Как работает роторный двигатель: принцип работы, устройство, недостатки и преимущества, видео — Рамблер/авто

Роторный двигатель. Каковы принципы действия, минусы и плюсы

В этой статье мы узнаем что такое роторный двигатель, рассмотрим принцип действия роторного двигателя, его устройство, узнаем о преимуществах, недостатках и сфере применения.

Содержание

Роторный двигатель, принцип действия

В роторном двигателе используется давление, которое создается во время сгорания топливно-воздушной смеси в пространстве между ротором и корпусом двигателя.

Только если в поршневом моторе внутреннего сгорания это давление получают в цилиндрах, после чего через поршни, и шатуны передают на коленчатый вал, то в роторном упомянутых промежуточных звеньев нет.

Треугольный ротор в устройстве играет роль поршня, вращающегося по кругу и передающего крутящий момент непосредственно на выходной вал.Роторный двигатель. Принцип работы

Получается, что ротор, в процессе вращения, делит камеру на 3 изолированных сегмента. В объеме каждого из них происходит один из циклов: впуск, сжатие, зажигание и выброс.

Оборот ротора, соответствует трем оборотом вала. Обычно используют два ротора. Это позволяет убрать детонацию, повысить стабильность работы движка.

Ротор устанавливается на вал с эксцентриситетом, это позволяет перенести крутящий момент непосредственно на вал.

Роторный двигатель принцип работы заключается в том, что имеет четыре такта, они изменяются в зависимости от угла расположения ротора. Рассмотрим каждый из тактов:

  • Забор смеси происходит когда одна из вершин ротора находится в районе впускного клапана в корпусе. В этот момент, объем камеры увеличивается, втягивая в свое растущее пространство смесь. А когда вторая вершина приходит ко впускному каналу, происходит очередной такт;
  • Сжатие топливно-воздушной смеси происходит при дальнейшем повороте ротора, когда объем смеси, уменьшается и приводит к росту давления. Максимальный уровень давления наблюдается в период, когда смесь поступает в зону свечей;
  • Сжигание топливно-воздушной смеси, как и в обычном бензиновом двигателе, инициируется свечами. Они синхронно поджигают смесь. Обычно, применяют 2 свечи, чтобы смесь горела с большей скоростью и равномернее. Образовавшееся давление взрывной волны, создает рабочее усилие; которое проворачивает ротор на эксцентрике вала. На выходной вал передается крутящий момент;
  • Выпуск отработавших выхлопных газов начинается как только ротор одной из вершин проходит точку выпускного отверстия. Далее он по инерции, и под воздействием второго ротора, который работает в асинхронном режиме, изменяет свой угол и приходит вершиной к впускному отверстию. Все повторяется по новой – от такта забора до такта выхлопа.

Конструктивные особенности

Теперь познакомимся с узлами и деталями двигателя. Это поможет более точно понять как работает устройство.

Ротор роторного двигателя

В его составе присутствуют: системы зажигания, питания (в том числе карбюратор), охлаждения, которые напоминают те, что используются в поршневом варианте. Но есть и уникальные элементы.

Ротор содержит три выпуклых поверхности с углублениями, которые увеличивают рабочий объем. На углах расположены однонаправленные уплотнительные пластины. Они обеспечивают герметизацию пары ротор-корпус.

Еще предусмотрены стальные кольца с каждой стороны, для отделения рабочей камеры от картера.

Также у ротора есть в центре с одной стороны зубчатый венец. Через эту зубчатую передачу снимается крутящий момент.

Корпус роторного движка напоминает многослойный пирог. Он состоит из крышек, рабочих камер, разделительных стенок. Предусмотрено две камеры, разделенные стенкой и с двух сторон крышки.

Роторный двигатель изнутри

Внутри корпус представляет собой сложную форму типа овала, с компенсирующими отливами, которые отвечают за герметизацию всех трех камер разделяемых ротором.

Выходной вал имеет два эксцентрика, так как на валу установлены два ротора, работающие в противофазе – на одном цикл выброса отработавших газов, на втором цикл забора смеси.

Использование двух аналогичных узлов исключает возникновение биений и уменьшает детонацию.

При смещении эксцентриков и перемещении каждого ротора по стенкам корпуса, они проворачивают вал.

Достоинства

Главное достоинство – отсутствие шатунов. Также в конструкции не используются клапана, пружины клапанов, распредвал, ремень ГРМ и т. п. Все это уменьшает габариты и массу силовой установки.

Следующий плюс – хорошая сбалансированность деталей. Мотор более продолжительное время передает на выходной вал крутящий момент – передача мощности на вал продолжается ¾ оборота (для поршневого варианта только в течении ½ оборота).

Так как ротор делает всего 1 оборот на 3 оборота вала, это увеличивает его ресурс. Для японский моделей он достигает 300.000 километров.

Роторный двигатель, недостатки

Роторные двигатели не получили массового распространения из-за низких экологических показателей.

Также отмечается потребление большого количества топлива, вследствие невысокого рабочего давления в камере сгорания.

Так как такой тип двигателя редко встречается, при его ремонте и эксплуатации могут возникнуть проблемы.

Практически отсутствует система смазки. Моторное масло постоянно поступает в корпус к ротору из-за чего наблюдается значительный его расход.

Само масло должно иметь высокие качественные показатели и быть минеральным без присадок. Дело в том, что «синтетика» выгорает и образует на поверхности корпуса нагар.

Следует отметить что роторные моторы нагреваются намного сильнее чем поршневые.

Применение

Перспектива у этих двигателей есть. Как только остановим засилье нефтяных компаний, и мир перейдёт на водородное топливо.

К тому же роторный двигатель, работающий на водороде, не подвержен детонации.
Первый автомобиль с таким двигателем был спорткар NSU Spider, он мог двигаться со скоростью до 150 км/час, имея мощность мотора 57 лошадок.

Массово выпускался автомобиль с роторным двигателем компанией NSU – седан Ro-80. Также такими моторами оснащались: Citroen (GS Birotor), Chevrolet (Corvette), Mercedes-Benz (С111), ВАЗ (21018) и некоторые другие.

Самые массовый автомобиль японской компании Mazda, это Mazda RX8. Производство последней из них в версии Spirit R, свернуто в 2012 году из-за выбросов движка, которые не отвечали европейским стандартам.

Mazda RX-8 с роторным двигателем

Правда, компания уже создала современный роторный двигатель Renesis 16X, который соответствует международным экологическим стандартам. В нем значительно переработана топливная система впрыска – теперь горючее расходуется намного экономнее. Корпус движка изготовили из алюминиевого сплава. Также создан агрегат, который работает и на водороде.

Последняя разработка с роторным двигателем ‒ Premacy Hydrogen RE Hybrid в принципе ни в чем не уступает другим новинкам мирового автопрома.

Кстати, многие производители самолетов предпочитают поршневым бензиновым двигателям роторные, например, такие как Skycar и Schleicher.

Думаю, пример роторного двигателя подтверждает истину, что не популярный, не значит – плохой. Просто его время ещё не наступило.

Теперь в знаете принцип действия роторного двигателя. Расскажите об этом устройстве своим друзьям в социальных сетях, пусть подписываются на наш блог, и будут в курсе.

До новых встреч.

Роторный двигатель — устройство, особенности и принцип работы

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

Немного истории

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

Изобретатель роторного двигателя

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

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

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

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

Роторный двигатель

Основы устройства роторного двигателя

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

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

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

Роторный двигатель

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

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

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

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

Типы роторных двигателей

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

  • герметично закрыта;
  • постоянно контактировать с внешней средой.

Роторный двигатель

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

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

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

Преимущества РПД

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

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

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

Роторный двигатель

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

Высокий расход топлива РПД

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

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

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

Другие важные недостатки

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

Роторный двигатель

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

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

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

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

Роторный двигатель

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

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

Достоинства

Недостатки

Хорошая сбалансированность Высокий расход топлива, особенно на малых оборотах
Минимальные вибрации Нарушение герметичности из-за перегрева
Быстрый разгон Требует частой замены масла (каждые 5 тысяч км)
Компактные размеры Быстрый износ уплотнителей
Высокая мощность Дороговизна производства некоторых деталей
Небольшое количество основных деталей Повышенный уровень выброса CO2

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

Роторно-поршневые двигатели Мазды

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

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

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

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

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

описание, устройство и принцип работы

Не все знатоки автомобилестроения знают, что в разное время в разных странах мира, включая СССР, на авто ставились необычные роторные двигатели внутреннего сгорания. Этот уникальный агрегат имеет свою большую историю и, возможно, хорошие перспективы на применение в будущем.

Что представляет собой роторный двигатель Ванкеля

Это простой по техническому решению силовой агрегат. Вместо нескольких поршней с кольцами и шатунами, он имеет один треугольный ротор, посаженный на вал. При этом вал не коленчатый, а эксцентриковый. Камеры сгорания расположены равномерно поочередно по всему кругу вращения ротора.

rotor-dvigrotor-dvigРоторный двигатель

В роторном ДВС в 2 с лишним раза меньше деталей в сравнении с поршневым вариантом. Нет головки блока цилиндров с системой клапанов в её привычном виде и самой поршневой группы. Значительно меньше вес и габариты.

В настоящее время известно 5 разных типов роторных ДВС. Между собой они имеют существенные конструктивные отличия. Но главный принцип един для всех типов – ротор на эксцентриковом вале вместо поршней на кривошипно-шатунном механизме.

История создания роторного двигателя

Силовые агрегаты с ротором вместо поршневой группы получили устойчивое название «двигатель Ванкеля», по фамилии изобретателя. На самом деле в мире было разработано несколько типов роторных моторов, отличных от изобретения Ванкеля. Но первым в этой области еще в 1920-ых годах начал работать именно немецкий инженер Фридрих Ванкель.

Для двигателя требовались узлы и детали, производство которых возможно только с применением высоких технологий металлообработки, точнейшей подгонки, с чем в то время были определенные трудности. Поэтому быстро запустить изделие в серию сразу не получилось. К тому же началась Вторая мировая война, когда требовались не экспериментальные, а серийные проверенные изделия.

Работы над двигателем были завершены уже во Франции, куда попало оборудования из побежденной Германии, в 1957 году, в компании NSU под руководством инженера Вальтера Фройде.

Применение двигателя Ванкеля на Западе и в СССР

Первый роторный двигатель мощностью 57 л.с. был установлен в 1957 году на спорткар фирмы NSU «Спайдер». Спорткар развивал невероятные для того времени и такой мощности ДВС скорость – 150км/час.

spiderspiderАвтомобиль NSU Spider

С 1963 года роторные двигатели стали использовать на серийных автомобилях для населения. Несколько лет их ставили на «Мерседесы», «Шевроле» и «Ситроены». Но двигатель показал ряд существенных недостатков. В результате производители вернулись к использованию классических, проверенных поршневых ДВС.

Настойчивее остальных оказались японские автопроизводители. Они использовали роторные ДВС на некоторых моделях «Мазда». Устранялись слабые места, увеличивался моторесурс до капремонта, снижалось потребление топлива. Однако по ряду причин и японцы вернулись к классическим ДВС . Последняя Мазда RX Spirit R с роторным двигателем сошла с конвейера в 2012 году.

В СССР первый роторный двигатель отечественного производства ставился в 1974 году на легендарную «копейку» – ВАЗ 2101.

Для его создания было организовано специальное конструкторское бюро. Прообразом служил двигатель Ванкеля. Было изготовлено около 50 опытных образцов с маркировкой ВАЗ 311. ВАЗы с ними не продавались населению, а поступили в распоряжение сотрудников ГАИ и КГБ в качестве служебных машин.

Поначалу «копейки» с этим силовым агрегатом вызывали восхищение своей мощью, динамикой разгона, низким шумом и плавностью хода. Но уже через год на ходу осталась только одна машина. Двигатели остальных вышли из строя. Основной причиной поломок стала ненадежность уплотнений, обеспечивающих герметизацию камер сгорания во время вспышки топлива.

Работы над отечественным роторным ДВС продолжались, и были созданы мощные двухсекционные ВАЗ 411 и 413 мощностью 120 и 140 л.с. “Жигули” с этими двигателями снова попали на службу в силовые структуры.

Данное достижение советского автопрома не афишировалось. В народе лишь ходили слухи о том, что сотрудники КГБ ездят на скоростных авто с невероятными секретными двигателями.

Затем были разработаны роторные двигатели ВАЗ 414 и 415. Это были более совершенные универсальные агрегаты. Их можно было ставить как на вазовские «восьмерки» и «девятки», так и на не менее популярные в то время «Москвичи» и «Волги».

Последняя разработка ВАЗ 415 так и не была использована. Ее предшественник, ВАЗ 414 с 1992 года ставился на популярной модели авто ВАЗ 2109 («Спутник», «Самара»).

«Девятки» с этими двигателями обладали необычными характеристиками. Разгон до 100 км/ч за 8 секунд, возможность длительной работы на предельно высоких оборотах. ВАЗ 414 потреблял меньше топлива (14-15 л на 100 км), чем предыдущие роторные ДВС (18-20 л на 100 км). Но все равно больше, чем поршневой мотор.

Однако и на ВАЗе роторные ДВС не смогли конкурировать с традиционными, и вскоре их использование было прекращено.

Работы над усовершенствованием роторных ДВС ведутся в мотоциклетной отрасли. В начале 1980-ых был создан мотоцикл Norton с двигателем Ванкеля, который показал невероятные результаты. Сегодня компания выпускает байки с таким двигателем объемом 588 куб.см. Ведутся работы над новым мотором с объемом 700 куб.см.

Автомобилей в такими двигателями сегодня не выпускают. Не исключено, что автопроизводители могут вести конструкторские работы в этом направлении без афиширования, втайне от конкурентов.

Устройство и принцип работы роторного двигателя

Принцип работы и устройство роторного ДВС одновременно схож с работой обычного поршневого двигателя и электродвигателя. Так же, как поршневой ДВС роторный вариант имеет камеры сгорания, системы впрыска топлива, выхлопа и зажигания. Сходство конструкции с электродвигателем в том, что ротор получает энергию при вращении внутри корпуса. (Кроме роторного ДВС с возвратно-поступательным движением вала).

Электродвигатель получает кинетическую энергию за счет перемещения электромагнитного поля. Роторный ДВС – за счет воспламенения топливно-воздушной смеси и резкого роста давления в камерах сгорания, так же, как и поршневые ДВС.

На сегодня известны 5 типов роторных моторов:

  1. С возвратно-поступательным движением вала. В таких типах ДВС ротор и вал не делают полных оборотов вокруг оси.
  2. Классический двигатель Ванкеля с планетарным вращением вала.
  3. Двигатели, в которых камеры сгорания расположены по спирали.
  4. Двигатели с равномерным вращением вала с камерами сгорания, расположенными по спирали без уплотнительных элементов.
  5. Двигатели с пульсирующим вращением.

Как и поршневые ДВС, роторные варианты имеют 4 рабочих такта:

  1. Впрыск топливно-воздушной смеси.
  2. Сжатие смеси.
  3. Воспламенение.
  4. Выпуск.

Все о роторных двигателях — виды и принцип работы

Главное отличие внутреннего устройства и принципа работы роторного двигателя от ДВС заключается в полном отсутствии двигательной активности, при этом удается добиться высоких оборотов работы мотора. У роторного двигателя или иначе двигателя Ванкеля, есть и ряд других преимуществ, их мы и рассмотрим подробнее.

Общий принцип устройства роторного двигателя

РПД облачен в овальный корпус для оптимального размещения ротора, имеющего треугольную форму. Отличительная особенность ротора в отсутствии шатунов и валов, что значительно упрощает конструкцию. По сути, ключевыми деталями РД являются ротор и статор. Основная двигательная функция в таком типе мотора осуществляется за счет движения ротора, расположенного внутри корпуса, имеющего схожесть с овалом.

рабочий-цикл-четырехтактного-роторно-поршневого-двигателя

Принцип действия основан на высокоскоростном движении ротора по окружности, в результате создаются полости для запуска устройства.

Почему роторные двигатели не пользуются спросом?

Парадокс роторного двигателя заключается в том, что при всей простоте конструкции он не столь востребован, как двигатель внутреннего сгорания, имеющий весьма сложные конструктивные особенности и сложности при осуществлении ремонтных работ.

Разумеется, роторный двигатель не лишен недостатков, иначе он бы нашел широкое применение в современном автопроме, а возможно мы бы и не узнали про существование ДВС, ведь роторный был сконструирован значительно раньше. Так зачем же так усложнять конструкцию, попытаемся разобраться.

Явными недочетами роторного мотора можно считать отсутствие надежной герметизации в камере сгорания. Это легко объяснить конструктивными особенностями и условиями работы мотора. В ходе интенсивного трения ротора со стенками цилиндра происходит неравномерный нагрев корпуса и, как следствие, металл корпуса расширяется от нагрева лишь частично, что и приводит к выраженным нарушениям герметизации корпуса.

Для усиления герметичных свойств, особенно при условии выраженной разницы температурных режимов между камерой и системой впуска или выпуска, сам цилиндр изготавливают из разных металлов и размещают их в разных частях цилиндра, для улучшения герметичности.

Для запуска мотора используют всего две свечи, это связано с конструктивными особенностями мотора, позволяющими выдавать на 20% больше КПД, в сравнении с двигателем внутреннего сгорания, за одинаковый промежуток времени.

Роторный двигатель Желтышева — принцип работы:

Преимущества роторного двигателя

При малых габаритах он способен развивать высокую скорость, однако есть в этом нюансе и большой минус. Несмотря на малые габариты, именно роторный двигатель потребляет огромное количество горючего, а вот ресурс работы мотора составляет всего 65 000 км. Так, двигатель всего в 1,3 л потребляет до 20 л. топлива на 100 км. Возможно, это и стало основной причиной отсутствия популярности данного вида моторов для массового потребления.

Цена на бензин во все времена считается актуальной проблемой человечества, учитывая, что мировые запасы нефти расположены на Ближнем востоке, в зоне постоянных боевых конфликтов, цены на бензин остаются достаточно высокими, и в ближайшей перспективе нет тенденций для их снижения. Это приводит к поиску решений по минимальному потреблению ресурсов не в ущерб мощности, в чем и заключается главный довод в пользу ДВС.

Все это в совокупности определило положение роторных двигателей, как подходящий вариант для спорткаров. Однако известный по всему миру производитель авто «Мазда», продолжил дело изобретателя Ванкеля. Японские инженеры всегда стараются извлекать из невостребованных моделей максимум пользы путем модернизации и применения инновационных технологий, что позволяет сохранять лидирующие позиции на мировом автомобильном рынке.

Принцип работы роторного двигателя Ахриевых на видео:

Новая модель «Мазда», оснащенная роторным двигателем, по мощности не уступает передовым немецким моделям, выдавая до 350 лошадиных сил. При этом расход топлива был несравнимо высоким. Инженерам-конструкторам «Мазда» пришлось уменьшить мощность до 200 лошадиных сил, что позволило нормализовать потребление топлива, однако компактные размеры двигателя позволили наделить авто дополнительными преимуществами и составить достойную конкуренцию европейским моделям авто.

В нашей стране роторные двигатели не прижились. Были попытки установить их на транспорт специализированных служб, но этот проект не был профинансирован в должном объеме. Поэтому все успешные разработки в данном направлении принадлежат японским инженерам из компании «Мазда», намеренной в ближайшее время показать новую модель авто с модернизированным двигателем.

Как работает роторный мотор Ванкеля на видео

Принцип работы роторного двигателя

РПД работает за счет вращения ротора, так идет передача мощности на коробку передач через сцепление. Преобразующий момент заключается в передаче энергии топлива колесам за счет вращения ротора, изготовленного из легированной стали.

принцип работы роторного двигателя

Механизм работы роторного-поршневого двигателя:

  • сжатие горючего;
  • впрыск топлива;
  • обогащение кислородом;
  • горение смеси;
  • выпуск продуктов сгорания топлива.

Как работает роторный двигатель показано на видео:

Ротор закреплен на специальном устройстве, при вращении он образует независимые друг от друга полости. В первой камере происходит наполнение воздушно-топливной смесью. В дальнейшем она тщательно перемешивается.

Затем смесь переходит в другую камеру, где происходит сжатие и воспламенение, благодаря наличию двух свечей. В дальнейшем смесь перемещается в следующую камеру, из нее вытесняются части переработанного топлива, которые выходят из системы.

Так происходит полный цикл работы роторного-поршневого двигателя, основанного на трех тактах работы за всего лишь один оборот ротора. Именно японским разработчикам удалось существенно модернизировать роторный двигатель и установить в нем сразу три ротора, что позволяет значительно увеличить мощность.

Принцип работы роторного двигателя Зуева:

На сегодня, усовершенствованный двухроторный двигатель сравним с двигателем внутреннего сгорания с шестью цилиндрами, а трехроторный по мощности не уступает 12-ти цилиндровому двигателю внутреннего сгорания.

Не стоит забывать и про компактный размер двигателя и простоту устройства, позволяющую при необходимости осуществлять ремонт или полную замену основных агрегатов мотора. Таким образом, инженерам компании «Мазда» удалось подарить вторую жизнь этого простого и производительного устройства.

Как работают роторные двигатели | HowStuffWorks

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

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

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

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

Mazda RX-8

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

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

,

Как работает роторный двигатель Ванкеля

Одна из проблем с обычной машиной двигатель конструкции в том, что поршни двигаться по прямой линии вверх и вниз в их цилиндры , чтобы произвести то, что известный как возвратно-поступательное движение ,

Внутри двухроторного Ванкеля

NSU Ro80 и более современные автомобили Mazda с двигателями Wankel используют сдвоенные роторы. Роторы приводят в движение выходной вал, проходящий через их центр.Этот вал связан с маховиком, чтобы сгладить импульсы мощности двигателя. Преимущество сдвоенных роторов заключается в том, что при установке на 180 ° не в фазе друг с другом один ротор подавляет любые вибрации, создаваемые другим ротором, что обеспечивает исключительно плавный ход двигателя.

И все же дорожные колеса требуют другого вида движения — вращательное движение , к превратить возвратно-поступательное движение во вращательное движение, поршни связаны с коленчатый вал так что, когда поршни поднимаются и опускаются, они заставляют коленчатый вал поворот.Вращательное движение коленчатого вала может затем передаваться на дорогу колеса, чтобы вести их вокруг.

Автомобильный двигатель был бы намного проще, если бы поршни могли вращаться вместо двигаться вверх и вниз, потому что вращательное движение, создаваемое таким образом, может быть передается непосредственно на дорожные колеса (хотя передача все равно будет требуется).

Еще одно преимущество такого роторный двигатель было бы, что поршни всегда путешествовать в одном направлении — круг. Ни один из двигателей власть будет потрачена впустую, остановив поршни в конце их инсульт и ускоряя их снова в противоположном направлении, как это происходит в Поршневой двигатель.

Ванкеля мощности

Дизайн двигатель Ванкеля делает его гораздо более мощным, чем поршневой двигатель той же мощности. NSU Wankel Spyder, с его двигателем 498cc, развивает максимальную скорость почти 100 миль в час, это один из примеров. Совсем недавно Mazda RX-7 купе имеет двигатель мощностью только 1308 куб. См (654 куб. См на ротор), но имеет характеристики, аналогичные Porsche 924S вместимостью 2479 куб. Чтобы приравнять мощности двигателей Ванкеля и поршневых С точки зрения производительности, мощность двигателя Ванкеля должна быть увеличена на 18. Это означает, что двигатель RX-7 объемом 1308 куб. См имеет ту же мощность, что и двигатель. поршневой двигатель объемом 2354 куб.

развитие

Несмотря на привлекательность этой идеи, только один тип роторного двигателя когда-либо был успешно используется в автомобилях. Это двигатель Ванкеля, разработанный Феликсом Ванкеля.

Он начал исследовать роторный компрессоры в 1938 году. После Второй мировой войны он объединился с NSU (немецкий производитель автомобилей позже, чтобы стать частью VW Audi) превратить его компрессоры в практически осуществимые двигатель внутреннего сгорания ,

К 1957 году Ванкель построил экспериментальный роторный двигатель, который работал на испытательный стенд, и в 1964 году этот двигатель был предложен публике в NSU Wankel Spyder. Этот небольшой спортивный автомобиль с задним расположением двигателя имел двигатель Ванкеля объемом 498 куб. См. мог развивать 50 л.с. и имел максимальную скорость 95 миль в час (152 км в час).

Spyder никогда не завоевывал популярность среди публики, и автомобиль, который действительно принес двигатель славы Ванкеля был NSU R080, который был признан автомобилем Год 1968. У этого есть двигатель с двумя роторами 995c и мог достигнуть 110mph (176 км в час).

Внутри Ванкеля

Сердцем двигателя Ванкеля является трехсторонний поршень, называемый ротором вращается внутри корпус ротора , На каждой стороне корпуса есть торцевая пластина.

Стороны ротора изогнуты в три лепестка, а корпус ротора примерно в восемь фигур, так что при вращении ротора зазор между каждой стороной ротора и корпуса попеременно увеличивается и меньше. Этот постоянно меняющийся разрыв является ключом к сгорание обработать.

топливо смесь воздуха / воздуха рассчитана на вход в корпус в момент, когда ловушке объем между стенкой корпуса и одним из лепестков ротора растет. Поскольку этот объем увеличивается, он создает вакуум , рисуя в топливовоздушная смесь через отверстия в корпусе и концевой плите.

При вращении ротора этот объем начинает уменьшаться, сжимая топливно-воздушная смесь. Эта смесь затем проходит через свеча зажигания установить в стена корпуса. искра загорается, чтобы воспламенить смесь, вызывая ее расширить и привести в движение ротор вокруг цикл ,На данный момент объем между ротор и корпус увеличиваются, чтобы позволить это расширение газов. Наконец, объем снова уменьшается, вытесняя отходящие газы через выхлопные отверстия.

Таким образом, ротор проходит тот же четырехтактный цикл, что и поршневой двигатель — индукционный , компрессия , мощность и выхлоп — но каждый из трех лопасти ротора проходят этот процесс непрерывно, поэтому есть три силовые удары за каждый оборот ротора.

Через центр ротора проходит выходной вал к которому ротор связан системой планетарные передачи похоже на это в автоматическом коробка передач (см. системы 44 и 45).Зацепление позволяет ротору следовать эксцентричный орбите так, чтобы три ротора постоянно касались Корпус.

Когда ротор вращается, он вращает этот вал. Вал несет это вращательное движение к передача инфекции и так до дороги колеса.

Цикл зажигания роторного двигателя Ванкеля

Индукция

Когда верхушка ротора проходит через впускное отверстие, следующая камера начинает увеличиваться в размерах из-за эксцентричной орбиты ротора.Это приводит к тому, что топливно-воздушная смесь всасывается в камеру.

Сжатие

Поскольку ротор продолжает вращаться, камера начинает уменьшаться в размерах, сжимая смесь топлива / воздуха, готовую к воспламенению.

Зажигание

Когда камера проходит над свечами зажигания, они загораются, чтобы воспламенить смесь. Все современные двигатели Wankel оснащены двумя свечами зажигания, чтобы обеспечить равномерное горение топливовоздушной смеси по всей камере.

Выхлоп

Расширение горящих газов заставляет ротор вращаться вокруг своего цикла, проходя через выпускное отверстие, где газы вытесняются из камеры. Этот цикл продолжается во всех трех камерах одновременно.

Различия

Конструкция двигателя Ванкеля означает, что он не имеет клапаны — топливо / воздух смесь просто входит и покидает камеру через отверстия в корпусе ротора и концевая пластина.Поэтому у него также нет рокеров, распределительный вал или толкатели.

Это означает, что Ванкель имеет около половины числа частей Поршневой двигатель. Это также легче и компактнее. Тем не менее, это все еще нуждается во многих из тех же вспомогательных устройств, что и другие двигатели — стартер , генератор , система охлаждения , карбюратор или впрыск топлива , масляный насос и так далее. Однажды двигатель установлен со всем этим, он теряет большую часть преимущества своего компактность и легкий вес.

Тем не менее, двигатель Ванкеля в Ro80 широко хвалили за его плавный ход и отсутствие вибрации.Это было частично из-за двигателя с двумя роторами, установленными на одной линии друг с другом, но в отдельных корпусах. каждый вращался примерно на том же выходном валу, но их время было установлено на 180 ° так, чтобы любой дисбаланс сила произведенный одним ротором, будет отменен тем же силы другого ротора, и чтобы они совместно производили более равномерный поворотное движение.

Ограничения Ванкеля

Хотя проблема морские котики в настоящее время в значительной степени разобрались, это до сих пор не удалось использовать весь потенциал двигателя Ванкеля для использования в автомобиле из-за ограничения срока службы компонентов двигателя.Еще одной проблемой является то, что обычный поршневой двигатель автомобиля хорошо работает в довольно широком диапазоне скоростей и нагрузок, тогда как Двигатель Ванкеля работает лучше всего в гораздо более узком диапазоне.

Ранние проблемы

После того, как базовый дизайн Ванкеля был создан, проблемы скоро стало очевидным. Одним из них был износ печати. Роторы уплотнены со всех сторон убедитесь, что газы не просачиваются через наконечники из частей с высокой степенью сжатия корпус для деталей с низким сжатием.Эти печати были подвержены износу и поломка, в результате чего двигатель теряет компрессию и, следовательно, мощность.

На поршневом двигателе это уплотнение выполняется частично клапанами и частично поршневые кольца , но уплотнения на двигателе Ванкеля ставятся особо проблемы.

Уплотнения были наименее эффективными при низких оборотах двигателя, где они должны быть оснащен пружинами, чтобы держать их прижатыми к боковой части корпуса.

Но на высоких оборотах двигателя комбинация центробежные силы и высоко газ давление прижать уплотнения гораздо сильнее к корпусу.Результирующий трение означало потерю мощности и значительный износ уплотнений, которые вскоре сломал.

Ранние Wankels имели печати из углерод , но более поздние конструкции имели особые чугунные уплотнения, которые оказались более долговечными. Для обеспечения дополнительной защиты внутри корпуса и концевых панелей было нанесено износостойкое покрытие.

Вторая серьезная проблема — это износ беговой поверхности в форме восьми с помощью «болтовни» печатей. Это приводит к гофрам на ходу поверхность и сокращает срок службы двигателя.

Камерные формы

Mazda 13B Роторный двигатель

Индукция, расположение двигателя и выхлопной системы роторного двигателя Mazda 13B. Этот двигатель имеет электронный впрыск топлива с двумя топливными форсунками на ротор. Первичные инжекторы работают все время, в то время как вторичные включаются только при повышенной частоте вращения или нагрузке двигателя. Выбросы выхлопных газов сокращаются с помощью теплового реактора для нагрева отходящих газов — тепло подается теплообменником дальше по выпускной трубе.

Другая проблема с двигателем Ванкеля — это форма сгорание камера , В типичном поршневом двигателе камера примерно полусферический, который помогает обеспечить равномерное горение топливно-воздушной смеси и постепенно. В двигателе Ванкеля камера сгорания неизбежно длинна и плоский, форма, которая делает оптимальное сгорание намного более трудным.

Частичным решением проблемы камеры сгорания было поместиться две искры вилки расположены на небольшом расстоянии друг от друга.Мазда — чья RX-7 сейчас единственная Автомобиль с двигателем Ванкеля, поступивший в продажу в Великобритании сегодня (см. Ниже) — принял этот принцип продвиньтесь дальше, устанавливая две штепселя, с одним штепселем, стреляющим долю секунды позже, чем другой. Эта договоренность требует двух отдельных зажигание системы с двумя катушки ,

Отсутствие успеха

Несмотря на мощь и плавную работу Wankel, он до сих пор не смог завоевать популярность среди подавляющего большинства производителей автомобилей.

Основной причиной является высокий расход топлива, вызванный тенденцией смесь топлива и воздуха гореть неравномерно.Неравномерное сгорание в двигателе Ванкеля также создает еще одну проблему — высокий излучение уровни частично сгоревших углеводороды (загрязнение выхлопных газов).

За годы, прошедшие с R080, появились теоретические преимущества Ванкеля. Двигатель к известности, были различные нефтяные кризисы и продолжающиеся давление со стороны правительств и общественности на более низкие уровни выбросов выхлопных газов и лучший расход топлива.

Ни одно из этих требований не поддерживает двигатель Ванкеля и, кроме того, оно имеет означает, что большинству автопроизводителей пришлось посвятить много времени и денег повышение эффективности существующих двигателей.

,

Как работают роторные двигатели | HowStuffWorks

Вращающиеся двигатели

используют четырехтактный цикл сгорания, который является тем же циклом, что и четырехтактные поршневые двигатели. Но в роторном двигателе это достигается совершенно другим способом.

Этот контент не совместим с этим устройством.

Если вы внимательно посмотрите, вы увидите смещение лепестка выходного вала, вращающегося три раза за каждый полный оборот ротора.

Сердцем роторного двигателя является ротор. Это примерно эквивалент поршней в поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом лепестке на выходном валу. Эта лопасть смещена от центральной линии вала и действует как рукоятка на лебедке, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала. По мере того, как ротор вращается внутри корпуса, он сжимает лопасть в узких кругах, поворачивая три раза по за каждый оборот ротора.

Когда ротор проходит через корпус, три камеры, созданные ротором, изменяют размер. Это изменение размера производит насосное действие. Давайте пройдемся по каждому из четырех ударов двигателя, глядя на одно лицо ротора.

Впуск

Фаза впуска цикла начинается, когда наконечник ротора проходит через впускное отверстие. В тот момент, когда впускной канал открыт для камеры, объем этой камеры близок к своему минимуму.Когда ротор проходит мимо впускного отверстия, объем камеры расширяется, втягивая воздушно-топливную смесь в камеру.

Когда пик ротора проходит через впускное отверстие, эта камера закрывается и начинается сжатие.

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает движение вокруг корпуса, объем камеры уменьшается, а смесь воздуха и топлива сжимается. К тому времени, когда поверхность ротора приблизится к свечам зажигания, объем камеры снова приблизится к своему минимуму.Это когда начинается горение.

Сжигание

Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна пробка. Когда свечи зажигания воспламеняют смесь воздуха и топлива, давление быстро возрастает, заставляя ротор двигаться.

Давление сгорания заставляет ротор двигаться в направлении, увеличивающем объем камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока пик ротора не пройдет через выпускное отверстие.

Выхлоп

Когда пик ротора проходит через выпускное отверстие, газообразные продукты сгорания под высоким давлением могут свободно вытекать из выхлопного газа. Поскольку ротор продолжает двигаться, камера начинает сжиматься, вытесняя оставшийся выхлоп из порта. К тому времени, когда объем камеры приближается к своему минимуму, пик ротора проходит через впускное отверстие, и весь цикл начинается снова.

Отличительной особенностью роторного двигателя является то, что каждая из трех граней ротора всегда работает на одной части цикла — за один полный оборот ротора будет три такта сгорания.Но помните, что выходной вал вращается три раза за каждый полный оборот ротора, что означает, что на каждый оборот выходного вала приходится один ход сгорания.

,

Как работают роторные двигатели | HowStuffWorks

Вращающиеся двигатели

используют четырехтактный цикл сгорания, который является тем же циклом, что и четырехтактные поршневые двигатели. Но в роторном двигателе это достигается совершенно другим способом.

Этот контент не совместим с этим устройством.

Если вы внимательно посмотрите, вы увидите смещение лепестка выходного вала, вращающегося три раза за каждый полный оборот ротора.

Сердцем роторного двигателя является ротор. Это примерно эквивалент поршней в поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом лепестке на выходном валу. Эта лопасть смещена от центральной линии вала и действует как рукоятка на лебедке, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала. По мере того, как ротор вращается внутри корпуса, он сжимает лопасть в узких кругах, поворачивая три раза по за каждый оборот ротора.

Когда ротор проходит через корпус, три камеры, созданные ротором, изменяют размер. Это изменение размера производит насосное действие. Давайте пройдемся по каждому из четырех ударов двигателя, глядя на одно лицо ротора.

Впуск

Фаза впуска цикла начинается, когда наконечник ротора проходит через впускное отверстие. В тот момент, когда впускной канал открыт для камеры, объем этой камеры близок к своему минимуму.Когда ротор проходит мимо впускного отверстия, объем камеры расширяется, втягивая воздушно-топливную смесь в камеру.

Когда пик ротора проходит через впускное отверстие, эта камера закрывается и начинается сжатие.

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает движение вокруг корпуса, объем камеры уменьшается, а смесь воздуха и топлива сжимается. К тому времени, когда поверхность ротора приблизится к свечам зажигания, объем камеры снова приблизится к своему минимуму.Это когда начинается горение.

Сжигание

Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна пробка. Когда свечи зажигания воспламеняют смесь воздуха и топлива, давление быстро возрастает, заставляя ротор двигаться.

Давление сгорания заставляет ротор двигаться в направлении, увеличивающем объем камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока пик ротора не пройдет через выпускное отверстие.

Выхлоп

Когда пик ротора проходит через выпускное отверстие, газообразные продукты сгорания под высоким давлением могут свободно вытекать из выхлопного газа. Поскольку ротор продолжает двигаться, камера начинает сжиматься, вытесняя оставшийся выхлоп из порта. К тому времени, когда объем камеры приближается к своему минимуму, пик ротора проходит через впускное отверстие, и весь цикл начинается снова.

Отличительной особенностью роторного двигателя является то, что каждая из трех граней ротора всегда работает на одной части цикла — за один полный оборот ротора будет три такта сгорания.Но помните, что выходной вал вращается три раза за каждый полный оборот ротора, что означает, что на каждый оборот выходного вала приходится один ход сгорания.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о