Изобретатели роторного двигателя нового типа заключили контракт с DARPA / Хабр

Компания LiquidPiston получила для финансирования своего проекта средства от DARPA. Проект представляет собой улучшенный мотор внутреннего сгорания роторного типа под названием X1. Во главе компании, работающей в городе Блумфилд штата Коннектикут, стоят инженеры, отец и сын, Николай и Александр Школьники.

Изобретатели заявляют множество уникальных свойств своего изделия. Например, тепловой КПД их мотора равен 50% (по сравнению с 20-30% обычного бензинового ДВС). Правда, если взять дизельный двигатель, добавить в него турбонаддув и промежуточное охлаждение, мы также получим КПД порядка 50%. Но при этом дизельный двигатель будет очень много весить.

Как утверждает Александр Школьник, типичный дизельный генератор на 3 кВт имеет размеры 100х60х60 см и весит более 70 кг. При этом генератор на основе двигателя X1 аналогичной мощности будет весить 15 кг (сам мотор – 4 кг), а размер его будет составлять 30х30 см. Фактически, такой генератор будет умещаться в рюкзаке.

Изобретатели постарались взять лучшее от разных тепловых циклов и уменьшить потери энергии двигателя. Теоретический предел КПД нового двигателя – 75%, но пока инженеры трудятся над достижением реального показателя в 57%.

Работа двигателя X1 напоминает процесс работы известного роторного двигателя Ванкеля, вывернутый наизнанку. Ротор закреплён на эксцентрическом валу, и содержит в себе каналы для впуска газовой смеси и выпуска отработавших газов. Расположенные по углам равностороннего треугольника свечи отрабатывают по разу за один оборот вала.

Двигатель работает на прямом впрыске и обеспечивает высокую степень сжатия — 18:1. Не меняющийся во время сгорания объём камеры позволяет сжигать топливо дольше и полнее. Отработавшие газы достигают почти атмосферного давления перед выходом, в связи с чем успевают отдать почти всю свою энергию ротору.

Высокая эффективность также позволяет отказаться от водяного охлаждения двигателя. Работая под нагрузкой, двигатель может пропускать циклы зажигания и засасывать воздух, который будет охлаждать его. Рассматривается даже вариант впрыска в камеру сгорания воды, которая будет охлаждать двигатель, уменьшать выбросы отработавших газов и одновременно превращаться в пар, толкающий ротор.

Слева — двигатель Ванкеля, справа — X1

Компактность и мощность двигателя заинтересовали военных, которым требуются портативные энергетические системы. В случае успешного внедрения двигатель найдёт множество применений — переносной электрогенератор, двигатель для беспилотных аппаратов, и многое другое.

Инженеры придумали новый двигатель ещё в 2003 году. К 2012 году был построен первый прототип, о котором написали в журнале «Популярная механика». В 2015 году компания не только заключила контракт с DARPA, но и приступила к разработкам мини-версии двигателя.

Роторный двигатель.

Каковы принципы действия, минусы и плюсы

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

Оглавление

• 1 Роторный двигатель, принцип действия
• 2 Конструктивные особенности
• 3 Достоинства
• 4 Роторный двигатель, недостатки
• 5 Применение

Роторный двигатель, принцип действия

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

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

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

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

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

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

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

Конструктивные особенности

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

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

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

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

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

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

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

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

Использование двух аналогичных узлов исключает возникновение биений и уменьшает детонацию.

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

Достоинства

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

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

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

Роторный двигатель, недостатки

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

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

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

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

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

Следует отметить что роторные моторы нагреваются намного сильнее чем поршневые.

Применение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

До новых встреч.

Как работают роторные двигатели | HowStuffWorks

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, подобный двигателю вашего автомобиля, но он работает совершенно иначе, чем обычный поршневой двигатель.

В поршневом двигателе один и тот же объем пространства (цилиндр) попеременно выполняет четыре различные функции: впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Роторный двигатель выполняет те же четыре работы, но каждая из них происходит в своей части корпуса. Это похоже на наличие отдельного цилиндра для каждого из четырех рабочих мест, при этом поршень постоянно перемещается от одного к другому.

Реклама

Роторный двигатель (первоначально задуманный и разработанный доктором Феликсом Ванкелем) иногда называют двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля .

В этой статье мы узнаем, как работает роторный двигатель. Начнем с основных принципов работы.
Принципы роторного двигателя

Принципы роторного двигателя

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

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

Реклама

Ротор движется по траектории, похожей на то, что вы создали бы с помощью спирографа. Этот путь удерживает каждую из трех вершин ротора в контакте с корпусом, создавая три отдельных объема газа. При движении ротора по камере каждый из трех объемов газа попеременно расширяется и сжимается. Именно это расширение и сжатие втягивает воздух и топливо в двигатель, сжимает его и создает полезную мощность по мере расширения газов, а затем выбрасывает выхлопные газы.

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

«»

Mazda RX-8

Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторными двигателями. RX-7, поступивший в продажу в 1978 году, был, пожалуй, самым успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовала серия автомобилей с роторным двигателем, грузовиков и даже автобусов, начиная с Cosmo Sport 1967 года. Последний год, когда RX-7 продавался в США, был 19-м.95, но роторный двигатель вернется в ближайшем будущем.

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

Реклама

Части роторного двигателя

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему подачи топлива, аналогичную поршневым двигателям. Если вы никогда не видели внутреннюю часть роторного двигателя, будьте готовы к сюрпризу, потому что вы мало что узнаете.

Ротор

Ротор имеет три выпуклых поверхности, каждая из которых действует как поршень. Каждая поверхность ротора имеет карман, который увеличивает рабочий объем двигателя, оставляя больше места для воздушно-топливной смеси.

Реклама

На вершине каждой грани находится металлическое лезвие, которое образует уплотнение снаружи камеры сгорания. На каждой стороне ротора также есть металлические кольца, которые герметизируются по бокам камеры сгорания.

Ротор имеет набор внутренних зубьев шестерни, врезанных в центр одной стороны. Эти зубья сопрягаются с шестерней, закрепленной на корпусе. Это зубчатое соединение определяет траекторию и направление прохождения ротора через корпус.

«»

Корпус

Корпус имеет примерно овальную форму (на самом деле это эпитрохоид — посмотрите эту демонстрацию Java, как получается форма). Форма камеры сгорания разработана таким образом, что три вершины ротора всегда остаются в контакте со стенкой камеры, образуя три герметичных объема газа.

Каждая часть корпуса предназначена для одной части процесса сгорания. Четыре раздела:

• Впуск
• Сжатие
• Сгорание
• Выпуск

900 02 Впускное и выпускное отверстия расположены в корпусе. В этих портах нет клапанов. Выпускное отверстие соединяется непосредственно с выпускным отверстием, а впускное отверстие соединяется непосредственно с дроссельной заслонкой.

«»

Выходной вал (Обратите внимание на эксцентриковые кулачки.)

Выходной вал

Выходной вал имеет круглые выступы, установленные эксцентрично, что означает, что они смещены от центральной линии вала. Каждый ротор надевается на одну из этих кулачков. Кулачок действует как коленчатый вал в поршневом двигателе. Когда ротор следует по своему пути вокруг корпуса, он давит на кулачки. Поскольку кулачки установлены эксцентрично по отношению к выходному валу, сила, которую ротор прикладывает к кулачкам, создает крутящий момент на валу, заставляя его вращаться.

Теперь давайте посмотрим, как собраны эти части и как они производят энергию.

Реклама

Сборка роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель, который мы разобрали, состоит из пяти основных слоев, которые скреплены кольцом длинных болтов. Охлаждающая жидкость течет по каналам, окружающим все детали.

Два крайних слоя содержат уплотнения и подшипники выходного вала. Они также герметизируют две секции корпуса, в которых находятся роторы. Внутренние поверхности этих деталей очень гладкие, что помогает уплотнениям ротора выполнять свою работу. Впускное отверстие расположено на каждой из этих концевых частей.

Реклама

«»

Часть корпуса ротора, удерживающая роторы (Обратите внимание на расположение выпускного отверстия.)

Следующий слой снаружи — это корпус ротора овальной формы, в котором находятся выпускные отверстия. Это часть корпуса, в которой находится ротор.

Центральная часть содержит два впускных отверстия, по одному на каждый ротор. Он также разделяет два ротора, поэтому его внешние поверхности очень гладкие.

«»

Центральная часть содержит еще одно впускное отверстие для каждого ротора.

В центре каждого ротора находится большая внутренняя шестерня, вращающаяся вокруг меньшей шестерни, прикрепленной к корпусу двигателя. Это то, что определяет орбиту ротора. Ротор также опирается на большой круглый выступ на выходном валу.

Далее мы посмотрим, как двигатель на самом деле развивает мощность.

Реклама

Мощность роторного двигателя

В роторных двигателях используется четырехтактный цикл сгорания, аналогичный циклу четырехтактных поршневых двигателей. Но в роторном двигателе это осуществляется совершенно по-другому.

Если вы внимательно посмотрите, то увидите, что выступ на выходном валу вращается три раза за каждый полный оборот ротора.

Реклама

Сердцем роторного двигателя является ротор. Это примерно эквивалентно поршням поршневого двигателя. Ротор установлен на большом круглом выступе на выходном валу. Этот лепесток смещен от центральной линии вала и действует как рукоятка на лебедке, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала. Когда ротор вращается внутри корпуса, он толкает кулачок по узким кругам, поворачиваясь на трижды по за каждый оборот ротора.

По мере движения ротора в корпусе размеры трех образованных ротором камер меняются. Это изменение размера вызывает насосное действие. Давайте рассмотрим каждый из четырех тактов двигателя, глядя на одну сторону ротора.

Впуск

Фаза всасывания цикла начинается, когда кончик ротора проходит через впускное отверстие. В тот момент, когда впускное отверстие обращено к камере, объем этой камеры близок к минимуму. Когда ротор проходит мимо впускного отверстия, объем камеры расширяется, втягивая воздушно-топливную смесь в камеру.

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

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает свое движение вокруг корпуса, объем камеры уменьшается, а воздушно-топливная смесь сжимается. К тому времени, когда торец ротора доходит до свечей зажигания, объем камеры снова близок к своему минимуму. В это время начинается горение.

Сгорание

Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна свеча. Когда свечи зажигания воспламеняют топливно-воздушную смесь, давление быстро нарастает, заставляя ротор двигаться.

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

Выхлоп

Как только вершина ротора проходит через выпускное отверстие, газы сгорания под высоким давлением могут свободно вытекать 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 минимуму, вершина ротора проходит через впускное отверстие, и весь цикл начинается снова.

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

Реклама

Различия и вызовы

Есть несколько определяющих характеристик, которые отличают роторный двигатель от обычного поршневого двигателя.

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет гораздо меньше движущихся частей, чем сопоставимый четырехтактный поршневой двигатель. Двухроторный роторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой четырехцилиндровый поршневой двигатель имеет не менее 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распределительный вал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, зубчатый ремень, зубчатые колеса и коленчатый вал.

Реклама

Минимальное количество движущихся частей может привести к повышению надежности роторного двигателя. Вот почему некоторые производители самолетов (включая производителя Skycar) предпочитают роторные двигатели поршневым двигателям.

Сглаживатель

Все части роторного двигателя вращаются непрерывно в одном направлении, а не резко меняют направление, как это делают поршни в обычном двигателе. Роторные двигатели внутренне уравновешены вращающимися противовесами, которые синхронизированы, чтобы гасить любые вибрации.

Подача мощности в роторном двигателе также более плавная. Поскольку каждое событие сгорания длится через 90 градусов вращения ротора, а выходной вал вращается на три оборота за каждый оборот ротора, каждое событие сгорания длится через 270 градусов вращения выходного вала. Это означает, что однороторный двигатель развивает мощность на три четверти каждого оборота выходного вала. Сравните это с одноцилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит в течение 180 градусов из каждых 9.0009 два оборота, или только четверть каждого оборота коленчатого вала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленнее

Поскольку роторы вращаются со скоростью, равной одной трети скорости выходного вала, основные движущиеся части двигателя движутся медленнее, чем части поршневого двигателя. Это также помогает с надежностью.

Проблемы

При проектировании роторного двигателя возникают некоторые проблемы:

• Как правило, более сложно (но не невозможно) добиться соответствия роторного двигателя нормам выбросов США.
• Затраты на производство могут быть выше, в основном из-за того, что количество произведенных двигателей не так велико, как количество поршневых двигателей.
• Обычно они потребляют больше топлива, чем поршневые двигатели, поскольку термодинамический КПД двигателя снижается из-за длинной камеры сгорания и низкой степени сжатия.

Для получения дополнительной информации о роторных двигателях и смежных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.

Реклама

Первоначально опубликовано: 29 марта, 2001

Часто задаваемые вопросы о роторном двигателе

Как работает роторный двигатель?

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, который разделяет четыре работы двигателя — впуск, сжатие, сгорание и выпуск — на четыре отдельные части в общем корпусе двигателя. Ротор перемещается из камеры в камеру, расширяя и сжимая газ.

Чем плохи роторные двигатели?

У роторных двигателей есть несколько недостатков. Заставить роторный двигатель соответствовать нормам выбросов США сложнее, а производственные затраты могут быть выше. Роторные двигатели также имеют тенденцию потреблять больше топлива, чем поршневые двигатели.

Роторный двигатель лучше?

Роторные двигатели имеют некоторые преимущества перед двигателями других типов. Они могут быть более надежными, потому что их части и детали движутся с меньшей скоростью. Они также могут работать более плавно, устраняя резкое изменение направления в поршневых двигателях. А роторные двигатели, как правило, имеют меньше движущихся частей.

Много дополнительной информации

Статьи по теме

Другие полезные ссылки

• Роторный двигатель внутреннего сгорания Ванкеля — теория, конструкция и принципы работы
• Данные о роторном двигателе внутреннего сгорания
• Био – доктор Феликс Ванкель
• Мини-роторный двигатель
• RotaryNews. com

​

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

Карим Найс
«Как работают роторные двигатели»
29 марта 2001 г.
HowStuffWorks.com.
8 июня 2023 г.

Citation

Как работают роторные двигатели | Как работает

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, похожий на двигатель вашего автомобиля, но он работает совершенно иначе, чем обычный поршневой двигатель.

В поршневом двигателе один и тот же объем пространства (цилиндр) попеременно выполняет четыре различные функции: впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Роторный двигатель выполняет те же четыре работы, но каждая из них происходит в своей части корпуса. Это похоже на наличие отдельного цилиндра для каждого из четырех рабочих мест, при этом поршень постоянно перемещается от одного к другому.

Реклама

Роторный двигатель (первоначально задуманный и разработанный доктором Феликсом Ванкелем) иногда называют двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля .

В этой статье мы узнаем, как работает роторный двигатель. Начнем с основных принципов работы.
Принципы роторного двигателя

Принципы роторного двигателя

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

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

Реклама

Ротор движется по траектории, похожей на то, что вы создали бы с помощью спирографа. Этот путь удерживает каждую из трех вершин ротора в контакте с корпусом, создавая три отдельных объема газа. При движении ротора по камере каждый из трех объемов газа попеременно расширяется и сжимается. Именно это расширение и сжатие втягивает воздух и топливо в двигатель, сжимает его и создает полезную мощность по мере расширения газов, а затем выбрасывает выхлопные газы.

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

«»

Mazda RX-8

Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторными двигателями. RX-7, поступивший в продажу в 1978 году, был, пожалуй, самым успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовала серия автомобилей с роторным двигателем, грузовиков и даже автобусов, начиная с Cosmo Sport 1967 года. Последний год, когда RX-7 продавался в США, был 19-м.95, но роторный двигатель вернется в ближайшем будущем.

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

Реклама

Части роторного двигателя

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему подачи топлива, аналогичную поршневым двигателям. Если вы никогда не видели внутреннюю часть роторного двигателя, будьте готовы к сюрпризу, потому что вы мало что узнаете.

Ротор

Ротор имеет три выпуклых поверхности, каждая из которых действует как поршень. Каждая поверхность ротора имеет карман, который увеличивает рабочий объем двигателя, оставляя больше места для воздушно-топливной смеси.

Реклама

На вершине каждой грани находится металлическое лезвие, которое образует уплотнение снаружи камеры сгорания. На каждой стороне ротора также есть металлические кольца, которые герметизируются по бокам камеры сгорания.

Ротор имеет набор внутренних зубьев шестерни, врезанных в центр одной стороны. Эти зубья сопрягаются с шестерней, закрепленной на корпусе. Это зубчатое соединение определяет траекторию и направление прохождения ротора через корпус.

«»

Корпус

Корпус имеет примерно овальную форму (на самом деле это эпитрохоид — посмотрите эту демонстрацию Java, как получается форма). Форма камеры сгорания разработана таким образом, что три вершины ротора всегда остаются в контакте со стенкой камеры, образуя три герметичных объема газа.

Каждая часть корпуса предназначена для одной части процесса сгорания. Четыре раздела:

• Впуск
• Сжатие
• Сгорание
• Выпуск

900 02 Впускное и выпускное отверстия расположены в корпусе. В этих портах нет клапанов. Выпускное отверстие соединяется непосредственно с выпускным отверстием, а впускное отверстие соединяется непосредственно с дроссельной заслонкой.

«»

Выходной вал (Обратите внимание на эксцентриковые кулачки.)

Выходной вал

Выходной вал имеет круглые выступы, установленные эксцентрично, что означает, что они смещены от центральной линии вала. Каждый ротор надевается на одну из этих кулачков. Кулачок действует как коленчатый вал в поршневом двигателе. Когда ротор следует по своему пути вокруг корпуса, он давит на кулачки. Поскольку кулачки установлены эксцентрично по отношению к выходному валу, сила, которую ротор прикладывает к кулачкам, создает крутящий момент на валу, заставляя его вращаться.

Теперь давайте посмотрим, как собраны эти части и как они производят энергию.

Реклама

Сборка роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель, который мы разобрали, состоит из пяти основных слоев, которые скреплены кольцом длинных болтов. Охлаждающая жидкость течет по каналам, окружающим все детали.

Два крайних слоя содержат уплотнения и подшипники выходного вала. Они также герметизируют две секции корпуса, в которых находятся роторы. Внутренние поверхности этих деталей очень гладкие, что помогает уплотнениям ротора выполнять свою работу. Впускное отверстие расположено на каждой из этих концевых частей.

Реклама

«»

Часть корпуса ротора, удерживающая роторы (Обратите внимание на расположение выпускного отверстия.)

Следующий слой снаружи — это корпус ротора овальной формы, в котором находятся выпускные отверстия. Это часть корпуса, в которой находится ротор.

Центральная часть содержит два впускных отверстия, по одному на каждый ротор. Он также разделяет два ротора, поэтому его внешние поверхности очень гладкие.

«»

Центральная часть содержит еще одно впускное отверстие для каждого ротора.

В центре каждого ротора находится большая внутренняя шестерня, вращающаяся вокруг меньшей шестерни, прикрепленной к корпусу двигателя. Это то, что определяет орбиту ротора. Ротор также опирается на большой круглый выступ на выходном валу.

Далее мы посмотрим, как двигатель на самом деле развивает мощность.

Реклама

Мощность роторного двигателя

В роторных двигателях используется четырехтактный цикл сгорания, аналогичный циклу четырехтактных поршневых двигателей. Но в роторном двигателе это осуществляется совершенно по-другому.

Если вы внимательно посмотрите, то увидите, что выступ на выходном валу вращается три раза за каждый полный оборот ротора.

Реклама

Сердцем роторного двигателя является ротор. Это примерно эквивалентно поршням поршневого двигателя. Ротор установлен на большом круглом выступе на выходном валу. Этот лепесток смещен от центральной линии вала и действует как рукоятка на лебедке, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала. Когда ротор вращается внутри корпуса, он толкает кулачок по узким кругам, поворачиваясь на трижды по за каждый оборот ротора.

По мере движения ротора в корпусе размеры трех образованных ротором камер меняются. Это изменение размера вызывает насосное действие. Давайте рассмотрим каждый из четырех тактов двигателя, глядя на одну сторону ротора.

Впуск

Фаза всасывания цикла начинается, когда кончик ротора проходит через впускное отверстие. В тот момент, когда впускное отверстие обращено к камере, объем этой камеры близок к минимуму. Когда ротор проходит мимо впускного отверстия, объем камеры расширяется, втягивая воздушно-топливную смесь в камеру.

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

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает свое движение вокруг корпуса, объем камеры уменьшается, а воздушно-топливная смесь сжимается. К тому времени, когда торец ротора доходит до свечей зажигания, объем камеры снова близок к своему минимуму. В это время начинается горение.

Сгорание

Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна свеча. Когда свечи зажигания воспламеняют топливно-воздушную смесь, давление быстро нарастает, заставляя ротор двигаться.

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

Выхлоп

Как только вершина ротора проходит через выпускное отверстие, газы сгорания под высоким давлением могут свободно вытекать 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 минимуму, вершина ротора проходит через впускное отверстие, и весь цикл начинается снова.

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

Реклама

Различия и вызовы

Есть несколько определяющих характеристик, которые отличают роторный двигатель от обычного поршневого двигателя.

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет гораздо меньше движущихся частей, чем сопоставимый четырехтактный поршневой двигатель. Двухроторный роторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой четырехцилиндровый поршневой двигатель имеет не менее 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распределительный вал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, зубчатый ремень, зубчатые колеса и коленчатый вал.

Реклама

Минимальное количество движущихся частей может привести к повышению надежности роторного двигателя. Вот почему некоторые производители самолетов (включая производителя Skycar) предпочитают роторные двигатели поршневым двигателям.

Сглаживатель

Все части роторного двигателя вращаются непрерывно в одном направлении, а не резко меняют направление, как это делают поршни в обычном двигателе. Роторные двигатели внутренне уравновешены вращающимися противовесами, которые синхронизированы, чтобы гасить любые вибрации.

Подача мощности в роторном двигателе также более плавная. Поскольку каждое событие сгорания длится через 90 градусов вращения ротора, а выходной вал вращается на три оборота за каждый оборот ротора, каждое событие сгорания длится через 270 градусов вращения выходного вала. Это означает, что однороторный двигатель развивает мощность на три четверти каждого оборота выходного вала. Сравните это с одноцилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит в течение 180 градусов из каждых 9.0009 два оборота, или только четверть каждого оборота коленчатого вала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленнее

Поскольку роторы вращаются со скоростью, равной одной трети скорости выходного вала, основные движущиеся части двигателя движутся медленнее, чем части поршневого двигателя. Это также помогает с надежностью.

Проблемы

При проектировании роторного двигателя возникают некоторые проблемы:

• Как правило, более сложно (но не невозможно) добиться соответствия роторного двигателя нормам выбросов США.
• Затраты на производство могут быть выше, в основном из-за того, что количество произведенных двигателей не так велико, как количество поршневых двигателей.
• Обычно они потребляют больше топлива, чем поршневые двигатели, поскольку термодинамический КПД двигателя снижается из-за длинной камеры сгорания и низкой степени сжатия.

Для получения дополнительной информации о роторных двигателях и смежных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.

Реклама

Первоначально опубликовано: 29 марта, 2001

Часто задаваемые вопросы о роторном двигателе

Как работает роторный двигатель?

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, который разделяет четыре работы двигателя — впуск, сжатие, сгорание и выпуск — на четыре отдельные части в общем корпусе двигателя.