Двигатель Ванкеля — это… Что такое Двигатель Ванкеля?
Роторно-поршневой двигатель в разрезе.
Ро́торно-поршнево́й дви́гатель внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ва́нкеля), конструкция которого разработана в 1957 инженером компании NSU Вальтером Фройде (англ.), 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 Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде.
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 ванкель 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.
Преимущества, недостатки и их разрешение
Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями
- низкий уровень вибраций. РПД 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 двигателя внутреннего сгорания.
- Малая удельная масса при высокой удельной мощности, причины:
-
- 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.
- К тому же однороторный двигатель выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличии 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 способен выдерживать бо́льшие обороты 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 и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.
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.
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 была разрешена применением высоколегированной стали.
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.
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 точности исполнения деталей делают его сложным в производстве. Оно требует высокотехнологичного и высокоточного оборудования — станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.
Применение
NSU Ro80.
Двигатель разрабатывался изначально именно для применения на автотранспорте. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Wankelspider.
Первый массовый (37,204 экземпляра) — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro80. 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; 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 фирмой ВАЗ, в конечном счёте взявшим за основу конструкцию двигателя
Современные двигатели
Инженерам фирмы Euro IV. Двухцилиндровый 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 меньший объём, но бо́льшую мощность, меньше нагревается.
Автомобили марки [2] могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород. Это явилось вторым витком роста внимания к РПД двигателю со стороны разработчиков. Двигатель успешно может использовать водород, так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня.
Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, и масла от 0,4 л до 1 л на 1000 км (для двигателей Mazda 0,4 — 0,6 л.). В настоящее время исследование этого типа двигателя активно ведёт японский автоконцерн
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. [3]
Сноски
- ↑ Иван Пятов. РПД изнутри и снаружи, Журнал Двигатель, № 5-6 (11-12) сентябрь-декабрь 2000
- ↑ первые буквы от названия «Renesis», производным от слов (англ. Rotary Engine:роторный двигатель и Genesis:процесс становления, название говорящее о появлении нового класса двигателей)
- ↑ альманах АэроМастер, №1/98г, Новосибирск.
Литература
- Роторно-поршневой двигатель // Большая советская энциклопедия
Ссылки
РПД СССР/России
Авиационные РПД
См. также
Wikimedia Foundation. 2010.
Ротор вместо цилиндров. Почему двигатель Ванкеля так и не покорил СССР
Свой путь
В СССР еще в довоенный период конструкторы баловались опытами над вариациями поршневых силовых агрегатов. Причем, что интересно, поначалу их тоже привязывали исключительно к самолетам. Об автомобилях никто особо не задумывался.
Роторной темой в СССР плотно занимались три научно-исследовательских института — НАМИ, НАТИ и ВНИИМотопром. Делали они это по прямому приказу Минавтопрома и Минсельхозмаша. Любопытно, что происходило это еще в «дованкелевские времена». И когда немец представил свой ДВС, его разработками заинтересовались серьезно. Ведь подобный мотор мог пригодиться как в милиции, так и в автоспорте.
Советские верхи посовещались и решили передать карты в руки ВАЗу. И в 1973 году там началась кропотливая работа над РПД, в специально созданном конструкторском бюро. Тамошним инженерам поручили решить еще одну задачу — заведомо провальную — проанализировать главные недостатки мотора Ванкеля и найти (!) способы их устранения.
Надо сказать, советский РПД действительно создавали с нуля. Никто не думал о покупке патента или лицензии на производство. А чтобы работа шла быстрее, была куплена Mazda RX-2 — как раз с роторным мотором. Силовой агрегат разобрали, изучили и собрали. После чего поставили японский РПД на вазовскую «трешку».
Во время испытаний стало понятно, что РПД крайне неэкологичнен и неэкономичен. Кроме того, очень часто приходилось менять уплотнители на роторе. Другими словами, советские конструкторы столкнулись с главной проблемой РПД. Ее пытались решить лучшие европейские и японские конструкторские умы на протяжении долгих лет — и безуспешно. Как, собственно, и сам Ванкель. Ведь именно недолговечность уплотнителей поставила крест на NSU Ro-80. И, соответственно, на перспективах мотора.
Но опыт заграничных коллег если и пугал советских конструкторов, то они этого не показывали. И свой собственный опытный РПД продемонстрировали уже в 1976 году. Он получил индекс ВАЗ-301. Правда, о его серийном производстве не было речи: образец явно требовал многочисленных усовершенствований.
На это ушло еще 6 лет. И в 1982 году появился РПД ВАЗ-311, чья мощность составляла 70 лошадиных сил. Этот мотор установили на ВАЗ-21011, изменив индекс на 21018.
Для пробы было выпущено 50 таких автомобилей. Но уже спустя полгода в живых остался лишь один. На остальных РПД поменяли на привычные моторы. С главным проклятием моторов Ванкеля — недолговечными уплотнителями и подшипниками — справиться не удалось.
Не завертелось Что случилось с двигателем Ванкеля и куда он исчез с авторынка: Движение: Ценности: Lenta.ru
В этом году отмечается полувековой юбилей сразу двух знаковых для истории автомобилестроения моделей. Немецкий NSU Ro 80 и «японка» Mazda Cosmo стали первыми автомобилями с роторным двигателем, подходившими под определение «массовые». Но, увы, изобретенному инженерами фирмы NSU Ванкелем и Фройде новому типу двигателя внутреннего сгорания так и не удалось завоевать мир.
После создания в конце XIX столетия поршневого двигателя внутреннего сгорания прогресс в этой области пошел по пути разработки уже имеющейся концепции. Инженеры создавали все более мощные и совершенные двигатели, но суть оставалась все той же — в цилиндрическую камеру тем или иным способом попадало топливо, образовывавшиеся после сгорания топлива газы толкали поршень. И только в конце 1950-х два немецких инженера, работавшие в известной тогда своими мотоциклами фирме NSU Феликс Ванкель и Вальтер Фройде, предложили принципиально новую конструкцию.
В их двигателе цилиндры отсутствовали как класс: установленный на валу трехгранный ротор был жестко соединен с зубчатым колесом, входившим в зацепление с неподвижной шестерней — статором. По сравнению с обычным поршневым мотором внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля (как он стал известен по имени одного из создателей) имел меньшие в 1,5-2 раза габариты, большую удельную мощность, меньшее число деталей (два-три десятка вместо нескольких сотен), а также — за счет отсутствия коленвала и шатунов — более высокие динамические показатели. Впрочем, были и недостатки, с которыми так и не удалось справиться за все время выпуска автомобилей с роторными двигателями: довольно высокий расход топлива на низких оборотах, повышенное потребление масла и сложность в производстве (из-за необходимости точности геометрических форм деталей).
NSU Spider
Фото: Science Museum / Globallookpress.com
Любопытно, что сам Ванкель не умел водить автомобиль и не имел водительских прав — поскольку с раннего детства страдал сильной близорукостью. Это, впрочем, не помешало ему доработать первоначально мотоциклетный движок под нужды автопрома, и в 1964 году NSU выпустила первый в мире серийный роторный автомобиль — кабриолет NSU Spider на базе заднеприводной модели Sport Prinz. Машина выпускалась ограниченной серией (за три года было собрано 2375 экземпляров) и была довольно дорога, в пересчете на нынешние деньги — около 22 тысяч долларов за двухместную малолитражку длиной 3,6 метра.
В 1967 году на рынок вышли сразу две модели с роторными двигателями, ставшие действительно массовыми. NSU представила топовый седан Ro 80, а японская фирма Mazda — спортивное купе Cosmo, первое в полувековой череде машин с двигателем Ванкеля в своей линейке. Немецкая машина, увы, оказалась довольно капризной и «сырой», хотя и была признана «автомобилем года-1968» в Европе. Постоянные рекламации и необходимость дорогостоящего ремонта уже проданных авто привели компанию практически к банкротству — в 1969 году она была куплена концерном Volkswagen и слита в одно подразделение с маркой Audi. Производство Ro 80 тем не менее продолжалось до 1977 года; всего было выпущено более 37 тысяч автомобилей. Передовой для конца 1960-х дизайн кузова, сперва не оцененный потребителями, оказал впоследствии влияние, в частности, на популярную модель Audi 100.
NSU Ro 80
Фото: CPC Collection / Alamy / DiomediaКстати, лицензию на «ванкель» купил и СССР. 140-сильным роторным двигателем оборудовались версии вазовских «пятерок» и «семерок» для милиции и КГБ. Внешне они не отличались от серийных машин, но на дороге демонстрировали необходимую резвость. В 1990-е малой серией выпускались и «гражданские» 2108 и 21099 с роторным мотором ВАЗ-415, также абсолютно идентичные по дизайну кузова с «нормальными». Обманчивая внешность породила множество шоферских легенд: неприметная «девятка» вдруг срывалась с места и обгоняла солидный BMW (разгон до сотни у роторной версии занимал 9 секунд, а максимальная скорость достигала 190 километров в час).
Экспериментировали с двигателем Ванкеля и французы из Citroen. Однако модель GS Birotor с двухроторным двигателем вышла на рынок в октябре 1973 года — точно в месяц начала крупнейшего нефтяного кризиса. Машина стоила на 70 процентов дороже стандартной модели GS с четырехцилиндровым мотором, а топлива потребляла больше, чем представительская DS. В результате удалось с большим трудом продать 847 экземпляров, после чего производство было свернуто.
В конечном счете на рынке «ванкелей» осталась только Mazda, продолжавшая совершенствовать двигатель и выпустившая около 20 моделей с роторным двигателем. Инженерам японской компании удалось повысить экономичность и снизить объем токсичных выхлопов (еще одна «врожденная болезнь» роторных двигателей), но даже со всеми усовершенствованиями последняя выпускавшаяся роторная модель, RX-8, не соответствовала нормам Евросоюза. В 2010 году ее прекратили продавать в Европе, а в 2012-м было свернуто производство и для других рынков. Спортивные роторные модели Mazda, однако, за почти полвека производства успели завоевать поклонников во многих странах, включая нашу. Вот что рассказывает о своей RX-8 москвич Олег, автолюбитель со стажем:
«Приобрести RX-8 я решил вовсе не из-за роторного двигателя, а скорее вопреки ему. Но ничего похожего на рынке тогда не было: полноценное четырехместное купе с дверями, которые по старой памяти именуют suicide doors — разве что Rolls-Royce. А еще эти «надбровные дуги» над передними колесами… Однако все, с кем я делился идеей, крутили пальцем у виска: «больше 30 тысяч ротор не ходит», «масла жрет столько же, сколько и бензина», «а бензина — как американский грузовик», «ниже нуля не заводится» и так далее. «Зато не угонят», — решил я. Машина пришла зимой, и первые же недели показали, что перемещение по заснеженной Москве не то что бы совсем невозможно, но требует очень крепких нервов — машина норовила уйти в занос в каждом повороте или забуксовать там, где легко проезжала любая переднеприводная малолитражка. Но, как назло, даже в лютый мороз заводилась исправно. Да и сколько той зимы.
Mazda RX-8
Фото: National Motor Museum / Heritage Images / Getty Images
Снег сошел, и Mazda, наконец, оказалась в своей стихии. Да, масло (каждую тысячу приходилось открывать капот и доливать до рисочки), да, расход (в особенно хорошие дни бывало и больше 20 литров на сотню), но все это компенсировалось возможностью обмануть слух окружающих и, раскрутив двигатель до 9000 оборотов, прикинуться гоночным мотоциклом. Точный руль, задний привод и 230 лошадиных сил превращали любую, еще не изобиловавшую тогда камерами дорогу, в гоночный трек практически без моего участия. Даже стоя под окном, машина, казалось, куда-то ехала. Из-под этого окна, разоблачив тем самым еще один миф, ее и угнали. К тому времени, несмотря на то, что роторного двигателя побаивались даже «официалы», машина прошла 70 тысяч километров без намеков на какие-либо неполадки.
Audi A1 E-Tron Concept
Фото: Adrian Moser / Bloomberg / Getty Images
Хотя производство серийных автомобилей с роторным двигателем прекратилось еще пять лет назад, разработчики, похоже, не собираются навсегда расставаться с «ванкелем». Перспективными в этом смысле представляются гибридные силовые установки — благодаря малому размеру роторно-поршневого двигателя. Так, Audi в 2010 году продемонстрировала в Женеве гибридный прототип A1 e-tron concept с 60-сильным электромотором и двигателем Ванкеля рабочим объемом всего 250 кубических сантиметров, развивающим мощность 20 лошадиных сил и выполняющим фактически функцию генераторной установки.
История двигателя Ванкеля / Итоги токийского автосалона | Новости автомобилестроения в Германии | DW
С равномерным жужжанием хорошо смазанного электромотора работает на испытательных стендах Некарсульма этот удивительный двигатель внутреннего сгорания. Эксперты уже предрекают скорый конец привычного двигателя и выражают уверенность, что автопромышленность отдаст предпочтение ротороно-поршневой системе.
Вот так восторжено описывали журналисты в 1959 году изобретение, которое, как предполагалось, должно было совершить настоящую революцию в автомобилестроении. И действительно, двигатель, который представил тогда изобретатель Феликс Ванкель стал настоящей сенсацией. Первый раз в истории мотор передавал энергию, обходясь без кривошипно-шатунного механизма и коленвала, и толкал при этом не поршень, а фактически ротор.
Всё началось в середине 20-х годов прошлого века. Тогда ещё совсем молодой Ванкель попытался смастерить авто собственной конструкции. Двигатель для своего детища он подыскал на свалке. Но самодельная машина страдала от одного главного недостатка: уж слишком лихорадил мотор легкую конструкцию. Как же избавиться от назойливой вибрации?
Как и многие другие инженеры, я не мог смириться с мыслью, что обычная система, основанная на поступательном движении поршней, является единственно возможным принципом работы двигателей внутреннего сгорания. Для того, чтобы колеса прокручивались, необходимо устранить тряску и превратить вибрирующий ритм взлетающих и опускающихся поршней в гармоничную и ровную работу мотора. А это крайне не просто. Для этого необходимо оснастить двигатель сложными шатунными механизмами и коленчатыми валами, решить массу технических проблем – и всё это для того, чтобы автомобиль сделал нам одолжение и поехал.
— рассказывал впоследстии журналистам Феликс Ванкель.
В результате долгих поисков, он пришел к идее разработать двигатель, работающий по принципу турбины или электромотора. Но только через тридцать лет – в середине 50-х годов – Ванкель пришел к той компактной и лёгкой конструкции, которая соответствовала требованиям автопроизводителей. Вместо кривошипно-шатунного механизма, толкающего поршень, Ванкель установил треугольный поршень. Он укреплен на валу и создает необходимое сжатие горючего, вращаясь внутри камеры сгорания. В том, что Ванкелю всё же удалось довести принципиально новый двигатель до серийного производства, во многом заслуга Некарсульмских моторных заводов или сокращенно NSU. Позднее эту сравнительно небольшую фирму поглотил концерн AUDI. В 1964-м году на дорогах Германии появился небольшой автомобиль-кабриолет под названием Wankel-Spider, оснащенный первым в мире серийным роторно-поршневым двигателем. Плоский и компактный мотор объемом всего в 500 куб.см. и мощностьюв 50 л.с. размещался под багажником. До сотни км. в ч. Spider разгонялся за 16 секунд, а его максимальная скорость составляла 152 км. в ч. Для тех времен это были вполне достойные показатели. В начале Spider страдал от перебоев системы зажигания. Но разработанное в 66-м году транзисторное зажигание помогло избавиться от этой проблемы. Не только фанаты, но и владельцы бензоколонок полюбили этот автомобильчик, потреблявший более 10 литров бензина на сто км и 5 литров масла на тысячу км. Главным недостатком был уровень шума мотора – машину было слышно задолго до её появления из-за поворота. Так что выпускалась она недолго и большим спросом не пользовалась – до октября 68-го года было продано лишь 2375 машины – вдвое меньше, чем планировалось. Зато Spider прекрасно чувствовал себя на виражах и благодаря этому в 1966 году его гоночный вариант выиграл ралли по горам Германии. Однако наиболее продвинутым немецким автомобилем с роторно-поршневым двигателем стал ставший в 1967 году на конвейер Ro-80. В том же году он без труда завоевывает звание «автомобиль года». Ro – означало «ротор», а число 80 должно было символизировать, что в данном случае речь идет об автомобиле будущего – автомобиле восьмидесятых годов. И действительно – эта машина просто опередила время. Фирма NSU использовала компактность роторного двигателя для того, чтобы сделать Ro-80 переприводным с полуавтоматической коробкой. При объеме двигателя всего в один литр машина развивала 115 л.с. Максимальная скорость 180 км в ч. делала её одним из самых быстрых лимузинов той поры. Очертания кузова этой модели и её отдельные детали легко узнаются в AUDI-100 80-х годов. По замыслу стратегов NSU, Ro-80 должен был конкурировать с «Мерседесами». Но двигатели были ещё далеки от совершенства. Фирме пришлось создать целый склад для замены моторов, нередко выбывавших из строя всего после нескольких тысяч пройденных километров. Инженерам так и не удалось добиться полной герметичности статора – по сути, той же болезнью до сих пор страдают и современные варианты роторно-поршневых двигателей. На максимальной скорости Ro-80 расходовал ни много, ни мало — 18 литров бензина, и это на фоне разразившихся в 70-х первых энергетических кризисов. В 1977 году серийный выпуск автомобилей с двигателями Ванкеля в Германии был прекращен. Рассказывает инженер Маркус Трунцер, работавший на NSU:
В 77-м году у нас уже был усовершенствованный вариант роторно-поршневого двигателя, и мы хотели ставить его на дорогие машины верхнего среднего класса, но потом, по техническим причинам и из соображений экономии, решили ограничиться традиционными моторами с поступательным движением поршней. Без сомнения, Wankel-Motor хорош своими небольшими размерами, равномерностью работы и плавностью хода. Однако недостатки, с которыми так и не удалось справиться полностью, перевесили все достоинства. Так, двигатель из-за большой поверхности камеры сгорания, обладал слишком низким термическим КПД, а потому и слишком низкой скоростью преобразования энергии и высокой потерей тепла. Кроме того, расход топлива был на 10-20 процентов выше, чем у традиционного мотора с поступательным движением поршней. Вдвое больше был и выброс вредных веществ. В общем, двигатель Ванкеля ушёл в историю и, по меньшей мере AUDI не собирается работать над его развитием, хотя и вспоминает о нём с удовольствием.
Сегодня только концерн Mazda продолжает работать с роторно-поршневыми моторами. Начали японские инженеры ещё в восьмидесятых со спортивной модели RX-3, оснащенной двигателем Ванкеля мощностью в 105 л.с. Машина была довольно популярной. Во многом благодаря высокому качеству двигателей и хорошему сервису. В середине 80-х заметного успеха добилась модель RX-7, имевшая счетверенный роторно-поршневой двигатель, развивавший до 170 л.с. В 90-х ему на смену пришел ещё более мощный двигатель мощностью в 270 лошадок. Сотни эта машина достигала за 5,3 секунд. В восьмидесятых годах Феликс Ванкель почувствовал себя тем самым пророком, которых, как известно, нет в своем отечестве. В 1988 году, незадолго до смерти, 86-летний Ванкель с горечью констаирует:
Японцы продали полтора миллиона роторно-поршневых моторов. Японцы продают ежегодно около ста тысяч спортивных автомобилей. Однако у нас до сих пор никто даже пальцем не пошевелил.
Дело гениального конструктора живет и сегодня. Правда, по-прежнему в Японии. Прежде всего, это выпускающаяся серийно модель Mazda RX-8. Предлагаемые для неё силовые агрегаты — оба роторно-поршневые (один мощностью в 192, другой в 231 л.с.) При этом автомобиль обладает идеальной для машин с задним приводом развесовкой – 50/50 и очень низким центром тяжести, что крайне важно для управляемости. Машина представляет собой полукупе-полуседан, где, в дополнение к двум передним дверям, сзади, против хода, открываются не полноразмерные двери, а «половинки». На прошедшем совсем недавно Токийском автосалоне концерн Mazda в очередной раз продемонстрировал свою верность принципу Ванкеля. Там был представлен концепт-кар Mazda Senku (что означает в переводе на русский «пионер»), на который установлен двигатель нового поколения. Впрысковый роторно-поршневой мотор у этого похожего на инопланетного хищника автомобиля спарен с гибридным модулем. Силовая установка и батареи расположены по уже сложившейся в концерне традиции таким образом, что на каждую ось пришлась ровно половина веса автомобиля. Сообщается, что электродвигатель не повлиял на спортивные характеристики роторного двигателя, а лишь улучшил экономичность и экологичность концепт-кара. И, наконец, ещё одна разработка под названием Mazda Premacy HRE Hybrid. Этот несколько курьезный силовой агрегат объединил в себе двигатель Ванкеля, функционирующий как на бензине, так и на водороде, а также электродвигатель, который может подрабатывать стартером и помогать двигателю, когда тот работает в зоне низких оборотов. Правда, когда эта концепция дорастет до серийного производства и дорастет ли вообще — пока не сообщается.
Помимо роторно-гибридного двигателя на нынешнем Токио Мотор Шоу были представлены и другие, ещё более смелые концепции. Вообще, всем тем, кто хочет знать, какими будут автомобили лет через десять, было просто необходимо побывать на Токийском автосалоне, закончившемся около неделю назад. По мнению многих экспертов, на этот раз особенно зримыми стали тенденции, наметившиеся в мировом автомобилестроении в последние годы. Машины и всевозможные транспортные средства начинают приспосабливаться к требованиям стареющего общества; всё больше новых моделей ориентированы на индивидуальные запросы покупателей; развернулось настоящее сражение гибридных двигателей с дизельными и оказалось, что ожидание внедрения в серийное производство водородных силовых агрегатов может растянуться на многие годы, если не десятилетия. Но начнем по порядку. Ни для кого не секрет, что средний возраст жителей индустриальных стран стремительно приближается к пожилому. Причем, касается это не только самых развитых стран, таких как США, Япония или европейские государства, но и стран с быстро развивающейся экономикой, как выяснилось, даже Китая. А посему человек пожилой подбирает себе автомобиль по критериям, кажущимся людям молодым несущественными. Особые внимание конструкторы теперь уделяют возможностям посадки и высадки из автомобиля. Привычные двери, становятся, судя по всему, для разработчиков новых моделей табу. Всё большее распространение получают раздвижные двери на соленоидах, а также задние двери, открывающиеся против хода, при отсутствии средних или задних стоек. (Кстати, пионером серийного производства таких кузовов выступила Mazda со своей моделью RX 8). Наиболее яркими примерами тому могут служить показанные в этом году Nissan Foria, созданный по образу и подобию легендарной итальянской Лянчи Фулвии, а также уже упоминавшаяся Mazda Senku. Особого внимания заслуживает Nissan Pivo. Главная его идея – поворачивающаяся на 360 градусов кабина, которая облегчает посадку и высадку в автомобиль, а также делает ненужными развороты машины на узких улочках. Разумеется, такое решение потребовало полного отказа от привычных схем, и управление осуществляется полностью по проводам (By Wire). Необычный концепт прошел испытания на улицах Токио, полностью подтвердив жизнеспособность заложенной в него идеи. Конечно, Nissan не собирается запускать Pivo в серию, но некоторые реализованные в нем решения планируется использовать в серийных автомобилях уже в ближайшее время. С этой точки зрения интересен и коцепт-кар Тойоты под названием Fine-X. У него вся боковая часть, превращена в единую дверь-крыло, поднимающуюся к верху. Любопытно, что сидения поворачиваются на 90 градусов и выдвигаются из салона наружу. Пассажиру или водителю остается только, если можно так выразиться, «плюхнуться» в кресло, остальное берет на себя автоматика. Однако Тойота пошла ещё дальше и разработала концепцию, дающую возможность оставаться так сказать «на колесах» вне автомобиля. Речь идет о Personal Mobility Tool или I-Swing. Это своеобразное средство передвижения транспортирует одного человека, используя при этом в зависимости от скорости и наклона два или три колеса. Пожилые люди могли бы на ездить на нем, например, по пешеходным зонам. Для того, чтобы концепт-кар ни в коем случае не вызывал ассоциаций с современной инвалидной коляской его оформили по-молодежному, снаружи он оснащен большим ЖК-дисплеем, при помощи которого счастливый обладатель I-Swing’a может общаться с себе подобными.
Здесь самое время упомянуть и наиболее смелые концепции, рассчитанные на индивидуальные запросы потребителя. Например, в салоне концепт-кара Honda W.O.W. есть комфортный отсек для собак, оборудованный специальной системой проветривания. Если W.O.W. создан для ублажения четвероногих членов семей, то Suzuki MOM, как следует из названия, предназначен для молодых матерей. Несмотря на скромные размеры, у автомобиля просторный салон, а переднее сидение может складываться, увеличивая пространство для прогулки малыша. Кроме того, в этот раз в Токио были представлены автомобили, рассчитанные на молодых меломанов, такие как концепт от Тойоты под названием bB, стильные машины в стиле пятидесятых годов, например Suzuki LC и Suzuki PX и так далее… Рассказать в одной передаче обо всех концепт-карах представленных на Токио Мотор Шоу попросту не возможно. Однако в наших следующих выпусках мы ещё не раз вернемся к представленным здесь идеям, многие из которых уже достаточно скоро будут реализованы в серийных моделях.
двигатель Ванкеля — Википедия | WordDisk
Двигатель Ванкеля — это тип двигателя внутреннего сгорания, в котором используется эксцентриковая поворотная конструкция для преобразования давления во вращательное движение.
Двигатель внутреннего сгорания с эксцентриковым ротором
Эта статья о конкретном безпоршневом роторном двигателе. Для других бесшумных роторных двигателей см. Бесшумный роторный двигатель. Для поршневых конструкций, расположенных в ротационной конфигурации, см роторный двигатель. Двигатель Ванкеля с ротором и выходным валом с редуктором.Спортивный автомобиль Mazda RX-8 — последний серийный автомобиль, оснащенный двигателем Ванкеля. Двухроторный мотоцикл Norton Classic с воздушным охлаждениемПо сравнению с поршневым двигателем, двигатель Ванкеля имеет более равномерный крутящий момент; меньше вибрации; и, при заданной мощности, более компактный и меньше весит.
Ротор, создающий вращательное движение, по форме похож на треугольник Рело, за исключением того, что стороны имеют меньшую кривизну. Двигатели Ванкеля выдают три импульса мощности на оборот ротора с использованием цикла Отто.Однако на выходном валу используется зубчатая передача, которая вращается в три раза быстрее, давая один импульс мощности на оборот. Это можно увидеть на анимации ниже. За один оборот ротор испытывает импульсы мощности и выпускает газ одновременно, в то время как четыре стадии цикла Отто происходят в разное время. Для сравнения: в двухтактном поршневом двигателе на каждый оборот коленчатого вала приходится один импульс мощности (как и в случае выходного вала двигателя Ванкеля), а в четырехтактном поршневом двигателе — один импульс мощности на каждые два оборота.
Четырехступенчатый цикл Отто, состоящий из впуска, сжатия, зажигания и выпуска, происходит при каждом обороте ротора на каждой из трех поверхностей ротора, движущихся внутри овального эпитрохоидального корпуса, обеспечивая три импульса мощности на один оборот ротора.
Определение смещения применяется только к одной поверхности ротора, так как только одна поверхность работает на каждый оборот выходного вала.
Двигатель обычно называют роторным двигателем , хотя это название также применяется к другим совершенно другим конструкциям, включая как поршневые, так и беспоршневые роторные двигатели.
Форма ротора Ванкеля
Я написал ряд постов о криволинейных треугольниках, которые не являются треугольником Рило, в том числе о Kresge Auditorium Массачусетского технологического института, струнном искусстве Triforce, крышках клапанов, столике в патио и логотипе Whale Cove, Нунавут. Я давно намеревался написать о другой очевидной теме в этой теме, о роторе изогнутого треугольника двигателя Ванкеля, но, наконец, меня подтолкнули к этому, когда я увидел две недавние популярные книги по математике How Round Is Your Circle? (2008) и Icons of Mathematics (2011) повторяют ложь о том, что роторы Ванкеля являются треугольниками Рило. Они не.
В Википедии есть хорошая визуализация того, как работают механизмы Ванкеля, которые я скопировал ниже. Они проходят те же четыре этапа, что и обычный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, в котором поршень отрывается от камеры сгорания, всасывая смесь топлива и воздуха, толкает назад к камере, сжимая смесь, зажигает смесь, выталкивая поршень обратно и прикладывая силу к приводному валу, а затем толкает назад к камере, выталкивая выхлоп.Разница в том, что в двигателе Ванкеля эти четыре этапа происходят в четырех разных местах камеры сгорания, поскольку газы внутри нее выталкиваются изогнутым треугольным поршнем, ротором двигателя.
Приводной вал двигателя — это фиксированная меньшая шестерня в центре анимации; в реальном двигателе это колесо само вращалось бы, но это не показано. Треугольный ротор соединяется с карданным валом с помощью эксцентриковой планетарной передачи и вращается вокруг карданного вала, как хула-хуп вокруг вращающегося танцора. Шестерни имеют зубцы и радиусы в соотношении 3: 2, в результате чего приводной вал вращается в три раза быстрее, чем ротор. При этом три угла ротора («верхние уплотнения») остаются в контакте с внешней стенкой двигателя, называемой его статором, так что газы в двигателе не просачиваются между различными фазами.
Форма статора определяется не изгибом самого ротора, а только траекторией движущихся уплотнений вершины. Эта траектория представляет собой кривую, называемую эпитрохоидой.Если вы когда-либо играли со спирографом, вы знаете, что такое эпитроихоид: это то, что вы получаете, фиксируя один круглый диск, позволяя другому круговому диску вращаться вокруг него, помещая точку где-нибудь внутри вращающегося диска и отслеживая кривую, которую он следует. Вот еще одна анимация из Википедии:
Разное соотношение радиусов внутреннего и внешнего диска дает разное количество лепестков на кривой, а разное расположение движущейся точки на внешнем диске (ближе или дальше от центра диска) дает кривые, которые ближе к центру диска. круг или более пышные формы.Размещение движущейся точки на самом внешнем круге дает вам острые, а не извилистые эпитрохоиды, а размещение ее еще дальше превращает внутренние выпуклости этих кривых в самопересекающиеся петли.
Траектории спирографа отличаются от вращающихся траекторий уплотнения вершины по крайней мере тремя способами: в двигателе Ванкеля центральный круг (приводной вал) вращается, а не удерживается в неподвижном состоянии, внешний круг (планетарная шестерня) окружает центральный круг, а не находится за его пределами. его, а точка, движение которой отслеживается (уплотнение вершины), находится за пределами внешнего круга, а не внутри него.Тем не менее форма по-прежнему остается двухлопастным эпитрохоидом; см. «теорему о двойном порождении» Бернулли, описанную Нэшем, , чтобы узнать, почему одна и та же кривая может быть сгенерирована несколькими способами. По модулю масштаба всей системы существует один свободный параметр, контролирующий точную форму этой эпитрохоиды: отношение расстояний от центра ротора до уплотнений верхушки и планетарной передачи. Если уплотнения на вершине расположены слишком близко, планетарная передача столкнется со статором; если они находятся слишком далеко, статор будет близок к круговому, и будет небольшое изменение давления от одной части цикла сгорания к другой, что приведет к снижению эффективности двигателя.В реальных двигателях делается не тот выбор, при котором верхние уплотнения размещаются как можно ближе друг к другу, а, по-видимому, требуется более тщательная оптимизация, учитывающая форму и размер областей, образованных ротором и статором на разных этапах цикла сгорания.
После определения формы статора можно переходить к ответу на вопрос, с которого мы начали: какова форма ротора? Основное конструктивное ограничение заключается в том, что он должен касаться или, по крайней мере, оставаться близко к внутренней выпуклости статора (на его «боковых уплотнениях»), чтобы предотвратить обратное течение выхлопных газов во впускное отверстие.Форму, которая позволяет достичь этого, можно понять с помощью мысленного эксперимента, в котором мы представляем ротор каким-то образом закрепленным в пространстве, в то время как транспортное средство, содержащее его, вращается вокруг него, а не наоборот. Когда автомобиль вращается, его статор проходит через части пространства, которое не может быть занято ротором. Части пространства, которые остаются нетронутыми вращающимся статором, доступны для использования ротором и должны использоваться им, если мы хотим, чтобы ротор оставался в контакте со статором на своих боковых уплотнениях.Математически это описывается как «конверт» положений вращающегося статора по отношению к неподвижному ротору. Этот конверт представляет собой изогнутый треугольник, но не треугольник Рело. Его кривые более плоские, чем дуги треугольника Рело, но они не являются дугами окружности. Как оболочка алгебраических кривых, они предположительно сами алгебраичны, но более высокого порядка; тригонометрические формулы даны Шунгом и Пенноком.
На практике форма ротора отличается от идеальной формы эпитрохоидного конверта несколькими различными способами.Во-первых, как объясняет Дрогош, для простоты изготовления часто аппроксимируется дугами окружности, а не точно соответствует форме оболочки. Пока аппроксимация остается в пределах диапазона, ротор избегает столкновения со статором, а контакт бокового уплотнения не так важен вблизи углов треугольника, так что именно здесь приближение наиболее заметно. Во-вторых, настоящие роторы Ванкеля часто имеют ложки, вынутые из середины их сторон, чтобы сформировать мини-камеры сгорания, которые направляют и формируют газообразные продукты сгорания внутри двигателя.
Подробнее об этом см .:
(Обсудить на Mastodon)
Mazda RX сериии роторный двигатель Ванкеля
Изобретение роторного двигателя Ванкеля
Мы придумали для вас хорошую тему: Математика! На самом деле, я не хочу сразу вас пугать, поэтому хочу объяснить, о чем идет речь. Одна из наиболее интересных альтернатив традиционной конструкции двигателя внутреннего сгорания — это роторные двигатели Ванкеля, или коротко роторные двигатели. Феликс Ванкель, немецкий инженер, изобрел первый двигатель Ванкеля в 1957 году после 7 лет разработки. Это 4-тактные двигатели без поршня и коленчатого вала, но в них используются математически определенные ротор и корпус, а также эксцентриковый вал, который заменяет коленчатый вал. Пожалуйста, посмотрите видео ниже, чтобы увидеть, как они работают:
Математика вращающихся двигателей
Я знаю, что это потрясающе. Но как ротор сохраняет плотный контакт между сторонами к стенке корпуса? Это треугольник в овальном корпусе? Что ж, ответ приходит из математики. Да, это все МАТЕМАТИКА!
Существует хорошо известная математическая функция под названием эпитрохоида .Это определяет основную форму корпуса ротора.
В полярном уравнении:
В параметрическом уравнении:
При этом общую результирующую функцию можно увидеть (из Википедии):
Так, это вам что-нибудь напоминает? ДА, двигатель Ванкеля!
Mazda RX Series — роторный двигатель на новый уровень
Конструкция двигателейВанкеля используется во многих отраслях промышленности, но Mazda, японский производитель автомобилей, вывела роторные двигатели на совершенно новый уровень. Если вы слышали о Mazda RX-7, очень мощном автомобиле с двухроторным роторным двигателем с двумя турбинами, то теперь вы знаете, как сконструировать этот двигатель. Mazda RX-8 взяла тот же дизайн и улучшила, чтобы производить 240 л.с. с объемом 1,3-литрового двигателя. Здесь следует отметить, что в отличие от обычных поршневых двигателей с возвратно-поступательным движением, которые совершают полный цикл под углом 720 градусов, роторные двигатели делают это под углом 1080 градусов, что можно не учитывать. 1.3L также не является полностью «истинным» или сопоставимым с поршневым двигателем.Более подробная информация в Википедии и других источниках, связанных с авто. Из-за движения эксцентрикового вала можно сравнить 1,3-литровый роторный двигатель с 2,6-литровым поршневым. Хотя роторные двигатели действительно имеют более высокий объемный КПД и минимальные насосные потери.
из Википедии Мазда
787B
Итак, это лучший автомобиль с роторным двигателем Ванкеля: Mazda 787B Le Mans Race Car. Я лично видел эту машину на автомобильной выставке владельцев Mazda в районе Ирвин, Оранж-Кантри, Калифорния. Это великолепная машина !! Поставляется с Quad-Rotor (четыре роторных двигателя) и мощностью 930 л.с. (690 кВт) при ~ 9000 об / мин.
Даже с роторными двигателями масляная присадка Polytron будет работать хорошо и продлит срок службы вашего двигателя. Используйте Polytron MTC в системе смазки и используйте Polytron Fuel Conditioner (GDFC) в топливе, чтобы добиться максимальной производительности вашего роторного двигателя.
Для получения дополнительной информации о роторных двигателях Ванкеля см .:
http://en.wikipedia.org/wiki/Wankel_engine
Наслаждайтесь:
Как работают роторные двигатели | HowStuffWorks
Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, который является тем же циклом, что и четырехтактные поршневые двигатели. Но в роторном двигателе это делается совершенно по-другому.
Если вы посмотрите внимательно, вы увидите, что лепесток смещения на выходном валу вращается три раза за каждый полный оборот ротора.
Сердце роторного двигателя — это ротор. Это примерно эквивалент поршней в поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом выступе выходного вала. Этот выступ смещен от центральной линии вала и действует как рукоятка кривошипа на лебедке, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала.Когда ротор вращается внутри корпуса, он толкает лепесток по узким кругам, поворачивая три раза по за каждый оборот ротора.
По мере того, как ротор перемещается через корпус, три камеры, создаваемые ротором, меняют размер. Это изменение размера вызывает перекачивающее действие. Давайте рассмотрим каждый из четырех тактов двигателя, глядя на одну сторону ротора.
Впуск
Фаза впуска цикла начинается, когда кончик ротора проходит через впускное отверстие. В момент, когда впускное отверстие выходит в камеру, объем этой камеры близок к своему минимуму. Когда ротор движется мимо впускного отверстия, объем камеры увеличивается, втягивая топливно-воздушную смесь в камеру.
Когда пик ротора проходит через впускной канал, эта камера закрывается и начинается сжатие.
Сжатие
По мере того, как ротор продолжает движение вокруг корпуса, объем камеры становится меньше, и топливно-воздушная смесь сжимается.К тому времени, когда поверхность ротора добралась до свечей зажигания, объем камеры снова близок к своему минимуму. Это когда начинается горение.
Сгорание
Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна заглушка. Когда свечи зажигания воспламеняют топливно-воздушную смесь, давление быстро растет, заставляя ротор двигаться.
Давление сгорания вынуждает ротор двигаться в направлении увеличения объема камеры.Газы сгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока пик ротора не пройдет через выхлопное отверстие.
Выхлоп
Как только пик ротора проходит через выхлопное отверстие, газообразные продукты сгорания под высоким давлением могут свободно выходить из выхлопа. По мере того как 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.
Особенность роторного двигателя заключается в том, что каждая из трех сторон ротора всегда работает в 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 такт сгорания.
9781155816487: Транспортные средства с двигателями Ванкеля: двигатель Ванкеля, Nissan Sunny, Mazda RX-7, Mazda RX-8, Mazda 787B, двигатель Mazda Wankel, Mazda B-Series, Mazda Cosmo:… Mazda RX-3, NSU Ro 80, Mazda R100, NSU Spider — AbeBooks
Resea del editor :Обратите внимание, что содержание этой книги в основном состоит из статей, доступных из Википедии или других бесплатных источников в Интернете.Страниц: 59. Разделы: Двигатель Ванкеля, Nissan Sunny, Mazda RX-7, Mazda RX-8, Mazda 787B, двигатель Mazda Wankel, Mazda B-Series, Mazda Cosmo, Audi A1, Citron GS, Mazda 929, Diamond DA20, Mazda Люс, Mazda RX-792P, Mazda RX-3, NSU Ro 80, Mazda R100, NSU Spider, Mazda RX-2, Mazda RX-4, ОС Двигатели, Norton Interpol 2, Chevrolet Aerovette, Mercedes-Benz C111, Mazda Roadpacer AP, Mazda RX-8 Hydrogen RE, Norton Commander, Citron M35, Comotor, Mazda 757, Mazda 767, Norton F1, Norton Classic, Mazda Savanna, Mazda 737C , Mazda 727C, Van Veen, Mazda 717C, двигатель Jonova.Отрывок: Двигатель Ванкеля — это тип двигателя внутреннего сгорания, использующий роторную конструкцию для преобразования давления во вращательное движение вместо использования возвратно-поступательных поршней. Его четырехтактный цикл происходит в пространстве между внутренней частью овального эпитрохоидного корпуса и ротором, который по форме похож на треугольник Рело, но с более плоскими сторонами. Такая конструкция обеспечивает плавную подачу мощности на высоких оборотах при компактных размерах. Это единственный двигатель внутреннего сгорания, изобретенный в двадцатом веке и поступивший в производство.С момента своего появления двигатель обычно считался роторным, хотя это название также применяется к нескольким совершенно различным конструкциям. Двигатель был изобретен немецким инженером Феликсом Ванкелем. Он получил свой первый патент на двигатель в 1929 году, начал разработку в начале 1950-х годов в NSU Motorenwerke AG (NSU) и завершил рабочий прототип в 1957 году. Затем NSU предоставил лицензию на концепцию компаниям по всему миру, которые продолжали улучшать двигатель. дизайн. Благодаря своей компактной конструкции роторные двигатели Ванкеля устанавливались в различных транспортных средствах и устройствах, таких как автомобили (включая гоночные), а также в самолетах, картингах, личных плавсредствах, цепных пилах и вспомогательных силовых установках.Наиболее широкое автомобильное использование …
«Об этом заголовке» может принадлежать другой редакции этого заголовка.
Роторный двигатель — Energy Education
Рисунок 1. Цикл роторного двигателя. Он всасывает воздух / топливо, сжимает его, воспламеняется, обеспечивая полезную работу, а затем выпускает газ. [1]Роторные двигатели или Двигатели Ванкеля — это тип двигателя внутреннего сгорания, наиболее часто используемый в Mazda RX-7, который преобразует тепло от сгорания топливовоздушной смеси под высоким давлением в полезную работу для остальной части автомобиль.Его уникальной особенностью является треугольный ротор, который выполняет те же задачи, что и поршень поршневого двигателя, но совсем другим образом. [2]
Ротор заключен в корпус овальной формы и выполняет обычный четырехтактный цикл двигателя внутреннего сгорания, как показано на рисунке 1. Ротор соединен с выходным валом, который вращается в 3 раза быстрее, чем ротор (внутренний круг обозначен буквой «B» на рисунке). Этот цикл описан ниже и повторяется 3 раза по для каждого вращения ротора: [2]
- Впуск : запускается, когда кончик ротора проходит через впускной канал.В этот момент камера имеет самый маленький размер, и по мере вращения камера расширяется, втягивая топливно-воздушную смесь. Как только конец ротора проходит через впускной канал, он переходит к стадии сжатия, а следующая поверхность ротора начинает этот шаг заново.
- Сжатие : По мере того как ротор продолжает вращаться, топливно-воздушная смесь сжимается, поскольку камера уменьшается в размерах. Это необходимо для следующей детали, которая воспламеняет эту смесь.
- Зажигание : сжатая смесь воспламеняется свечами зажигания, и значительное увеличение давления заставляет ротор расширяться.Это силовой ход, обеспечивающий полезную работу. Часто необходимы две свечи зажигания, чтобы обеспечить равномерное зажигание по всей камере. Выхлопной газ расширяется в камеру, пока кончик ротора не пройдет через выхлопное отверстие.
- Выхлоп : Как только наконечник проходит через это отверстие, выхлопные газы под высоким давлением могут проходить через выпускное отверстие. Ротор продолжает вращаться, пока конец его поверхности не пройдет через выпускное отверстие, а кончик не пройдет через впускное отверстие, и цикл повторяется.
Интересная часть этого цикла состоит в том, что каждый шаг выполняется одновременно , только в разных камерах.Это дает три рабочих хода на каждый оборот ротора.
Отличия от поршневого двигателя
Помимо различных методов завершения четырехтактного цикла, роторные двигатели имеют другие преимущества и недостатки по сравнению с более распространенными поршневыми двигателями: [2]
- Меньше движущихся частей : Двухроторный роторный двигатель имеет три движущихся части — два ротора и выходной вал — в то время как обычные поршневые двигатели имеют не менее 40.Это повышает надежность роторных двигателей.
- Smoother : Ротор постоянно вращается в одном направлении, в отличие от поршневых двигателей, поршни которых резко меняют направление. Они также уравновешены грузами, которые уменьшают внутренние вибрации. Подача мощности также более непрерывна из-за трех тактов на каждый оборот ротора.
- Медленнее : Ротор вращается со скоростью, равной одной трети скорости выходного вала, поэтому основные движущиеся части движутся медленнее, чем в поршневом двигателе.Это повышает надежность.
Недостатки
Затраты на производство могут быть выше из-за меньшей популярности этих двигателей. Кроме того, они обычно потребляют больше топлива, чем другие двигатели, из-за их низкой степени сжатия и, следовательно, имеют более низкий термический КПД, что затрудняет соблюдение норм по выбросам.
Для дальнейшего чтения
Список литературы
Этот картинг оснащен крошечным роторным водородным двигателем 2 кг
LiquidPiston адаптировал свой роторный двигатель для работы на водороде и установил его на задней части картинга.С немного смешанными результатами
Электрические картинги уже существуют, но теперь одна компания создала сложный на вид водородный картинг с роторным гибридным двигателем. У LiquidPiston двигатель X-Engine работает на водороде, поэтому карт не выталкивает ничего, кроме воды.
Говорят, что X-Engine — роторный двигатель следующего поколения, воспламеняющийся во всех трех точках треугольника — двигатель Ванкеля, как в Mazda RX-8, зажигается только с одной стороны. Он весит всего 2 кг, тогда как у картинга с бензиновым двигателем обычно двигатель весит в девять раз больше.
Компания нацелена на целый ряд секторов, включая авиацию и автомобилестроение, где есть явные преимущества наличия более легкого источника питания.Это будет ненадолго, но генеральный директор компании Алек Школьник предположил, что водородный двигатель может получать энергию от солнца или ветра, создавая автомобиль с полностью нулевым уровнем выбросов.
Новые электромобили, как правило, намного тяжелее бензиновых, поскольку аккумуляторные батареи сами по себе весят несколько сотен килограммов. Как вы, наверное, знаете, легкость способствует ускорению, торможению, прохождению поворотов и износу деталей.
Водород — это просто последнее топливо для этого X-Engine; Ранее он работал на бензине, дизельном топливе, пропане, керосине и авиакеросине.
При таком движении картинг оснащен рекуперативным торможением, поэтому аккумулятор заряжается, когда вы убираете ногу с педали акселератора, и вы можете дольше отдыхать между дозаправками. Однако мы не уверены в том, будет ли каждый карт использовать мокрые шины, поскольку из выхлопной трубы выходит вода, а не пар. Наверняка после двух кругов это будет похоже на что-то из Mario Kart…
LiquidPiston продемонстрировал свой новый водородный картинг на YouTube-канале Warped Perception, где мы впервые увидим, как он движется сам по себе.И результат… медленный. Компания может проводить только начальное тестирование, но мы ожидали, что запуск на полную мощность подчеркнет возможности этой установки.