Содержание
Принцип работы роторного двигателя
Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми отличается ДВС. Это и отличает агрегат от обычного поршневого двигателя. РПД называют ещё двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и явные достоинства.
Ротор такого двигателя находится в цилиндре. Сам корпус не круглого типа, а овального, чтобы ротор треугольной геометрии нормально в нём помещался. У РПД не бывает коленчатого вала и шатунов, а также отсутствуют в нём другие детали, что делает его конструкцию намного проще. Если говорить другими словами, то примерно около тысячи деталей обычного двигателя внутреннего сгорания в РПД нет.
Работа классического РПД основана на простом движении ротора внутри овального корпуса. В процессе движения ротора по окружности статора создаются свободные полости, в которых и происходят процессы запуска агрегата.
Содержание
- Почему этот вариант не прижился
- Преимущества ротора, или Как японцы взялись за дело
- Заглянем внутрь РПД
Почему этот вариант не прижился
Удивительно, но роторный агрегат представляет собой некий парадокс. В чём он заключается? А в том, что он имеет гениально простую конструкцию, которая почему-то не прижилась. А вот более сложный поршневой вариант стал популярным и повсюду используется.
На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя:
Конечно же, если бы у роторного мотора не было недостатков, то он обязательно бы применялся на современных автомобилях. Возможно даже, что, если бы роторный двигатель был безгрешен, мы и не узнали бы про двигатель поршневой, ведь роторный создали раньше. Затем человеческий гений, пытаясь усовершенствовать агрегат, и создал современный поршневой вариант мотора.
Но к сожалению, минусы у роторного двигателя имеются. К таким вот явным ляпам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра. При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.
Если в камере сгорания температура бывает выше, чем в системе впуска/выпуска, цилиндр должен быть выполнен из высокотехнологичного материала, устанавливаемого в разных местах корпуса.
Для того чтобы такой двигатель запустился, используются всего две свечи зажигания. Больше не рекомендуется ввиду особенностей камеры сгорания. РПД наделён бывает совершенно иной камерой сгорания и выдаёт мощность три четверти рабочего времени ДВС, а коэффициент полезного действия составляет целых сорок процентов. По сравнению: у поршневого мотора этот же показатель составляет 20%.
Преимущества ротора, или Как японцы взялись за дело
На видео показан принцип работы роторного двигателя Ахриевых:
Но имеются у РПД и преимущества. В частности, к ним можно отнести особую динамику агрегата. Расход у роторного двигателя очень большой, а кроме этого, у такого агрегата очень маленький ресурс — всего шестьдесят тысяч километров — что делает его непригодным для езды в условиях города. Если объём роторного двигателя будет равен 1,3 л, то он способен будет потреблять до двадцати литров топлива.
Кстати, большой расход бензина также является причиной того, что роторный двигатель не обрёл популярности. Дело в том, что в 1973 году, когда роторные двигатели только вышли, на Аравийском полуострове накалилась обстановка. Там проходили настоящие военные действия, а как известно, арабские страны до сих пор остаются основными поставщиками топлива. В связи с этим делом, цена на бензин резко поднимается. А роторный двигатель пожирал его просто как вечно голодный чревоугодник. Вот и получилось, что он стал лишним.
Зато такой агрегат при этом будет выдавать целых 250 л. с, оставаясь малогабаритным.
На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя Ванкеля:
youtube.com/embed/ZFqG1wm5EDo?feature=oembed» frameborder=»0″ allowfullscreen=»»>
Такая ситуация просто вынуждает причислять роторные двигатели к спортивным моделям автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя сегодня нашлись. Это известный автопроизводитель Мазда, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Субару, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за всё старое и отброшенное западниками как ненужное. А на деле японцам удаётся создавать новое из старого. То же тогда произошло с оппозитными двигателями, являющимися на сегодняшний день «фишкой» Субару. В те же времена использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.
Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Мазды. Они создали роторный двигатель 13b-REW и наделили его системой твин-турбо. Теперь Мазда могла спокойно поспорить с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадок, но грешила опять же большим расходом топлива.
Пришлось идти на крайние меры. Очередная модель Мазда RX-8 с роторным двигателем уже выходит с 200 лошадками, что позволяет сократить расход топлива. Но не это главное. Заслуживает уважения другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность в 200 л. с. Мазда RX-8 открывала с двигателем объёмом 1,3 литра. Одним словом, новая Мазда выходит уже на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, беря не только мощностью мотора, но и другими параметрами, в том числе и низким расходом топлива.
На видео рассмотрено устройство и принцип работы роторного двигателя Желтышева:
Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб. Но проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.
Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет новая Мазда, уже с совершенно другим агрегатом.
Заглянем внутрь РПД
Схема работы роторного двигателя представляет собой нечто совершенно иное, чем обычный ДВС. Во-первых, следует оставить в прошлом конструкцию двигателя внутреннего сгорания, известную нам. А во-вторых, попытаться впитать в себя новые знания и понятия.
РПД назван так из-за ротора, то есть такой части мотора, которая движется. Благодаря этому движению мощность передаётся на сцепление и КПП. По сути, ротор выталкивает энергию топлива, которая затем передаётся колёсам через трансмиссию. Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.
На видео показан принцип работы роторно-поршневого двигателя Зуева:
Капсула, где находится ротор, — это своеобразная матрица, центр вселенной, где все процессы и происходят. Другими словами, именно в этом овальном корпусе происходит:
- сжатие смеси;
- топливный впрыск;
- поступление кислорода;
- зажигание смеси;
- отдача сгоревших элементов в выпуск.
Одним словом, шесть в одном, если хотите.
Сам ротор крепится на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а как бы бегает. Таким образом, создаются изолированные друг от друга полости внутри овального корпуса, в каждой из которых и происходит какой-либо из процессов. Так как ротор треугольный, то полостей получается всего три.
Всё начинается следующим образом. В первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается.
После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.
Смесь после этого идёт в третью полость, где и происходит вытеснение частей использованного топлива в систему выхлопа.
Это и есть полный цикл работы РПД. Но не всё так просто. Это мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. А действия эти проходят постоянно. Если говорить иначе, процессы возникают сразу с трёх сторон ротора. В итоге всего за единственный оборот агрегата повторяется три такта.
Кроме того, японским инженерам удалось усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Мазда имеют не один, а два и даже три ротора, что в значительной мере повышает производительность, тем более если сравнить его с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а 3-роторный с двенадцатицилиндровым. Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и преимущества роторного мотора сразу распознали.
Опять же, производительность — это не одно достоинство РПД. Их у него много. Как и было сказано выше, роторный двигатель очень компактный и в нём используется на целых тысячу деталей меньше, чем в том же ДВС. В РПД всего две основные детали — ротор и статор, а проще этого ничего не придумаешь.
Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил в своё время многих талантливых инженеров удивлённо вскинуть бровями. И сегодня талантливые инженеры компании Мазда заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли, поверить в производительность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да ещё какую!
Роторный двигатель внутреннего сгорания
Словосочетание «двигатель внутреннего сгорания» у большинства людей вызывает ассоциации с цилиндрами и поршнями, системой газораспределения и кривошипно-шатунным механизмом. Все потому, что подавляющее большинство автомобилей снабжено классическим и ставшим наиболее популярным типом двигателей – поршневым.
Сегодня речь пойдет о роторно-поршневом двигателе Ванкеля, который обладает целым набором выдающихся технических характеристик, и в свое время должен был открыть новые перспективы в автомобилестроении, но не смог занять достойного места и массовым не стал.
Содержание
- История создания
- Классификация роторных двигателей
- Роторный ДВС с возвратно-вращательным движением
- С пульсирующе-вращательным, однонаправленным движением
- С уплотнительными заслонками и возвратно-поступательными движениями
- С уплотнителями и возвратно-поступательными движениями корпуса
- Двигатели с равномерным движением рабочего и иных элементов
- С планетарным, вращательным движением рабочего элемента
- История Ванкеля
- Как работает роторный двигатель
- Преимущества
- Недостатки
- Малый ресурс
- Низкая экологичность
- Высокий расход
- История отечественного РПД
- Список автомобилей с роторно-поршневым двигателем
- Список роторных двигателей Mazda
- Правила эксплуатации роторного двигателя
- День сегодняшний
История создания
Самым первым тепловым двигателем роторного типа принято считать эолипил. В первом веке нашей эры его создал и описал греческий механик-инженер Герон Александрийский.
Конструкция эолипила довольна проста: на оси, проходящей через центр симметрии, расположена вращающаяся бронзовая сфера. Водяной пар, используемый как рабочее тело, истекает из двух сопел, установленных в центре шара друг напротив друга и перпендикулярно оси крепления.
Механизмы водяных и ветряных мельниц, использующих в качестве энергии силу стихии, тоже можно отнести к роторным двигателям древности.
Классификация роторных двигателей
Рабочая камера роторного ДВС может быть герметично замкнутой или иметь постоянную связь с атмосферой, когда от окружающей среды ее отделяют лопасти роторной крыльчатки. По такому принципу построены газовые турбины.
Среди роторно-поршневых двигателей с замкнутыми камерами сгорания специалисты выделяют несколько групп. Разделение может происходить по: наличию или отсутствию уплотнительных элементов, по режиму работы камеры сгорания (прерывисто-пульсирующий или непрерывный), по типу вращения рабочего органа.
Стоит отметить, что у большинства описываемых конструкций нет действующих образцов и они существуют на бумаге.
Классифицировал их русский инженер И.Ю. Исаев, который сам занят созданием совершенного роторного двигателя. Он произвел анализ патентов России, Америки и других стран, всего более 600.
Роторный ДВС с возвратно-вращательным движением
Ротор в таких двигателях не вращается, а совершает возвратно-дуговые качания. Лопатки на роторе и статоре неподвижны, и между ними происходят такты расширения и сжатия.
С пульсирующе-вращательным, однонаправленным движением
В корпусе двигателя расположены два вращающихся ротора, сжатие происходит между их лопастей в моменты сближения, а расширение в момент удаления. Из-за того что вращение лопастей происходит неравномерно, требуется разработка сложного механизма выравнивания.
С уплотнительными заслонками и возвратно-поступательными движениями
Схема с успехом применяемая в пневмомоторах, где вращение осуществляется за счет сжатого воздуха, не прижилась в двигателях внутреннего сгорания по причине высокого давления и температур.
С уплотнителями и возвратно-поступательными движениями корпуса
Схема аналогична предыдущей, только уплотнительные заслонки расположены не на роторе, а на корпусе двигателя. Недостатки те же: невозможность обеспечить достаточную герметичность лопаток корпуса с ротором сохраняя их подвижность.
Двигатели с равномерным движением рабочего и иных элементов
Наиболее перспективные и совершенные виды роторных двигателей. Теоретически могут развивать самые высокие обороты и набирать мощность, но пока не удалось создать ни одной работающей схемы для ДВС.
С планетарным, вращательным движением рабочего элемента
К последним относится наиболее известная широкой общественности схема роторно-поршневого двигателя инженера Феликса Ванкеля.
Хотя существует огромное количество других конструкций планетарного типа:
- Умплеби (Umpleby)
- Грея и Друммонда (Gray & Dremmond)
- Маршалла (Marshall)
- Спанда (Spand)
- Рено (Renault)
- Томаса (Tomas)
- Веллиндера и Скуга (Wallinder & Skoog)
- Сенсо (Sensand)
- Майлара (Maillard)
- Ферро (Ferro)
История Ванкеля
Жизнь Феликса Генриха Ванкеля не была простой, рано оставшись сиротой (отец будущего изобретателя погиб в первой мировой войне), Феликс не мог собрать средства для обучения в университете, а рабочую специальность не позволяла получить сильная близорукость.
Это побудило Ванкеля на самостоятельное изучение технических дисциплин, благодаря чему в 1924 году ему пришла в голову идея создать роторный двигатель с вращающейся камерой внутреннего сгорания.
В 1929 году он получает патент на изобретение, которое и стало первым шагом к созданию знаменитого РПД Ванкеля. В 1933 году изобретатель, оказавшись в рядах противников Гитлера, проводит полгода в тюрьме. После освобождения разработками роторного двигателя заинтересовались в компании BMW и стали финансировать дальнейшие исследования, выделив для работы мастерскую в Ландау.
После войны она достается в качестве репарации французам, а сам изобретатель попадает в тюрьму, как пособник гитлеровского режима. Лишь в 1951 году, Феликс Генрих Ванкель устраивается на работу в компанию по производству мотоциклов «NSU» и продолжает исследования.
В том же году он начинает совместную работу с главным конструктором «NSU» Вальтером Фройде, который и сам давно занимается изысканиями в области создания роторно-поршневого двигателя для гоночных мотоциклов. В 1958 году первый образец двигателя занимает место на испытательном стенде.
Как работает роторный двигатель
Сконструированный Фройде и Ванкелем силовой агрегат, представляет собой ротор, выполненный в форме треугольника Рело. Ротор планетарно вращается вокруг шестерни, закрепленной в центре статора — неподвижной камеры сгорания. Сама камера выполнена в форме эпитрохоиды, которая отдаленно напоминает восьмерку с вытянутым наружу центром, она выполняет роль цилиндра.
Совершая движение внутри камеры сгорания, ротор образует полости переменного объема, в которых происходят такты двигателя: впуск, сжатие, воспламенение и выпуск. Камеры герметично отделены друг от друга уплотнителями – апексами, износ которых является слабым место роторно-поршневых двигателей.
Воспламенение топливо-воздушной смеси осуществляется сразу двумя свечами зажигания, поскольку камера сгорания имеет вытянутую форму и большой объем, что замедляет скорость горения рабочей смеси.
На роторном двигателе используется угол запоздания а не опережения, как на поршневом. Это необходимо чтобы воспламенение происходило чуть позже, и сила взрыва толкала ротор в нужном направлении.
Конструкция Ванкеля позволила значительно упростить двигатель, отказаться от множества деталей. Отпала необходимость в отдельном газораспределительном механизме, существенно уменьшились вес и размеры мотора.
Преимущества
Как говорилось ранее, роторный двигатель Ванкеля не требует такого большого количества деталей как поршневой, поэтому имеет меньшие размеры, вес и удельную мощность (количество «лошадей» на килограмм веса).
Нет кривошипно-шатунного механизма (в классическом варианте), что позволило снизить вес и вибронагруженность. Из-за отсутствия возвратно-поступательных движений поршней и малой массы подвижных частей, двигатель может развивать и выдерживать очень высокие обороты, практически мгновенно реагируя на нажатие педали газа.
Роторный ДВС выдает мощность в трех четвертях каждого оборота выходного вала, тогда как поршневой лишь на одной четверти.
Именно по причине того, что двигатель Ванкеля, при всех своих плюсах, имеет большое количество минусов, сегодня только Mazda продолжает развивать и совершенствовать его. Хотя патент на него купили сотни компаний, среди которых Toyota, Alfa Romeo, General Motors, Daimler-Benz, Nissan и другие.
Малый ресурс
Главный, и самый существенный недостаток – малый моторесурс двигателя. В среднем он равен 100 тысячам километров для России. В Европе, США и Японии этот показатель вдвое больше, благодаря качеству горючего и грамотному техническому обслуживанию.
Самую высокую нагрузку испытывают металлические пластины, апексы – радиальные торцевые уплотнители между камерами. Им приходится выдерживать высокую температуру, давление и радиальные нагрузки. На RX-7 высота апекса составляет 8.1 миллиметра, замена рекомендована при износе до 6.5, на RX-8 ее сократили до 5.3 заводских, а допустимый износ не более 4.5 миллиметров.
Важно контролировать компрессию, состояние масла и масляных форсунок, которые подают смазку в камеру двигателя. Основные признаки износа двигателя и приближающегося капитального ремонта – низкая компрессия, расход масла и затрудненный запуск «на горячую».
Низкая экологичность
Поскольку система смазки роторно-поршневого двигателя подразумевает прямой впрыск масла в камеру сгорания, а еще из-за неполного сгорания топлива, выхлопные газы имеют повышенную токсичность. Это затрудняло прохождение экологической проверки, нормам которой необходимо было соответствовать, чтобы продавать автомобили на американском рынке.
Для решения проблемы инженеры Mazda создали термальный реактор, который дожигал углеводороды перед выбросом в атмосферу. Впервые его установили на автомобиль Mazda R100.
Вместо того чтобы свернуть производство как другие, Mazda в 1972 году начала продажу автомобилей с системой снижения вредных выбросов для роторных двигателей REAPS (Rotary Engine Anti-Pollution System).
Высокий расход
Все авто с роторными двигателями отличает высокий расход горючего.
Кроме Mazda были еще Mercedes C-111, Corvette XP-882 Four Rotor (четырехсекционный, объем 4 литра), Citroen M35, но это в основном экспериментальные модели, да и из-за разгоревшегося в 80-х годах нефтяного кризиса их производство было приостановлено.
Малая длина рабочего хода ротора и серповидная форма камеры сгорания, не позволяют рабочей смеси прогореть полностью. Выпускное отверстие открывается еще до момента полного сгорания, газы не успевают передать всю силу давления на ротор. Поэтому и температура выхлопных газов этих двигателей такая высокая.
История отечественного РПД
В начале 80-х технологией заинтересовались и в СССР. Правда патент не был куплен, и до всего решили доходить своим умом, проще говоря – скопировать принцип работы и устройство роторного двигателя Mazda.
Для этих целей было создано конструкторское бюро, а в Тольятти цех для серийного производства. В 1976 году первый опытный образец односекционного двигателя ВАЗ-311, мощностью 70 л. с. установлен на 50 автомобилей. За очень короткий срок они выработали ресурс. Дала о себе знать плохая сбалансированность РЭМ (роторно-эксцентрикового механизма) и быстрый износ апексов.
Однако разработкой заинтересовались спецслужбы, для которых динамические характеристики мотора были куда важней ресурса. В 1982 году свет увидел двухсекционный роторный двигатель ВАЗ-411, с шириной ротора 70 см и мощностью 120 л. с., и ВАЗ-413 с ротором 80 см и 140 л. с. Позже моторами ВАЗ-414 оснащают машины КГБ, ГАИ и МВД.
Начиная с 1997 года на авто общего пользования ставят силовой агрегат ВАЗ-415, появляется Волга с трехсекционным РПД ВАЗ-425. Сегодня в России машины подобными моторами не комплектуются.
Список автомобилей с роторно-поршневым двигателем
Марка | Модель |
---|---|
NSU | Spider |
Ro80 | |
Mazda | Cosmo Sport (110S) |
Familia Rotary Coupe | |
Parkway Rotary 26 | |
Capella (RX-2) | |
Savanna (RX-3) | |
RX-4 | |
RX-7 | |
RX-8 | |
Eunos Cosmo | |
Rotary Pickup | |
Luce R-130 | |
Mercedes | C-111 |
Corvette | XP-882 Four Rotor |
Citroen | M35 |
GS Birotor (GZ) | |
ВАЗ | 21019 (Аркан) |
2105-09 | |
ГАЗ | 21 |
24 | |
3102 |
Список роторных двигателей Mazda
Тип | Описание |
---|---|
40A | Первый стендовый экземпляр, радиус ротора 90 мм |
L8A | Система смазки с сухим картером, радиус ротора 98 мм, объем 792 куб. см |
10A (0810) | Двухсекционный, 982 куб. см, мощность 110 л. с., смешение масла с топливом для смазки, вес 102 кг |
10A (0813) | 100 л. с., увеличение веса до 122 кг |
10A (0866) | 105 л. с., технология снижения выбросов REAPS |
13A | Для переднеприводной R-130, объем 1310 куб. см, 126 л. с., радиус ротора 120 мм |
12A | Объем 1146 куб. см, упрочнен материал ротора, увеличен ресурс статора, уплотнения из чугуна |
12A Turbo | Полупрямой впрыск, 160 л. с. |
12B | Единый распределитель зажигания |
13B | Самый массовый двигатель, объем 1308 куб. см, низкий уровень выбросов |
13B-RESI | 135 л. с., RESI (Rotary Engine Super Injection) и впрыск Bosch L-Jetronic |
13B-DEI | 146 л. с., переменный впуск, системы 6PI и DEI, впрыск с 4 инжекторами |
13B-RE | 235 л. с., большая HT-15 и малая HT-10 турбины |
13B-REW | 280 л. с., 2 последовательные турбины Hitachi HT-12 |
13B-MSP Renesis | Экологичный и экономичный, может работать на водороде |
13G/20B | Трехроторные двигатели для автогонок, объем 1962 куб. см, мощность 300 л. с. |
13J/R26B | Четырехроторные, для автогонок, объем 2622 куб. см, мощность 700 л. с. |
16X (Renesis 2) | 300 л. с., концепт-кар Taiki |
Правила эксплуатации роторного двигателя
Эксперты рекомендуют в обслуживании придерживаться следующих правил:
- замену масла производить каждые 3-5 тысяч километров пробега. Нормальным считается расход 1.5 литра на 1000 км.
- следить за состоянием масляных форсунок, средний срок их жизни составляет 50 тысяч.
- менять воздушный фильтр каждые 20 тысяч.
- использовать только специальные свечи, ресурс 30-40 тысяч километров.
- заливать в бак бензин не ниже АИ-95, а лучше АИ-98.
- замерять компрессию при замене масла. Для этого используется специальный прибор, компрессия должна быть в пределах 6.5-8 атмосфер.
При эксплуатации с компрессией ниже этих показателей, стандартного ремкомплекта может оказаться недостаточно – придется менять целую секцию, а возможно и весь движок.
День сегодняшний
На сегодняшний день производится серийный выпуск модели Mazda RX-8, оснащенной двигателем Renesis (сокращение Rotary Engine + Genesis).
Конструкторам удалось вдвое сократить потребление масла и на 40% расход топлива, а экологический класс довести до уровня Euro-4. Двигатель с рабочим объемом 1.3 литра выдает мощность в 250 л. с.
Несмотря на все достижения японцы не останавливаются на достигнутом. Вопреки утверждениям большинства специалистов о том, что РПД не имеет будущего, они не прекращают совершенствовать технологию, и не так давно представили концепт спортивного купе RX-Vision, с роторным двигателем SkyActive-R.
устройство, принцип работы, преимущества и недостатки
Роторный двигатель (РПД или роторно-поршневой двигатель), в отличие от традиционного поршневого ДВС, проще в плане конструкции. Также данный тип силовой установки имеет более высокий КПД. Соответственно, даже при небольшом рабочем объеме «отдача» от такого мотора достаточно высокая.
При этом РПД не получил широкого распространения в автомобильной индустрии. К сожалению, даже с учетом всех преимуществ, агрегат также имеет целый ряд недостатков. Далее мы рассмотрим, как устроен и работает роторный мотор, а также его сильные и слабые стороны.
Содержание статьи
- Роторный двигатель: устройство и принцип работы РПД
- Конструктивные особенности роторного мотора
- Недостатки роторного двигателя
- Советы и рекомендации
- Подведем итоги
Роторный двигатель: устройство и принцип работы РПД
Итак, роторный двигатель, который также называют двигатель Ванкеля в честь его создателя, представляет собой достаточно обособленный тип ДВС. При этом данный вид двигателей устанавливался на разные авто (например, роторный двигатель ВАЗ, роторный двигатель Мазда и т.д.), однако в большей степени популяризировали агрегат именно Mazda благодаря спорткару Мазда RX‑8 с роторным двигателем 13B-MSP.
Если коротко, в обычном поршневом моторе энергию от сгорания топлива в цилиндрах преобразует в возвратно-поступательное движение громоздкая поршневая группа, после чего происходит дальнейшее преобразование во вращательное движение (вращение коленвала).
В свою очередь, в роторном моторе нет ЦПГ, преобразование энергии происходит фактически «напрямую», то есть практически без потерь. Само собой, на Мазда роторный двигатель стал достаточно мощным «сердцем» с выдающимися характеристиками.
Примечательно то, что бензиновый атмосферный роторный мотор с рабочим объемом всего лишь 1.3 литра (13B-MSP) с 2 роторами в виде секций выдавал 192 лошадиных силы. В то же время его форсированная версия позволяла снять уже 231 «лошадку».
- Если рассматривать конструкцию, двигатель получил 5 корпусов, в результате чего были образованы 2 камеры. Указанные камеры, подобно цилиндрам, предназначены для сгорания топливно-воздушной смеси. Энергия сгорания топлива вращает роторы, которые закреплены на эксцентриковом валу, который напоминает коленвал обычного ДВС.
При этом движение ротора сложное, так как ротор не вращается, а фактически «обкатывается» своей внутренней шестерней вокруг стационарной шестерни, которая прикреплена в центре одной из боковых стенок камеры. Сам эксцентриковый вал проходит через все корпуса и стационарные шестерни. Вращение ротора, точнее, его вращательное движение происходит так, что на 1 его оборот приходится 3 оборота эксцентрикового вала.
Еще примечательно то, что хотя в роторном моторе также есть циклы впуска, сжатия, рабочего такта и выпуска, механизм ГРМ максимально упрощен. Отсутствует привод газораспределительного механизма, нет распределительных валов, а также и самих клапанов.
Все необходимые функции реализованы счет впускных и выпускных окон, которые выполнены в боковых стенках. На деле, ротор во время вращения открывает, а также закрывает эти окна. Чтобы было понятно, давайте рассмотрим принцип работы роторного двигателя на примере агрегата с одной секцией.
- Итак, боковые стороны ротора вместе со стенками корпусов формируют рабочую полость. Кода ротор двигателя находится в начальном положении, по объему полость небольшая (это начало такта впуска). Далее, вращаясь, ротор, открывает впускные окна, в результате в камеру попадает рабочая топливная смесь. Когда полость достигает максимального объема, ротор перекроет впускные окна, после чего начнется такт сжатия (полость начнет уменьшаться).
В момент, когда объем полости снова минимален, за счет искры от свечи произойдет воспламенение смеси и начнется рабочий такт. Далее энергия сгорания топлива вращает ротор, после чего ротор перейдет в положение, при котором открываются выпускные окна (осуществляется выпуск отработавших газов). После выпуска весь цикл повторяется.
Другие полости будут работать точно так же. С учетом того, что полостей 3, за один оборот ротора произойдет 3 рабочих такта. Более того, эксцентриковый вал вращается быстрее ротора в 3 раза. Результат — по одному рабочему такту на один оборот вала мотора с одной секцией. Вполне очевидно, что поршневой четырехтактный ДВС с одним цилиндром имеет соотношение в 2 раза ниже по сравнению с роторным.
Получается, если сопоставить число рабочих тактов на оборот вала, тогда двухсекционный 13B-MSP напоминает обычный поршневой мотор на 4 цилиндра, однако при объеме 1.3 л двигатель такой же мощный, как и поршневой агрегат с объемом чуть более 2.5 литров. Еще добавим, что роторный мотор имеет намного более высокую детонационную стойкость, что позволяет превратить этот мотор в двигатель на водороде.
Конструктивные особенности роторного мотора
Хотя роторный мотор конструктивно имеет меньше деталей, его принцип работы несколько сложнее. Также в устройстве роторного двигателя применены элементы из разных материалов (чугун, алюминий). Еще имеются особые покрытия (например, хром).
Статоры (корпусы роторов) имеют металлические вставки из особой стали, интегрированные в алюминиевый корпус. На деле, статор больше похож на цилиндр с хонингованной гильзой. В свою очередь, боковые корпусы выполнены из чугуна, в них сделаны впускные и выпускные окна. На крайних статорах крепятся шестерни.
Сам ротор является поршнем и шатуном, сделан из облегченного чугуна. Н каждой стороне ротора есть камера сгорания и уплотнители для сохранения герметичности. Во внутренней части ротора стоит роторный подшипник, напоминающий вкладыш коленвала.
- На обычном поршне традиционного ДВС поршень имеет 3 кольца – пара компрессионных и маслосъемное кольцо. В свою очередь, ротор имеет апексы (уплотнители вершин ротора). Апексы играют роль компрессионных колец. Указанные элементы прижимаются к стенке статора пружиной, а также они прижаты за счет центробежной силы.
Функцию второго пояса компрессионных колец выполняют боковые, а также угловые уплотнения. Они тоже прижимаются пружинами. Эти боковые уплотнители выполнены из металлокерамики, в то же время угловые уплотнители чугунные. Дополнительно имеются уплотнения для изоляции, чтобы отработавшие газы не попадали во впускные окна через зазоры, которые образуются между самим ротором и боковым корпусом соответственно.
Еще с двух сторон ротора имеются особые масляные уплотнения (по аналогии с маслосъемными кольцами), которые удерживают масло, поступающее во внутреннюю полость ротора для охлаждения.
Кстати, система смазки роторного ДВС сложная, включает в себя радиатор охлаждения масла, а также целую группу из нескольких типов масляных форсунок. Форсунки интегрированы в эксцентриковый вал для охлаждения роторов, также они установлены в статоры.
Еще масло подается и в рабочую полость, смешиваясь с горючей смесью и выгорая вместе с топливным зарядом. На деле, роторный мотор весьма требователен к качеству масла. Если заливать неподходящую смазку, агрегат коксуется, возникает детонация и т.д.
Также добавим, что система питания простая, есть несколько форсунок (пара форсунок перед впускными окнами, а также во впускном коллекторе). Что касается зажигания, использованы две свечи на один ротор. Это сделано по причине того, что камеры сгорания сами по себе получились длинными. В результате, чтобы добиться равномерного и полноценного сгорания смеси, используют две свечи, причем их электроды отличаются. При замене свечей важно обращать на это внимание.
Недостатки роторного двигателя
На старте продаж роторная Мазда пользовалась активным спросом, так как автомобиль привлекал автолюбителей своим необычным и мощным двигателем (особенно форсированные версии с мощностью около 500 л.с.). Однако немного позже владельцы уже на относительно небольших пробегах столкнулись с первыми проблемами и минусами данного типа ДВС.
Основные недостатки — большой расход топлива и относительно низкий ресурс роторного двигателя 13B-MSP. В идеальных условиях силовая установка данного типа способна выходить около 100 тыс. км пробега. Что касается реальной эксплуатации, часто моторы приходили в негодность уже к 50-60 тыс. км. пробега.
Обычно первыми выходят из строя уплотнения ротора. Причина вполне очевидна, так как уплотнения находятся под высокими нагрузками и сильно нагреваются. Также дает о себе знать и детонация, износ подшипников эксцентрикового вала, роторов и т.д.
- Примечательно то, что первыми сдаются апексы (уплотнения на торцах), тогда как боковые уплотнители ходят намного дольше. В результате износа апексов, а также их установочных мест на роторе, в двигателе падает компрессия, углы уплотнителей могут отваливаться, повреждая поверхности статора.
Также следует отметить быстрый выход из строя коренных вкладышей эксцентрикового вала. С учетом того, что вал осуществляет вращение в 3 раза быстрее роторов, роторы несколько смещаются по отношению к стенкам статора, причем вершины роторов должны всегда быть удалены на одно расстояние от стенок.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое гибридный двигатель автомобиля. Из этой статьи вы узнаете, как устроен и работает двигатель гибрид, а также что нужно знать о гибридном двигателе перед покупкой автомобиля с силовой установкой данного типа.
В результате, когда углы апексов выпадают, на поверхности статора неизбежно появляются задиры. При этом диагностика роторного двигателя сильно затруднена, так как, в отличие от обычного мотора, роторный двигатель не стучит в случае износа вкладышей.
Параллельно отметим, что на версиях данного мотора с наддувом работа агрегата на обедненной смеси приводит к перегреву апекса. Далее пружина, прижимающая апекс, просто гнет его и компрессия сильно снижается. Еще форсированные (роторные двигатели с наддувом) отличаются неравномерным нагревом корпуса.
В верхней части ДВС, где происходят такты впуска и сжатия, более холодные. В то же время нижняя часть, где протекает процесс сгорания смеси и выпуска раскаленных газов, нагревается намного сильнее. Результат – деформация корпуса форсированных версий.
- Также отметим, что отдельно проявились и проблемы системы смазки. На практике, масляные форсунки в статоре часто загрязняются и перестают работать. При этом промыть клапаны форсунок не получается, то есть нужна замена. Если же вовремя проблема не была установлена, масляное голодание становится причиной сильного износа целого ряда элементов роторного двигателя.
При этом во всех случаях и независимо от причины, статор на практике восстановить практически не представляется возможным, а также следует отметить отсутствие ремонтных запчастей. Это значит, что если статор поврежден, восстановить двигатель очень сложно и дорого. То же самое касается и ротора. Если пазы под апексы повреждены, отремонтировать деталь практически невозможно.
Все это означает, что мотор фактически «одноразовый» и качественно его отремонтировать нет возможности. Единственный выход – покупка и установка нового двигателя, так как контрактные варианты в большинстве случаев тоже будут изношены и долго не прослужат. Само собой, купить роторный двигатель без пробега можно, но цена роторного двигателя будет высокой.
Советы и рекомендации
Прежде всего, роторный двигатель необходимо «кормить» только качественным высокооктановым бензином (не ниже АИ-98). Только качественное топливо позволяет избежать детонации, а также замедляет процесс накопления нагара на электродах свечей зажигания.
Еще следует помнить, что этот мотор предельно чувствителен не только к качеству, но и типу масла. Например, не рекомендуется лить синтетику, так как быстро скапливается нагар на апексах, компрессия падает. Заливать в такой мотор следует исключительно рекомендуемое самим производителем масло или подходящую по всем допускам «минералку».
Также замену масла нужно производить часто, масло в роторном моторе меняют каждые 4-5 тыс. км. Еще важно своевременно менять воздушный фильтр двигателя, так как его загрязнение может привести к закоксовке масляных форсунок системы смазки. Что касается свечей зажигания, лучше производить их замену каждые 10-15 тыс. км.
- Как правило, основным признаком проблем роторного мотора является потеря компрессии, которая проявляется в затрудненном холодном пуске. Далее неполадки прогрессируют, мотор начинает плохо заводиться как на «холодную», так и на «горячую». Обычно в таком случае очевиден износ апексов, скопление отложений на электродах свечей зажигания и т.д.
В подобной ситуации необходимо срочно отправляться на диагностику к специалистам по ремонту ДВС данного типа. На практике, хотя ремонт сложный и дорогой, в последнее время в СНГ появилось несколько центров, специализирующихся на дефектовке и ремонте роторного двигателя с гарантией.
Как правило, в рамках ремонта выполняется замена статоров, уплотнений роторов, самих роторов и т.д. Конечно, ремонт не дешевый, но однозначно более доступный по сравнению с покупкой нового силового агрегата.
Напоследок отметим, как и поршневой двигатель, роторный мотор нуждается в прогреве перед поездкой. При этом пока мотор не выйдет на рабочие температуры, нагружать агрегат не следует. При таком подходе, а также в сочетании с качественным бензином и маслом, а также своевременном обслуживании, есть все шансы, что роторный двигатель Mazda RX-8 пройдет без ремонта около 80 или даже 100 тыс. км.
Подведем итоги
С учетом приведенной выше информации становится понятно, почему роторный двигатель не получил широкого распространения даже с учетом целого ряда преимуществ. Прежде всего, небольшой ресурс, необходимость частого и затратного облуживания, а также сложность ремонта РПД являются серьезными недостатками силовых установок данного типа.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель на водороде. Из этой статьи вы узнаете, какие особенности имеет водородный двигатель, а также какие перспективы имеет двигатель на водороде.
По этой причине следует отдельно изучить все нюансы, рассмотренные выше, особенно если к покупке рассматривается автомобиль с роторным двигателем. Например, Мазда RX-8 на вторичном рынке может показаться отличным вариантом, так как данные авто продаются по привлекательной цене на фоне конкурентов с аналогичными характеристиками.
Однако на практике такой автомобиль может требовать замены или серьезного и дорогостоящего ремонта силового агрегата. Более того, даже если с двигателем все в порядке, не стоит рассчитывать на большой ресурс, а также потенциальным владельцам следует готовиться к более высоким расходам на плановое обслуживание роторного двигателя по сравнению с форсированными поршневыми ДВС (как атмосферными, так и с наддувом).
схема устройства РПД, плюсы и минусы
На чтение 8 мин. Просмотров 10.7k. Опубликовано
Обновлено
Чтобы понять, почему промышленники прекратили оснащение автомобилей силовыми агрегатами этого типа, полезно ознакомиться с принципом работы роторного двигателя. Зная основные характеристики, конструкцию, достоинства и недостатки, изучив разновидности РПД, можно оценить перспективы и вероятность последующего серийного выпуска таких моделей машин.
Содержание
- Принцип работы роторного двигателя
- Схема устройства РПД
- Мощность и ресурс
- Достоинства и недостатки роторного двигателя
- Достоинства РПД
- Недостатки РПД
- Машины с роторным двигателем
- В заключение
Принцип работы роторного двигателя
Роторный мотор работает по схеме, отличающейся от технологии, характерной для стандартного ДВС с поршнями в качестве основного подвижного элемента. Кроме того, силовые агрегаты имеют различную конструкцию.
По аналогии с поршневым двигателем принцип действия РПД базируется на преобразовании энергии, получаемой в результате сгорания воздушно-топливной смеси. В первом случае давление, создаваемое в цилиндрах при сжигании горючего, вынуждает поршни двигаться. Возвратно-поступательные движения шатун и коленчатый вал преобразуют во вращательные, которые заставляют крутиться колеса.
Ротор движется во внутренней полости овальной капсулы, передавая мощность сцеплению и коробке передач. Благодаря треугольной форме, он выдавливает энергию топлива, направляя через трансмиссию на колесную систему. Обязательное условие – в качестве материала используется легированная сталь.
Внутри цилиндра, где располагается ротор, происходят следующие процессы:
- воздушно-топливная смесь сжимается;
- впрыскивается очередная доза горючего;
- поступает кислород;
- топливо воспламеняется;
- сгоревшие элементы направляются в выпускное отверстие.
Треугольный ротор закрепляется на особом механизме. При запуске двигателя он выполняет специфические движения, не вращаясь, а как бы бегая внутри овальной капсулы.
Благодаря своей форме, он образует в корпусе 3 изолированные камеры.
В них наблюдаются такие процессы:
- в первую полость через впускное окно подается горючее и всасывается кислород, при перемешивании образующие воздушно-топливную смесь;
- во втором отсеке происходит сжатие и воспламенение;
- продукты сгорания вытесняются в выпускное отверстие из третьей камеры.
Схема устройства РПД
В конструкцию РПД входят следующие элементы:
- Ротор с 3 выпуклыми гранями, выполняющими функции поршня. За счет углублений увеличивается скорость вращения, образуется больше пространства для воздушно-топливной смеси.
- Пластины из металла, закрепленные на вершинах каждой из сторон. Их предназначение – формирование полостей в корпусе, где происходят рабочие процессы силовой установки.
- 2 металлических кольца на гранях ротора служат для образования камерных стенок.
- В центре конструкции располагаются 2 больших колеса с большим количеством зубьев, вращающихся вокруг шестерней меньшего диаметра. Зубчатая передача соединена с приводным устройством, закрепленном на выходном валу. Направление и траектория движения внутри камеры зависят от этого соединения.
- Корпус ротора. Изготавливается в форме условного овала. Такая конфигурация обеспечивает постоянный контакт вершин треугольника со стенками капсулы, создавая 3 изолированных объема газа.
- Окна впрыска и выхлопа. Клапанов не имеют. Впускное отверстие соединено с системой подачи топлива, а выпускное – с выхлопной трубой.
- Выходной вал с эксцентриковой конструкцией. На нем расположены особые кулачки, смещенные относительно осевой линии. На каждый из этих выступов надевается отдельный ротор. Благодаря несимметричной установке, происходит неравномерное распределение силы давления. Это приводит к образованию крутящего момента, вызывающего стабильную работу силовой установки, основанную на оборотах вала.
5 основных слоев, скрепленных по окружности длинными шурупами, составляют стандартную конструкцию двухроторного двигателя. При этом создаются условия для свободной циркуляции охлаждающей жидкости внутри системы. Движущиеся части, представленные 2 роторами и эксцентриковым выходным валом, располагаются между 2 стационарными участками.
Мощность и ресурс
По сравнению со стандартным ДВС, роторный агрегат характеризуется большей удельной мощностью, которая измеряется в л.с./кг. Это объясняется меньшей массой подвижных деталей, составляющих конструкцию РПД. Обоснование – отсутствие газораспределительного механизма, клапанной системы, коленчатого вала и шатунов.
Кроме того, однороторный двигатель преобразует энергию сгорания топлива во вращательное движение на протяжении ¾ тактов рабочего цикла. Для поршневых моторов этот показатель снижен до ¼.
В результате при вместимости цилиндров 1,3 л современный РПД серийного производства развивает мощность до 220 л. с. А если базовая конструкция дополнена турбинным надувом, то до 350 л.с.
До 2011 г. только японские промышленники концерна «Мазда» выпускали автомобили с двигателями роторного типа. А потом и они сняли агрегат с производства. Вероятная причина – заниженный ресурс силовой установки. До первого капитального ремонта транспортные средства проезжают всего 100 тыс. км. При аккуратном стиле вождения и бережном отношении пробег увеличивается до 200 тыс. км.
Уязвимое звено – уплотнители ротора, страдающие от перегрева и высоких нагрузок. Кроме этих факторов на них оказывают негативное влияние детонация и износ подшипников, расположенных на эксцентриковом валу.
Впервые машина с роторным силовым агрегатом вышла на трассу для тестирования в 1958 г. У истоков его создания стоит Феликс Ванкель, именем которого часто называют РПД.
Игнорируя достоинства изобретения немецкого инженера, работавшего над ним совместно с коллегой-единомышленником Вальтером Фройде, многие автопромышленники не рискнули устанавливать новинку на серийные модели своих автомобилей.
К их числу не относятся производители Mazda, выпустившие первую версию транспортного средства с роторной силовой установкой в 1967 г.
Достоинства РПД
Плюсы РПД:
- Высокий КПД, достигающий 40%. Обоснование – на 1 оборот эксцентрикового вала приходится 3 рабочих цикла.
- Упрощенная конструкция. В ней отсутствуют многие узлы, характерные для поршневых ДВС, в т.ч. газораспределительный механизм, шатуны, клапаны и т.п.
- Высокие обороты. Двигатель на базе треугольного роторного элемента раскручивается до 10 тыс. об/минуту.
- Плавная работа при полном отсутствии вибраций. Объяснение – стабильная ориентация движения ротора в одном направлении.
- Устойчивость перед детонацией. Это позволяет в процессе эксплуатации применять водород.
- Компактные размеры. По сравнению с поршневыми агрегатами габариты РПД в 2 раза меньше. Следствие этого – небольшой вес полностью укомплектованной конструкции и наличие свободного пространства для комфортного расположения водителя и пассажиров.
- Отсутствие дополнительных нагрузок при увеличении количества оборотов. С учетом указанного фактора можно разгонять транспортное средство до 100 км/ч на низкой передаче.
- Сбалансированность. Позволяет эффективнее уравновесить автомобиль, создавая стабильную устойчивость на любом дорожном покрытии.
Недостатки РПД
Конструкторы, разработавшие роторную силовую установку, так и не смогли устранить недостатки:
- Основной недоработкой создателей автомобилисты считают ограниченный ресурс двигателя, обоснованный особенностями конструкции. Постоянные изменения рабочего угла апексов вызывают их ускоренный износ.
- Срок службы заканчивается быстрее из-за перепадов температур, сопровождающих каждый такт. В комбинации с нагрузками, которым подвергаются трущиеся детали, они наносят непоправимый вред функциональным узлам и материалам. Проблему можно решить прямым впрыскиванием минеральной смазки в коллектор.
- Поскольку внутренние полости камер имеют серповидную форму, топливо в них сжигается не полностью. Ротор, вращаясь на скорости при ограниченной длине рабочего хода, выталкивает раскаленные газы в выхлопное отверстие. Присутствие фрагментов масла в продуктах сгорания приводит к токсичности выброса.
- Недостаточная герметичность конструкции, вызванная износом уплотнителей – причина утечки между отсеками с большими перепадами давления между отделениями. Результат – снижение КПД и повышение вреда окружающей природе.
- Высокий расход ГСМ. По сравнению с поршневым двигателем, роторный агрегат потребляет намного больше топлива (20 л на 100 км) и масла (1 л на 1 тыс. км). Забывчивость водителя, пропустившего очередную заправку смазкой, приводит к незапланированному капитальному ремонту или полной замене мотора.
- Для производства РПД применяется высокоточное оборудование. К качеству материалов также предъявляются повышенные требования. В результате конечная стоимость роторного двигателя увеличивается.
Машины с роторным двигателем
В разработке усовершенствованных концепций силового агрегата с базовым элементом конструкции в виде подвижного ротора участвовали и российские конструкторы, включая Зуева, Желтышева, ингушских изобретателей братьев Ахриевых.
Игнорируя инновации, на автомобили по-прежнему устанавливают двигатели Ванкеля.
В число моделей с РПД входят:
- Мазда RX-8. Конструкторское бюро японского концерна достигло прогресса в усовершенствовании. Их последняя разработка вместимостью 1,3 л развивает мощность 215 л.с. Более поздняя версия с аналогичным объемом выдает 231 л.с. Производство прекращено с августа 2011 г. в результате снижения спроса.
- ВАЗ 2109-90. Такими машинами пользовались в служебных целях сотрудники российских правоохранительных органов. Милицейские автомобили за 8 секунд могли разогнаться до 100 км/ч и развивали скорость 200 км/ч, легко догоняя преступников. Производились и агрегаты с большей мощностью. Но большая цена и малый ресурс не позволили прижиться РПД, и полицейским пришлось пересесть на транспортные средства с поршневыми моторами.
- Мерседес С-111. Впервые был представлен автолюбителям на женевском автосалоне в 1970 г. Спортивный автомобиль оснащался трехкамерным двигателем Ванкеля. Максимальная скорость составляла 275 км/ч. На разгон до первой сотни уходило 5 секунд.
- ВАЗ 21019 Аркан. Модель также закупалась для нужд МВД. Советских милиционеров на таких машинах догнать было невозможно и, тем более, уйти от погони. Большинство преследований завершалось поимкой преступников. Объяснение тому – способность служебного транспорта развивать предельную скорость 160 км/ч. Трехсекционный мотор в 1,3 л выдавал 120 л.с.
В заключение
Двигатель роторного типа – отличный вариант для спортивных и гоночных автомобилей, где не требуется большой ресурс. Высокие скоростные и мощностные показатели позволяют надеяться, что промышленники обратят на него внимание и с небольшими доработками снова начнут выпускать машины с моторами Ванкеля.
Все о роторных двигателях — виды и принцип работы
Главная страница » Все о роторных двигателях — виды и принцип работы
Главное отличие внутреннего устройства и принципа работы роторного двигателя от ДВС заключается в полном отсутствии двигательной активности, при этом удается добиться высоких оборотов работы мотора. У роторного двигателя или иначе двигателя Ванкеля, есть и ряд других преимуществ, их мы и рассмотрим подробнее.
Общий принцип устройства роторного двигателя
РПД облачен в овальный корпус для оптимального размещения ротора, имеющего треугольную форму. Отличительная особенность ротора в отсутствии шатунов и валов, что значительно упрощает конструкцию. По сути, ключевыми деталями РД являются ротор и статор. Основная двигательная функция в таком типе мотора осуществляется за счет движения ротора, расположенного внутри корпуса, имеющего схожесть с овалом.
Подпишитесь на наш Telegram-канал
Принцип действия основан на высокоскоростном движении ротора по окружности, в результате создаются полости для запуска устройства.
Почему роторные двигатели не пользуются спросом?
Парадокс роторного двигателя заключается в том, что при всей простоте конструкции он не столь востребован, как двигатель внутреннего сгорания, имеющий весьма сложные конструктивные особенности и сложности при осуществлении ремонтных работ.
Разумеется, роторный двигатель не лишен недостатков, иначе он бы нашел широкое применение в современном автопроме, а возможно мы бы и не узнали про существование ДВС, ведь роторный был сконструирован значительно раньше. Так зачем же так усложнять конструкцию, попытаемся разобраться.
Явными недочетами роторного мотора можно считать отсутствие надежной герметизации в камере сгорания. Это легко объяснить конструктивными особенностями и условиями работы мотора. В ходе интенсивного трения ротора со стенками цилиндра происходит неравномерный нагрев корпуса и, как следствие, металл корпуса расширяется от нагрева лишь частично, что и приводит к выраженным нарушениям герметизации корпуса.
Для усиления герметичных свойств, особенно при условии выраженной разницы температурных режимов между камерой и системой впуска или выпуска, сам цилиндр изготавливают из разных металлов и размещают их в разных частях цилиндра, для улучшения герметичности.
Для запуска мотора используют всего две свечи, это связано с конструктивными особенностями мотора, позволяющими выдавать на 20% больше КПД, в сравнении с двигателем внутреннего сгорания, за одинаковый промежуток времени.
Роторный двигатель Желтышева — принцип работы:
Преимущества роторного двигателя
При малых габаритах он способен развивать высокую скорость, однако есть в этом нюансе и большой минус. Несмотря на малые габариты, именно роторный двигатель потребляет огромное количество горючего, а вот ресурс работы мотора составляет всего 65 000 км. Так, двигатель всего в 1,3 л потребляет до 20 л. топлива на 100 км. Возможно, это и стало основной причиной отсутствия популярности данного вида моторов для массового потребления.
Цена на бензин во все времена считается актуальной проблемой человечества, учитывая, что мировые запасы нефти расположены на Ближнем востоке, в зоне постоянных боевых конфликтов, цены на бензин остаются достаточно высокими, и в ближайшей перспективе нет тенденций для их снижения. Это приводит к поиску решений по минимальному потреблению ресурсов не в ущерб мощности, в чем и заключается главный довод в пользу ДВС.
Все это в совокупности определило положение роторных двигателей, как подходящий вариант для спорткаров. Однако известный по всему миру производитель авто «Мазда», продолжил дело изобретателя Ванкеля. Японские инженеры всегда стараются извлекать из невостребованных моделей максимум пользы путем модернизации и применения инновационных технологий, что позволяет сохранять лидирующие позиции на мировом автомобильном рынке.
Принцип работы роторного двигателя Ахриевых на видео:
Новая модель «Мазда», оснащенная роторным двигателем, по мощности не уступает передовым немецким моделям, выдавая до 350 лошадиных сил. При этом расход топлива был несравнимо высоким. Инженерам-конструкторам «Мазда» пришлось уменьшить мощность до 200 лошадиных сил, что позволило нормализовать потребление топлива, однако компактные размеры двигателя позволили наделить авто дополнительными преимуществами и составить достойную конкуренцию европейским моделям авто.
В нашей стране роторные двигатели не прижились. Были попытки установить их на транспорт специализированных служб, но этот проект не был профинансирован в должном объеме. Поэтому все успешные разработки в данном направлении принадлежат японским инженерам из компании «Мазда», намеренной в ближайшее время показать новую модель авто с модернизированным двигателем.
Как работает роторный мотор Ванкеля на видео
Принцип работы роторного двигателя
РПД работает за счет вращения ротора, так идет передача мощности на коробку передач через сцепление. Преобразующий момент заключается в передаче энергии топлива колесам за счет вращения ротора, изготовленного из легированной стали.
Механизм работы роторного-поршневого двигателя:
- сжатие горючего;
- впрыск топлива;
- обогащение кислородом;
- горение смеси;
- выпуск продуктов сгорания топлива.
Как работает роторный двигатель показано на видео:
Ротор закреплен на специальном устройстве, при вращении он образует независимые друг от друга полости. В первой камере происходит наполнение воздушно-топливной смесью. В дальнейшем она тщательно перемешивается.
Затем смесь переходит в другую камеру, где происходит сжатие и воспламенение, благодаря наличию двух свечей. В дальнейшем смесь перемещается в следующую камеру, из нее вытесняются части переработанного топлива, которые выходят из системы.
Так происходит полный цикл работы роторного-поршневого двигателя, основанного на трех тактах работы за всего лишь один оборот ротора. Именно японским разработчикам удалось существенно модернизировать роторный двигатель и установить в нем сразу три ротора, что позволяет значительно увеличить мощность.
Принцип работы роторного двигателя Зуева:
На сегодня, усовершенствованный двухроторный двигатель сравним с двигателем внутреннего сгорания с шестью цилиндрами, а трехроторный по мощности не уступает 12-ти цилиндровому двигателю внутреннего сгорания.
Не стоит забывать и про компактный размер двигателя и простоту устройства, позволяющую при необходимости осуществлять ремонт или полную замену основных агрегатов мотора. Таким образом, инженерам компании «Мазда» удалось подарить вторую жизнь этого простого и производительного устройства.
Поделиться в vk
VK
Поделиться в facebook
Поделиться в odnoklassniki
OK
Поделиться в twitter
Поделиться в telegram
Telegram
Поделиться в whatsapp
Как сэкономить топливо в жару? Советы опытных водителей
Ежегодно в отпуск отправляются миллионы россиян, предпочитая ехать на собственном автомобиле, чем часами томиться в плацкартных вагонах или рейсовых автобусах. Но стоимость бензина в нашей стране не добавляет радостных эмоций.
Читать полностью »
Безвоздушные шины от Hankook, Bridgestone и Michelin
Компания Hankook испытала инновационные безвоздушные покрышки iFlex в деле и опубликовала результаты тестов.
Читать полностью »
Гибридные автомобили — устройство и лучшие модели
Отношение россиян к автомобилям с гибридной силовой установкой неоднозначное. Есть те, кто всячески поддерживает идею создания машин с минимальными вредными выбросами в атмосферу и небольшим расходом топлива. Другая группа всячески
Читать полностью »
Какие бывают типы кузовов автомобилей?
Развитие мирового автопрома не стоит на месте, постоянно совершенствуясь. Касается это и количества существующих типов кузова автомобилей. Достаточно сказать, что всего 20 лет назад их было вдвое меньше, чем в
Читать полностью »
Правильная обкатка нового автомобиля
Мечта стала реальностью – новый, ослепляющий красотой автомобиль красуется в вашем гараже. Вы уже прокручиваете в уме, как окунетесь с головой в езду по ночному городу, или отправитесь в гости
Читать полностью »
Какие свечи зажигания лучше использовать в автомобиле
Еще совсем недавно, каждый второй автовладелец задавался вопросом какие свечи зажигания лучше выбрать. Ответом на него был исключительно практический опыт. Сегодня, экспериментировать на собственном автомобиле нет необходимости, так как современные технологии позволяют проводить
Читать полностью »
принцип работы с видео, устройство
Роторный двигатель является одной из разновидностей тепловых ДВС. Первый роторный двигатель, принцип работы которого кардинально отличается от традиционного двигателя внутреннего сгорания, появился в 19 веке.
Его особенностью было использование не возвратно поступательных движений, как в классическом ДВС, а вращение в специальном овальном корпусе трехгранного ротора. Такая схема применялась в первых поршневых паровых машинах и дала толчок к активному проектированию и созданию роторных паровых двигателей. С роторного парового двигателя и начиналась история двигателя внутреннего сгорания роторного типа. Впервые схему классического роторно-поршневого (двигателя Ванкеля) разработали в конце 1950-х годов в немецкой фирме NSU, авторами стали Феликс Ванкель и Вальтер Фройде.
Конструкция
Давайте рассмотрим основные части РПД:
- корпус двигателя;
- ротор;
- выходной вал.
Как и любой другой двигатель внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля имеет корпус, который включает основную рабочую камеру, в нашем случае – овальной формы.
Форма камеры сгорания (овал) обусловлена применением трехгранного ротора, грани которого при соприкосновении со стенками камеры сгорания овальной формы образуют изолированные закрытые контуры. В этих изолированных контурах и происходят все такты работы РПД:
- впуск;
- сжатие;
- воспламенение;
- выпуск.
Такая компоновка позволяет обойтись без впускных и выпускных клапанов. Впускные и выпускные отверстия находятся по бокам камеры сгорания, а соединены напрямую к системе питания и системе выпуска отработанных газов.
Следующей составной частью роторного мотора является непосредственно ротор. В РПД ротор выполняет функцию поршней в обычном двигателе. Своей формой ротор похож на треугольник с закругленными наружу краями и вдающимися внутрь гранями. Закругление краев ротора необходимо для лучшего уплотнения камеры сгорания. Выборка внутри грани нужна для увеличения объема камеры сгорания, правильного горения топливно-воздушной смеси и увеличения скорости вращения ротора. Вверху каждой грани и по ее бокам находятся металлические пластины, задача которых состоит в уплотнении камеры сгорания, аналогично поршневым кольцам классического ДВС. Внутри ротора расположены зубцы, вращающие привод, который, в свою очередь, вращает выходной вал.
Классический мотор имеет коленчатый вал, в РПД его функцию выполняет выходной вал. Относительно центра выходного вала расположены выступы-кулачки в форме полукругов. Выступы-кулачки несимметричны по отношению к центру и явно смещены относительно центра оси. На каждый выступ-кулачок выходного вала приходится по своему ротору. Вращательное движение каждого ротора, передаваемое на выступ-кулачок, заставляет выходной вал вращаться вокруг своей оси, что, в свою очередь, создает крутящий момент на выходном валу.
Рабочие такты РПД
Давайте теперь более подробно рассмотрим принцип работы роторного двигателя и рабочие процессы, происходящие внутри него. Как и классический мотор, двигатель Ванкеля имеет те же такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска.
Две свечи может иметь и обычный поршневой мотор, например некоторые спортивные двигатели, но в РПД использование двух свечей зажигания просто необходимо.
Образовавшееся давление газов поворачивает ротор на эксцентрике вала, что в свою очередь приводит к возникновению крутящего момента на выходном валу. При приближении к выпускному каналу вершины ротора давление в камере сгорания плавно снижается. Вращаясь по инерции, вершина ротора достигает выпускного канала, начинается такт выпуска. Выхлопные газы устремляются в выпускной канал, и как только вершина ротора достигает впускного канала, снова начинается такт впуска.
Система питания и смазка
Достоинствами роторно-поршневого двигателя
- Обладая малым весом и габаритами, роторный мотор имеет больше возможностей для достижения правильной развески и улучшения управляемости, а так же делает автомобиль более просторным в салоне;
- более высокая удельная мощность по сравнению с классическими моторами;
- более ровная и широкая полка крутящего момента;
- отсутствие кривошипно-шатунного механизма, клапанов, пружин, газораспределительного механизма, а вместе с ним и распредвалов, ремня грм или цепи;
- хорошая сбалансированность и плавность работы РПД, которую можно сравнить с работой рядной «шестерки»;
- меньшая склонность к детонации;
- отсутствие кривошипно-шатунного механизма, а вследствие этого отсутствие необходимости преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращение коленчатого вала, делает РПД более оборотистым нежели обычный мотор;
Недостатки
- Необходимость применения эксцентрикового механизма для соединения ротора и вала увеличивает давление между трущимися деталями, что вместе с высокой температурой повышает износ двигателя. Именно поэтому выдвигаются повышенные требованию к качеству масла и периодичности его смены;
- быстрый износ уплотнителей ротора вследствие малой площади пятна контакта и высокому перепаду давлений. Таким образом, роторный мотор быстро теряет свой КПД, экологические показатели ухудшаются;
- линзовидная форма камеры сгорания гораздо хуже отдает тепло, нежели сферическая камера сгорания, что обуславливает склонность к перегреву;
- низкие показатели экономичности на малых и средних оборотах, по сравнению с обычным двигателем внутреннего сгорания;
- роторный мотор имеет очень высокие требования к обработке деталей и квалификации персонала при производстве данного типа двигателя;
- необходимость добавления масла во время рабочих тактов РПД обуславливает плохие экологические характеристики;
Современные реалии
В настоящее время наибольших успехов в производстве роторных двигателей добились инженеры корпорации Mazda. Последняя генерация их двигателя Ванкеля, под названием «Renesis», совершила настоящий прорыв. Им удалось не только решить главные проблемы данного типа ДВС, такие как повышенный расход топлива и токсичность, но и снизить потребление масла на 50%, тем самым доведя экологические показатели до норм Euro 4. Новое поколение РПД Mazda могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород, что делает этот мотор интересными и перспективными для использования в будущем.
Роторные двигатели
: как работает роторный двигатель?
Сложная работа транспортного средства может быть интересной для одних и совершенно запутанной для других. От разноцветных проводов до количества автомобильных масел для любознательных умов становится задачей понять, как все работает.
На самом деле, как только вы поймете, как все устроено, вам станет намного проще ухаживать за своей драгоценной машиной и обслуживать ее. В этой статье мы говорим о другом типе двигателя, который оставил заметный след в области транспортных средств.
Роторный двигатель делает шаг назад от традиционного типа двигателя, который является сердцем любого транспортного средства, и представляет собой другой механизм, направленный на повышение эффективности. Появившийся и широко использовавшийся во время Первой мировой войны, роторный двигатель вышел из моды в 1920-х годах. Тем не менее, с современными технологиями и многими производителями автомобилей, многие компании принимают вызов, чтобы сделать полностью функциональный роторный двигатель, который будет работать в течение длительного времени.
Прежде чем я начну объяснять, как работает роторный двигатель, давайте взглянем на обычный двигатель пистолетного типа и его работу.
Как работает поршневой двигатель?
Обычный двигатель внутреннего сгорания состоит из поршней, которые совершают линейное движение внутри цилиндров. Поршни крепятся к коленчатому валу с помощью шатуна. Когда поршень движется вверх и вниз, его соединение с коленчатым валом заставляет вал вращаться. Это вращение в конечном итоге достигает коробки передач, а через них – и колес, позволяя транспортному средству двигаться вперед.
Зеркально повторяя коленчатый вал, имеется камера сгорания с клапанами, которые позволяют поступать топливу и воздуху, а ненужным газам выходить. Когда поршень движется вверх, он сжимает взрывоопасную топливно-воздушную смесь, которая затем воспламеняет свечу зажигания. Взрыв заставляет поршень двигаться вниз, тем самым вызывая вращательное движение кривошипа, которое в конечном итоге достигает колес.
Теперь, когда вы знаете, как работает обычный поршневой двигатель, давайте перейдем к более важному вопросу — как работает роторный двигатель?
| Читайте также: Моторные масла : как выбрать лучшее моторное масло для вашего автомобиля? |
Что такое роторный двигатель и как он работает?
Роторный двигатель был блестящим изобретением, хотя и несколько необычным. Он использует те же принципы горения, но использует его совершенно по-другому. Однако в двигателе бочкообразной формы отсутствует большинство деталей, которые вы обычно найдете в обычном двигателе.
Как мы упоминали ранее, в обычном двигателе давление поддерживается в цилиндрах, что в конечном итоге заставляет поршень двигаться вперед и назад. В роторном двигателе такое же давление сгорания находится в роторе, треугольной камере, которую двигатель использует вместо поршней. Таким образом, вместо поршней, пыхтящих вверх и вниз, в нетрадиционном двигателе используется один, два, а иногда и три треугольных ротора.
Как и в обычных двигателях, топливо и воздух закачиваются в двигатель, но они занимают место на боковых сторонах роторов и внутренних стенках цилиндра. Когда топливо и воздух воспламеняются в камере, расширение газов заставляет роторы вращаться. Это помогает генерировать мощность, необходимую двигателю, чтобы заставить колеса двигаться вперед.
Чтобы работа была более понятной, давайте подробнее рассмотрим принцип работы роторного двигателя.
Если цилиндры размещены в обычном двигателе, роторный двигатель имеет корпуса, внутри которых находятся треугольные роторы. Прикрепленные к эксцентриковому валу, эти роторы остаются в контакте с корпусом все время, пока он вращается. Конструкция ротора и корпуса такова, что создается полость, которая расширяется и сжимается в зависимости от положения ротора. Каждая из этих пустот предназначена для обслуживания одного аспекта цикла сгорания.
Когда ротор вращается, он сжимает смесь, снова расширяет камеру при воспламенении, затем выдавливает выхлопные газы из выпускного отверстия.
Феликс Ванкель, немецкий инженер, был вдохновителем очень эффективного и энергосберегающего прототипа роторного двигателя. В 1920-х годах инженер хорошо работал над развитием своего видения, но из-за войны не смог далеко развить свое видение, пока в 1951 году немецкий автопроизводитель NSU не пригласил его для создания прототипа.
Вскоре другой инженер, Ханнс Дитер Пашке, которого NSU также пригласил для ознакомления с оригинальной концепцией Ванкеля, разработал простой прототип роторного двигателя, который стал использоваться в Mazda в 21 веке.
Роторный двигатель приобрел популярность благодаря меньшему количеству компонентов, но с тем же процессом, что и обычный двигатель. Отсутствие клапанов, зубчатых колес, шатунов, поршня, коленчатого вала значительно облегчает и удешевляет конструкцию. Всего три основных движущихся части составляют весь двигатель и работают довольно хорошо по сравнению с «обычной».
| Читайте также: Как работает тормозная система автомобиля? |
Части роторного двигателя
Вы знаете, как работает роторный двигатель, давайте теперь посмотрим на различные части роторного двигателя, чтобы получить лучшее представление.
Роторный двигатель общего назначения включает систему зажигания и систему подачи топлива, аналогичную системе поршневых двигателей. Однако есть несколько деталей, которые настолько отличаются от обычного двигателя, что даже самые заядлые автолюбители в замешательстве почесывают голову.
Ротор
Ротор является основным MVP двигателя, обычно по сравнению с поршнем в «обычном» двигателе. Треугольный по форме, он имеет три выпуклые стороны, каждая из которых имеет карман, обеспечивающий давление и пространство для воздушно-топливной смеси.
В верхней части каждой из выпуклых поверхностей имеется металлическая пластина, предназначенная для фиксации ротора снаружи камеры сгорания. Металлические кольца на каждой стороне ротора также помогают герметизировать компонент по бокам камеры.
Кроме того, ротор также содержит набор внутренних зубьев шестерни, вырезанных в центре одной стороны. Эти зубья используются для крепления к шестерне, находящейся в корпусе. Это очень важный вопрос, поскольку это соединение определяет путь, по которому ротор пройдет через корпус.
Корпус
После ротора следует корпус, который является важной частью роторного двигателя. Он имеет эпитрохоидальную форму, также известную как овальная форма, которая сконструирована таким образом, что кончики ротора всегда соприкасаются со стенками камеры. Корпус чрезвычайно важен, так как каждая его часть используется для завершения одной части процесса сгорания, которая включает впуск, сжатие, сгорание и выпуск.
Впускной и выпускной порты расположены в корпусе, однако в этих портах нет клапанов. Выпускное отверстие напрямую соприкасается с выпускным отверстием, а впускное отверстие соединяется непосредственно с дроссельной заслонкой.
Выходной вал
После ротора и корпуса следует выходной вал.
Выходной вал содержит круглые выступы, которые установлены со смещением, т. е. немного в стороне от центра вала. Роторы сконструированы таким образом, чтобы надеваться на эти кулачки, подобно коленчатому валу в поршневом двигателе.
Когда ротор движется, он давит на кулачки, что создает крутящий момент на валу, заставляя его вращаться.
| Читайте также: Дизельный сажевый фильтр: что такое DPF в автомобиле? |
Как роторный двигатель производит энергию?
В обычном двигателе используется концепция четырехтактного поршня, который используется для питания сердца машины. Точно так же роторный двигатель использует четырехтактный цикл сгорания, который выполняет ту же работу другим способом.
Ротор, также известный как сердце двигателя, расположен на круглом выступе выходного вала. Как мы уже говорили, кулачок представляет собой необычно расположенный вал, который позволяет ротору вращать выходной вал. Когда ротор завершает оборот внутри корпуса, он вращает лопасть по кругу, совершая три оборота на каждый оборот ротора.
Когда ротор вращается внутри корпуса, камеры, образованные ротором, изменяются в размерах, что вызывает действие, аналогичное нагнетанию.
Давайте рассмотрим это шаг за шагом, чтобы лучше понять работу роторного двигателя.
Впуск
Фаза впуска роторного двигателя начинается, когда конец ротора касается впускного отверстия.
Впускное отверстие открывается в камеру. В этот момент объем камеры минимальный.
По мере прохождения ротора через впускное отверстие объем камеры увеличивается, тем самым всасывая в себя воздушно-топливную смесь.
Когда пиковая точка ротора проходит, камера закрывается, и начинается сжатие.
Сжатие
На этом этапе ротор продолжает свое круговое движение вокруг корпуса, что снова заставляет камеру уменьшаться. Это приводит к сжатию воздушно-топливной смеси.
Когда торец ротора достигает свечей зажигания, объем камеры снова достигает минимума. Это вызывает процесс горения.
Сгорание
Роторные двигатели оснащены двумя свечами зажигания. Поскольку камера сгорания довольно длинная, для распространения пламени требуются две свечи зажигания. Когда свеча зажигания воспламеняет воздушно-топливную смесь, давление в здании заставляет ротор двигаться дальше.
По мере движения ротора объем камеры увеличивается. Газы сгорания продолжают расширяться, толкая ротор, инициируя мощность, пока ротор не упирается в выпускное отверстие.
Выхлоп
Как только вершина ротора проходит через выпускное отверстие, продукты сгорания под высоким давлением могут свободно вытекать из выхлопных газов. Ротор продолжает двигаться вперед, сжимая камеру и выталкивая остатки выхлопа из отверстия.
Когда объем камеры приближается к минимальной стороне, ротор проходит через впускное отверстие, начиная весь процесс заново. Интересным моментом здесь является то, что ротор всегда работает в одной части цикла, а это означает, что за полный оборот приходится три такта сгорания.
Поскольку выходной вал вращается три раза за каждый оборот ротора, на каждый оборот выходного вала приходится один такт сгорания.
Связанные посты
Теги: роторный двигатель mazda, поршневой двигатель, роторный двигатель, детали роторного двигателя, давление роторного двигателя, работа роторного двигателя, роторы
Как работает двигатель Ванкеля? – MechStuff
Больше никаких скучных представлений, давайте начнем и поймем, как работает двигатель Ванкеля и что это такое!
История :-
Первый двигатель Ванкеля был разработан немецким инженером – Феликсом Ванкелем . Ванкель получил свой первый патент на двигатель в 1929 году.
Однако конструкция двигателя Ванкеля, используемая сегодня, разработана Ханнсом Дитером Пашке , который он принял для создания современного двигателя!
Двигатель Ванкеля представляет собой двигатель внутреннего сгорания, в отличие от поршневого цилиндра. В этом двигателе используется конструкция ротора с эксцентриком, которая напрямую преобразует энергию давления газов во вращательное движение. В то время как в схеме поршень-цилиндр прямолинейное движение поршня используется для преобразования во вращательное движение коленчатого вала.
По сути, ротор вращается в корпусе в форме жирной восьмерки .
Части двигателя Ванкеля:-
Для этого слайд-шоу требуется JavaScript.
Ротор:- Ротор имеет три выпуклые стороны, которые действуют как поршень. 3 угла ротора образуют уплотнение снаружи камеры сгорания. Он также имеет внутренние зубья шестерни в центре с одной стороны. Это позволяет ротору вращаться вокруг неподвижного вала.
Корпус:- Корпус имеет эпитрохоидальную форму (примерно овальную). Корпус спроектирован так, чтобы 3 кончика или угла ротора всегда оставались в контакте с корпусом. Впускной и выпускной патрубки расположены в корпусе.
Впускное и выпускное отверстия: — Впускное отверстие позволяет свежей смеси поступать в камеру сгорания, а выхлопные газы выводятся через выпускное/выпускное отверстие.
Свеча зажигания:- Свеча зажигания подает электрический ток в камеру сгорания, который воспламеняет топливно-воздушную смесь, что приводит к резкому расширению газа.
Вторичный вал:- На вторичном валу установлены эксцентриковых кулачков , что означает, что они смещены от
осевой линии вала . Ротор не находится в чистом вращении, но нам нужны эти эксцентриковые кулачки для чистого вращения вала.
Примечание :- Выходной вал невозможно полностью описать словами. Трудно представить его вклад в работу. эта ссылка на видео может помочь вам понять это.
Рабочий :-
Анимация двигателя Ванкеля.
Впуск:-
Когда кончик ротора проходит через впускное отверстие, свежая смесь начинает поступать в первую камеру. Камера всасывает свежий воздух до тех пор, пока вторая вершина не достигнет впускного отверстия и не закроет его. В данный момент свежая топливовоздушная смесь запаяна в первую камеру и вывозится на сжигание.
Сжатие :-
Первая камера (между углом 1 и углом 2), содержащая свежий заряд, сжимается из-за формы двигателя к тому времени, когда он достигает свечи зажигания.
Пока это происходит, новая смесь начинает поступать во вторую камеру (между углом 2 и углом 3).
Четыре такта двигателя с пронумерованными углами.
Воспламенение:-
При воспламенении свечи зажигания сильно сжатая смесь взрывоопасно расширяется. Давление расширения толкает ротор вперед. Это происходит до тех пор, пока первый угол не пройдет через выпускное отверстие.
Выхлоп :-
Когда пик ИЛИ угол 1 проходит через выпускное отверстие, горячие газы сгорания под высоким давлением могут свободно вытекать из отверстия.
По мере того, как ротор продолжает двигаться, объем камеры продолжает уменьшаться, вытесняя оставшиеся газы из порта. К тому времени, когда угол 2 закрывает выпускное отверстие, угол 1 проходит мимо впускного отверстия, повторяя цикл.
В то время как первая камера выпускает газы, вторая камера (между углом 2 и углом 3) находится под сжатием . Одновременно в камеру 3 (между углом 3 и углом 1) поступает свежая смесь .
В этом прелесть двигателя – четыре последовательности четырехтактного цикла, которые происходят последовательно в поршневом двигателе, происходят одновременно в двигателе Ванкеля, производя мощность непрерывным потоком.
Преимущества:-
- Двигатель Ванкеля имеет очень мало движущихся частей; намного меньше, чем у четырехтактного поршневого двигателя. Это делает конструкцию двигателя проще, а двигатель надежнее.
- Это примерно 1/3 размера поршневых двигателей , обеспечивающих такую же выходную мощность.
- Способен достигать более высоких оборотов в минуту, чем поршневой двигатель.
- Двигатель Ванкеля весит почти 1/3 веса поршневых двигателей , обеспечивая такую же выходную мощность. Это приводит к более высокому соотношению мощности к весу.
Недостатки:-
- Поскольку каждая секция имеет разную температуру, расширение материала корпуса различно в разных регионах. Поэтому ротор иногда не может полностью герметизировать камеру в области высоких температур.
- Сгорание медленное, так как камера сгорания длинная, тонкая и подвижная. Следовательно, может быть вероятность того, что новый заряд разрядится, даже не сгорая.
- Поскольку несгоревшее топливо находится в потоке выхлопных газов, 9Требования 0169 по выбросам трудновыполнимы.
Как работают роторные двигатели Ванкеля
Двигатель Ванкеля использует процесс кругового сгорания и имеет высокое отношение мощности к весу с небольшим количеством движущихся частей.
Цикл сгорания
Роторные двигатели срабатывают 3 раза на каждый оборот ротора. Функции впуска, сжатия, сгорания и выпуска происходят одновременно.
Топливные форсунки
Масляный инжектор
Сжатие
При герметичной камере топливно-воздушная смесь сжимается, увеличивая мощность и эффективность взрыва.
Потребление
Когда ротор вращается, создается вакуум, и впускные отверстия открываются, втягивая топливно-воздушную смесь в корпус.
Впускные порты
Выхлопное отверстие
выхлоп
Когда ротор вращается, выпускные отверстия открываются, выталкивая выхлопные газы и любое несгоревшее топливо из корпуса.
Зажигание
Искры воспламеняют топливо, толкая ротор по часовой стрелке. Каждая сторона ротора имеет камеру сгорания, которая обеспечивает большее пространство для расширения топлива, позволяя сжечь как можно больше топлива.
Свечи зажигания
Нижняя свеча зажигания имеет большее отверстие и воспламеняет большую часть топлива, а верхняя свеча зажигания воспламеняет топливо в меньшем конце кармана сгорания.
Поделиться / Вставить эту инфографику на свой сайт →
Ротор и эксцентриковый вал
Из-за постоянного сгорания большинство серийных автомобилей имеют только один или два ротора (по мощности сравнимы с 3 или 6 цилиндрами в поршневом двигателе).
Верхние уплотнения
Каждый угол ротора имеет верхнее уплотнение, которое прижимается к корпусу.
Торцевые и угловые уплотнения
удерживать масло вокруг эксцентрикового вала и удерживать топливно-воздушную смесь в камере сгорания.
Эксцентриковый вал
Эксцентриковый вал вращается 3 раза за каждый оборот ротора и проходит через центр двигателя, передавая энергию сгорания на приводной вал. Лепестки смещены и расположены напротив друг друга на валу.
Зубчатый венец
Противовес
Противовес компенсирует любой дисбаланс роторов и эксцентрикового вала, снижая шум и вибрацию двигателя.
Стационарная передача
Стационарная шестерня размещена в боковой пластине корпуса и прикручена болтами снаружи. Зубья входят в зацепление с зубчатым венцом ротора и заставляют ротор вращаться вокруг эксцентрикового вала.
RPM
Число оборотов в минуту (оборотов в минуту) показывает, сколько раз эксцентриковый вал поворачивается на 360°. Поскольку эксцентриковый вал вращается 3 раза за каждый оборот ротора, при 3000 об/мин ротор будет вращаться 1000 раз.
Наша анимированная 3D-инфографика привлекает тысячи зрителей. Мы хотели бы работать с вами. Давай общаться.
Охлаждение
Поток
Поток охлаждающей жидкости направляется сначала через сторону сгорания корпуса (самая горячая поверхность), а затем через сторону впуска, чтобы поддерживать постоянную температуру во всем двигателе.
Помпа
Крыльчатка в водяном насосе проталкивает охлаждающую жидкость внутрь корпуса и наружу.
Радиатор
Радиатор представляет собой набор металлических трубок и ребер. Горячий теплоноситель поступает и проходит по трубкам. Воздух, проходящий через радиатор (через ребра), охлаждает охлаждающую жидкость, прежде чем она будет закачана обратно в корпус.
Термостат
Термостат закрыт до тех пор, пока двигатель не достигнет оптимальной рабочей температуры, а затем периодически открывается, пропуская охлаждающую жидкость через радиатор для поддержания постоянной температуры.
Подписывайтесь на Animagraffs: электронная почта, твиттер, фейсбук.
Масляная система
Моторное масло помогает смазывать, очищать, защищать и охлаждать детали двигателя.
Эксцентриковый вал
Масло прокачивается через полый центр эксцентрикового вала для охлаждения и смазки подшипников. Отверстия в валу позволяют маслу разбрызгиваться на ротор и стационарные шестерни, а также на подшипники внутри боковых пластин.
Масляный инжектор
Форсунки впрыскивают масло в корпус ротора для смазки верхних уплотнений и корпуса.
Масляный фильтр
Масляный фильтр удаляет нежелательные примеси из масла.
Насос-дозатор
Отдельный от масляного насоса насос-дозатор регулирует количество масла, впрыскиваемого в корпус ротора; чем выше обороты двигателя, тем больше масла впрыскивается.
Масляный радиатор
Прежде чем масло циркулирует через эксцентриковый вал или впрыскивается на ротор, оно проходит через небольшие радиаторы для охлаждения.
Маслосборник
Масляный поддон крепится непосредственно к нижней части корпуса. В этом месте масло может помочь охладить корпус.
Масляный насос
Масляный насос всасывает масло из поддона и проталкивает его по системе.
Полная модель
Ссылки
- Как работают роторные двигатели — Mazda RX-7 Wankel — Подробное объяснение. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/sd6pJtR4PaY.
- Как построить роторный двигатель. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/LSEs8VXzVPU.
- Модернизация роторного двигателя (НОВИНКА!) Пользовательский трехроторный турбодвигатель Bridgeport Race Engine. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/AQ4SLg5tXVE.
- Система смазки роторного двигателя. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/ESVouiAVyXg.
- Письмо с новостями о роторных двигателях самолетов. (2017). Rotaryeng.net. Получено 31 марта 2017 г. с http://www.rotaryeng.net/
- Как работает роторный двигатель Ванкеля. (2016). Как работает автомобиль. Получено 14 декабря 2016 г. с https://www.howacarworks.com/technology/how-a-rotary-wankel-engine-works.
- Тепловой вид нового дизельного роторного двигателя Liquid Piston по сравнению с традиционным роторным двигателем Ванкеля (2016 г. ). Имгур. Получено 14 декабря 2016 г. с http://i.imgur.com/jGsHqoS.gifv.
- RX-8 Помощь. (2017). Rx8help.com. Получено 31 марта 2017 г. с http://www.rx8help.com/home/overview.html.
• Скопируйте/вставьте приведенный ниже код, чтобы поделиться этим проектом на своем сайте (в iframe).
• Нам требуется только ссылка на эту страницу и указание имени ( например: «by Animagraffs» )
Обмен изображениями
(щелкните для увеличения)
Создан в сотрудничестве с
© 2021 Все права защищены.
Как работает роторный двигатель Ванкеля
Идея роторного двигателя интриговала инженеров и изобретателей с самого начала создания двигателя внутреннего сгорания. Спровоцированная еще одной промышленной революцией потребность в эффективных и осуществимых технологических изобретениях привлекла внимание к двигателю внутреннего сгорания в 1900-х годах. Однако из-за принципов работы роторного двигателя внутреннего сгорания немногие инженеры смогли решить его проблемы, и в конце концов только одному производителю автомобилей удалось добиться массового производства. В этой статье основное внимание будет уделено этому производителю автомобилей и его успешной конструкции двигателя Ванкеля.
Краткая история роторного двигателя:
Что ж, вначале первым инженерным подходом было получение архитектуры двигателя, отличной от поршневого двигателя внутреннего сгорания. И первым, кто построил и запатентовал такой двигатель, был Феликс Милле в 1888 году. Милле создал 5-цилиндровый роторный двигатель, встроенный в спицы заднего колеса велосипеда. Его конструкция силового агрегата позже была запущена в производство компанией Darracq в 1900 году.цилиндров, так как эта странная конфигурация привела к более плавной работе благодаря последовательности запуска поршня). Начиная с этой конструкции, сначала двигатель имел неподвижный блок цилиндров, который непосредственно вращал коленчатый вал, расположенный в центре, и назывался радиальным двигателем. Теперь с винтом, закрепленным на вращающемся коленчатом валу, радиальный двигатель стал свидетелем широкого применения в авиационной промышленности.
Однако конструкция радиального двигателя создавала проблемы с охлаждением, особенно при стационарной работе, поскольку блок цилиндров не получал достаточного потока воздуха. Решение этой проблемы с охлаждением пришло в виде изменения роли вращающейся части в ансамбле, что означало, что коленчатый вал теперь был прикреплен болтами к шасси, а гребной винт вращался вместе со всем блоком цилиндров. И это породило роторный двигатель . Положительной стороной этого было то, что охлаждение двигателя было улучшено, а обратной стороной было то, что самолет стал неустойчивым и трудным в управлении.
К началу 1920-х годов роторный двигатель (который применялся в основном в авиационной промышленности) устарел, и интерес к дальнейшему развитию этого типа двигателя резко упал. Но не все было потеряно для роторного двигателя, так как немецкий инженер Феликс Ванкель изобрел вращающуюся конструкцию в 1957, в котором использовался ротор треугольной формы, вращающийся внутри овального корпуса. Поскольку в конструкции не используются поршни, как в возвратно-поступательном устройстве, роторный двигатель внутреннего сгорания Ванкеля считается типом беспоршневого роторного двигателя. Исследования конструкции роторных двигателей действительно начались в 1960-х годах, но только японскому автопроизводителю Mazda удалось успешно модифицировать его и интегрировать в идентичность бренда, будучи единственным производителем автомобилей, способным выйти на массовое производство. Как это работает
Роторный двигатель Ванкеля — это двигатель внутреннего сгорания, в котором используется тот же принцип преобразования давления во вращательное движение, но без вибраций и механических нагрузок при высоких скоростях вращения поршневого двигателя. Доктор Феликс Ванкель и его коллеги получили конструкцию корпуса двигателя, выполнив следующие шаги: сначала они закрепили шестерню с внешними зубьями на белом листе и сцепили ее с шестерней большего размера с внутренними зубьями; с соотношением между двумя передачами 2:3. Затем они прикрепили рычаг с ручкой к внешней стороне большего зубчатого колеса с внутренним зацеплением. При вращении шестерни с внутренними зубьями на малой шестерне перо создавало трохоидную кривую в форме кокона.
Двигатель Ванкеля работает в том же 4-тактном цикле, что и поршневой двигатель, при этом центральный ротор последовательно выполняет четыре процесса впуска, сжатия, воспламенения (сгорания) и выпуска внутри трохоидной камеры. Таким образом, хотя оба типа двигателей полагаются на давление расширения, создаваемое сгоранием топливно-воздушной смеси, разница между ними заключается в том, как они используют его для преобразования в механическую силу. В роторном двигателе внутреннего сгорания это давление расширения прикладывается к боковой поверхности ротора. Из-за треугольной формы ротора внутреннее пространство корпуса всегда будет разделено на три рабочие камеры. Это принципиально отличается от поршневого двигателя, где в каждом цилиндре происходят четыре процесса.
Первоначальная конструкция Ванкеля имела шестерню с внешними зубьями и 20 зубьями, в то время как шестерня с внутренними зубьями большего размера имела 30 зубьев. Из-за этого передаточного отношения скорость вращения между ротором и валом определяется как 1:3 . Это означает, что в то время как меньшая шестерня делает один оборот, большая шестерня с внутренними зубьями делает три оборота. Поскольку эксцентриковый вал , аналогичный коленчатому валу в поршневом двигателе, соединен с меньшей зубчатой передачей, это означает, что при работе двигателя на 3000 об/мин ротор будет вращаться только на 1000 об/мин. Это не только означает, что роторный двигатель внутреннего сгорания работает более плавно, но и позволяет достичь более высокой красной зоны.
Рабочий объем роторного двигателя обычно выражается единичным объемом камеры и количеством роторов (например, 654 см3 x 2). Единичный объем камеры представляет собой разницу между максимальным объемом и минимальным объемом рабочей камеры, а коэффициент сжатия определяется как отношение между максимальным объемом и минимальным объемом.
Мы рекомендуем вам внимательно изучить схемы и 3D-анимационный видеоролик Мэтта Риттмана в конце руководства, чтобы лучше визуализировать и понять режим работы двигателя Ванкеля. Плюсы и минусы двигателя Ванкеля
Первое, что говорит в пользу двигателя Ванкеля, это его малый размер и легкая конструкция . Это может оказаться решающим при проектировании легкого автомобиля с высокой выходной мощностью и небольшим рабочим объемом двигателя. Это также позволяет улучшить дизайн для обеспечения безопасности при столкновении, увеличить рабочее пространство для аэродинамики или отсеков для хранения вещей и улучшить распределение веса .
Второй положительной чертой роторного двигателя внутреннего сгорания является его плоская кривая крутящего момента характеристики во всем диапазоне скоростей. Результаты исследований показали, что при использовании двухроторной конфигурации колебания крутящего момента во время работы были на том же уровне, что и у рядного 6-цилиндрового поршневого двигателя, а трехроторная компоновка оказалась более плавной, чем у поршневого двигателя V8.
Другими преимуществами роторного двигателя внутреннего сгорания являются его простота конструкции, надежность и долговечность . Поскольку в нем нет ни поршней, ни шатунов, ни механизма срабатывания клапанов, ни зубчатого ремня, ни коромысла, двигатель проще построить и требует гораздо меньше деталей. Кроме того, из-за отсутствия этих компонентов двигатель Ванкеля более надежен и долговечен при работе с высокими нагрузками. И помните, когда роторный двигатель работает со скоростью 8000 об/мин, ротор (который является большей частью ансамбля) вращается только с одной третью скорости.
Недостатки двигателя Ванкеля включают несовершенное уплотнение на концах камеры, что приводит к утечке между соседними камерами и несгоревшей топливной смеси. Роторный двигатель внутреннего сгорания также имеет на 50% большую продолжительность хода по сравнению с поршневым двигателем. Работа двигателя также позволяет увеличить количество угарного газа и несгоревших углеводородов в потоке выхлопных газов, что делает его очевидным изгоем среди любителей деревьев.
Однако самым большим недостатком является его значительный расход топлива . Сравнительные тесты показали, что Mazda RX8 израсходовала больше топлива, чем более тяжелый двигатель V8 с более чем четырехкратным объемом двигателя, но с сопоставимыми показателями производительности. Еще одним недостатком является тот факт, что небольшое количество масла попадает в рабочую камеру, в результате чего владельцам приходится периодически доливать масло, что увеличивает эксплуатационные расходы. Вклад Mazda в разработку двигателя Ванкеля
19 мая Mazda представила первый в мире автомобиль с двухроторным роторным двигателем67 с моделью Cosmo Sport/Mazda 110S . Он был оснащен двигателем Ванкеля объемом 491 куб. См x 2, который развивал мощность 110 л.с. при 7000 об / мин. В 1970 году Mazda представила первую автоматическую коробку передач с двигателем Ванкеля, а три года спустя — первый в мире пикап с роторным двигателем.
После внедрения шестиканальной системы впуска для большей экономии топлива и мощности Mazda продолжила разработку роторного двигателя внутреннего сгорания, чтобы добиться низкого уровня выбросов. Шестипортовая индукционная система имел три впускных отверстия на камеру ротора и мог добиться снижения расхода топлива за счет трехступенчатого управления ими. Еще одной заслуживающей внимания разработкой стало внедрение двухступенчатого монолитного катализатора .
Следующая эра в развитии двигателя Ванкеля Mazda была отмечена появлением турбонагнетателей. В 1982 году в продажу поступил Cosmo RE Turbo как первый в мире автомобиль с роторным двигателем, оснащенный турбокомпрессором. Основываясь на этом достижении, Mazda позже внедрила турбонаддув с двойной спиралью, сводящий к минимуму турбозадержку двигателя.
Однако ключевой инновацией Mazda стала презентация двигателя RENESIS, который расшифровывается как GENESIS of the RE (Rotary Engine). RENESIS — это двигатель объемом 654 см³ x 2, развивающий мощность 250 л.с. при 8500 об/мин и крутящий момент 216 Нм при 5500 об/мин. Помимо плавной работы двигателя и четкой реакции, двигатель RENESIS обеспечивает значительные улучшения с точки зрения эффективности использования топлива и выбросов выхлопных газов. В 2003 году Mazda RENESIS получила награды «Международный двигатель года» и «Лучший новый двигатель». Вдохновленная международным успехом RENESIS, Mazda представила новый двигатель Ванкеля, способный работать как на водороде, так и на бензине. Однако это 9Водородный двигатель 0169 RE не вызвал такого интереса, как бензиновый, возможно, из-за отсутствия в то время инфраструктуры на основе водорода. В мае 2007 года японский производитель автомобилей Mazda отпраздновал 40-летие разработки двигателя Ванкеля.
Роторный двигатель внутреннего сгорания RENESIS следующего поколения уже находится в разработке и представлен на концептуальном автомобиле Mazda Taiki. Двигатель следующего поколения обещает больший рабочий объем 1600 куб. см (800 куб. см x 2), что, как ожидается, повысит крутящий момент на всех оборотах двигателя и повысит тепловую эффективность. Но, несмотря на прогресс, достигнутый с точки зрения выбросов выхлопных газов, выходной мощности и герметизации рабочей камеры, двигатель Ванкеля по-прежнему будет бороться с расходом масла и топлива из-за своей специфической конструкции.
Что такое роторный двигатель Ванкеля и как он работает?
Викимедиа
В первые несколько лет после изобретения более 60 лет назад роторный двигатель Ванкеля считался вершиной технологии вождения. Практически отсутствие вибраций, плавная работа двигателя и достаточная мощность побудили многих производителей экспериментировать с роторно-поршневым двигателем.
Однако он так и не победил. Высокое потребление, техническая восприимчивость и, что не менее важно, дальнейшее развитие других концепций приводов привели к тому, что лишь несколько моделей были успешными.
В 2021 году Mazda предприняла новую попытку. В прошлом японцы были единственным крупным производителем, который полагался на двигатели Ванкеля, например, в RX-8 (до 2012 г.). Теперь они снова используют недавно разработанный двигатель Ванкеля. Mazda сейчас переживает ренессанс с MX-30.
Двигатель Ванкеля имеет ряд преимуществ. Несмотря на это, он так и не прижился. Здесь вы можете узнать, как именно работает принцип Ванкеля и какие у него есть преимущества и недостатки.
История двигателей Ванкеля
Wikimedia
Феликс Генрих Ванкель был автолюбителем и энтузиастом. Он работал над новым принципом двигателя с 1930-х годов. Поэтому двигатель Ванкеля (также известный как роторный двигатель) был изобретен в 1954 году немецким инженером-механиком в качестве альтернативы классическому поршневому двигателю.
Феликс Генрих Ванкель разработал роторно-поршневую машину DKM32 и в 1954 он изобрел роторно-поршневой двигатель. После некоторых технических усовершенствований инженером Ханнсом Дитером Пашке в 1957 году двигатель Ванкеля был впервые представлен экспертам и прессе в 1960 году на мероприятии, организованном Ассоциацией немецких инженеров (VDI) в Мюнхене.
В 1960-х годах двигатели Ванкеля занимали всеобщее внимание в автомобильной и мотоциклетной промышленности из-за их простоты, плавности хода и высокой удельной мощности. В августе 1967 года компания NSU Motorenwerke AG привлекла большое внимание своим современным легковым автомобилем NSU Ro 80, оснащенным двухпоршневым роторно-поршневым двигателем мощностью 115 л.с. Это был первый немецкий «Автомобиль года» в 1919 году.68.
Изобретатель умер в 1988 году, так и не проехав ни одного автомобиля с двигателем Ванкеля. Из-за крайней близорукости у Ванкеля не было даже водительских прав.
Wikimedia
В течение следующих нескольких десятилетий многие крупные производители автомобилей подписали лицензионные соглашения на разработку роторных двигателей Ванкеля, включая Ford, Toyota, Mercedes-Benz, Porsche, Rolls-Royce и Mazda.
После дальнейших усовершенствований двигателя, включая решение проблемы верхнего сжатия, Mazda успешно использовала роторные двигатели в своих спортивных автомобилях серии RX до 2012 года. Технологический прогресс двигателей Ванкеля в автомобильной промышленности был отмечен в гонке «24 часа Ле-Мана» 1991 года. когда автомобиль с 4-роторным двигателем Mazda 26B выиграл престижный конкурс.
Постоянно совершенствуемые роторно-поршневые двигатели Ванкеля в настоящее время используются в мотоциклах, гоночных автомобилях, самолетах, небольших кораблях и генераторах электроэнергии. Следующий этап развития связан с применением этих приводов в наступающей эре низкоэмиссионного, климатически нейтрального, надежного и доступного энергоснабжения.
Как работает вращающийся двигатель
Wikimedia
Двигатель Wankel является внутренним двигателем сжигания, в котором зажигает той или более треуговой ротаж. смесь сгорает в кинетическую энергию. Идея была очень творческой.
Вместо движения вверх и вниз, как в поршневом двигателе, поршень в двигателе Ванкеля вращается по кругу. Вместо перенаправления подъемного движения во вращательное посредством отдельного коленчатого вала этот этап опускается. Энергия сгорания напрямую преобразуется в энергию привода без обходных путей.
Кроме того, отсутствуют клапаны для газообмена. Это делает конструкцию более легкой и компактной. Это также устраняет раздражающие вибрации. Создается плавный, похожий на турбину ход.
Количество газа, транспортируемого в пространствах между боковыми сторонами ротора и корпусом, поочередно проходит четыре различные фазы: фазу впуска, фазу сжатия, фазу воспламенения и фазу выпуска. Эти этапы называются тактами и делают двигатель Ванкеля четырехтактным двигателем, похожим на поршневой двигатель Отто.
Университет штата Пенсильвания
Впуск — Всасывание
На этом этапе происходит всасывание смеси холодного воздуха из ротора в результате движения смеси холодного воздуха и воздуха в роторе. Вращение ротора подталкивает смесь ко второму такту цикла.
Сжатие
По мере вращения поршня объем, находящийся между ротором и корпусом, уменьшается, что приводит к сжатию топливно-воздушной смеси.
Зажигание
Когда объем смеси минимальный, одна или несколько свечей зажигания инициируют воспламенение, вызывая быстрое повышение давления и температуры. Внезапное расширение газообразной топливной смеси продолжает вращать ротор и эксцентрик.
Выпуск — выпуск
Расширяющиеся выхлопные газы покидают камеру через выпускное отверстие, открытое на четвертом такте. По мере того, как поршень продолжает вращаться, выпускное отверстие закрывается, а впускное снова открывается, чтобы начать новый цикл.
Преимущества и недостатки двигателей Wankel
Wikimedia
Из -за их строительства, Envines Wankel Enervines являются большим количеством Compact и Simpler. Здесь нет возвратно-поступательных поршней, кривошипов, клапанов, шатунов или других хлопотных сложных деталей.
Роторные двигатели содержат только три движущихся части, что делает их более надежными, долговечными и простыми в обслуживании, чем традиционные двигатели внутреннего сгорания. Кроме того, эти движущиеся части постоянно вращаются в одном направлении, что обеспечивает более высокие рабочие скорости, упрощенную балансировку и низкий уровень вибрации.
Благодаря беспрецедентному соотношению веса и мощности и размера и мощности двигатели Ванкеля используются в самых разных областях. Как только проблема с выхлопными газами будет решена, Ванкель покажет свои настоящие преимущества: почти полное отсутствие вибраций, плавная работа двигателя и достаточная мощность.
Одним из недостатков роторных двигателей является их низкий тепловой КПД. Длинная, тонкая и подвижная камера сгорания приводит к относительно медленному и неполному сгоранию топливно-воздушной смеси. Это приводит к более высоким выбросам углерода и более низкой эффективности использования топлива по сравнению с двигателями с искровым зажиганием. Однако эта проблема становится преимуществом при переходе на водородный режим работы.
Еще одна слабость двигателей Ванкеля связана с ротором и верхним уплотнением. Плохая герметизация между краями ротора и кожухом — например, из-за износа или недостаточной центробежной силы в более низких диапазонах скоростей — может привести к выходу продуктов сгорания в соседнюю камеру.
Поскольку сгорание происходит только в одной секции двигателя, существует большая разница температур в двух отдельных камерах. В результате разный коэффициент расширения используемых материалов приводит к неоптимальному уплотнению ротора. Кроме того, потребление масла также является проблемой, поскольку масло необходимо постоянно впрыскивать в камеру для улучшения смазки и обеспечения герметичности ротора.
Двигатель Ванкеля из-за своего принципа имеет более высокий расход топлива, чем поршневой двигатель, что было самой большой неудачей с его стороны. А еще это было очень ненадежно, легенда гласит, что водители Ро-80 приветствуют друг друга поднятыми вверх пальцами, и каждый палец означает замену двигателя.
Автомобили с роторными двигателями Ванкеля
Wikimedia
Особенно много экспериментировали NSU (позже Audi), Mazda, General Motors, Toyota и Mercedes, но также MAN, Rolls-Royce, Porsche, Nissan, Suzuki, Ford, Kawasaki и Yamaha приобрели лицензии у самого Ванкеля.
Принцип действия двигателя был хорошо известен в Германии в 1967 году благодаря NSU Ro 80 (Ro для роторно-поршневого двигателя) и в Японии благодаря Mazda 110 Cosmo Sport. Затем последовали экспериментальные концептуальные автомобили, такие как Citroen M35 или Mercedes C111.
Четырехроторный двигатель Ванкеля Mercedes C111 развивал мощность 350 л.с. и разгонял тестовый автомобиль до 180 миль в час. Даже с такими характеристиками привод так и не пошел в серийное производство. Mazda была единственной компанией, которая усовершенствовала этот двигатель и продолжала использовать эту технологию до 2012 года. Японский производитель продал более миллиона автомобилей с этой технологией.
За моделью 110 Cosmo Sport в 1968 году последовала модель R100, а годом позже — модель R130. Позже серия RX началась с разработки RX-2. RX-3 появился в 1971 году, а в следующем, 1972 году, последовал RX-4.
Япония с двигателями Ванкеля. С RX-7 Mazda наконец совершила прорыв за пределы Японии и распродала все единицы, которые были отправлены в Европу.
Спортивное купе хорошо продавалось на протяжении многих лет, несколько раз переделывалось и получило преемника в виде RX-8 только в 2002 году. Мощность двухкамерного двигателя колеблется от 192 до 231 л.с. Это позволяет Mazda двигаться со скоростью до 150 миль в час.
Успех двигателя Ванкеля в гонках Mazda 787B с роторно-поршневым двигателем выиграла знаменитую гонку «24 часа Ле-Мана» в 1991. Его четырехроторный двигатель Ванкеля с объемом камеры 2,6 литра развивает мощность около 700 л.с. при 9000 оборотах благодаря высоким оборотам — без турбокомпрессора.
Есть ли у Ванкеля будущее? Ожидается, что будущее двигателя Ванкеля начнется в 2022 году. Mazda по-прежнему остается единственной автомобильной компанией, которая придерживается высоких технологий. Новый и пока единственный полностью электрический внедорожник Mazda MX-30 вскоре получит расширитель диапазона, работающий по принципу Ванкеля.
Подобно двигателю внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля заряжает аккумулятор MX-30 и, таким образом, увеличивает запас хода. Mazda недавно подала новый патент, в котором три электродвигателя, два устройства накопления энергии (конденсаторы) и двигатель внутреннего сгорания, который может быть Ванкелем, работают вместе.
Ресурсы
- https://en.wikipedia.org/wiki/Wankel_engine
- https://en. wikipedia.org/wiki/Mazda_Wankel_engine
- https://www.carthrottle.com/post/engineering-explained-why-the-rotary-engine-had-to-die/
- https://mechanicalboost.com/wankel-engine/
- https://www.popularmechanics.com/cars/car-technology/a7103/mazda-wankel-rotary-engine/
- https://www.engineerine.com/2021/08/why-are-automakers-no-more-production.html
- https://www.history.com/this-day-in-history/rotary-engine-inventor-felix-wankel-born
- https://www.britannica.com/technology/Wankel-engine
- https://www.roadandtrack.com/new-cars/car-technology/a25684786/how-wankel-rotary-hydrogen-engine-works-mazda-rx-8/
- https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/wankel-engines
- https://auto.howstuffworks.com/rotary-engine.htm
- https://gomechanic.in/blog/return-of-the-rotary-engines/
- https://www.mcnallyinstitute.com/why-did-the-wankel-engine-fail/
- https://www.motorbiscuit.com/rotary-engine-reliability-fixes/
- https://nationalspeedinc. com/advantages-and-disadvantages-of-a-rotary-engine/
Танкут Басар
Танкут Басар является гонщиком ARA (Американской ассоциации ралли) и обладателем лицензии бронзовой категории FIA. Его страсть к вождению началась с картинга, как и у большинства гонщиков. Он начал участвовать в международных гонках в возрасте 22 лет. Танкут любит все, что связано с автомобилями, и будет получать удовольствие от вождения до самого конца.
Как работают роторные двигатели: Дрочить на публике — не преступление!
Так родился роторный двигатель Ванкеля, который со временем стал синонимом Mazda. Но как именно работает роторный двигатель? В Интернете есть несколько отличных видеороликов, которые иллюстрируют, как этот уникальный инженерный элемент объединяется, включая приведенный выше пример, но, поскольку мне нравится злоупотреблять своей клавиатурой, вот мой собственный краткий обзор, чтобы объяснить все немного подробнее.
Четыре стадии сгорания, начиная с поступления всасываемого заряда во вращающийся корпус через впускное отверстие (светло-голубой), сжатого всасываемого заряда (темно-синий), воспламенения смеси сжатого воздуха и топлива с помощью свечи зажигания (красный) и побочные продукты сгорания, выходящие из выпускного отверстия (желтый).
В основе роторного двигателя лежит ротор трохоидной формы (немного напоминающий раздутый треугольник), который вращается на эксцентриковом валу внутри продолговатого или коконообразного корпуса ротора. Эта конструкция приводит к трем промежуткам между ротором и стенкой корпуса, создавая необходимые камеры, в которых происходят четыре части процесса сгорания (впуск, сжатие, воспламенение и выпуск).
Шестерня большего диаметра внутри ротора увеличивает в 3 раза скорость вращения эксцентрикового выходного вала.
Часть гениальности роторной конструкции Ванкеля заключается в том, как эксцентриковый вал взаимодействует с ротором. На внутренней части ротора закреплено зубчатое кольцо с внутренним зацеплением, а на эксцентриковом валу закреплено зубчатое колесо с внешним зацеплением, причем скорость вращения между ротором и валом составляет 1:3. Другими словами, ротор вращается один раз за каждые три оборота эксцентрикового выходного вала. Это означает, что при работе двигателя на 9000 об/мин, сам ротор вращается только при 3000 об/мин. Это позволяет относительно небольшому рабочему объему, скажем, двухроторного двигателя 13B, используемого в FC и FD RX-7 (654 см3 на ротор при общем рабочем объеме 1,3 литра), выдавать очень впечатляющие пиковые показатели мощности. Именно этот эффект ускорения или множителя оборотов из-за того, как ротор взаимодействует с эксцентриковым валом, создает такой огромный объемный КПД этих компактных двигателей.
Сравнение цикла сгорания роторного двигателя (вверху) и поршневого двигателя (внизу).
Эффект множителя выходного вала также является частью того, что делает роторные двигатели такими плавными и тихими по сравнению с традиционными поршневыми двигателями. За один цикл сгорания эксцентриковый выходной вал роторного двигателя совершает три оборота, а сам ротор совершает только один оборот корпуса ротора. Между тем, в традиционном поршневом двигателе коленчатый вал (выходной вал) совершает два полных оборота для завершения одного цикла сгорания, и каждый поршень перемещается вверх и вниз по цилиндру три раза. Возникающие в результате этого очень высокие скорости поршня, наряду со всеми дополнительными движущимися частями в головке(ах) цилиндра, означают, что поршневой двигатель производит намного больше шума и вибрации по сравнению с роторным двигателем.
Ротор REW 9:1 слева, ротор Renesis 10:1 справа. Обратите внимание, насколько мелкой является полость сгорания в версии Renesis по сравнению с версией REW.
А сами роторы? Как они определяют степень сжатия и какие другие конструктивные особенности влияют на то, как роторный двигатель Ванкеля производит мощность? Что ж, поскольку три поверхности каждого ротора герметизируют камеры сгорания с помощью уплотнений вершины (точно так же, как поршни и кольца герметизируют камеру сгорания в каждом цилиндре), тарелка или полость на поверхностях ротора определяет компрессию. соотношение. Таким образом, в 13-REW турбированного FD RX-7 более глубокая полость увеличивает объем камеры сгорания и, таким образом, снижает степень сжатия (до 90,0:1), в то время как более мелкая полость безнаддувного ротора RX-8 13B Renesis повышает степень сжатия до 10,0:1.
Вес является важным фактором при работе с роторами, где даже небольшое снижение массы принесет большие дивиденды с точки зрения реакции двигателя и максимальных оборотов, которых двигатель может безопасно достичь, не говоря уже о повышении надежности за счет снижения центробежных сил. Например, ротор 13B-REW спроектирован так, чтобы быть достаточно прочным, чтобы выдерживать более высокие давления сгорания и газовые нагрузки, связанные с турбонаддувом, и при этом вращаться до впечатляющих 8000 об / мин, что приводит к весу 90,7 фунта. Между тем, Renesis 13B не нуждается в такой большой мощности роторов, как без наддува, поэтому вес был снижен до 9,2 фунта, а предел оборотов увеличен до поразительных 9000 об/мин. Я сделал еще один шаг вперед, используя роторы Renesis Racing Beat весом 9,0 фунтов и гоночные подшипники Mazdaspeed в двигателе RX-8, который Джо Фергюсон построил для меня, чтобы его можно было безопасно разогнать до мотоциклетных 10 500 об / мин! Брэп брэп! Посмотрите приведенное выше видео, чтобы узнать, как это звучит, когда вы едете по Торонто Моторспорт Парк.
Как объясняет на своем веб-сайте Джим Медерер из Racing Beat (уважаемый тюнер роторных двигателей): «Нагрузки на подшипники роторного двигателя в основном являются результатом действия двух сил — центробежной силы и нагрузки от продуктов сгорания. При низких оборотах газовые нагрузки составляют большую часть общей нагрузки на подшипники. Однако при высоких оборотах преобладают центробежные нагрузки, поскольку они увеличиваются пропорционально квадрату числа оборотов. Поскольку желательно продолжать использовать большую часть или весь стандартный диапазон оборотов, единственный способ уменьшить нагрузку на подшипники — это уменьшить массу (вес) роторов». А поскольку давление наддува за счет наддува или турбонаддува всегда увеличивает газовые нагрузки, все, что вы можете сделать для уменьшения центробежных нагрузок, гарантированно улучшит срок службы подшипников и уменьшит изгиб эксцентрикового вала, обе из которых являются известными проблемами , когда вы действительно начинаете опираться на эти двигатели. .
Еще одна ключевая область роторов — седла апикальных уплотнений. Канавка на конце каждой точки «треугольника» — это место, где сидят верхушечные уплотнения и прижимаются к корпусам роторов за счет давления пружины под каждым уплотнением. Это очень умная конструкция, так как по мере износа уплотнения дугообразная пружина продолжает прилагать восходящее давление, так что между уплотнением и поверхностью корпуса поддерживается надлежащий контакт. Но по мере того, как пружина толкает уплотнение все дальше вверх, оно становится все менее и менее устойчивым в своем гнезде, что может привести к вибрации или даже полной потере компрессии, поскольку уплотнение буквально отделяется от своего гнезда. В двигателях Turbo 13B используется более глубокое седло и более высокое 3-миллиметровое уплотнение (в конструкции из 1 или 2 частей) для большей стабильности и прочности, в то время как в Renesis используется более мелкое седло и 2-миллиметровое уплотнение для уменьшения веса на концах ротора, где центробежные силы самые высокие. Мы обрезали седла на наших облегченных роторах Renesis проволокой EDM, чтобы можно было использовать более прочные 3-миллиметровые уплотнения Goopy Performance REW, в ожидании увеличения давления наддува (что мы в конечном итоге сделали с нагнетателем Pettit).
Роторный двигатель Ванкеля действительно удивительно прост и элегантен по своей конструкции. В роторном двигателе гораздо меньше движущихся частей, чем в поршневом, но, поскольку они никогда не были самыми надежными, экономичными и самыми чистыми, Mazda больше не производит автомобили с роторным двигателем, и вполне возможно, что мы не увидит еще одного серийного Ванкеля, поскольку нормы выбросов и топлива становятся все строже и строже.