1 февраля 1957 года, этот двигатель был впервые запущен в работу на испытательном стенде НГУ.

    На заводе NSU в Неккарсульме группа под руководством доктора Вальтера Фроде, руководителя отдела разработки NSU, упростила технически сложную конструкцию из двух компонентов, один из которых вращается внутри другого.Впервые версия этого двигателя под названием ККМ (Kreiskolbenmotor) с перевернутой кинетикой была использована в 1962 году в «Лыжном Крафте». Этот намоточный станок для водных лыжников также можно увидеть в музее Audi mobile. Всего через год, в сентябре 1963 года, на выставке IAA во Франкфурте была представлена ​​премьерная модель NSU Spider, также оснащенная двигателем Ванкеля. Это был первый в мире серийный автомобиль с приводом такого типа, вызвавшим бурю эмоций, связанных с использованием поворотного поршня.В последующие годы почти все крупные производители автомобилей, двухколесных транспортных средств и двигателей присоединились к широкому спектру лицензиатов NSU/Wankel.

    Выставку «Революция - 60 лет двигателю Ванкеля в НСУ» помимо NSU Spider посетят и другие экспонаты, такие как первый прототип НСУ «Принц 3» 1959 года и НСУ Ro 80. Оба оборудованы агрегатами Ванкеля. NSU Ro 80 завоевал титул автомобиля 1967 года благодаря своим инновационным технологиям и классическому дизайну.На выставке также представлены две модели Audi: прототип Audi 200 KKM 1979 года и Audi A1 e-tron 2012 года, а также спортивный автомобиль Italdesign Namir 2009 года. Mazda Cosmo 110S, Citroen M35 и гоночный автомобиль Malibu Virage.

    Двигатель Ванкеля использовался не только в автомобилях, но и в снегоходах, пожарных насосах, бензопилах, моторных лодках и мотоциклах. На выставке представлен ряд таких продуктов, а также стационарные двигатели и секции.

    .

    Смотрите также

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