Роторный двигатель. Устройство, принцип работы. Плюсы и минусы ротора.
Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива. Двигатели эти на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись различные конструкции моторов. Одной из прогрессивных, но так и не получивших распространение конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Об особенностях этого типа двигателя, его достоинствах и недостатках мы поговорим в сегодняшнем материале.
История
Разработчиком роторно-поршневого двигателя стал дуэт инженеров компании NSU – Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля.
Феликс Ванкель и роторный двигательЭта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил. Производилась эта модель на протяжении трех лет (1964-1967 годы).
NSU SpiderПо настоящему массовым автомобилем с роторным двигателем стало второе детище компании NSU – седан Ro-80.
NSU Ro-80В названии автомобиля указывалось, что модель оснащается роторным агрегатом. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а пионером в этом деле стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем – RX (Rotor-eXperiment). Производство последней модели из этого семейства, Mazda RX8 в специальной версии Spirit R, было свернуто в середине 2012 года. Впрочем, не все экземпляры роторной «восьмерки» еще распроданы – официальный дилер Mazda в Индонезии еще продает эти автомобили.
Устройство
Особенностью роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания стало присутствие в его конструкции трехгранного ротора – поршня. Он вращается в цилиндре, который имеет специальную форму. Ротор насажен на вал, и соединен с зубчатым колесом, которое, в свою очередь, имеет сцепление со статором – шестерней. Ротор вращается вокруг статора по так называемой эпитрохоидальной кривой, его лопасти попеременно перекрывают камеры цилиндра, в которых происходит сгорание топлива.
Роторный двигательВ конструкции роторного двигателя отсутствует газораспределительный механизм – его функцию выполняет сам ротор, который при помощи своих лопастей распределяет поступающую горючую смесь и выпускает отработанные в цилиндре газы. Подобная конструкция двигателя позволяет обойтись без множества узлов, крайне необходимых для простого поршневого двигателя (например, коленчатый вал, шатуны), что, во-первых, позволяет уменьшить размер и массу силового агрегата, а во-вторых – уменьшить стоимость его производства.
Достоинства и недостатки
Роторно-поршневой двигатель не зря привлек внимание многих именитых автомобильных компаний. Его конструкция и принцип действия позволяли получить несколько довольно весомых преимуществ перед обычными двигателями.
Во-первых, роторно-поршневой мотор в силу своей конструкции обладал лучшей среди остальных типов силовых установок сбалансированностью, и был подвержен минимальным вибрациям.
Во-вторых, у этой силовой установки отмечались отменные динамические характеристики: без существенной нагрузки на двигатель, авто с роторно-поршневым мотором легко можно разогнать до 100 км/час и более на низкой передаче при высоких оборотах двигателя.
роторный двигатель Мазда RX-8В-третьих, роторный двигатель компактнее и легче, чем стандартный поршневой силовой агрегат. Эта особенность позволяла конструкторам добиться практически идеальной развесовки по осям, что влияло на устойчивость автомобиля на дороге.
В-четвертых, в нем используется намного меньшее количество узлов и агрегатов, чем в обычном двигателе.
Наконец, в-пятых, роторный двигатель обладает высокой удельной мощностью.
Недостатки
К минусам роторно-поршневого двигателя, из-за которых он так и не смог получить массового применения и не используется сегодня в автомобилях всех брендов, относится, во-первых, большой расход топлива на низких оборотах. На некоторых моделях он достигает 20 литров на 100 км пробега, что, согласитесь, совсем не экономично и бьет по карману владельца авто с роторным двигателем.
Во-вторых, недостатком этого типа двигателей является сложность изготовления его деталей: чтобы ротор правильно прошел эпитрохоидальную кривую, необходима высокая геометрическая точность при создании как самого ротора, так и цилиндра. Для этого производители роторных двигателей используют высокоточное и дорогостоящее оборудование, а стоимость производства закладывают в цену автомобиля.
В-третьих, роторный двигатель склонен к перегреву из-за особенности конструкции камеры сгорания: она имеет линзовидную форму, а не сферическую, как у обычных поршневых моторов. Топливная смесь, сгорая в такой камере, превращается в тепловую энергию, которая расходуется в большей части неэффективно – ее избыток нагревает цилиндр, что в конечном итоге приводит к износу и выходу его из строя.
В-четвертых, высокий износ уплотнителей между форсунками ротора из-за перепадов давления в камерах сгорания двигателя. Именно поэтому ресурс таких двигателей составляет 100-150 тысяч км, после чего, как правило, требуется капитальный ремонт силового агрегата.
В-пятых, роторно-поршневой двигатель нуждается в своевременной и четко соблюдаемой процедуре смены моторного масла: мотор потребляет примерно 600 мл моторного масла на 1000 км, так что менять его приходится раз в 5000 км пробега. Если его вовремя не заменить, это чревато выходом из строя узлов и агрегатов мотора, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. То есть, к эксплуатации и обслуживанию роторно-поршневых двигателей следует подходить более ответственно, чем к обслуживанию обычных моторов, вовремя проводя их техническое обслуживание и капитальный ремонт.
Принцип работы роторного двигателя
Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми отличается ДВС. Это и отличает агрегат от обычного поршневого двигателя. РПД называют ещё двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и явные достоинства.
Ротор такого двигателя находится в цилиндре. Сам корпус не круглого типа, а овального, чтобы ротор треугольной геометрии нормально в нём помещался. У РПД не бывает коленчатого вала и шатунов, а также отсутствуют в нём другие детали, что делает его конструкцию намного проще. Если говорить другими словами, то примерно около тысячи деталей обычного двигателя внутреннего сгорания в РПД нет.
Работа классического РПД основана на простом движении ротора внутри овального корпуса. В процессе движения ротора по окружности статора создаются свободные полости, в которых и происходят процессы запуска агрегата.
Почему этот вариант не прижился
Удивительно, но роторный агрегат представляет собой некий парадокс. В чём он заключается? А в том, что он имеет гениально простую конструкцию, которая почему-то не прижилась. А вот более сложный поршневой вариант стал популярным и повсюду используется.
На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя:
Конечно же, если бы у роторного мотора не было недостатков, то он обязательно бы применялся на современных автомобилях. Возможно даже, что, если бы роторный двигатель был безгрешен, мы и не узнали бы про двигатель поршневой, ведь роторный создали раньше. Затем человеческий гений, пытаясь усовершенствовать агрегат, и создал современный поршневой вариант мотора.
Но к сожалению, минусы у роторного двигателя имеются. К таким вот явным ляпам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра. При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.
Если в камере сгорания температура бывает выше, чем в системе впуска/выпуска, цилиндр должен быть выполнен из высокотехнологичного материала, устанавливаемого в разных местах корпуса.
Для того чтобы такой двигатель запустился, используются всего две свечи зажигания. Больше не рекомендуется ввиду особенностей камеры сгорания. РПД наделён бывает совершенно иной камерой сгорания и выдаёт мощность три четверти рабочего времени ДВС, а коэффициент полезного действия составляет целых сорок процентов. По сравнению: у поршневого мотора этот же показатель составляет 20%.
Преимущества ротора, или Как японцы взялись за дело
На видео показан принцип работы роторного двигателя Ахриевых:
Но имеются у РПД и преимущества. В частности, к ним можно отнести особую динамику агрегата. Расход у роторного двигателя очень большой, а кроме этого, у такого агрегата очень маленький ресурс — всего шестьдесят тысяч километров — что делает его непригодным для езды в условиях города. Если объём роторного двигателя будет равен 1,3 л, то он способен будет потреблять до двадцати литров топлива.
Кстати, большой расход бензина также является причиной того, что роторный двигатель не обрёл популярности. Дело в том, что в 1973 году, когда роторные двигатели только вышли, на Аравийском полуострове накалилась обстановка. Там проходили настоящие военные действия, а как известно, арабские страны до сих пор остаются основными поставщиками топлива. В связи с этим делом, цена на бензин резко поднимается. А роторный двигатель пожирал его просто как вечно голодный чревоугодник. Вот и получилось, что он стал лишним.
Зато такой агрегат при этом будет выдавать целых 250 л. с, оставаясь малогабаритным.
На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя Ванкеля:
Такая ситуация просто вынуждает причислять роторные двигатели к спортивным моделям автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя сегодня нашлись. Это известный автопроизводитель Мазда, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Субару, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за всё старое и отброшенное западниками как ненужное. А на деле японцам удаётся создавать новое из старого. То же тогда произошло с оппозитными двигателями, являющимися на сегодняшний день «фишкой» Субару. В те же времена использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.
Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Мазды. Они создали роторный двигатель 13b-REW и наделили его системой твин-турбо. Теперь Мазда могла спокойно поспорить с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадок, но грешила опять же большим расходом топлива.
Пришлось идти на крайние меры. Очередная модель Мазда RX-8 с роторным двигателем уже выходит с 200 лошадками, что позволяет сократить расход топлива. Но не это главное. Заслуживает уважения другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность в 200 л. с. Мазда RX-8 открывала с двигателем объёмом 1,3 литра. Одним словом, новая Мазда выходит уже на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, беря не только мощностью мотора, но и другими параметрами, в том числе и низким расходом топлива.
На видео рассмотрено устройство и принцип работы роторного двигателя Желтышева:
Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб. Но проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.
Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет новая Мазда, уже с совершенно другим агрегатом.
Заглянем внутрь РПД
Схема работы роторного двигателя представляет собой нечто совершенно иное, чем обычный ДВС. Во-первых, следует оставить в прошлом конструкцию двигателя внутреннего сгорания, известную нам. А во-вторых, попытаться впитать в себя новые знания и понятия.
РПД назван так из-за ротора, то есть такой части мотора, которая движется. Благодаря этому движению мощность передаётся на сцепление и КПП. По сути, ротор выталкивает энергию топлива, которая затем передаётся колёсам через трансмиссию. Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.
На видео показан принцип работы роторно-поршневого двигателя Зуева:
Капсула, где находится ротор, — это своеобразная матрица, центр вселенной, где все процессы и происходят. Другими словами, именно в этом овальном корпусе происходит:
- сжатие смеси;
- топливный впрыск;
- поступление кислорода;
- зажигание смеси;
- отдача сгоревших элементов в выпуск.
Одним словом, шесть в одном, если хотите.
Сам ротор крепится на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а как бы бегает. Таким образом, создаются изолированные друг от друга полости внутри овального корпуса, в каждой из которых и происходит какой-либо из процессов. Так как ротор треугольный, то полостей получается всего три.
Всё начинается следующим образом. В первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается.
После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.
Смесь после этого идёт в третью полость, где и происходит вытеснение частей использованного топлива в систему выхлопа.
Это и есть полный цикл работы РПД. Но не всё так просто. Это мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. А действия эти проходят постоянно. Если говорить иначе, процессы возникают сразу с трёх сторон ротора. В итоге всего за единственный оборот агрегата повторяется три такта.
Кроме того, японским инженерам удалось усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Мазда имеют не один, а два и даже три ротора, что в значительной мере повышает производительность, тем более если сравнить его с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а 3-роторный с двенадцатицилиндровым. Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и преимущества роторного мотора сразу распознали.
Опять же, производительность — это не одно достоинство РПД. Их у него много. Как и было сказано выше, роторный двигатель очень компактный и в нём используется на целых тысячу деталей меньше, чем в том же ДВС. В РПД всего две основные детали — ротор и статор, а проще этого ничего не придумаешь.
Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил в своё время многих талантливых инженеров удивлённо вскинуть бровями. И сегодня талантливые инженеры компании Мазда заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли, поверить в производительность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да ещё какую!
Роторный двигатель.Принцип работы роторного двигателя.
Роторный двигатель Феликса Ванкеля — уникальная разновидность двигателей, создан и более менее доведенный до ума в середине двадцатого века. В чем же уникальность роторно-поршневого двигателя Ванкеля? Ответ прост, при малых габаритах и рабочем объёме, в комплекте с простотой конструкции и значительно меньшем количестве деталей по сравнению с обычным поршневым двигателем, роторный двигатель выдаст мощность в 2-2.5 раза большую, нежели поршневой двигатель с тем же рабочим объёмом цилиндров. Однако, тут же возникает вопрос, раз роторный мотор такой простой и одновременно мощный, то почему он не получил широкого распространения.
В общем то вариантов довольно много, самый на мой взгляд вероятный ответ на данный вопрос кроется в событиях тогдашнего времени. В 70-х годах многие авто-концерны того времени попытались сделать ставку на роторный двигатель, ввиду его превосходящей мощности и простоты конструкции над традиционным ДВС того времени.
Все возможно и было бы хорошо, и роторные двигатели возможно сейчас ставили бы как минимум на половину современных авто, если бы не одно НО, как всегда, куда ж без него. В общем в 1973 году началась война на Аравийском полуострове. К слову, в то время арабские страны были основными поставщиками нефти в Европу и Америку, и война вынудила их значительно сократить поставки ресурсов в страны нового и старого света, что повлекло за собой невероятное подорожание нефтепродуктов, и в том числе и бензина, на котором работал роторный двигатель. Но, почему не перестали выпускать стандартные ДВС? Да потому, что в роторном двигателе всегда имеется огромный табун лошадей, который нужно кормить, короче РПД слишком много жрал, содержать его в то время было очень не выгодно, поэтому компании, вложившие деньги в разработки и производство роторных двигателей потерпели крах и понесли колоссальные убытки, машины с большим расходом топлива оказались совсем не востребованы на рынке. Производители отказались от прожорливого роторного двигателя в пользу более экономичного поршневого варианта.
Однако все же нашлись приверженцы роторного двигателя — авто-концерн Mazda встал на путь самурая и продолжил проводить исследования и совершенствование двигателя Ванкеля, подобно тому, как однажды Subaru не отказались от использования оппозитных двигателей, которые на сегодняшний день являются главной фишкой этой марки. Инженеры мазды тоже даром времени не теряли и также имели свои разработки в области РПД. Это позволило им создать роторный двигатель 13b-REW с системой твин-турбо, мощностью 350 л.с, который устанавливался в автомобили Mazda RX7, в процессе эксплуатации двигатель зарекомендовал себя достаточно хорошо, но один непобедимый недостаток, свойственный РПД у него всё же остался,это большой расход топлива. Далее маздисты воткнули роторник в следующую модель Mazda RX8, но в ней заметно сократили табун под капотом с 350 л.с до 200, уменьшив рабочий объём до 1.3 литра. Ну где вы видели ДВС объёмом 1.3 с мощностью 200 л.с.? Это позволило сократить расход топлива и вывести модель на более конкурентно-способный уровень. Про попытку воткнуть РПД в жигуляторы думаю писать не стоит, инженеры купили авто с РПД у немцев и тупо скопировали двигатель. В результате ничего хорошего из этого не получилось.
В общем все это очень хорошо звучит, но что же представляет из себя роторный двигатель в реальной жизни. На самом же деле по всему свету довольно много авто с роторными моторами времен 60-80х годов, многие на ходу и хранятся где то в музеях или частных коллекциях, еще больше гниют или уже сгнили на свалках. Стоит взглянуть на владельца авто с роторным двигателем, который мотор перегрел и носится по городу в поисках спецов и запчастей, всплывают все недостатки этого вида двигателей. Самое страшное для РПД на той же мазде рх8 это перегрев. Стоит один раз перегреть такой мотор и отремонтировать его будет потом очень сложно,так как запчасти стоят довольно недешево и ехать будут из Японии.В большинстве случаем при ремонте РПД бракуется и сам ротор и блок, на котором образовались задиры от поплавившегося металла. Многие в этом случае заказывают новый мотор, так как стоить он буден примерно так же как и ремонт старого двигателя. Поэтому некоторые мечтают сменить роторник на традиционный поршневой ДВС, однако, есть и фанаты, которые его ни на что не променяют.
Принцип работы роторного двигателя — особенности работы
Роторный двигатель довольно редкая вещь, о которой некоторые люди даже не подозревают. Кто-то что-то слышал, но никто толком не может объяснить хотя бы то, как он выглядит. По мощности роторный двигатель не уступает двигателю с поршнями.
Где можно встретить
Двигатель Мазда
Для начала немного истории. Роторный двигатель был изобретен уже давно, аж в 1957 году. И с тех пор его активно начали устанавливать на автомобили, но на рынке автомобилей их доля ничтожно мала. Через семь лет после выпуска первого роторного двигателя его начали устанавливать на такие автомобили, как Мерседес-Бенц, Ситроен и другие известные марки. Но эти самые фирмы вскоре начали отказываться от роторных двигателей. Такие двигатели, а называются они, кстати, двигатели Ванкеля, устанавливали долгие годы даже на ВАЗ небольшими партиями. Но со временем его заменили и сейчас даже старожилы волжского автозавода не могут вспомнить то время. Единственная марка, которая с 1967 года и до сих пор выпускает двигатели с роторным двигателем в немалых партиях, – это Мазда. До сих пор роторный двигатель устанавливают на Мазду RX-8 – это двигатель модели 13B-MSP. Про этот автомобиль можно не стесняясь сказать, что он легенда. И стал он легендой именно благодаря своему роторному двигателю.
Мазда RX-8
Принципы работы ДВС и роторного двигателя
Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с поршнями, который еще называют поршневым, сильно отличается от роторного и не только по принципу работы, но и по принципу передачи момента и потерям энергии. Энергия, выделяемая при сгорании топлива в поршневом двигателе, сначала приводит в движение поршневую группу, которая, в свою очередь, приводит в движение коленчатый вал. То есть передача момента энергии происходит в два этапа.
Принцип работы ДВС
Принцип работы роторного двигателя намного проще, он выполняет всю работу в один этап. Если объяснять простым языком, то в таком двигателей в центре находится эксцентриковый вал, который вращает сам ротор. Вращается ротор внутри двигателя и выполняет те же функции, что и четырехтактный поршневой агрегат: впуск, сжатие, рабочий такт, выпуск. Но при этом нет сложных механизмов, таких как газораспределительный механизм (ГРМ), распределительные валы, клапаны, поршни. Здесь все эти функции выполняет сам ротор. Полость внутри двигателя, в которой вращается ротор, сама в себе несет все эти функции, но работают они как бы по очереди. Электронные «мозги» управляют «окнами» – это прорези в стенках двигателя – и открывают их по очереди так, что ротор, прокатываясь по шестерне вала, выполняет сразу четыре функции. Легендарный двигатель Мазды RX-8 13B-MPS представлял собой бутерброд из пяти таких двигателей, соединенных двумя герметичными камерами.
Фазы работы роторного двигателя
Достоинства и недостатки
Главное отличие роторного двигателя от поршневого – это то, что вал всегда движется в одну сторону, вращающихся масс в несколько раз меньше и, в отличие от поршневого, роторный двигатель не тратит мощность на газораспределительный механизм. Именно поэтому с атмосферного двигателя 13B-MPS, объемом 1300 кубических сантиметров сняли 192 лошадиные силы. А с форсированного 231 лошадиную силу. Для сравнения, такую мощность у поршневого двигателя снимают с объема 2600 кубических сантиметров.
Мощность двигателя больше
К сожалению, у такого уникального мотора есть свои минусы, и они перевешивают большинство плюсов данной модели двигателя. Первый минус – это небольшой ресурс двигателя всего 100 тысяч километров. По современным меркам это совсем мало, особенно это заметно на фоне самого народного двигателя Тойоты Короллы, ресурс двигателя которого 1 миллион километров. Второй и самый основной минус – это то, что двигатель не поддается капитальному ремонту. Не существует запчастей на замену увеличенных размеров, и расточить детали двигателя тоже не получится, так как очень сложно найти такое оборудование в нашей стране. К тому же в нашей стране сложно найти настоящий 98-й бензин, а использование некачественного топлива приближает кончину роторного мотора. Стоимость нового двигателя на Мазду RX-8 настолько огромна, что ставит под сомнение практичность покупки.
Малый ресурс
Вот в основном и все, что нужно знать о роторном двигателе. Он необычен по конструкции и интересен в работе, но обладает двумя большими минусами, из-за которых использовать данный автомобиль с практической точки зрения невыгодно.
Видео
Устройство роторного двигателя в следующем видео рассмотрено на примере движка Mazda RX-8:
Читайте также:
Как работает роторный двигатель
Что такое роторный двигатель? Как при малом объеме он развивает высокую мощность? Почему роторные двигатели так редко встречаются? Сейчас во всем разберемся!
Двигатель роторного типа или ванкель, был разработан еще в 1957 году Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Первое время двигатель активно использовался на различных автомобилях, а затем даже на мотоциклах, но со временем стал появляться все реже.
Что такое роторный двигатель?
Роторный двигатель — это 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания. Однако, его строение очень сильно отличается от привычного нам поршневого движка. В виду отсутствия множества элементов, роторный двигатель конструктивно проще поршневого.
Hercules W-2000. Объем 294 см3. Мощность до 32 л.с.В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и благодаря вращению ротора происходит заполнение камеры «впуска». Такт работы двигателя проходит в отдельном «цилиндре». Чтобы разобраться как устроен двигатель, нужно рассмотреть его принцип работы.
Принцип работы.
1 такт — подача топлива.
В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и, благодаря вращению ротора, происходит заполнение камеры «впуска».
2 такт — сжатие.
Благодаря форме ротора и «цилиндра», рабочая смесь попадает в камеру «сжатия», где она прижимается ротором к стенке «цилиндра».
3 такт — рабочий (воспламенение).
Когда рабочая смесь находится в максимально сжатом состоянии происходит воспламенение (обычно посредствам 2-х свечей). Высвобождающаяся энергия от воспламенения вращает ротор на 1-й такт.
4 такт — выпуск.
После воспламенения отработанная смесь высвобождается через выпускное отверстие.
Как при малом объеме достигается высокая мощность?
Высокая мощность двигателей роторного типа обусловлена тем, что на выходе каждый такт идет как рабочий. Так как ротор заменяет собой минимум 4 поршня, используя малый объем и возможность развивать высокие обороты, двигатели роторного типа имеют преимущество примерно в 2-3 раза над поршневыми ДВС.
К тому же у роторного двигателя есть еще несколько плюсов:
- двигатель отлично сбалансирован, как следствие практически нет вибрации;
- компактность и малый вес, как следствие возможность добиться оптимального расположения и разрисовки по осям;
- простота конструкции.
Почему роторные двигатели настолько редкие?
Причин здесь несколько:
Сложность конструкции. Производство двигателя роторного типа требует больших затрат. Это обусловлено необходимостью использовать специальное высокоточное оборудование и качественные износостойкие материалы.
Маленький ресурс и неремонтопригодность. Для качественной работы двигателя необходима точная подгонка всех элементов, а так как в процессе использования двигателя происходит износ комплектующих (особенно ротора и корпуса-цилиндра), то не только снижается КПД, но и в разы повышается расход масла.
Локальный перегрев. Роторный двигатель очень боится перегрева. Причиной этому служит малое пятно контакта цилиндра и ротора, которое и является причиной частого перегрева этих моторов.
А на сегодня все!
Сопла с посторонним приводом | Hammelmann GmbH
Комбинация двигателя и вододействующего устройства
Доступна с различными классами мощности
Обзор
Приводы вращения
Роторные сопла с посторонним приводом представляют собой комбинацию из мотора и вододействующего устройства. Моторы могут приводиться в действие электрически, пневматически или гидравлически и имеются в различных классах мощности. Некоторые примеры:
Масло-гидравлические приводы вращения
Варианты со следующими параметрами:
Рабочее давление: макс. 3000 бар
Число оборотов: макс. 3000 об/мин
Расход: макс. 250 л/мин
Электрические приводы вращения
Варианты со следующими параметрами:
Рабочее давление: макс. 1000 бар
Число оборотов: макс. 3000 об/мин
Расход: макс. 100 л/мин
Электрические приводы вращения
Варианты со следующими параметрами:
Рабочее давление: макс. 4000 бар
Число оборотов: макс. 3000 об/мин
Расход: макс. 50 л/мин
Возможности комбинации приводов вращения и соплодержателей
Рабочая ширина: 400 мм
Роторное сопло со спрысковой балкой и защитой от износа, с масло-гидравлическим приводом.
Рабочая ширина: 1518 мм
Система сопловых балок с одним приводом, 3-кратный привод вращения.
Рабочая ширина: 350 мм
Рабочая ширина: 190 мм
Приводы вращения и соплодержатели модулярно комбинируемы. Доступны другие варианты соплодержателей.
Количество и расположение сопел на системах чистки поверхностей оптимизируются с помощью современных моделирующих программ.
Прикладные системы, интегрируемые в технологические процессы
Роторное сопло с электрическим приводом
Сопловые вставки с электрическим приводом
Многократное роторное сопло с электрическим приводом
Система для внутренней обработки с электрическим приводом
Электрический угловой привод вращения
Электрический многократный привод вращения, осциллирующий
Спрысковые балки
Многократный привод вращения для внешнего привода
Сопловое плечо с масло-гидравлическим приводом
Роторный двигатель (принцип работы, достоинства, недостатки, перспективы)
Роторный двигатель изобрел доктор Феликс Ванкель, вернее он был соавтором совместно с Вальтером Фройде. В 1957 году они разрабатывали две модели аналогичных роторных двигателей, но двигатель Ванкеля нашел более широкое применение. Именно поэтому этот двигатель часто также называют двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля.
Роторный двигатель, как и двигатель в вашей машине является двигателем внутреннего сгорания, но принцип его работы совершенно другой, в отличии от обычного поршневого двигателя.
Если в поршневом двигателе, существует несколько (в зависимости от цилиндров) рабочих объемов (цилиндр и поршень), поочередно выполняющих свои стандартные циклы – забор смеси, сжатие, зажигание и выхлоп, то в роторном, поршни заменены ротором. (рабочий треугольный орган в форме эпитрохоида), который в зависимости от угла поворота поочередно, совместно с корпусом, участвует все в тех же циклах перечисленных ранее (забор, сжатие, зажигание, выброс)
В этой статье мы узнаем о том, как работает роторный двигатель, о его особенностях и интересных фактах связанных с ним, о достоинствах и недостатках. Давайте начнем наше знакомство с роторным двигателем, с принципа его работы.
Принцип работы роторно-поршневого двигателя
Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, создаваемое при сгорании топливно-воздушной смеси. Как и в поршневом двигателе, входное отверстие сообщается с дроссельной заслонкой, а выпускное с выхлопной системой. Если в поршневом двигателе это давление образуется в цилиндрах, а затем посредством поршней, шатунов передается на коленчатый вал, то в роторном двигателе передаточные звенья отсутствуют. Треугольный ротор в роторном двигателе является своеобразным поршнем, вращающимся по кругу и передающим крутящий момент на выходной вал.
Фактически ротор при вращении делит общую камеру на три изолированных, в объеме каждой из этих условных камер происходит свой цикл (забор, сжатие, зажигание, выброс). Как и в случае с поршневым двигателем, роторные двигатели имеют всего 4 такта.
Как правило, даже в самом простом роторном двигателе применяют два ротора. Такая конструкция позволяет уменьшить детонацию, увеличить стабильность работы двигателя. Если вы внимательно посмотрите на картинку, то увидите, что один полный оборот ротора, соответствует 3 оборотом вала.
Сердцем роторного двигателя является ротор. Ротор в данном случае эквивалентен поршням в обычном двигателе. Ротор установлен на вал с неким эксцентриситетом. Фактически такое смещение можно сравнить с рукояткой на лебедке. Подобная установка ротора, позволяет передавать крутящий момент от него на вал.
Как мы уже говорили, двигатель имеет 4 такта, они меняются в зависимости от угла поворота ротора. Сейчас мы кратко рассмотрим каждый из данных тактов в роторном двигателе.
Забор топливно-воздушной смеси в роторном двигателе
Забор смеси начинается в тот момент, когда одна из вершин ротора проходит впускной клапан в корпусе. В это время, объем камеры расширяется, вовлекая в свое увеличивающееся пространство топливно-воздушную смесь. В тот момент, когда следующая вершина ротора проходит впускной канал, начинается следующий такт.
Сжатие топливно-воздушной смеси в роторном двигателе
Во время поворота ротора, объем смеси захваченной ротором уменьшается, что приводит к повышению давления. Максимальное давление образуется в тот момент, когда топливно-воздушная смесь находится в зоне свечей.
Сжигание топливно-воздушной смеси
Для зажигания смеси, как и в поршневом двигателе, используются свечи. Они зажигают смесь одновременно, то есть срабатывают синхронно. Обычно для роторного двигателя применяют две свечи зажигания. Применение двух свечей зажигания связано с особенностями рабочего объема. Он как бы вытянут по стенке корпуса, именно поэтому, эффективней использовать две свечи, чтобы смесь сгорала более быстро и равномерно. В случае с одной свечкой, смесь будет сгорать дольше, если можно так сказать постепенно, что значительно понизит пиковое давление во время взрыва при зажигании топливно-воздушной смеси.
В итоге, от образовавшегося давления взрывной волны, получается рабочее усилие, проворачивающее ротор на эксцентрике вала. Крутящий момент передается на выходной вал. Ротор проворачивается до отверстия выпуска выхлопных газов.
Выброс отработавших выхлопных газов
Как только ротор одной из своих вершин пересекает границу выпускного отверстия, начинается выброс выхлопных газов. Ротор по инерции, а также посредством второго ротора, работающего асинхронно, продолжает менять свой угол и перемещается вершиной до впускного отверстия. Здесь все происходит заново от такта забора до такта выброса.
Узлы (детали) роторного двигателя
Далее мы расскажем о составляющих частях роторного двигателя, что также отчасти поможет вам в более точном понимании работы двигателя. Роторный двигатель имеет в своем составе систему зажигания, систему питания, систему охлаждения, которые похожи на те, что применяются в поршневых двигателях. А теперь о уникальных деталях.
Ротор роторного двигателя
Ротор имеет три выпуклых поверхности с фразированными углублениями. Углубление позволяют несколько увеличить рабочий объем. На вершинах (углах) ротора имеются уплотнительные, однонаправленные пластинки. Именно они учувствуют в герметизации между ротором и корпусом. Есть также металлические кольца на каждой из сторон ротора, которые отделяют рабочую камеру от картера двигателя. Кроме того, ротор имеет в центре с одной стороны зубчатый венец. Этот венец жестко закреплен с ротором. Именно через данную зубчатую передачу передается рабочий крутящий момент от двигателя.
Корпус роторного двигателя
Корпус роторного двигателя, словно многослойный пирог. Он имеет свои крышки, рабочие камеры, разделительные стенки. Лучше всего понять конструкцию корпуса можно будет взглянув на картинку.
Из нее видно, что двигатель имеет две камеры, разделенные стенкой и крышки с двух сторон. Все остальное конечно тоже имеет значение, но первостепенно именно то, что мы перечислили.
А теперь мы расскажем о рабочих камерах корпуса роторного двигателя.
Внутренняя полость корпуса представляет из себя сложную форму, напоминающую овал. На самом деле овал имеет определенные компенсирующие отливы, которые обеспечивают герметизацию всех трех камер разделенных ротором, вне зависимости от угла его поворота и происходящего цикла. Для каждого цикла, в корпусе роторного двигателя, отведено свое место. В зависимости от угла поворота ротора выполняется соответствующий цикл, который повторяется с периодичностью через каждые 360 градусов поворота ротора
Выпускные отверстия для выброса сгоревших газов, находятся также в корпусе рабочей камеры. Промежуточная стенка между камерами (на фото ниже)
удерживает вал в совеем центральном отверстии, уплотняется с роторами по боковым стенкам, имеет элементы системы охлаждения, инжекционные порты, направляющие втулки.
Выходной вал роторного двигателя
Выходной вал имеет эксцентрики, в данном случае их два, так как на вал устанавливается два ротора, которые работают в противофазе, когда один в цикле выброса отработавших газов, второй в цикле забора смеси. Применение двух роторов позволяют скомпенсировать биения во время работы двигателя и соответственно уменьшить детонацию. За счет смещения эксцентрика и перемещения каждого из роторов по стенкам в корпусе двигателя, они стараются провернуть вал. В итоге, на нем образуется рабочий крутящий момент.
Достоинства роторного двигателя
Как мы уже упоминали, главным достоинством роторного двигателя является отсутствие передающих звеньев, а именно шатунов. Кроме того, для роторного двигателя не требуется клапанов, пружин клапанов, распределительного вала, ремня ГРМ и т.д. Все это в итоге сказывается на габаритах и массе двигателя. Именно поэтому многие производители самолетов (например Skycar, Schleicher), предпочитают поршневым двигателям роторные.
К плюсам роторного двигателя, как мы уже тоже говорили, можно отнести и очень хорошую сбалансированность деталей в нем. Его можно сравнить с оппозитным 4 поршневым двигателем.
роторный двигатель более длительное время, по сравнению с поршневым, выдает крутящий момент на выходной вал. Если для роторного двигателя выход мощности на вал длится порядка ¾ оборота (270 градусов), то для поршневого двигателя крутящий момент передается только в течении ½ оборота (180 градусов)
Так как ротор вращается всего один раз за три оборота вала, это также сказывается на ресурсе ротора, в отличии от поршневых двигателей, где поршень делает полный цикл за оборот вала. У японский моделей автомобилей, ресурс двигателя может достигать 300 т. км.
Недостатки роторных двигателей
Так в современном мире роторные двигатели массово не применяются вследствие низкой экологичности.
Роторные двигатели потребляют большее количество топлива, вследствие низких рабочих давлений в камере сгорания.
Роторные двигатели не так распространены, что может стать проблемой при их ремонте и эксплуатации.
В двигателе фактически нет системы смазки. Определенное количество смазки (моторного масла) постоянно выбрасывается в корпус к ротору. В итоге у двигателя имеется значительный расход масла. Кроме того, это должно быть высококачественное минеральное масло без присадок, так как «синтетика» выгорая, образует на стенках корпуса нагар.
Двигатели намного сильнее нагреваются чем поршневые двигатели.
Всемирно известные автомобили, выпускающиеся с роторными двигателями
(На фото Mazda Cosmo Sport и Mazda RX8)
Японская компания Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторным двигателем. Так первая Мазда Cosmo Sport увидела свет в далеком 1967 году. Следующее поколение — Mazda RX-7 поступила в продажу в 1978 году. Пожалуй, это была одна из самых удачных машин с роторным двигателем. И последнее поколение автомобилей с роторным двигателем это Мазда RX-8.
И в итоге, самым мощным без турбонаддува двигателем внутреннего сгорания стал двигатель «Renesis» от Мазда, объёмом всего 1,3 л. Именно у него рекордный показатель мощности к рабочему объему двигателя, а именно 250 л. с.
В последние годы компании Мазда удалось значительно улучшить характеристики роторных двигателей. Двигатели стали более экологичны, и не требуют такого объема масла для смазки.
Выпускались автомобили с роторным двигателем и другими авопроизводителями: Audi, Mercedes.
В СССР на АвтоВАЗе также выпускали ряд роторных двигателей. Роторные двигатели ставились на автомобиль 21079 (1,3 л 140 л.с.) и планировались к эксплуатации в спецслужбах.
В 90 годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы следующие роторные двигатели ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.
Перспективы роторных двигателей
Основные перспективы роторных двигателей связаны с переходом на водородное топливо. Во-первых сразу решается проблема экологичности, а во-вторых, роторные двигатели практически не подвержены детонации при работе с этим видом топлива.
Роторный двигатель Mazda | Преимущества и информация
Роторный двигатель: главный элемент наследия Mazda
Большинство двигателей внутреннего сгорания, которые вы видите сегодня на дорогах, построены с использованием стандартных принципов поршневых двигателей. Однако это не единственный двигатель внутреннего сгорания. Роторный двигатель, часто называемый двигателем Ванкеля в честь его изобретателя, доктора Феликса Ванкеля, является мощной альтернативой поршневому двигателю и важной частью фирменного наследия Mazda в области технических характеристик.
Как это работает
Роторный двигатель работает по тому же основному принципу, что и поршневой двигатель: сгорание в силовой установке высвобождает энергию для привода транспортного средства. Однако система подачи в роторном двигателе полностью уникальна.
Поршневой двигатель выполняет четыре ключевые операции: впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Роторный двигатель также выполняет каждую из этих ключевых операций, но делает это совершенно уникальным образом. В случае роторного двигателя каждый из этих ключевых процессов обрабатывается отдельной секцией корпуса силовой установки.
Детали роторного двигателя
Роторный двигатель состоит из нескольких ключевых компонентов. Когда вы сами увидите роторный двигатель, станет ясно, насколько он отличается от обычного поршневого двигателя.
- Ротор : три выпуклые поверхности ротора действуют аналогично поршню, но ротор подвижен, перемещаясь по пути через систему подачи корпуса двигателя.
- Корпус : Корпус имеет овальную форму и состоит из нескольких частей, отвечающих за впуск, сжатие, сгорание и выпуск.
- Выходной вал : Этот длинный цилиндрический инструмент построен со смещением относительно центральной линии вала. Каждый из роторов двигателя помещается над выступами выходного вала, чтобы заставить его вращаться. Величина вращения, выполняемая этими лопастями, определяет крутящий момент величиной силы, прикладываемой к ним роторами.
Гордые традиции
Mazda зарекомендовала себя в 1960-х и 1970-х годах как ведущий новатор, когда дело дошло до сложной разработки роторного двигателя.Новаторская традиция Mazda вошла в историю благодаря ряду популярных моделей с роторным двигателем, в том числе Mazda RX-7, которая поступила в продажу еще в 1978 году.
В то время как Mazda прекратила продажу RX-7 еще в 1995 году, нынешние разработчики и инженеры Mazda осознали уникальные возможности роторного двигателя. Радуйтесь возрождению роторного двигателя инженерами Mazda в ближайшие несколько лет!
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.
Этот контент несовместим с этим устройством.
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 лопасть по узким кругам, поворачивая три раза на за каждый оборот ротора.
По мере того, как ротор перемещается через корпус, три камеры, создаваемые ротором, изменяют 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 заставляет ротор перемещаться 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, газы 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 поверхностей 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, а это означает, что на каждый оборот выходного вала приходится один такт сгорания.
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.
Этот контент несовместим с этим устройством.
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 лопасть по узким кругам, поворачивая три раза на за каждый оборот ротора.
По мере того, как ротор перемещается через корпус, три камеры, создаваемые ротором, изменяют 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 заставляет ротор перемещаться 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, газы 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 поверхностей 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, а это означает, что на каждый оборот выходного вала приходится один такт сгорания.
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.
Этот контент несовместим с этим устройством.
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 лопасть по узким кругам, поворачивая три раза на за каждый оборот ротора.
По мере того, как ротор перемещается через корпус, три камеры, создаваемые ротором, изменяют 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 заставляет ротор перемещаться 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, газы 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 поверхностей 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, а это означает, что на каждый оборот выходного вала приходится один такт сгорания.
Как работает роторный двигатель Ванкеля
Ну, вначале первый инженерный подход заключался в создании двигателя, отличающегося от архитектуры поршневого двигателя внутреннего сгорания.И первым, кто построил и запатентовал такой двигатель, был Felix Millet в 1888 году. Милле создал 5-цилиндровый роторный двигатель, встроенный в спицы заднего колеса велосипеда. Его конструкция силового агрегата была позже запущена в производство компанией Darracq в 1900 году.Ранние типы роторных двигателей имели нечетное количество цилиндров, смещенных по радиусу (обычно 7 или 9 цилиндров, поскольку эта нечетная конфигурация приводила к более плавной работе благодаря поршню). последовательность стрельбы). Начиная с этой конструкции, сначала двигатель имел неподвижный блок цилиндров, который непосредственно вращал коленчатый вал, расположенный в центре, и назывался радиальным двигателем.Теперь с винтом, прикрепленным к вращающемуся коленчатому валу, радиальный двигатель получил широкое применение в авиастроении.
Однако конструкция этого радиального двигателя вызвала проблему с охлаждением, особенно при работе в неподвижном состоянии, поскольку блок цилиндров не получал достаточного воздушного потока. Решение этой проблемы с охлаждением пришло в виде реверсирования роли вращающейся детали из ансамбля, то есть теперь коленчатый вал был прикреплен болтами к шасси, а пропеллер вращался вместе со всем блоком цилиндров.Так родился роторный двигатель . Положительным моментом было то, что охлаждение двигателя было улучшено, но недостатком было то, что самолет стал нестабильным и им было труднее управлять.
К началу 1920-х годов роторные двигатели (которые находили применение в основном в авиастроении) устарели, и интерес к дальнейшим разработкам двигателей этого типа резко упал. Но не все было потеряно для роторного двигателя, поскольку немецкий инженер Феликс Ванкель изобрел вращающуюся конструкцию в 1957 году, в которой использовался ротор треугольной формы, вращающийся внутри овального корпуса.Поскольку в конструкции не используются поршни, как в поршневом двигателе, роторный двигатель внутреннего сгорания Ванкеля считается одним из типов роторных двигателей без поршней. Исследования в области роторных двигателей действительно начались в 1960-х годах, но только японскому автомобилестроителю Mazda удалось успешно модифицировать его и интегрировать в фирменный стиль бренда, став единственным производителем автомобилей, способным выйти на массовое производство. Итак, как это работает
Двигатель Ванкеля работает в том же 4-тактном цикле, что и поршневой двигатель с возвратно-поступательным движением, при этом центральный ротор последовательно выполняет четыре процесса впуска, сжатия, зажигания (сгорания) и выпуска внутри трохоидной камеры.Таким образом, хотя оба типа двигателей полагаются на давление расширения, создаваемое сгоранием топливно-воздушной смеси, разница между ними проистекает из того, как они используют его для преобразования
в механическую силу. В роторном двигателе внутреннего сгорания это давление расширения прилагается к боковой поверхности ротора. Из-за треугольной формы ротора внутреннее пространство корпуса всегда будет разделено на три рабочие камеры. Это принципиально отличается от поршневого двигателя, где в каждом цилиндре происходят четыре процесса.Первоначальная конструкцияВанкеля имела внешнее зубчатое колесо с 20 зубьями, в то время как более крупное внутреннее зубчатое колесо имело 30 зубцов. Из-за этого передаточного числа частота вращения между ротором и валом определяется как 1: 3 . Это означает, что в то время как меньшая шестерня совершает один оборот, большая шестерня с внутренними зубьями вращается три раза. Поскольку эксцентриковый вал , который аналогичен коленчатому валу в поршневом двигателе, соединен с меньшей зубчатой передачей, это означает, что с двигателем, работающим со скоростью 3000 об / мин, ротор будет вращаться только со скоростью 1000 об / мин.Это не только означает, что роторный двигатель внутреннего сгорания работает более плавно, но также позволяет достичь более высокой красной черты.
Рабочий объем роторного двигателя обычно выражается единичным объемом камеры и количеством роторов (например, 654 см3 x 2). Единичный объем камеры представляет собой разницу между максимальным объемом и минимальным объемом рабочей камеры, в то время как степень сжатия определяется как отношение между максимальным объемом и минимальным объемом.
Мы рекомендуем вам внимательнее изучить схемы и трехмерное анимационное видео Мэтта Риттмана в конце руководства, чтобы лучше визуализировать и понять режим работы двигателя Ванкеля. Плюсы и минусы двигателя Ванкеля
Первое, что в пользу двигателя Ванкеля — его малый размер и легкая конструкция . Это может оказаться решающим при разработке легкого автомобиля с высокой выходной мощностью и небольшим объемом двигателя. Это также обеспечивает улучшенную конструкцию защиты от столкновений, больше рабочего пространства для аэродинамики или отсеков для хранения вещей и лучшее распределение веса .
Второй благоприятной чертой роторного двигателя внутреннего сгорания является его плоская кривая крутящего момента во всем диапазоне скоростей. Результаты исследований показали, что при использовании конфигурации с двумя роторами колебания крутящего момента во время работы были на одном уровне с рядным 6-цилиндровым поршневым двигателем, в то время как трехроторная компоновка оказалась более плавной, чем поршневой двигатель V8.
Другими преимуществами роторного двигателя внутреннего сгорания являются простая конструкция, надежность и долговечность .Из-за отсутствия поршней, штоков, механизма приведения в действие клапана, ремня газораспределительного механизма и коромысла двигатель легче построить и требует гораздо меньшего количества деталей. Кроме того, из-за отсутствия этих компонентов двигатель Ванкеля более надежен и долговечен при работе с высокими нагрузками. И помните, когда роторный двигатель работает со скоростью 8000 об / мин, ротор (который составляет большую часть всей совокупности) вращается только на одну треть от этой скорости. Недостатки
двигателя Ванкеля включают несовершенное уплотнение на концах камеры, которое учитывается на утечку между соседними камерами, и несгоревшую топливную смесь.Роторный двигатель внутреннего сгорания также на имеет продолжительность хода на 50% больше, чем у поршневого двигателя. Работа двигателя также допускает увеличение количества окиси углерода и несгоревших углеводородов в потоке выхлопных газов, что делает его очевидным изгоем среди любителей деревьев.
Самым большим недостатком, однако, является его значительный расход топлива . Сравнительные тесты показали, что Mazda RX8 потребляет больше топлива, чем более тяжелый двигатель V8 с рабочим объемом двигателя более чем в четыре раза, но с сопоставимыми характеристиками.Еще одним недостатком является то, что небольшое количество масла попадает в рабочую камеру, и в результате владельцы должны периодически добавлять масло, что увеличивает эксплуатационные расходы. Вклад Mazda в двигатель Ванкеля
После внедрения шестипортовой впускной системы для большей экономии топлива и мощности Mazda продолжила разработку роторного двигателя внутреннего сгорания для достижения низких выбросов. Индукционная система с шестью портами имела по три впускных отверстия на камеру ротора и позволяла снизить расход топлива за счет трехступенчатого управления. Еще одним заслуживающим внимания событием стало внедрение двухступенчатого монолитного катализатора .
Следующая эра в эволюции двигателей Ванкеля Mazda ознаменовалась введением турбонагнетателей.В 1982 году Cosmo RE Turbo поступил в продажу как первый в мире автомобиль с роторным двигателем, оснащенный турбонагнетателем. Основываясь на этом достижении, Mazda позже применила турбонаддув с двойной прокруткой, чтобы минимизировать турбо-лаг двигателя.
Однако ключевым нововведением Mazda стала презентация двигателя RENESIS, который означает ГЕНЕЗИС RE (роторный двигатель). RENESIS — это двигатель объемом 654 куб. См x 2, который развивает мощность 250 л.с. при 8500 об / мин и 216 Нм крутящего момента при 5500 об / мин. Помимо плавной работы двигателя и четкого отклика, двигатель RENESIS обеспечивает значительные улучшения с точки зрения топливной экономичности и выбросов выхлопных газов.RENESIS от Mazda получил награды «Международный двигатель года» и «Лучший новый двигатель» в 2003 году. Вдохновленная международным успехом RENESIS, Mazda представила новый двигатель Ванкеля, способный работать как на водороде, так и на бензине. Однако этот водородный двигатель RE не смог вызвать такой же интерес, как бензиновый, возможно, из-за отсутствия водородной инфраструктуры в то время. В мае 2007 года японский производитель автомобилей Mazda отпраздновал 40 лет разработок двигателя Ванкеля.
Роторный двигатель внутреннего сгорания RENESIS следующего поколения уже находится в разработке и появился в концептуальном автомобиле Mazda Taiki. Двигатель следующего поколения обещает больший рабочий объем 1600 куб. См (800 куб. См x 2), что, как ожидается, увеличит крутящий момент на всех оборотах двигателя и увеличит тепловую эффективность. Но, несмотря на прогресс, достигнутый в отношении выбросов выхлопных газов, выходной мощности и уплотнения рабочей камеры, двигатель Ванкеля по-прежнему будет бороться с расходом масла и топлива из-за его особой конструкции функционирования.
Общая информация о роторных двигателях
Роторный двигатель (также известный как двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля) — это двигатель внутреннего сгорания, изобретенный в 1954 году немецким инженером-механиком Феликсом Генрихом Ванкелем в качестве альтернативы классическому поршневому двигателю.
После некоторых технических усовершенствований, внесенных инженером Хансом Дитером Пашке, роторный двигатель Ванкеля был впервые представлен специалистам и прессе на собрании Союза инженеров Германии в Мюнхене в 1960 году.
Благодаря своей простоте, отличному соотношению мощности к весу, а также плавности хода и хорошей работе моторы Ванкеля были у всех на слуху в автомобильной и мотоциклетной промышленности в 1960-х годах. В августе 1967 года NSU Motorenwerke AG привлекло большое внимание к очень современному NSU Ro 80, который имел 115-сильный двигатель Ванкеля с двумя роторами. Это был первый немецкий автомобиль, признанный «Автомобилем года» в 1968 году.
В течение следующих десятилетий ряд крупных производителей автомобилей подписали лицензионные соглашения на разработку роторных двигателей Ванкеля, включая Ford, Toyota, Mercedes-Benz, Porsche, Rolls-Royce и Mazda.
После дальнейших усовершенствований двигателя, в том числе решения проблемы уплотнения верхушки, Mazda успешно использовала двигатели Ванкеля в своих спортивных автомобилях серии RX до 2012 года. Технологическое преимущество роторных двигателей в автомобильной промышленности было подчеркнуто в 1991 году на выставке 24 Hours of Le Мужская гонка, так как автомобиль с 4-роторным двигателем Mazda 26B выиграл престижное соревнование.
В наши дни роторные двигатели Ванкеля, которые постоянно совершенствуются такими компаниями, как Wankel Supertec GmbH, можно найти в мотоциклах, гоночных автомобилях, самолетах, малых судах и генераторах энергии.Следующий этап развития относится к использованию роторных двигателей внутреннего сгорания в наступающей эре низкоуглеродистого, экологически безопасного, надежного и доступного энергоснабжения. Таким образом, успешное испытание роторного двигателя Hydrogen 20 сентября 2019 года позволяет Wankel Supertec с уверенностью смотреть в будущее.
Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором используется один или несколько треугольных роторов для преобразования давления, создаваемого при сгорании топливовоздушной смеси, в кинетическую энергию.Объемы газа, транспортируемые в пространствах между торцами ротора и корпусом, поочередно выполняют четыре разные работы: а) всасывание; б) Компрессия; в) горение и г) выхлоп. Эти стадии известны как такты, что делает двигатель Ванкеля 4-тактным двигателем, похожим на поршневой двигатель Отто.
ВПУСКНОЙ
Во время этой фазы падение давления, вызванное движением ротора, втягивает воздушно-топливную смесь. Эта смесь втягивается вокруг ротора и нагнетается во второй такт цикла.
СЖАТИЕ
По мере того как ротор продолжает вращаться, захваченный (заштрихованный) объем, заключенный между ротором и корпусом, уменьшается, сжимая топливно-воздушную смесь.
СГОРАНИЕ
Когда активный объем смеси минимален, одна или несколько свечей зажигания инициируют горение, вызывая быстрое повышение давления и температуры.Внезапное расширение газообразной топливной смеси передает усилие на эксцентрик через ротор.
ВЫХЛОПНОЙ
По мере вращения расширяющиеся газы приводят в движение ротор до тех пор, пока выхлопное отверстие не откроется, выпуская их. Процесс выпуска продолжается, когда впускное отверстие открывается, чтобы начать новый цикл.
Благодаря своей конструкции двигатель Ванкеля намного легче, компактнее и проще классического поршневого двигателя.Нет ни возвратно-поступательного движения, ни кривошипов, клапанов, штоков или других сложных деталей, подверженных отказам. Двигатели Ванкеля содержат всего три движущихся части, что делает их более надежными, долговечными и удобными в обслуживании, чем их соперники с возвратно-поступательным движением. Кроме того, эти движущиеся части непрерывно вращаются в одном направлении, что обеспечивает более высокие рабочие скорости, простоту балансировки и низкий уровень вибрации. Благодаря беспрецедентному соотношению мощности к габаритам и мощности к массе, двигатели Ванкеля незаменимы в различных областях применения, начиная от сектора легких самолетов и комбинированных теплоэнергетических установок и заканчивая морской промышленностью.
Одним из основных недостатков двигателя Ванкеля является его низкий тепловой КПД. Длинная, тонкая и подвижная камера сгорания приводит к медленному и неполному сгоранию топливной смеси. Это приводит к более высоким выбросам углерода и более низкой топливной экономичности по сравнению с поршневыми двигателями. Однако этот недостаток превращается в преимущество при переходе на водородное топливо.
Еще одна слабость двигателей Ванкеля заключается в уплотнении ротора и вершины.Неидеальное уплотнение между краями ротора и корпуса — например, из-за износа или недостаточной центробежной силы в нижних диапазонах частоты вращения — может привести к утечке продуктов сгорания в следующую камеру.
Поскольку сгорание происходит только в одной секции роторного двигателя, существует большая разница температур в двух отдельных камерах. Как следствие, разные коэффициенты расширения материалов приводят к неоптимальному уплотнению ротора. Потребление масла также является проблемой, поскольку масло необходимо впрыскивать в камеры, чтобы добавить смазки и помочь сохранить герметичность ротора.
Роторный двигатель | Britannica
Роторный двигатель , двигатель внутреннего сгорания, в котором камеры сгорания и цилиндры вращаются вместе с ведомым валом вокруг неподвижного управляющего вала, к которому прикреплены поршни; давление газа сгорания используется для вращения вала. Некоторые из этих двигателей имеют поршни, которые скользят в тороидальных цилиндрах (в форме пончика); другие имеют одно- и многолепестковые роторы. Ранние роторные двигатели использовались в самолетах Первой мировой войны.Они имели воздушное охлаждение, с цилиндрами, расположенными по кругу вокруг коленчатого вала, жестко прикрепленного к фюзеляжу. Винт крепился непосредственно к круглой раме, на которой устанавливались вращающиеся цилиндры. Различные недостатки этих двигателей привели к тому, что после войны от них отказались.
Подробнее по этой теме
Бензиновый двигатель: Роторные двигатели (Ванкеля)
Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, разработанный в Германии, кардинально отличается по конструкции от обычного поршневого поршня…
После Второй мировой войны интерес к разработке нового типа роторного двигателя пробудился. Ванкель является наиболее развитым и широко используемым роторным двигателем. В двигателе Ванкеля ротор в форме равностороннего треугольника вращается с орбитальным движением в корпусе специальной формы и образует вращающиеся камеры сгорания в форме полумесяца между его сторонами и изогнутой стенкой корпуса. Три вершины ротора снабжены подпружиненными уплотнительными пластинами, которые поддерживают непрерывный скользящий контакт с вогнутой внутренней поверхностью корпуса, и камеры сгорания последовательно увеличиваются и уменьшаются в размере по мере вращения ротора.Топливный заряд из карбюратора поступает в камеру через впускной канал, сжимается, поскольку размер камеры уменьшается из-за вращения ротора, и в соответствующее время воспламеняется свечой зажигания.
Двигатель Ванкеля был впервые испытан для использования в автомобилях в 1956 году. С тех пор он стал использоваться в таких промышленных приложениях, как приводные воздушные компрессоры, где необходимы небольшие, легкие, высокоскоростные двигатели с простотой механики.