Роторный двигатель | это… Что такое Роторный двигатель?

Роторный двигатель — родовое наименование конструкции теплового двигателя, за которым стоит целое семейство близких по конструкции двигателей, объединенное ведущим признаком — типом движения главного рабочего элемента.

Роторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором главный подвижный рабочий элемент двигателя — ротор, совершает вращательное движение. Двигатели должны давать на выходе вращательное движение главного вала. И именно этим роторные ДВС выгодно отличаются от наиболее распространенных сегодня поршневых ДВС, в которых главный подвижный рабочий элемент — поршень, совершает возвратно-поступательные движения. В роторных моторах, где главный рабочий элемент и так вращается, не требуется дополнительных механизмов для получения вращательного движения. А вот в поршневых моторах приходится применять громоздкие и сложные кривошипно-шатунные механизмы для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Именно в свойствах этих механизмов кроются многие недостатки современных поршневых ДВС.

История

С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. Самый первый тепловой двигатель в истории — эолипил Герона Александрийского (I в. н. э) также относится к роторным двигателям. В XIX веке, вместе с массовым появлением поршневых паровых машин, начинают создаваться и активно использоваться и роторные паровые двигатели. К ним можно отнести как паровые роторные машины с непрерывно открытыми в атмосферу камерами расширения — это паровые турбины, так и паровые машины с герметично запираемыми камерами расширения: к ним, например, можно отнести «коловратную машину» Н. Н. Тверского, которая успешно эксплуатировалась во многих экземплярах в конце XIX века в России.

С началом массового применения ДВС в первые десятилетия XX века начались и работы по попыткам создать эффективный роторный ДВС. Однако эта задача оказалась большой инженерной трудностью, и лишь в 1930-х годах была создана работоспособная газовая турбина, которая по классификации относится к роторным ДВС с непрерывно открытой в атмосферу камерой сгорания.

Работоспособный роторный ДВС с герметично запираемой камерой сгорания удалось создать лишь в конце 1950-х годов группе исследователей из немецкой фирмы NSU, где Вальтер Фройде и Феликс Ванкель разработали схему роторно-поршневого двигателя.

В отличие от газовых турбин, которые широко и массово применяются уже более 50 лет, роторный двигатель Ванкеля и Фреде не показал очевидных преимуществ перед поршневыми ДВС, а также имел заметные недостатки, которые и сдерживают массовое применение этих моторов в промышленности. Но потенциально широкий набор возможных конструктивных решений создают широкое поле для инженерных поисков, которые уже привели к появлению таких конструкций, как роторно-лопастной двигатель Вигриянова, трёхтактный и пятитактный роторные двигатели Исаева.

Классификация роторных ДВС

Главное деление роторных двигателей происходит по типу работы камеры сгорания — запирается она на время герметично, или имеет постоянную связь с атмосферой. К последнему типу относятся газовые турбины, камеры сгорания которых отделены от выхлопного сопла (от атмосферы) лишь густым «частоколом» лопастей роторной крыльчатки.

В свою очередь, роторные ДВС с герметично запираемыми камерами сгорания делятся на 7 различных конструкционных компоновок:

1. роторные двигатели с неравномерным разнонаправленным (возвратно-вращательным) движением главного рабочего элемента;
2. роторные двигатели с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента;
3. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с уплотнительными заслонками-лопастями, движущимися в роторе. Частный случай — с заслонками-лопастями, отклоняющимися на шарнирах на роторе;
4. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с уплотнительными заслонками, движущимися в корпусе;
5. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с использованием такого же простого вращательного движения уплотнительных элементов;
6. роторные двигатели с простым вращательным движением главного рабочего элемента, без применения отдельных уплотнительных элементов и спиральной организацией формы рабочих камер;
7. роторные двигатели с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента и без применения отдельных уплотнительных элементов.

Роторные двигатели Фройде и Ванкеля, которые не вполне корректно с технической точки зрения называют «роторно-поршневыми», относятся к 7-й классификационной группе.

Литература

• Н. Ханин, С. Чистозвонов. Автомобильные роторно-поршневые двигатели. — М., 1964.
• Е. Акатов, В. Бологов и др. Судовые роторные двигатели. — Л., 1967.

См. также

• Газовая турбина
• Двигатель Ванкеля
• Роторно-лопастной двигатель Вигриянова
• Роторно-лопастной двигатель Червова

Ссылки

• Роторный двигатель.
• Феликс Ванкель — инженер от бога. История создания роторного двигателя.

Роторный двигатель | это… Что такое Роторный двигатель?

Роторный двигатель — родовое наименование конструкции теплового двигателя, за которым стоит целое семейство близких по конструкции двигателей, объединенное ведущим признаком — типом движения главного рабочего элемента.

Роторный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором главный подвижный рабочий элемент двигателя — ротор, совершает вращательное движение. Двигатели должны давать на выходе вращательное движение главного вала. И именно этим роторные ДВС выгодно отличаются от наиболее распространенных сегодня поршневых ДВС, в которых главный подвижный рабочий элемент — поршень, совершает возвратно-поступательные движения. В роторных моторах, где главный рабочий элемент и так вращается, не требуется дополнительных механизмов для получения вращательного движения. А вот в поршневых моторах приходится применять громоздкие и сложные кривошипно-шатунные механизмы для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Именно в свойствах этих механизмов кроются многие недостатки современных поршневых ДВС.

История

С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. Самый первый тепловой двигатель в истории — эолипил Герона Александрийского (I в. н. э) также относится к роторным двигателям. В XIX веке, вместе с массовым появлением поршневых паровых машин, начинают создаваться и активно использоваться и роторные паровые двигатели. К ним можно отнести как паровые роторные машины с непрерывно открытыми в атмосферу камерами расширения — это паровые турбины, так и паровые машины с герметично запираемыми камерами расширения: к ним, например, можно отнести «коловратную машину» Н. Н. Тверского, которая успешно эксплуатировалась во многих экземплярах в конце XIX века в России.

С началом массового применения ДВС в первые десятилетия XX века начались и работы по попыткам создать эффективный роторный ДВС. Однако эта задача оказалась большой инженерной трудностью, и лишь в 1930-х годах была создана работоспособная газовая турбина, которая по классификации относится к роторным ДВС с непрерывно открытой в атмосферу камерой сгорания.

Работоспособный роторный ДВС с герметично запираемой камерой сгорания удалось создать лишь в конце 1950-х годов группе исследователей из немецкой фирмы NSU, где Вальтер Фройде и Феликс Ванкель разработали схему роторно-поршневого двигателя.

В отличие от газовых турбин, которые широко и массово применяются уже более 50 лет, роторный двигатель Ванкеля и Фреде не показал очевидных преимуществ перед поршневыми ДВС, а также имел заметные недостатки, которые и сдерживают массовое применение этих моторов в промышленности. Но потенциально широкий набор возможных конструктивных решений создают широкое поле для инженерных поисков, которые уже привели к появлению таких конструкций, как роторно-лопастной двигатель Вигриянова, трёхтактный и пятитактный роторные двигатели Исаева.

Классификация роторных ДВС

Главное деление роторных двигателей происходит по типу работы камеры сгорания — запирается она на время герметично, или имеет постоянную связь с атмосферой. К последнему типу относятся газовые турбины, камеры сгорания которых отделены от выхлопного сопла (от атмосферы) лишь густым «частоколом» лопастей роторной крыльчатки.

В свою очередь, роторные ДВС с герметично запираемыми камерами сгорания делятся на 7 различных конструкционных компоновок:

1. роторные двигатели с неравномерным разнонаправленным (возвратно-вращательным) движением главного рабочего элемента;
2. роторные двигатели с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента;
3. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с уплотнительными заслонками-лопастями, движущимися в роторе. Частный случай — с заслонками-лопастями, отклоняющимися на шарнирах на роторе;
4. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с уплотнительными заслонками, движущимися в корпусе;
5. роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего элемента и с использованием такого же простого вращательного движения уплотнительных элементов;
6. роторные двигатели с простым вращательным движением главного рабочего элемента, без применения отдельных уплотнительных элементов и спиральной организацией формы рабочих камер;
7. роторные двигатели с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента и без применения отдельных уплотнительных элементов.

Роторные двигатели Фройде и Ванкеля, которые не вполне корректно с технической точки зрения называют «роторно-поршневыми», относятся к 7-й классификационной группе.

Литература

• Н. Ханин, С. Чистозвонов. Автомобильные роторно-поршневые двигатели.  — М., 1964.
• Е. Акатов, В. Бологов и др. Судовые роторные двигатели. — Л., 1967.

См. также

• Газовая турбина
• Двигатель Ванкеля
• Роторно-лопастной двигатель Вигриянова
• Роторно-лопастной двигатель Червова

Ссылки

• Роторный двигатель.
• Феликс Ванкель — инженер от бога. История создания роторного двигателя.

Как работает роторный двигатель?

Как и более обычные бензиновые двигатели, роторный двигатель использует топливо, воспламеняемое искрой, для производства энергии, но помимо этого он во многом отличается от обычного автомобильного двигателя; особенно то, как он берет расширяющиеся газы и теплоту сгорания и превращает их в движение, чтобы подтолкнуть ваш автомобиль.

Как работает роторный двигатель?

В обычном двигателе процесс сгорания воздействует на набор поршней, которые производят линейное движение внутри цилиндров двигателя. Поршни движутся вверх и вниз, как ноги велосипедиста, и они прикреплены к коленчатому валу, который является компонентом, который преобразует это движение вверх и вниз в круговое движение, приводящее в движение колеса.

В ротационном двигателе все основные внутренние компоненты вращаются преимущественно по кругу, что обеспечивает более простую и эффективную передачу энергии от сжигания бензина к вращению колес. Таким образом, роторный двигатель имеет меньше движущихся частей, он меньше, легче и мощнее для своей мощности.

Несмотря на то, что Mazda, без сомнения, является чемпионом среди роторных автомобилей, японский бренд не единственный производитель, придумавший эту идею.

Также, как и в обычных поршневых двигателях, расположение ротора роторного двигателя может быть продублировано для большей производительности и большей мощности. Большинство роторных моделей были с двумя роторами, но Mazda создала версии с тремя и четырьмя роторами.

4

Однако, как и следовало ожидать, у этой блестящей идеи есть недостатки.

Запечатанная судьба

Во-первых, специальные уплотнения (вы можете услышать, как они называются торцевыми, лепестковыми или вершинными уплотнениями), которые помогают создать сжатие, необходимое для сгорания, подвержены износу. Когда это происходит, роторные двигатели начинают терять мощность и также могут сжигать масло. Замена сальников — большая работа.

Выбросы и экономичность

Хотя характеристики мощности роторного двигателя очень хорошие, они не так хороши, когда речь идет об экономии топлива, а влияние на выбросы также отрицательно. Турбонаддув и каталитические нейтрализаторы в более поздних конструкциях отчасти помогли, но недостаточно, чтобы сохранить принцип с сегодняшними строгими правилами.

Абсолютная мощность

В то время как свободное вращение роторного двигателя делает автомобили, приводимые в движение им, привлекательными и веселыми, за это приходится платить низкой мощностью и особенно крутящим моментом. Эта уникальная производительность ограничивает двигатель конкретными приложениями и в основном спортивными автомобилями.

4

Многие автопроизводители возились с роторными двигателями, но только Mazda приступила к их крупносерийному производству. И когда это произошло в 1960-х и 70-х годах, плохая надежность роторного двигателя чуть не поставила компанию на колени. Но современные технологии и материалы означают, что у роторных двигателей может быть будущее, и если вы когда-либо водили их, вы знаете, насколько они восхитительно плавны и полны характера.

Что дальше?

С тех пор, как Mazda прекратила выпуск RX-8 в 2012 году, автомобили с роторным двигателем не были доступны для продажи в Австралии, и долгое время казалось, что так и останется из-за присущих роторным конструктивным недостаткам.

4

Тем не менее, Mazda недавно подтвердила, что возродит культовый роторный двигатель и нашла способы решить свои инженерные проблемы.

ЕЩЕ

Mazda подтверждает возврат ротора.

Детали все еще очень легкие, и модель, возвещающая о возрождении, еще не объявлена, но вы, возможно, снова сможете путешествовать под управлением этой необычной силовой установки.

Не хватает болтовни о крутящем моменте? Прочтите о дизельных и гибридных двигателях.

Что такое роторный двигатель? — Car Advice

Что посеешь, то и пожнешь — и по кругу, и по кругу в случае с роторными двигателями.

Было время, когда некоторые энтузиасты утверждали, что rev-tastic

Роторные двигатели были величайшим достижением со времен изобретения двигателя внутреннего сгорания, но они исчезли из поля зрения несколько лет назад с кончиной отмеченного наградами спортивного автомобиля Mazda RX-8.

Однако после дебюта великолепного концепта RX-Vision на Токийском автосалоне в центре внимания снова оказались роторные двигатели, которые, как всегда, отстаивает Mazda.

Роторные двигатели, известные своими стратосферными трассами, сложной экономией топлива, жаждой масла и периодическими проблемами с надежностью, всегда были смелым выбором.

Но заслужена ли репутация роторного двигателя как съедающего кошелек упражнения в бензиновом гедонизме? Чтобы выяснить это, давайте разберемся, что заставляет роторный двигатель тикать или вращаться.

Нацистская работа?

Роторный двигатель относится к новому типу силовой установки, в которой отсутствуют поршни, клапаны, распределительные валы и практически все, что связано с работой стандартного двигателя, а всего лишь две или три движущиеся части.

Вы часто будете видеть роторные двигатели, описываемые (с легкой ухмылкой) как двигатели Ванкеля в связи с Феликсом Ванкелем, немецким инженером и мрачным колоритным персонажем.

История имеет тенденцию замалчивать тот факт, что герр Ванкель был буквально нацистом, и больше концентрируется на его восхитительно оригинальном паровозе.

Существуют и другие концепты, в которых используется та же роторная архитектура, что и в древней конструкции Ванкеля, например, трехискровой роторный двигатель LiquidPiston, но пока ни один из них не прошел стадию прототипа.

Что касается серийных автомобилей, то единственные роторные двигатели были созданы по чертежам герра Ванкеля.

Как это работает?

Представьте себе, если хотите, круглую стружку Dorito, вращающуюся внутри восьмерки

На базовом уровне роторный двигатель работает по тем же принципам, что и большинство других устройств внутреннего сгорания. Топливо и воздух всасываются в цилиндр, сжимаются и сжигаются.

На этом сходство заканчивается. Вместо поршня, движущегося вверх и вниз в цилиндре, роторный двигатель, как следует из названия, представляет собой двигатель, в котором ротор вращается внутри герметичного корпуса. Ротор имеет форму треугольника, но каждая грань треугольника слегка выпуклая.

Корпус в основном овальной формы с небольшими углублениями в середине каждого длинного края, что придает ему так называемую эпитрохоидальную форму.

Представьте себе, если хотите, круглую стружку Дорито, вращающуюся внутри восьмерки.

Изобретательность заключается в том, что ротор вращается внутри камеры. Вместо того, чтобы вращаться на месте, ротор движется по эксцентричному пути вокруг корпуса, создавая при своем движении три отдельных герметичных зоны.

Это самая важная часть работы роторных двигателей. Это означает, что каждый раз, когда ротор вращается, он создает три отдельные камеры сгорания. Таким образом, установка с двумя роторами, подобная той, что Mazda установила на RX-8, сравнима с шестицилиндровым поршневым двигателем.

Каковы его преимущества?

Звучит сложно, но роторный двигатель Ванкеля на самом деле невероятно простой двигатель по сравнению с поршневыми двигателями.

В однороторной установке есть только две движущиеся части — ротор и выходной вал. Для двухроторной установки их всего три. Имейте в виду, что в небольшом дешевом четырехцилиндровом поршневом двигателе есть впускные и выпускные клапаны, шатуны, поршни и по крайней мере один распределительный вал, что в сумме составляет около 40 движущихся частей.

Простота поворотной конструкции означает малый вес и компактный блок, которые исключительно хорошо подходят для дизайна автомобиля. Меньший вес означает лучшую управляемость и — теоретически — лучшую экономию топлива.

Роторные двигатели известны своей легкостью и высокой скоростью вращения; 1,3-литровый роторный двигатель, установленный на Mazda RX-8, имел принудительный ограничитель на 9400 об/мин не потому, что двигатель не мог больше работать, а потому, что диски сцепления фактически разрушались при более высоких оборотах.

Обороты фактически измеряются на выходном валу, который вращается в три раза быстрее, чем ротор. Внутреннее зубчатое колесо ротора намного больше, чем внешнее зубчатое колесо выходного вала, поэтому при каждом обороте ротора выходной вал вращается три раза.

Это означает, что когда тахометр RX-8 кричит на 9000 об/мин, ротор лениво раскручивается только на 3000 об/мин. Гений.

Поскольку роторный двигатель может вращать свой карданный вал на таких высоких скоростях, он может создавать приличный толчок мощности в процессе. Например, безнаддувный 1,3-литровый двигатель, установленный на RX-8, развивает мощность 170 кВт и весит всего 120 кг.

Для сравнения: блестящий четырехцилиндровый двигатель VTEC от Honda с такой же мощностью, установленный на ныне несуществующем S2000, весит на 55 кг больше.

Подача мощности более плавная и постоянная, а также более чувствительная к дроссельной заслонке

Роторные двигатели также более плавные, чем их поршневые собратья. В традиционных двигателях поршни быстро колеблются даже на холостом ходу. Постоянное раскачивание поршней создает высокоскоростные вибрации, для преодоления которых требуются серьезные инженерные работы, такие как противовесы, балансировочные валы и гармонические балансиры.

Ротор другой; поскольку вся его движущая сила постоянно вращается в одном направлении, необходимо исправить меньше существенных дисбалансов. Результатом является невероятная плавность хода, не имеющая себе равных в обычных поршневых двигателях.

А поскольку роторный двигатель имеет три цикла сгорания на каждый оборот, подача мощности более плавная и постоянная, а также более чувствительная к дроссельной заслонке.

Так почему же ими не пользуются все?

Обычной жалобой на роторные двигатели является их низкий крутящий момент, но это не совсем так. Самым большим роторным двигателем Mazda, разрешенным для использования на дорогах, был мощный 2,0-литровый трехроторный двигатель с двойным турбонаддувом и крутящим моментом 402 Нм, который устанавливался на Eunos Cosmo последнего поколения.

Стандартной платой за RX-8 без турбонаддува был ничтожный 1,3-литровый двигатель, который все же выдавал 211 Нм.

Тем не менее, для всего топлива, которое они использовали, чтобы получить его, возможно, владельцы RX-8 были правы, жалуясь. Из-за того, как работают роторные двигатели, они имеют тенденцию возвращать ужасную экономию топлива и, как следствие, выбросы выхлопных газов.

Длинная плоская камера сгорания, создаваемая ротором, приводит к неэффективному сгоранию, что приводит к трате топлива.

На протяжении многих лет компания Mazda выступала за разработку экологически чистых и экономичных роторных двигателей, но даже ее самая совершенная на сегодняшний день конструкция по-прежнему не соответствовала нормам Евро-5. Использование масла также было проблемой для владельцев RX-8.

Постоянные и последовательные отказы в ранних, недоразвитых роторных двигателях создали клеймо, от которого трудно избавиться

Mazda еще не раскрыла, как ее новый проект решит эту проблему, но это может быть что-то столь же сверхсовременное, как лазерное зажигание . Или алхимия.

Надежность также является серьезной проблемой, так как выход из строя уплотнений ротора является причиной многих неисправностей. Без надлежащих уплотнений камеры сгорания просачиваются друг в друга и делают двигатель практически бесполезным.

Когда сальники выходят из строя, пора полностью перебирать двигатель. Справедливости ради, то же самое относится и к поршневым кольцам в традиционном двигателе, но постоянные и последовательные отказы в ранних, недоработанных роторных двигателях создали клеймо, от которого трудно избавиться.

Каково будущее роторного двигателя?

С момента своего первого использования в NSU Spider и Ro 80 ротор Ванкеля претерпел сложные изменения. NSU, ​​немецкий производитель автомобилей, который первым защитил роторный двигатель, на самом деле был совершенно бесполезен в том, чтобы заставить его работать. Чрезвычайно важные уплотнения на концах ротора неоднократно выходили из строя; возникшие претензии по гарантии и плохая реклама отправили NSU в тупик и запятнали имя роторных двигателей на десятилетия.