Роторный двигатель принцип работы

Роторный двигатель, как и традиционный поршневой, является двигателем внутреннего сгорания, но работает он совершенно иначе. В поршневом двигателе, в одном и том же объеме пространства (в цилиндре) попеременно происходят четыре различные работы — впуск, сжатие, сгорание и выпуск (такты).

• Строение роторного двигателя
• О системе смазки и питании
• Плюсы
• Минусы

Роторный двигатель делает эти четыре такта в одном и том же объеме(камере), но каждый из этих тактов происходит в своей отдельной части этой камеры. Как будто для каждого цикла используется отдельный цилиндр, а поршень перемещается от одного цилиндра к другому.Принцип работы роторного двигателя.

Как и поршневой, роторный двигатель использует давление которое создается при сжигании смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и двигает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

В роторном двигателе, давление сгорания содержится в камере, образованной частью объема камеры закрытой стороной треугольного ротора, который используется в данном случае вместо поршней.Ротор и корпус роторного двигателя от Mazda RX-7: Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны, шатуны и распредвалы в поршневых двигателях.

Ротор соединен со стенками камеры каждой из трех своих вершин, создавая три отдельных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Цепная реакция всасывает воздух и топливо в рабочую камеру, сжимает смесь, она расширяясь делает полезную работу, затем выхлопные газы выталкиваются, новая порция воздуха и топлива всасывается, и так далее.

Строение роторного двигателя

Ротор

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых действует как поршень. Каждая сторона ротора имеет углубление в ней, что повышает скорость вращения ротора в целом, предоставляя больше пространства для топливо-воздушной смеси.

На вершине каждой грани находится по металлической пластине, которые и формируют камеры, в которых происходят такты двигателя. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер. В середине ротора находится круг, в котором имеется множество зубьев. Они соединены с приводом, который крепится к выходному валу. Это соединение определяет путь и направление, по которому ротор движется внутри камеры.

Камера

Камера двигателя приблизительно овальной формы (но если быть точным — это Эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, которая является плоской кривой, образуемой фиксированной точкой окружности, катящейся по другой окружности). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три закрытых объемах газа.

В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:

— Впуск

— Сжатие

— Сгорание

— Выпуск

Отверстия для впуска и выпуска находятся в стенках камеры, и на них отсутствуют клапаны. Выхлопное отверстие соединено непосредственно с выхлопной трубой, а впускное напрямую подключено к газу.

Выходной вал

Выходной вал имеет полукруглые выступы-кулачки, размещенные несимметрично относительно центра, что означает, что они смещены от осевой линии вала. Каждый ротор надевается на один из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает свой кулачок.

Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

О системе смазки и питании

Данный агрегат не имеет отличий в системе топливоподачи. Здесь также используется погружной насос, что подает бензин под давлением из бака. А вот смазочная система имеет свои особенности. Так, масло для трущихся частей двигателя подается прямо в камеру сгорания. Для смазки предусмотрено специальное отверстие. Но возникает вопрос: куда затем девается масло, если оно проникает в камеру сгорания? Здесь принцип работы схож с двухтактным двигателем. Смазка попадает в камеру и сгорает вместе с бензином. Такая схема работы используется на каждом роторно-лопастном двигателе и поршневом в том числе. Ввиду особой конструкции смазочной системы такие моторы не могут отвечать современным экологическим нормам. Это одна из нескольких причин, почему роторные двигатели на ВАЗе и других моделях авто серийно не применяются. Впрочем, сперва отметим преимущества РПД.

Плюсы

Во-первых, данный мотор обладает небольшим весом и размерами. Это позволяет сэкономить место в подкапотном пространстве и разместить ДВС в любом автомобиле. Также низкий вес способствует более правильной развесовке автомобиля. Ведь большая часть массы на авто с классическими ДВС сосредоточена именно в передней части кузова.

Во-вторых, роторно-поршневой двигатель обладает высокой удельной мощностью. По сравнению с классическими моторами, данный показатель в полтора-два раза выше. Также у роторного двигателя более широкая полка крутящего момента. Он доступен практически с холостых оборотов, в то время как обычные ДВС нужно раскручивать до четырех-пяти тысяч. Кстати, роторный мотор намного легче набирает высокие обороты. Это еще один плюс.

В-третьих, такой двигатель имеет более простую конструкцию. Здесь нет ни клапанов, ни пружин, ни кривошипно-шатунного механизма в целом. Вместе с этим отсутствует привычная система газораспределения с ремнем и распределительным валом. Именно отсутствие КШМ способствует более легкому набору оборотов роторным ДВС. Такой мотор за доли секунды крутится до восьми-десяти тысяч. Ну и еще один плюс – это меньшая склонность к детонации.

Минусы

Первый минус – это высокие требования к качеству масла. Хоть мотор и работает по типу двухтактного, сюда нельзя заливать дешевую «минералку». Детали и механизмы силового агрегата подвергаются существенным нагрузкам, поэтому для сохранения ресурса нужна плотная масляная пленка между трущимися парами. Кстати, регламент замены смазки составляет шесть тысяч километров.

Следующий недостаток касается быстрого износа уплотняющих элементов ротора. Это происходит вследствие малого пятна контакта. Из-за износа уплотнительных элементов, образуется высокий перепад давлений. Это негативно сказывается на производительности роторного двигателя и расходе масла (а соответственно и экологических показателях).

Также роторные двигатели склонны к перегреву. Это происходит из-за особой линзовидной формы камеры сгорания. Она плохо отводит тепло по сравнению со сферической (как на обычных ДВС), поэтому при эксплуатации нужно всегда следить за температурным датчиком. В случае перегрева, деформируется ротор. При работе он будет образовать значительные задиры. В результате ресурс мотора приблизится к концу.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Способ работы роторного двигателя и роторный двигатель холодного

Изобретение относится к роторным двигателям внутреннего сгорания. Способ работы роторного двигателя включает процессы преобразования потенциальной энергии рабочего тела в кинетическую энергию с последующей передачей кинетической энергии на вал отбора мощности посредством поршней. Поршни непрерывно вращаются с разными угловыми скоростями по круговой траектории в замкнутом объеме рабочей камеры, осуществляя последовательно такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. После окончания сжатия один поршень догоняет другой примерно за 15° до точки отсчета, в качестве которой принято место положения свечи зажигания. Далее поршни совершают совместное движение, проходя участок запальной камеры, равный примерно 30°, на замедленной скорости. Смесь возгорается и расширяется, вследствие чего один поршень получает ускорение и отрывается от другого поршня, обеспечивая такт рабочего хода. Двигатель содержит корпус, разделенный на камеру привода и роторную камеру перегородкой. Поршни смонтированы на валу и на втулке ротора. В одной из крышек корпуса закреплена букса. За одно с буксой выполнено солнечное колесо. В отверстии буксы установлен вал отбора мощности с водилом. Сателлитные шестерни закреплены на установленных на водиле кривошипах с эксцентриками. На диске, жестко связанном с водилом, установлены эксцентрики дополнительных кривошипов, связанные с эксцентриками кривошипов водила посредством осей. На осях установлены шатуны, шарнирно связанные посредством серьг с валом и втулкой ротора. Техническим результатом является повышение надежности и КПД двигателя. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания.

Известен способ работы роторного двигателя внутреннего сгорания Ванкеля, включающий преобразование потенциальной энергии газообразного рабочего тела высокого давления в кинематическую энергию движущихся рабочих элементов (ротора) в замкнутом объеме рабочей камеры, ограниченном поверхностями неподвижного корпуса и подвижного ротора четырехтактными циклами в соответствующих полостях и передачи энергии на вал отбора мощности. Такой способ реализован в роторно-поршневом двигателе Ванкеля, который содержит корпус, имеющий рабочую полость, выполненную по эпитрохонде; вал отбора мощности — эксцентриковый вал, с которого снимается мощность, и свободно установленный на этот вал треугольный ротор с выпуклыми сторонами. В корпусе имеются впускные и выпускные окна, установлена свеча зажигания или форсунка. Ротор совершает круговое движение и одновременно вращается вокруг оси благодаря зубчатому колесу с внутренними зубьями, которое находится в зацеплении с неподвижным зубчатым колесом, расположенным соосно с эксцентриковым валом. Движение ротора планетарное, и за каждый оборот ротора эксцентриковый вал делает три оборота. Вследствие планетарного движения ротора между ротором и корпусом образуются три изолированные полости и их объем за один оборот ротора дважды увеличивается и дважды уменьшается. Это позволяет в каждой из полостей за один оборот ротора последовательно осуществлять процессы впуска, сжатия, сгорания и расширения (рабочий ход), выпуска, составляющие четырехтактный цикл, или за три оборота эксцентрикового вала отбора мощности (Богданов С. Н. и др. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1987, стр.356-358, рис.199).

Однако способ и двигатель Ванкеля имеют недостаток в той части, что несмотря на достигнутое в 2-3 раза уменьшение массы и габаритов основные мощностные характеристики для этих параметров сохранились на уровне обычных двигателей внутреннего сгорания. Его высокая трудоемкость из-за сложного профиля цилиндра и ротора снижают его достоинства (http://www.rotor-motor.ru/page03.htm).

Наиболее близким аналогом для способа, принятым за прототип, является роторный двигатель по патенту RU 2343290 С2, F01C 1/07, 10.01.2009 г., который работает по способу, признаки которого частично содержатся в заявленном и материализованному в роторном двигателе по заявленному изобретению.

Известный способ работы роторного двигателя включает преобразование потенциальной энергии газообразного рабочего тела высокого давления в кинетическую энергию движущихся рабочих элементов в замкнутом объеме рабочей камеры с последующей передачей упомянутой кинетической энергии на вал отбора мощности, при этом кинетическую энергию образуют посредством прерывистого вращения рабочих элементов, например поршней, по круговой траектории с разными угловыми скоростями, осуществляя последовательно такты впуска, сжатия, рабочего входа и выпуска.

Этот способ материализован в роторном двигателе с рабочим цилиндром тороидального профиля, со сквозным непрерывным окружным пазом и стенками, сложной системой уплотнений, что делает его нетехнологичным в изготовлении и дорогим. Другим недостатком является то, что поршни вращаются прерывисто и не непрерывно по круговой траектории в одном направлении. Это обусловлено тем, что в момент воспламенения смеси, а он совпадает, когда сжатая до максимума горючая смесь подается к свече зажигания, находящейся в зоне мертвой точки, и расширяющиеся газы поворачивают одну пару поршней по часовой стрелке, а другую против и останавливая ее. Таким образом нарушен процесс непрерывности преобразования энергии рабочего тела в механическую. Требуются затраты вырабатываемой энергии на разгон маховиков, чтобы преодолеть мгновенную остановку поршней. Это снижает КПД двигателя примерно на 30-40%. Двигатель будет работать с рывками, что приводит к более быстрому износу зубчатых передач и разбалтыванию его рычажной системы, созданию вибрации и повышенного шума (пат. RU 2343290 С2).

Этот недостаток роторных двигателей по этой причине отмечен в статье «Роторные двигатели» в Интернете (http://www.rotor-motor.ru/page03.htm, стр.1, абзац 2).

Известен роторный двигатель, который содержит роторную и приводную камеры, которая выполнена в виде полого цилиндра с двумя парами поршней, выполненных в виде кольцевых секторов, связанных с телескопическим ротором. В его приводной камере размещен механизм преобразования движения поршней в энергию вращения вала отбора мощности, выполненный в виде пары рычагов, соединенных с телескопическим ротором, и кулисы. Последняя шарнирно установлена на валу отбора мощности. Рычаги имеют на концах ролики, взаимодействующие с дорожками кулисы. Кулиса также имеет ролики, которыми она опирается на торцевой кольцевой копир с участками высокого и низкого профиля (авт. свид. SU 1318704 A1, F02B 55/00, 1987).

Данный механизм не может обеспечить четкое выполнение тактов работы двигателя во времени. Так, при повороте кулисы от кольцевого копира с высокого на низкий участки или наоборот возникает нейтральное положение позиции 18, когда ролики не контактируют с дорожками кулисы. В этом переходном положении поршни зависают, т.е. они могут остановиться, пойти назад или вперед. Когда в конце переходного положения кулиса переходит за счет остаточной инерции механизма с максимума на минимум профиля копира или наоборот, происходит удар кулисы по роликам, нарушая ритм движения поршней, такты «растягиваются» или «сжимаются». Нарушается равномерность, возникает неравномерное вращение, сопровождающееся ударной нагрузкой. Кроме того, ролики с кулачковыми дорожками контактируют с трением скольжения при высоких контактных нагрузках, которые приводят к нагреву элементы ролик-кулак, система расширяется, а отсутствие системы компенсаторов приведет к заклиниванию звена ролики 12 и 14 с беговой дорожкой кулисы 18, фиг.3. Это приведет к остановке двигателя и возможной поломке. Практически эта схема неработоспособна.

Наиболее близким к заявленному изобретению на роторный двигатель по своей технической сущности является роторный двигатель, в котором функционально совпадают происходящие термодинамические процессы в четырехтактном режиме, имеется максимальное количество конструктивных признаков, совпадающих по их функциональному назначению (пат. US 1676211 A, F01C 1/00, 1928).

Роторный двигатель содержит корпус, включающий роторную и привода камеры, смонтированный в корпусе телескопический ротор, выполненный в виде втулки и размещенного в ней вала, вал отбора мощности, планетарную передачу, установленные в роторной камере четыре поршня с возможностью их вращения с телескопическим ротором относительно оси двигателя, свечу зажигания и кривошипно-шатунные механизмы, кинематически связанные с планетарной передачей и валом отбора мощности. Роторная камера выполнена в виде полого тороидального цилиндра, состоящего из двух половин со сквозным непрерывным окружным пазом и состыкованных болтовым соединением. В корпусе имеются сопла всасывания горючей смеси и выхлопа газов. К основному недостатку двигателя необходимо отнести нетехнологичность тороидальной роторной камеры, сложность ее изготовления и уплотнения поршней в камере.

Кроме того, положение кривошипов, находящихся в противофазе, соответствует их одновременному положению в двух мертвых точках, создаваемых механизмом. В этот момент происходит их затормаживание и скорость вращения падает до нуля. Чтобы этого не произошло, создаются инерционные силы путем дополнительной установки маховиков на коленчатых валах. Для их постоянного разгона используется часть вырабатываемой двигателем энергии, снижая тем самым его КПД. Кроме того, сдвиг с мертвой точки кривошипно-шатунных механизмов создает в работе двигателя микротолчки, приводящие к преждевременному износу его деталей, вибрации и усилению шума.

Еще одним недостатком является наличие большой инерционной массы маховиков в составе камеры привода, выполняющей функции механизма периодического изменения скоростей, что влечет к увеличению габаритов,

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа работы роторного двигателя и на его основе самого двигателя, который обеспечивал бы непрерывность вращения рабочих элементов в одном направлении, например поршней, по круговой траектории, и за счет этого добиться упрощения конструкции, повышения надежности и КПД двигателя.

Данная задача решается способом работы роторного двигателя, включающем процессы преобразования потенциальной энергии газообразного рабочего тела высокого давления в кинетическую энергию с последующей передачей кинетической энергии на вал отбора мощности посредством попарно и оппозитно расположенных с угловым смещением поршней, вращающихся с разными угловыми скоростями по круговой траектории в замкнутом объеме рабочей камеры, осуществляя последовательно такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска. Согласно изобретению в рабочей камере поршни вращаются непрерывно, после окончания сжатия один поршень догоняет другой примерно за 15° до точки отсчета, в качестве которой принято место положение свечи зажигания, далее поршни совершают совместное движение, проходя участок запальной камеры, равный примерно 30°, на замедленной скорости, смесь возгорается и расширяется, вследствие чего один поршень получает ускорение и отрывается от другого поршня, обеспечивая такт рабочего хода.

Таким образом, способ закладывает программу его материализации в кинематике работы механизмов, обеспечивающих непрерывность и плавность процессов, создающих такты всасывания, сжатия, рабочего хода и выхлопа, исключая негативные явления мертвых точек в механизмах двигателя.

Заявленный способ материализован в роторном двигателе, содержащем корпус, смонтированный в корпусе телескопический ротор, выполненный в виде вала с втулкой на нем, поршни, смонтированные на валу и на втулке, оппозитно расположенные попарно с угловым смещением и выполненные с возможностью непрерывного вращения по круговой траектории с разными угловыми скоростями, свечу зажигания, планетарный механизм, кинематически связанный с валом отбора мощности и с ротором, сопла всасывания горючей смеси и выхлопа газов, корпус разделен на камеру привода и роторную камеру перегородкой.

Отличительной особенностью двигателя является то, что двигатель включает сапун для удаления газов из роторной камеры, роторная камера армирована гильзой, имеющей цилиндрический профиль, и проставками, поршни выполнены в виде кольцевых секторов, корпус закрыт крышками, в одной из которых закреплена букса, за одно с которой выполнено солнечное колесо планетарного механизма, в отверстии буксы на подшипниках установлен вал отбора мощности с жестко закрепленным на нем водилом, сателлитные шестерни, зацепляющиеся с солнечным колесом, закреплены на концентрично расположенных и подвижно установленных на водиле кривошипах с эксцентриками, двигатель включает жестко связанный с водилом, подвижно установленный на втулке ротора и опирающийся на подшипник, размещенный в перегородке, диск, на котором подвижно установлены концентрично расположенные эксцентрики дополнительных кривошипов, связанные с эксцентриками кривошипов водила посредством осей, на которых установлены шатуны, шарнирно связанные посредством серьг с валом и втулкой ротора.

В целом это обеспечивает непрерывность движения поршней в одном направлении по круговой траектории без толчков и потери вырабатываемой мощности, повышает плавность работы двигателя без вибрации, его надежность и КПД.

Способ и устройство поясняются чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез двигателя; на фиг.2 — разрез по А-А на фиг.1 с показом кривошипно-шатунного механизма; на фиг.3 — разрез по Б-Б на фиг.1 с показом планетарного механизма; на фиг.4 показано положение I поршней в начальный момент перед запуском двигателя; на фиг.5 — положение II поршней в момент их сближения по завершении такта сжатия; на фиг.6 показано положение III поршней в момент возгорания сжатой смеси; на фиг.7 — положение IV поршней перед началом рабочего хода в момент ускорения переднего поршня.

Способ осуществляется следующим образом.

На фиг.4 представлено условное исходное положение ротора, например крестообразно попарно оппозитно расположенных поршней 1, 3 и 2, 4 в камере, образованной поверхностями неподвижного корпуса и подвижными элементами ротора, состоящего из вала и свободно вращающейся на нем втулки. Поршни попарно оппозитно закреплены на валу и втулке ротора с возможностью вращения веерообразно с разными угловыми скоростями. Воспламенение осуществляется от запальной камеры с постоянным искрением свечи. В таком положении открыты окна всасывания и выхлопа. На фиг.4 показано, что поршни в замкнутом пространстве образуют полости всасывания — Г, сжатия — Д, рабочего хода — Е, выхлопа — Ж, при этом в ходе термодинамических процессов, происходящих в течение одного цикла, объемы их меняются. За точку отсчета процессов принимаем, как показано на фиг.6, место положение свечи зажигания. При помощи, например, стартера осуществляют разгон ротора с поршнями.

Рассмотрим процессы, происходящие в рабочих полостях при различных положениях ротора.

При положении I происходит всасывание смеси в полость Г, полость Д наполнена смесью, в запальной камере постоянно искрит свеча, полость Ж выхлопа открыта, поршни 1 и 3 заторможены, центр их совпадает с точкой 6 отсчета процессов, поршни 2 и 4 получают ускорение. В полости Д, объем которой стал минимальным, заканчивается процесс сжатия смеси и примерно за 15° до точки 6 отсчета процессов поршень 4 догоняет поршень 1 (положение II) и с некоторым технологическим зазором продолжают совместно двигаться еще примерно 15°, проходя запальную камеру 7 (Положение III). Смесь возгорается. Поршень 1 получает ускорение и отрывается от поршня 4, в полости Д начинается такт рабочего хода (положение IV).

В это же время оппозитно расположенный поршень 2, быстро двигаясь, выжимает из полости Ж газы, осуществляя такт выхлопа, и догоняет поршень 3, который обеспечивает всасывание в полость Г. Поршни 2 и 3 аналогично проходят зону между выхлопом и всасыванием. Поршень 3 перекрывает окно всасывания, получив ускорение осуществляет процесс сжатия. Поршень 2 подходит к окну всасывания.

К начальной позиции, положение I, ротор сделает один оборот, т.е. провернется на 360°, осуществив два четырехтактных цикла. Движение поршней напоминает веерное. Далее цикл повторяется.

В соответствии с цикловой диаграммой и кинематикой двигателя, передающей движение от поршней на вал отбора мощности (ВОМ), последний сделает один оборот за два оборота телескопического ротора 17 с поршнями 1, 2, 3 и 4.

Роторный двигатель включает оппозитно расположенные попарно с угловым смещением поршни 1, 2, 3 и 4, выполненные в виде кольцевых секторов, охладители 5, точку 6 начала и конца отсчета процессов, запальную камеру 7, рабочий цилиндр 8, корпус 9, разделенный на камеры привода 10 и роторную 11 перегородкой 12. Корпус 9 закрыт крышками 13 и 14. В крышке 13 закреплена букса 15, в которой на подшипниках смонтирован вал 16 отбора мощности (ВОМ). В корпусе 9 смонтирован телескопический ротор 17, состоящий из вала 18 и втулки 19, подвижно посаженной на вал 18, установленный на подшипниковых опорах 20 и 21. В роторной камере 11 на валу 18 жестко закреплена втулка 22, а на втулке 19 жестко закреплена втулка 23. Поршни 1 и 3 попарно и оппозитно жестко закреплены на втулке 22, например, винтами 24. Роторная камера 11 с поршнями 1, 2, 3 и 4 образуют рабочий цилиндр 8.

Поршни 2 и 4 попарно и оппозитно жестко закреплены на втулке 23, например, винтами 25. Камера 11 армирована гильзой 26, имеющей цилиндрический профиль, и проставками 27 и 28. Корпус 9 может быть цельным или составным, в котором камеры 10 и 11 соединяются посредством резьбового соединения 29. Опора 20 размещена в правой крышке 14, а опора 21 в подшипнике 30 ВОМ 16, находящегося в полости камеры привода 10, в которой смонтирован приводной механизм ВОМ 16. На левом конце вала 18 жестко закреплена серьга 31, а на втулке 19 серьга 32. В камере 10 смонтирован планетарный механизм 33, включающий солнечное колесо 34, выполненное как частный случай за одно с буксой 15, две сателлитные шестерни 35 и 36, установленные с возможностью обкатывания по солнечному колесу 34. На конце вала 16, расположенного в камере 10, жестко закреплено водило 37 планетарной передачи 33, в котором концентрично расположены отверстия, в которых на подшипниках установлены кривошипы 38 и 39 с эксцентриками 40 и 41, на концах кривошипов 38 и 39 соответственно установлены сателлитные шестерни 36 и 35. Планетарный механизм 33 связан с ротором через промежуточное звено, которое включает оппозитно водилу 37 смонтированный в камере 11 диск 42 со ступицей, подвижно установленный на втулке 19 и опирающийся на подшипник 43, размещенный в перегородке 12. В диске 42 имеются аналогично водилу 37 оппозитно расположенные отверстия, в которых на подшипниках установлены кривошипы 44 и 45 с эксцентриками 46 и 47. Водило 37 и диск 42 жестко связаны шпильками 48.

Эксцентрики 40 и 46, 41 и 47 попарно связаны мотылевыми шейками 49 и 49′, на которых установлены шатуны 50 и 51 посредством осей 52 и 53, связанных соответственно серьгами 32 и 31. Кривошипы 38 и 44 с эксцентриками 40 и 46, связанные мотылевыми шейками 49 с шатуном 50, образуют один кривошипно-шатунный механизм 54. Кривошипы 39 и 45 с эксцентриками 41 и 47, связанные мотылевой шейкой 49′ с шатуном 51, образуют другой кривошипно-шатунный механизм 55. Оба кривошипно-шатунных механизма связаны с телескопическим ротором через установленные на валу 18 со смещением серьги 31 и 32, создавая уравновешивающуюся систему (фиг. 2). Кривошипно-шатунные механизмы с составным коленчатым валом в изобретении являются частным случаем исполнения, как вариант опытного образца, но кованые или литые коленвалы более прогрессивны.

Мотылевые шейки 49 и 49′ кривошипно-шатунных механизмов смещены одна относительно другой на заданный угол опережения зажигания, устанавливаемый в зависимости от используемой горючей смести (фиг.2), которые исключают негативные явления, обуславливаемые наличием мертвых точек, присущих кривошипно-шатунным механизмам, как то: замедление движения поршней до нуля или их движение назад. При этом одна из мотылевых шеек 49 совпадает с вертикальной осью двигателя, а другая 49′ смещена под некоторым углом к вертикальной оси двигателя (фиг.2). Оси 52 и 53, связывающие серьги 31 и 32 с шатунами 50 и 51, смещены относительно друг друга по обе стороны от горизонтальной оси двигателя (фиг.2). Это позволяет создать смещение такта начала рабочего хода относительно точки 6 начала отсчета процессов на заданный угол опережения зажигания, устанавливаемый в зависимости от используемой горючей смеси. При этом рабочий ход начинается после прохождения поршнем 1 мертвой точки, совпадающей с точкой 6, и дальнейшим ускоренным движением поршня 1, задающего вращение верхнему коленвалу. В это время нижний коленвал с опережением проходит нижнюю мертвую точку, не позволяя останавливаться поршням.

Для определения положения тактов по цикловой диаграмме, т.е. начала отсчета процессов и т.д., пространственного положения и взаимосвязи деталей и механизмов двигателя условно приняты геометрические, горизонтальные и вертикальные оси двигателя.

В корпусе 9 смонтированы свеча зажигания 56, сопло 57 всасывания горючей смеси и сопло 58 для выхлопа газов, а также сапун 59 для удаления газов из камеры 11, отверстие 60 для подачи воды в охладители 5.

В двигателе предусмотрена система смазки движущихся элементов, для этого в крышке 14 предусмотрено отверстие.

Двигатель работает следующим образом.

После разгона телескопического ротора 17 вместе с поршнями 1 и 3, 2 и 4 от внешнего источника, например стартера, через сопло 57 в полость Г подается рабочая смесь, полость Д уже заполнена рабочей смесью, в запальной камере постоянно искрит свеча, полость Ж выхлопа открыта, поршни 1 и 3, замедляя движение, пересекают запальную камеру, поршни 2 и 4 получают ускорение, смесь в полости Д сжимается, объем ее становится минимальным, заканчивается такт сжатия (положение I переходит в положение II, фиг. 2 и 5).

Не доходя примерно 15° до точки 6 начала отсчета (положение II), когда поршень 4 догнал поршень 1, но не соприкасаясь, так чтобы между поршнями сохранялся некоторый технологический зазор, поршни 4 и 1 двигаются совместно, проходя следующий участок запальной камеры, равный примерно еще 30°, на замедленной скорости (положение III). Смесь возгорается и расширяется, вследствие этого поршень 1 получает ускорение и отрывается от поршня 4, полость Д занимает позицию полости Е и начинается рабочий ход (положение IV).

В это же время начинает синхронное совместно с поршнями 4 и 1 движение поршень 2, вытесняя отработавший газ в сопло выхлопа, перемещаясь в положение I, догоняет поршень 3 и они начинают передвигаться совместно.

За полоборота ротора осуществлен один рабочий такт и за следующие полоборота еще один рабочий такт. Поршни 1 и 3 передают вращение валу 18, поршни 2 и 4 втулке 19, вал 18 через серьгу 31, шатун 51, эксцентрики 41 и 40 через водило 37, а поршни 2 и 4 через серьгу 32, шатун 50, эксцентрики 46 и 47 через диск (водило) 42 приводят во вращение сателлитные шестерни 35 и 36, которые, откатываясь по солнечному колесу 34, задают скорость вращения валу отбора мощности 16. При передаточном отношении планетарного механизма 33, равном, например, 1:2, за два оборота ротора или за четыре такта ВОМ 16 сделает один оборот.

Далее цикл повторяется непрерывностью вращения ротора с поршнями.

Источники информации

1. С.Н.Богданов и другие. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1987, стр.356-358.

2. Заявка RU №95105837, F01C 1/06, 1995 г.

3. Заявка RU №99126618, F01C 3/00, 1999 г.

4. Патент RU №2105891, F02B 57/00, 1995 г.

5. Патент RU №2189470, F02B 53/08, 2000 г.

6. Патент RU №2298678, F02B 57/00, 2004 г.

7. Патент RU №2343290 C2, F01C 1/07, 2009 г. — прототип.

8. Авт. свид. SU №1318704 A1, F02B 55/00, 1987 г.

9. Патент US №1676211 A, F01C 1/00, 1928 г. — прототип.

1. Способ работы роторного двигателя, включающий процессы преобразования потенциальной энергии газообразного рабочего тела высокого давления в кинетическую энергию с последующей передачей кинетической энергии на вал отбора мощности посредством попарно и оппозитно расположенных с угловым смещением поршней, вращающихся с разными угловыми скоростями по круговой траектории в замкнутом объеме рабочей камеры, осуществляя последовательно такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска, отличающийся тем, что поршни вращаются непрерывно, после окончания сжатия один поршень догоняет другой примерно за 15° до точки отсчета, в качестве которой принято место положения свечи зажигания, далее поршни совершают совместное движение, проходя участок запальной камеры, равный примерно 30°, на замедленной скорости, смесь возгорается и расширяется, вследствие чего один поршень получает ускорение и отрывается от другого поршня, обеспечивая такт рабочего хода.

2. Роторный двигатель, содержащий корпус, смонтированный в корпусе телескопический ротор, выполненный в виде вала с втулкой на нем, поршни, смонтированные на валу и на втулке, оппозитно расположенные попарно с угловым смещением и выполненные с возможностью непрерывного вращения по круговой траектории с разными угловыми скоростями, свечу зажигания, планетарный механизм, кинематически связанный с валом отбора мощности и с ротором, сопла всасывания горючей смеси и выхлопа газов, корпус разделен на камеру привода и роторную камеру перегородкой, отличающийся тем, что двигатель включает сапун для удаления газов из роторной камеры, роторная камера армирована гильзой, имеющей цилиндрический профиль, и проставками, поршни выполнены в виде кольцевых секторов, корпус закрыт крышками, в одной из которых закреплена букса, за одно с которой выполнено солнечное колесо планетарного механизма, в отверстии буксы на подшипниках установлен вал отбора мощности с жестко закрепленным на нем водилом, сателлитные шестерни, зацепляющиеся с солнечным колесом, закреплены на концентрично расположенных и подвижно установленных на водиле кривошипах с эксцентриками, двигатель включает жестко связанный с водилом, подвижно установленный на втулке ротора и опирающийся на подшипник, размещенный в перегородке, диск, на котором подвижно установлены концентрично расположенные эксцентрики дополнительных кривошипов, связанные с эксцентриками кривошипов водила посредством осей, на которых установлены шатуны, шарнирно связанные посредством серы с валом и втулкой ротора.

Возрождение роторных двигателей

Благодаря усовершенствованию типов топлива и конструкции двигателей роторные двигатели могут вернуться. Глобальное потепление, ограниченное количество ископаемого топлива и автомобильное загрязнение — актуальные проблемы, требующие современных решений. Роторные двигатели, оснащенные усовершенствованиями, могут быть частью решения этих проблем. Новым приоритетом для многих автомобильных компаний является разработка автомобилей с уменьшенным расходом топлива и минимальными выбросами. Роторные двигатели могут предложить улучшенные характеристики в этих областях по сравнению с традиционными поршневыми двигателями. В этой статье обсуждаются роторные двигатели, их преимущества и недостатки, а также описывается технология двигателей, которая потенциально может позволить роторным двигателям сыграть решающую роль в автомобилестроении будущего.

Нажмите здесь, чтобы узнать больше

Что такое роторный двигатель?

Роторный двигатель, также известный как двигатель Ванкеля, представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания, в котором используется ротор треугольной формы в овальной камере, как показано на рис. 1. Треугольный ротор имеет три выпуклые поверхности, каждая из которых действует как поршень. Вершина каждой грани имеет металлическую пластину, которая образует уплотнение с внутренней стенкой камеры сгорания, как показано на рисунке 2. Внешний корпус ротора имеет форму овала, а именно эпитрохоиды. Эта эпитрохоидальная форма позволяет трем концам или вершинам ротора всегда находиться в контакте с камерой. Эти уплотнения создают внутри камеры три герметичных объема газа.

Каждая секция корпуса предназначена для одной из четырех стадий процесса сгорания: впуск, сжатие, сгорание и выпуск (см. рис. 1). В корпусе расположены впускные и выпускные отверстия. Впускной порт соединяется с дроссельной заслонкой, а выпускной порт соединяется непосредственно с выхлопом. Нет шатунов и впускных/выпускных клапанов. Выходной вал роторного двигателя имеет круглые выступы эксцентричной формы. Ротор давит на эти лепестки, когда ротор движется по своему пути внутри корпуса. Из-за эксцентричного расположения кулачков по отношению к выходному валу сила, прикладываемая ротором к кулачкам, создает крутящий момент. Это заставляет выходной вал вращаться и генерировать мощность.

Преимущества роторных двигателей

Одним из основных преимуществ роторных двигателей по сравнению с обычными поршневыми двигателями с возвратно-поступательным движением является то, что роторные двигатели имеют более простую общую конструкцию. Роторный двигатель имеет гораздо меньше движущихся частей по сравнению с четырехтактным поршневым двигателем, который включает в себя клапаны, клапанные пружины, шатуны, поршни, зубчатые колеса, зубчатый ремень, распределительный вал и коленчатый вал. С другой стороны, роторный двигатель с двумя роторами будет иметь только три движущихся части — выходной вал и два ротора. Меньшее количество движущихся частей в двигателе означает более высокий потенциал надежности.

Еще одним преимуществом роторных двигателей перед поршневыми является более плавный рабочий цикл. Все движущиеся части роторного двигателя постоянно вращаются в одном направлении. Роторные двигатели также содержат противовесы, которые вращаются с определенной скоростью, подавляющей вибрацию. Поршни в обычном поршневом двигателе энергично движутся в разные стороны. Следовательно, роторные двигатели демонстрируют меньшую вибрацию и более плавную работу в целом. Плавность движения роторного двигателя желательна для автомобилей и пассажиров.

Дополнительным преимуществом роторных двигателей является более высокая эффективность двигателя по сравнению с поршневыми двигателями. Например, однороторный роторный двигатель обеспечивает мощность 75% каждого оборота выходного вала. Одноцилиндровый поршневой двигатель выдает мощность только за 25% каждого оборота коленчатого вала. Следовательно, роторные двигатели имеют более высокую выходную мощность за цикл сгорания. Роторные двигатели также имеют больший массовый коэффициент, более сильный поток топливно-воздушной смеси и требуют меньшего обслуживания, чем поршневые двигатели. Роторные двигатели имеют более высокое отношение мощности к весу, чем поршневые двигатели, поэтому роторные двигатели обычно легче и мощнее.

Недостатки роторных двигателей

Хотя роторные двигатели имеют много преимуществ по сравнению с обычными поршневыми двигателями, недостатки традиционных роторных двигателей препятствуют их широкому использованию. Хотя роторный двигатель был впервые изобретен в 1929 году немецким инженером Феликсом Ванкелем, он не смог стать широко используемым типом двигателя из-за плохой экономии топлива и высокого уровня загрязнения. В результате роторные двигатели не получили большой популярности в современных транспортных средствах, а поршневой двигатель стал основным типом используемого двигателя.

Одним из основных недостатков обычных роторных двигателей является высокий удельный расход топлива. Хотя теоретически они более эффективны, на практике роторные двигатели имеют более высокий удельный расход топлива, чем традиционные двигатели. Частично это происходит из-за износа верхних уплотнений, которые препятствуют надлежащей герметизации полостей двигателя, что приводит к утечке топлива и воздуха из одной полости в другую. Негерметичность верхних уплотнений является распространенной проблемой для обычных роторных двигателей. Это минимизирует максимальное давление и увеличивает расход топлива.

Еще одним фактором, вызывающим высокий расход топлива роторными двигателями, являются длинные и узкие камеры сгорания. Длинная камера сгорания снижает термодинамический КПД двигателя. Это приводит к тому, что роторным двигателям требуется больше топлива, чем поршневым двигателям.

Вторым основным недостатком является то, что роторные двигатели сильно загрязняют окружающую среду по сравнению с поршневыми двигателями. Роторные двигатели могут иметь низкокачественное сгорание, что приводит к проблемам с выбросами, особенно с высоким уровнем выбросов окиси углерода и углеводородов. Высокий уровень образования парниковых газов и токсичных выбросов роторных двигателей обусловлен несколькими аспектами.

Одна из причин заключается в том, что не полностью сгоревший газ может выделяться из камеры сгорания в виде выбросов углеводородов и угарного газа. Другая причина заключается в том, что эффект гашения из-за большого отношения поверхности к объему камеры сгорания приводит к выбросу большого количества углеводородов. Третья причина заключается в том, что несгоревший газ, просачивающийся из верхних уплотнений в выхлопную систему, является источником выбросов углеводородов и угарного газа.

Хотя механическая конструкция роторных двигателей позволяет получить более высокую удельную мощность и производительность на высоких скоростях, форма камеры сгорания и проблемы с уплотнением роторного двигателя могут выделять больше углеводородов и угарного газа, чем поршневые двигатели.

Снижение уровня выбросов и улучшение топливной экономичности являются основными изменениями, которые необходимо внести в роторные двигатели, чтобы облегчить их широкое практическое применение. Как правило, производительность роторных двигателей ухудшается, когда в них используется жидкое топливо, такое как бензин. Относительно низкая скорость пламени бензина и других обычных жидких топлив может вызвать неполное сгорание из-за большого расстояния, которое пламя должно пройти в роторных двигателях. Большое расстояние гашения бензина в роторных двигателях также препятствует способности пламени достигать более узких участков на концах ротора и стенке камеры сгорания. Выбросы несгоревших углеводородов образуются в стенке камеры сгорания и других холодных поверхностях из-за гасящего действия высокого отношения поверхности к объему на задней поверхности двигателя.

В результате роторный двигатель должен потреблять большое количество топлива. Это создает чрезмерные выбросы загрязняющих веществ при работе на бензине, особенно при высокой скорости и нагрузке. Многообещающим решением этих проблем экономии топлива и токсичных выбросов является улучшение процесса сгорания. Длинная камера сгорания и высокая рабочая скорость роторных двигателей требуют топлива с высокой скоростью пламени, которое легко испаряется. Улучшение свойств топлива является возможным подходом к повышению производительности роторных двигателей.

Возможные усовершенствования роторных двигателей

Одним из способов превратить недостатки роторных двигателей в преимущества является использование водорода в качестве топлива. Водород имеет низкую минимальную энергию воспламенения (MIE), что означает, что для воспламенения водорода в воздухе требуется очень небольшое количество энергии. MIE газообразного водорода в воздухе составляет всего 0,019 мДж, в то время как MIE других горючих газов, таких как бензин, пропан и этан, составляет 0,1 мДж. Энергия воспламенения водорода еще ниже в чистом кислороде со средним MIE ниже 0,004 мДж. Водород также имеет относительно высокую скорость пламени, что означает, что водород обладает характеристиками, необходимыми для хорошей работы роторных двигателей. Многие из этих преимуществ могут быть реализованы за счет использования бензина с водородной примесью.

В исследовании, проведенном для изучения сгорания и выбросов водородных бензиновых роторных двигателей, было установлено, что роторные двигатели, работающие на водородном топливе, работают более эффективно, чем роторные двигатели, работающие только на бензине. Среднее эффективное давление тормоза, тепловой КПД, температура цилиндра и давление сгорания роторного двигателя были одновременно увеличены после того, как объемная доля водорода во впуске была увеличена с 0% до 5,2%. Использование топлива с водородной примесью также привело к сокращению периодов развития и распространения пламени. Выбросы углеводородов, окиси углерода и двуокиси углерода были снижены при увеличении объемной доли водорода во впуске. При увеличении объемной доли водорода во впуске с 0% до 5,2% выбросы углеводородов снизились на 44,8%. Это показывает, что включение водорода в топливо, используемое для роторных двигателей, может уменьшить количество производимых выбросов и повысить эффективность роторных двигателей.

Чтобы максимизировать производительность водородных роторных двигателей, следует рассмотреть конструкцию треугольных роторных двигателей и эллиптических роторных двигателей. Треугольные роторные двигатели представляют собой традиционные роторные двигатели Ванкеля с ротором треугольной формы. Эллиптические роторные двигатели содержат ротор цилиндрической формы, который вращается внутри цилиндрической камеры корпуса. В одном исследовании было проведено количественное исследование для сравнения свойств поля внутреннего потока треугольных роторных двигателей и эллиптических роторных двигателей. Для каждого из двух типов двигателей были созданы трехмерные модели анализа жидкости на основе геометрической формы их роторов. Эти модели были разработаны с использованием вычислительной гидродинамики, в которой предполагалось, что жидкостями являются воздух и водород, и пренебрегали тепловыми эффектами и горением для более простого моделирования. Модель анализа жидкости, которая имитировала поток водорода через треугольные и эллиптические роторные двигатели, показала, что коэффициент флуктуации газового момента и коэффициент флуктуации скорости потока были выше для эллиптических роторных двигателей, чем для треугольных роторных двигателей. Это показывает, что треугольные роторные двигатели имеют меньше колебаний и поэтому более стабильны, чем эллиптические роторные двигатели.

Другим преимуществом, которое продемонстрировали треугольные роторные двигатели в этом исследовании, было то, что они были менее подвержены утечкам, имели меньшее рассеивание энергии и меньшую эффективность выхлопа и всасывания по сравнению с эллиптическими роторными двигателями. Треугольные роторные двигатели также имеют более простой путь потока топлива и более стабильный поток, чем эллиптические двигатели. Хотя было показано, что треугольный роторный двигатель имеет эти преимущества перед эллиптическими роторными двигателями, эллиптический двигатель действительно превосходил треугольный роторный двигатель в некоторых категориях. Например, было обнаружено, что вихревое число выше в эллиптических роторных двигателях, чем в треугольных роторных двигателях, что указывает на то, что эллиптические двигатели имеют более высокую эффективность сгорания. Эллиптические двигатели также производили меньше выхлопных газов, чем треугольные роторные двигатели. Преимущества и недостатки каждой конструкции роторного двигателя следует учитывать при реализации этих двигателей в реальных приложениях.

Одним из факторов, который можно изменить для улучшения характеристик роторных двигателей, является положение свечи зажигания. Оптимальное положение свечи зажигания может способствовать максимально эффективному сгоранию роторных двигателей с минимальными выбросами. Одно исследование было проведено для изучения влияния положения свечи зажигания на выбросы и сгорание водородного роторного двигателя Ванкеля. Были протестированы два положения свечи зажигания: ведущая свеча зажигания и задняя свеча зажигания. Из-за сложности сжигания длинной камеры в роторном двигателе используются две свечи зажигания в каждом корпусе. Нижняя свеча зажигания называется «ведущей» свечой зажигания, а верхняя — «замыкающей» свечой зажигания (см. рис. 6). Было обнаружено, что ведущая свеча зажигания лучше подходит для роторных двигателей Ванкеля, работающих на водороде, чем задняя свеча зажигания. Ведущая свеча зажигания позволила роторному двигателю иметь более высокий максимальный тормозной момент, лучший выброс оксида азота, более широкий диапазон воспламенения и более низкие циклические колебания.

Например, максимальный тормозной момент задней свечи зажигания оказался равным 31,2 Нм. Это всего 87% от максимального тормозного момента ведущей свечи зажигания, который составлял 36,0 Нм. Это показывает, что ведущая свеча зажигания приводит к большей мощности тормозной системы. Это исследование также показало, что использование переднего положения свечи зажигания привело к более высокой тепловой нагрузке и меньшим циклическим колебаниям, чем при использовании заднего положения свечи зажигания. Таким образом, установка ведущей свечи зажигания в водородных роторных двигателях, скорее всего, улучшит функциональные характеристики двигателя.

Другим фактором, который можно использовать для улучшения текущей конструкции роторных двигателей, является синхронизация зажигания. Исследование, посвященное времени зажигания, позволило сравнить влияние опережающего и замедленного момента зажигания на работу водородно-бензинового двухтопливного роторного двигателя. Это исследование показало, что усовершенствованная синхронизация зажигания имеет множество преимуществ. Экспериментальные результаты показали, что для определенного объемного процента водорода опережающее время зажигания приводило к увеличению пикового давления сгорания и температуры в камере сгорания, а тепловой КПД тормозов сначала увеличивался, а затем уменьшался. Увеличение момента зажигания также увеличило период развития пламени и уменьшило период распространения пламени и температуру выхлопных газов. Кроме того, увеличение опережения зажигания также уменьшило циклическую изменчивость двигателя. Это означает, что улучшенная синхронизация зажигания привела к меньшим случайным колебаниям в поле потока двигателя.

Однако одним из основных преимуществ искрового зажигания с отсроченным зажиганием было то, что выбросы углеводородов и оксидов азота были снижены по сравнению с усовершенствованным искровым зажиганием. Следовательно, эти эффекты должны быть сопоставлены с общей конструкцией двигателя при разработке усовершенствованного роторного двигателя.

Обогащение кислородом — еще один способ улучшить роторный двигатель. Было показано, что увеличение количества кислорода, подаваемого в цилиндры двигателя, повышает эффективность сгорания и снижает выбросы твердых частиц. Добавление избыточного кислорода к топливно-воздушной смеси, используемой для сгорания в роторном двигателе, также приводит к более широкому диапазону воспламеняемости, более высокой скорости пламени и увеличению мощности двигателя. Эти результаты были получены в ходе исследования, направленного на изучение потенциальных улучшений сгорания в роторном двигателе уменьшенного размера за счет обогащения всасываемого кислорода. Исследование также показало, что присутствие кислорода во впускном воздухе двигателя оказывает сильное влияние на увеличение объема сгорания и развитие пламени.

Кроме того, увеличение содержания кислорода во впускном воздухе двигателя привело к повышению пикового давления. Это привело к быстрому периоду сгорания двигателя, что повысило эффективность сгорания и эффективность тепловыделения. Эти улучшения также привели к снижению токсичных выбросов. Также наблюдалось существенное снижение образования окиси углерода, сажи, несгоревших углеводородов и окиси азота при наличии смеси с более высоким содержанием кислорода. Это конкретное исследование показало, что объем всасываемого кислорода 30% и избыток воздуха в соотношении 1: 1 позволили роторному двигателю уменьшенного размера работать с максимальной производительностью при минимальных выбросах. При реализации роторного двигателя важно учитывать оптимальный объем кислорода и коэффициент избытка воздуха. Чтобы определить, какими должны быть объем кислорода и коэффициент избытка воздуха для определенного роторного двигателя, следует учитывать свойства сгорания и уровни выбросов.

Одной из успешных новых конструкций роторных двигателей, которая была разработана и испытана в 2019 году, был небольшой роторно-поршневой двигатель с оппозитными поршнями или двигатель ORP. Этот двигатель ORP использовал типичный четырехтактный принцип. Этот тип двигателя обещает обеспечить меньший углеродный след, снижение шума, более плавную подачу мощности и возможность использовать несколько видов топлива. Было обнаружено, что он имеет более низкий уровень выбросов выхлопных газов и более высокий тепловой КПД, чем обычные роторные двигатели Ванкеля, потому что конструкция двигателя ORP не имеет узкой камеры сгорания, как типичные двигатели Ванкеля. Двигатель ORP имеет неэксцентрическую конструкцию, которая снижает скорость холостого хода, а также расход топлива по сравнению с типичными роторными двигателями и поршневыми двигателями с возвратно-поступательным движением. Двигатель ORP также имеет цилиндрическую камеру сгорания, что привело к повышению тепловой эффективности тормозов и снижению выбросов по сравнению с роторным двигателем Ванкеля и традиционными поршневыми двигателями. Кроме того, этот новый двигатель ORP достиг более высокой выходной мощности за цикл сгорания, чем роторные двигатели Ванкеля и обычные поршневые двигатели. Конструкция этого малогабаритного двигателя ОВП показана на рис. 7.9.0003

Внедрение роторных двигателей

Чтобы внедрить конструкцию двигателя ORP в реальное приложение, необходимо провести дополнительные исследования, чтобы успешно увеличить размер малогабаритной конструкции двигателя и определить, какие факторы могут повысить эффективность двигателя. Двигатель ORP является возможной альтернативой нынешним поршневым двигателям с возвратно-поступательным движением и расширителям диапазона, используемым в гибридных транспортных средствах, поскольку двигатель ORP обладает всеми преимуществами, которые роторный двигатель Ванкеля имеет по сравнению с поршневыми двигателями с возвратно-поступательным движением, а также имеет более высокий тепловой КПД и более низкий уровень выбросов, чем традиционные. Роторные двигатели Ванкеля. Двигатель ORP также может использоваться в гибридных транспортных средствах, использующих водород в качестве топлива. Использование водорода в качестве топлива в двигателях ORP позволит гибридным автомобилям иметь повышенную выходную мощность, высокую эффективность сгорания и тепловую эффективность, а также высокую удельную мощность.

Роторные двигатели можно легко внедрить в гибридную архитектуру, где энергия двигателя идет на поддержание заряда аккумуляторной батареи. Например, гибридные транспортные средства, работающие на сжатом воздухе и электричестве, в которых используется система накопления энергии на сжатом воздухе (CAES), являются многообещающим применением роторных двигателей. Эти гибридные пневматическо-электрические транспортные средства способны преобразовывать кинетическую энергию транспортного средства посредством торможения в сжатый воздух. Затем этот сжатый воздух может храниться в резервуаре для хранения в транспортном средстве для повторного использования во время транспортных операций, таких как запуск двигателя, ускорение и движение. Детандеры и компрессоры Ванкеля также могут быть внедрены в такие автомобили.

Роторные детандеры и компрессоры Ванкеля играют важную роль в выработке электроэнергии гибридными транспортными средствами, работающими на сжатом воздухе и электричестве, и, как было показано, приводят к значительному сокращению выбросов парниковых газов. Детандеры и компрессоры Ванкеля имеют много преимуществ по сравнению с обычными расширителями и компрессорами. Детандеры Ванкеля имеют повышенную компактность, меньшую вибрацию, пониженный уровень шума и меньшую стоимость по сравнению с традиционными расширителями и компрессорами. В одном исследовании уже были созданы эффективные детандер и компрессор для гибридного автомобиля, работающего на сжатом воздухе и электричестве, в котором использовался роторный двигатель Ванкеля. В этом исследовании были проведены испытания, в ходе которых изменялись значения таких параметров, как начальная скорость транспортного средства, вес транспортного средства, время торможения и размер бака, чтобы проверить эффективность гибридной системы Ванкеля. Максимальная эффективность энергосбережения, достигнутая этой системой Ванкеля, составила около 77%, а мгновенная эффективность системы была достигнута на уровне 85%.

В гибридных конфигурациях, таких как системы CAES, в ближайшем будущем могут быть реализованы роторные двигатели. В настоящее время эти гибридные конфигурации хоть и перспективны, но не используются из-за расхода, связанного с двигателем и необходимой доочисткой. Однако, учитывая простоту роторных двигателей и возможную оптимизацию выбросов, гибридный вариант с использованием роторного двигателя может быть финансово осуществимым. В этой конфигурации двигатель должен работать в ограниченных условиях, избегая переходных процессов, вызывающих проблемы в гибридных двигателях. Между тем, он предлагает легкую, компактную и надежную альтернативу обычным двигателям.

Внедрение улучшенных роторных двигателей в передовые технологии будет иметь безграничные возможности. Из-за своих преимуществ роторные двигатели рассматривались для использования в различных приложениях. Роторные двигатели могут быть использованы для улучшения крейсерской способности электромобилей с батарейным питанием из-за их легкого веса и низкой вибрации. Роторные двигатели использовались в других приложениях, таких как электрические пилы, расширители сжатого воздуха и моторные сани, а также снегоходы из-за их небольшого размера и легкого запуска при низких температурах.

Роторные двигатели использовались в серийных транспортных средствах, и они могут получить более широкое распространение по мере разработки и выпуска новых транспортных средств. Например, Mazda успешно внедряет роторные двигатели в свои автомобили с 1960-х годов. Mazda впервые разработала автомобиль с роторным двигателем Ванкеля в 1967 году, когда компания выпустила Cosmic Sport. В 1970-х годах почти половина автомобилей компании производилась с роторными двигателями Ванкеля, а в серийных спортивных автомобилях, таких как RX-7 и RX-8, использовался известный роторный двигатель Mazda. Хотя производство RX-8 было прекращено в 2012 году, Mazda работает над тем, чтобы вернуть в свои автомобили роторные двигатели. Концептуальный спортивный автомобиль Mazda RX-Vision был представлен компанией в 2015 году и может быть запущен в производство в будущем. Кроме того, компания недавно выпустила свой MX-30 EV 2022 года и гибридный автомобиль с подключаемым модулем. Этот автомобиль с роторным двигателем в настоящее время находится на рынке и доступен для покупки в Европе и Калифорнии прямо сейчас.

MX-30 2022 года — это полностью электрический автомобиль с вращающимся расширителем диапазона. Несмотря на то, что этот автомобиль имеет расчетный диапазон EPA только в 100 миль при полной зарядке, производство этого электрического роторного двигателя является важным шагом на пути к разработке передовых транспортных средств, работающих на возобновляемых источниках энергии и роторных двигателях. Это знаменует собой важную веху в возрождении роторного двигателя Ванкеля и новом применении роторных двигателей в гибридных транспортных средствах. В будущем роторные двигатели могут быть использованы в большем количестве электрических и гибридных транспортных средств.

Заключение

Усовершенствованный современный роторный двигатель произведет революцию в автомобильной промышленности. Этот тип двигателя позволит разработать автомобили с уменьшенным расходом топлива и минимизированными выбросами. Двигатели будут иметь более простую и легкую конструкцию, но при этом будут более мощными. Усовершенствования, такие как водородное топливо, обогащение кислородом, расположение свечей зажигания и синхронизация свечей зажигания, позволят роторным двигателям стать более эффективными и безопасными для окружающей среды. В то время как поршневые двигатели производят меньше загрязнения с помощью современных технологий по сравнению с роторными двигателями, эти достижения могут дать роторным двигателям преимущество. Роторные двигатели не следует отбрасывать как технологию прошлого. Скорее, их следует улучшать и использовать в более широком масштабе для обеспечения более эффективных и экологически чистых транспортных средств.

Авторы

Доктор Радж Шах — директор компании Koehler Instrument Company в Нью-Йорке, где он проработал последние 27 лет. Он является избранным членом своих коллег в IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSTMC, Институте физики, Энергетическом институте и Королевском химическом обществе.

Доктор Викрам Миттал, доцент Военной академии США на кафедре системной инженерии. Он получил докторскую степень в области машиностроения в Массачусетском технологическом институте, где исследовал значение октанового числа в современных двигателях. Его текущие исследовательские интересы включают проектирование систем, проектирование систем на основе моделей и современные технологии двигателей.

Г-жа Алия Каушал — студентка инженера-химика из SUNY, Университет Стони Брук, где докторская степень. Шах и Миттал входят во внешний консультативный совет директоров.

Роторный двигатель Определение и значение

• Основные определения
• Викторина
• Связанное содержание
• Примеры
• Британский

Показывает уровень сложности слова.

Сохрани это слово!

См. синонимы для роторного двигателя на Thesaurus.com

Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

сущ.

Двигатель в виде турбины, в которой рабочая жидкость создает крутящий момент напрямую, а не воздействуя на возвратно-поступательные части.

Револьверный радиальный двигатель.

ВИКТОРИНА

ВЫ ПРОЙДЕТЕ ЭТИ ГРАММАТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИЛИ НАТЯНУТСЯ?

Плавно переходите к этим распространенным грамматическим ошибкам, которые ставят многих людей в тупик. Удачи!

Вопрос 1 из 7

Заполните пропуск: Я не могу понять, что _____ подарил мне этот подарок.

Происхождение роторного двигателя

Впервые записано в 1810–1820 гг. , ротационный пресс

Dictionary.com Unabridged
На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2022

Слова, относящиеся к роторному двигателю

радиальный двигатель, турбина

Как использовать роторный двигатель в предложении

• Реактивный двигатель мгновенно принес два преимущества по сравнению с винтами: он удвоил скорость и стал гораздо надежнее.

  Полет 8501 Задает вопрос: современные самолеты слишком автоматизированы, чтобы летать?|Клайв Ирвинг|4 января 2015 г.|DAILY BEAST Двигатель Whitney F135 загорелся.

  Новый американский реактивный самолет-невидимка не сможет стрелять из пушки до 2019 года | Дэйв Маджумдар | 31 декабря 2014 г. | DAILY BEAST

• Запросы принимаются только по телеграмме Western Union или дисковому телефону.

  Самая сложная в мире политическая викторина|Джефф Гринфилд|31 декабря 2014 г.|DAILY BEAST

• Техас также стал двигателем экономического роста.

  Останется ли Техас техасцем?|Дэвид Фонтана|29 декабря 2014|DAILY BEAST

• Очевидно, что наименее крутые люди пользуются наибольшим спросом: это богатые люди, которые управляют двигателем Art Basel.

  Насмешка и одежда в Майами: Внутри Вудстока современного искусства стоимостью 3 миллиарда долларов|Джей Майклсон|6 декабря 2014|DAILY BEAST .

  Смешная свинья Сквинти|Ричард Барнум

• «Mon pauvre petit, вы проголодались», — сказал Аристид, неся его к машине, которую трясло от лязгающего двигателя.

  Веселые приключения Аристида Пухоля|Уильям Дж. Локк

• С другой стороны к машинному отделению примыкает конюшня, где держат пять великолепных лошадей.

  Бирмингемский словарь Шоуэлла | Томас Т. Харман и Уолтер Шоуэлл

• Огромный паровоз, чудесные вагоны, внушительная охрана, занятые носильщики и шумная станция.

  Пятьдесят лет железнодорожной жизни в Англии, Шотландии и Ирландии|Джозеф Татлоу

• Он нанял паровоз, чтобы вспахать всю свою землю, которая не была подготовлена, кроме того, что арендовал немного больше, а также взял летчик с пшеницей.

  The Homesteader|Oscar Micheaux

определения роторного двигателя из Британского словаря

роторный двигатель

сущ. или двигатель Ванкеля, в котором мощность передается непосредственно на вращающиеся компоненты

Collins English Dictionary — Complete & Unabridged 2012 Digital Edition
© William Collins Sons & Co. Ltd.