Машины с роторным двигателем. Роторный двигатель. Видео - Принци работы РДП
» 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.
Правила эксплуатации роторного двигателя
По сообщениям, Ванкель придумал основную идею нового типа бензинового двигателя внутреннего сгорания, когда ему было всего 17 лет. В других двигателях внутреннего сгорания движущиеся поршни выполняли работу по началу процесса сжигания; в роторном двигателе Ванкеля для этой цели служил орбитальный ротор в форме изогнутого равностороннего треугольника. Меньше движущихся частей создало плавнодействующий двигатель, который был легким, компактным, недорогим и требовал меньшего ремонта.
Что происходит вокруг, происходит вокруг - и вокруг, и вокруг в случае вращающихся двигателей. Это, однако, касается того, где сходство заканчивается. Вместо поршня, движущегося вверх и вниз в цилиндре, роторный двигатель, как следует из названия, описывает тот, где ротор вращается внутри герметичного корпуса. Ротор имеет форму треугольника, но каждая грань треугольника слегка выпуклая.
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.
Корпус в основном овальный, с небольшими углублениями в середине каждого длинного края, придавая ему так называемую эпитрохоидную форму. Изобретательный бит исходит из того, что ротор вращается внутри камеры. Вместо того, чтобы вращаться на месте, ротор следует за эксцентричным путем вокруг корпуса, создавая три отдельные закрытые области при движении.
Это самая важная часть работы роторных двигателей. Это означает, что каждый раз, когда ротор вращается, он создает три отдельные камеры сгорания. Это звучит сложно, но ротор Ванкеля на самом деле невероятно прост в эксплуатации, по сравнению с поршневыми делами.
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.
В однороторной установке есть только две движущиеся части - ротор и выходной вал. Для установки с двумя роторами есть только три. Имейте в виду, что для небольшого дешевого четырехцилиндрового поршневого двигателя имеются впускные и выпускные клапаны, шатуны, поршни и, по меньшей мере, один распределительный вал, с добавлением около 40 движущихся частей.
Особенности конструкции роторно - поршневых двигателей Венкеля
Простота роторной конструкции означает малый вес и компактный блок, оба из которых отлично работают в дизайне автомобилей. Меньший вес означает лучшее управление и - теоретически - лучшую экономию топлива. Фактически величины оборотов измеряются на выходном валу, который вращается в три раза быстрее, чем ротор. Внутренняя зубчатая передача ротора намного больше, чем внешняя зубчатая передача выходного вала, поэтому для каждого вращения ротора выходной вал вращается три раза.
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.
Поскольку вращающийся двигатель может запускать свой карданный вал на таких высоких скоростях, он может создать справедливый удар мощности в процессе. Подача питания более плавная и постоянная, а также более реактивная на входы дроссельной заслонки. Ротационные двигатели также более плавные, чем их поршневые братья. В традиционных двигателях поршни осциллируют быстро, даже на холостом ходу. Постоянное перемещение и поршень поршней создает высокоскоростные вибрации, которые требуют серьезных инженерных работ для преодоления, таких как противовесы, балансные валы и гармонические балансировочные машины.
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.
Вращение разное; потому что все его движущая сила вращается постоянно, в одном направлении, есть меньше существенных дисбалансов для исправления. Результат - невероятная плавность, которая не имеет себе равных в обычных поршневых двигателях. И поскольку роторный двигатель имеет три цикла сгорания для каждого вращения, подача питания является более плавной и более постоянной, а также более реактивной для дроссельных входов.
Так почему же их все не используют?
Общей жалобой на роторные двигатели является их низкий крутящий момент, но это не очень точно. Из-за того, как работают вращающиеся двигатели, они, как правило, возвращают ужасную экономию топлива и, как следствие, выбросы выхлопных газов. Длинная плоская камера сгорания, создаваемая ротором, приводит к неэффективному ожогу, который отнимает топливо.
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.
Постоянные и последовательные неудачи в ранних недоразвитых роторных двигателях создали стигму, которую трудно встряхнуть. Надежность также вызывает серьезную озабоченность, поскольку неисправности уплотнений ротора вызывают многие из ошибок. Без надлежащих уплотнений камеры сгорания просачиваются друг в друга и придают двигателю все, кроме бесполезности.
Когда уплотнения уйдут, пришло время для полного восстановления двигателя. Справедливости ради, то же самое относится и к поршневым кольцам в традиционном двигателе, но постоянные и последовательные сбои в ранних недоразвитых роторных двигателях создали стигму, которую трудно трясти.
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.
Каково будущее двигателя ротора?
Благодаря истории двигателей внутреннего сгорания было много эволюции, но несколько оборотов. Обсуждение радикально разных конструкций всегда приводит к единственному имени - Ванкелю. Ротатор Ванкеля является примером конструкции, которая имеет смысл на бумаге. Тем не менее, практические проблемы заставляют его ухудшаться в реальном мире.
Двигатель Феликса Ванкеля был задуман во время сна. В нем 17-летний Феликс вел машину на концерт. Когда он приехал, он похвастался своим друзьям, что его машина использовала новый тип двигателя - половину турбины, наполовину возвратно-поступательный. «Это мое изобретение!» - сказал он своим друзьям. После пробуждения Ванкель стал посвящать строительству своего двигателя. Хотя он и не получил формальной степени, Ванкель был талантливым инженером.
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.
Он также принимал участие в создании нацистской партии. Его противоречивые взгляды на руководство партии привели к его аресту. В конце войны Ванкель провел несколько месяцев во французской тюрьме за участие в войне. Весь двигатель нужно было снести, чтобы заменить свечи зажигания. Неизвестный Ванкелю, Ханнс Дитер Пашке был вызван, чтобы построить упрощенную версию. В этой гораздо более простой конструкции использовался стационарный корпус. Этот двигатель является основой современного роторного двигателя «Ванкель».
Двигатели с поршневым двигателем, главным образом циклом Отто и Дизель, являются нынешними королями гор внутреннего сгорания. Поршневые двигатели превращают возвратно-поступательную энергию в вращательную энергию. Ванкель летит перед лицом всего этого. У упрощенного двигателя Ванкеля есть только две движущиеся части: ротор и эксцентриковый вал.
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:
Ротор представляет собой треугольную форму, но стороны опущены. Многие роторы также используют куполообразные поверхности для увеличения объема камеры сгорания. Ротор вращается внутри грубо овального корпуса в форме эпитрохоида. Ротор не просто вращается, он вращается на эксцентричном валу, который аналогичен коленчатому валу двигателя с поршневым двигателем. Фиксированная шестерня, установленная на корпусе двигателя, с зубчатым колесом на роторе. Зубчатая передача обеспечивает вращение ротора ⅓ поворот на каждые 1 оборот эксцентрикового вала.
- 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.
Точки ротора создают три камеры внутри корпуса. Эти камеры движутся с вращением ротора. Топливо и воздух втягиваются через впускное отверстие, прижатые к узкой стороне корпуса, поджигаемые свечами зажигания. Расширяющиеся газы толкают ротор через ход мощности до тех пор, пока вершина не пройдет выхлопное отверстие, которое позволит отработавшим газам выйти.
Анимация показывает процесс для одного лица. Гениальность двигателя Ванкеля заключается в том, что процесс происходит для всех трех сторон параллельно. По сути, двигатель конвейерный процесс сгорания. Было бы справедливо сказать, что двигатель с одним ротором Ванкеля аналогичен трехцилиндровому поршневому двигателю.
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.
Коммерческие исследования и разработки
Были многочисленные лицензиаты для двигателя Ванкеля. Почти каждый крупный производитель провел время, исследуя концепцию. Несколько компаний поставили Ванкель в производство. Так почему же мы все не ездим на машинах с двигателем Ванкеля? Проблема кроется в ловушках дизайна.
Экономия топлива: Камера сгорания Ванкеля длинная, тонкая и перемещается вместе с ротором. Двигатели пытаются бороться с этим, используя двойные свечи зажигания. Даже с двумя заглушками, сжигание часто является неполным, что приводит к тому, что сырое топливо выгружается из выхлопного порта.
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.
Выбросы: несгоревшее топливо вместе с сожженным маслом также приводит к ужасным выбросам от двигателей Ванкеля. Уплотнение: Роторы используют уплотнения на гранях, уплотнения вокруг центрального порта и, самое главное, уплотнения на вершине. Уплотнение вершины проходит по стенке корпуса, уплотняя каждую из трех камер, образованных ротором. Уплотнения с вершиной находятся под экстремальными температурными и напорными напряжениями, когда они перемещаются вокруг корпуса двигателя. Неудачные уплотнения верха являются основной причиной вращения роторных двигателей для капитального ремонта.
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.
Подобно поршневым кольцам, эти уплотнения необходимо смазывать. Однако из-за конструкции роторного двигателя невозможно поддерживать смазку маслом уплотнений из камеры сгорания. Это масло в конечном итоге сжигается, вызывая повышенный углерод и выбросы в течение всего срока службы двигателей. Интервал капитального ремонта: Роторные двигатели в целом не выдерживают до тех пор, пока двигатели с поршневым двигателем. Как объяснено красноречивым обзором автомобилей, основная проблема связана с печатями.
Однако все это должно быть принято с солью. В то время как некоторые люди относятся к ним осторожно, многие люди сильно забирают эти машины. Детали послепродажного обслуживания, такие как турбокомпрессоры, также негативно скажутся на надежности двигателя.
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.
Ротарианская история Ванкеля не совсем мрачна. Есть некоторые преимущества для роторных двигателей. Как упоминалось выше, роторные двигатели создают больше мощности, чем эквивалентные двигатели с поршневым двигателем. Они также более надежны в краткосрочной перспективе. С меньшим количеством движущихся частей просто сломается. Ротационные двигатели также имеют тенденцию терпеть неудачу изящно. С провальными уплотнениями лопастей вращающиеся двигатели теряют мощность, но все равно доставят вас домой.
Двигатели с поршневыми двигателями имеют тенденцию катастрофически падать, продувать отверстия в блоках двигателей, распылять масло и детали повсюду. Ротационные двигатели хорошо работают на ипподроме, то есть когда они разрешены. Многие гоночные классы запретили роторные двигатели.
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.
Недостатки
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 |
| 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
- 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.
Роторный двигатель: принцип работы
Как работает роторный двигатель. Роторный двигатель изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля.
Роторный двигатель, как и традиционный поршневой, является двигателем внутреннего сгорания, но работает он совершенно иначе. В поршневом двигателе, в одном и том же объеме пространства (в цилиндре) попеременно происходят четыре различные работы - впуск, сжатие, сгорание и выпуск (такты).
Роторный двигатель делает эти четыре такта в одном и том же объеме(камере), но каждый из этих тактов происходит в своей отдельной части этой камеры. Как будто для каждого цикла используется отдельный цилиндр, а поршень перемещается от одного цилиндра к другому.
Принцип работы роторного двигателя.
Как и поршневой, роторный двигатель использует давление которое создается при сжигании смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и двигает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.
В роторном двигателе, давление сгорания содержится в камере, образованной частью объема камеры закрытой стороной треугольного ротора, который используется в данном случае вместо поршней.
роторный двигатель
Ротор и корпус роторного двигателя от Mazda RX-7: Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны, шатуны и распредвалы в поршневых двигателях.
Ротор соединен со стенками камеры каждой из трех своих вершин, создавая три отдельных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Цепная реакция всасывает воздух и топливо в рабочую камеру, сжимает смесь, она расширяясь делает полезную работу, затем выхлопные газы выталкиваются, новая порция воздуха и топлива всасывается, и так далее.
Мы заглянем внутрь роторного двигателя, чтобы познакомится с его устройством, но сначала давайте взглянем на новые модели автомобилей с роторным двигателем.
Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей, использующих роторные двигатели. Спорткар RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был, пожалуй, наиболее успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал целый ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторной силовой установкой, начиная с Cosmo Sport выпуска 1967 года.
Однако RX-7 не продается с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла. Mazda RX-8, последний спорткар от Mazda, имеет у себя под капотом новейший роторный двигатель под названием RENESIS. Названный лучшим двигателем 2003 года, этот атмосферный двух-роторный двигатель производит около 250 лошадиных сил.
Строение роторного двигателя.
Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, весьма похожие на те, что установлены на поршневых двигателях. Однако, если вы никогда не видели внутренности роторного двигателя, то будьте готовы удивиться, потому что вы не увидите ничего знакомого.
Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых действует как поршень.
Каждая сторона ротора имеет углубление в ней, что повышает скорость вращения ротора в целом, предоставляя больше пространства для топливо-воздушной смеси.
На вершине каждой грани находится по металлической пластине, которые и формируют камеры, в которых происходят такты двигателя. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер. В середине ротора находится круг, в котором имеется множество зубьев. Они соединены с приводом, который крепится к выходному валу. Это соединение определяет путь и направление, по которому ротор движется внутри камеры.
Камера двигателя приблизительно овальной формы (но если быть точным - это Эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, которая является плоской кривой, образуемой фиксированной точкой окружности, катящейся по другой окружности). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три закрытых объемах газа.
В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:
Впуск
Сжатие
Сгорание
Выпуск
Отверстия для впуска и выпуска находятся в стенках камеры, и на них отсутствуют клапаны. Выхлопное отверстие соединено непосредственно с выхлопной трубой, а впускное напрямую подключено к газу.
Выходной вал
Выходной вал имеет полукруглые выступы-кулачки, размещенные несимметрично относительно центра, что означает, что они смещены от осевой линии вала. Каждый ротор надевается на один из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает свой кулачок.
Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.
Теперь давайте посмотрим, как эти части взаимодействуют.
Строение роторного двигателя
Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторный двигателя состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе благодаря длинным болтам, расположенным по кругу. Охлаждающая жидкость протекает через все части конструкции.
Два крайних слоя закрыты и содержат подшипники для выходного вала. Они также запечатаны в основных разделах камеры, где содержатся роторы. Внутренняя поверхность этих частей очень гладкая и помогает роторам в работе. Отдел подачи топлива расположен на конце каждой из этих частей.
Следующий слой содержит в себе непосредственно сам ротор и выхлопную часть.
Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной для каждого ротора. Он также разделяет эти два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.
В центре каждого ротора крепится две большие шестерни, которые вращаются вокруг более маленьких шестерней и крепятся к корпусу двигателя. Это и является орбитой для вращения ротора.
Мощность роторного двигателя
Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, как и в обычном поршневом. Но в роторном это происходит совсем по-другому.
Сердце роторного двигателя - это ротор. Он чем-то эквивалентен поршню в поршневом двигателе. Ротор установлен на большой округлом лепестке на выходном вале. Этот лепесток смещается от осевой линии вала и действует как заводная ручка на лебедку, давая ротору пространство для поворота выходного вала. Пока ротор вращается внутри корпуса, он толкает лепесток внутри жестких кругов, вращаясь 3 раза за каждый оборот ротора.
В то время как ротор вращается в корпусе, три отсека внутри изменяют свой размер. Изменение размера этих камер создает давление. Давайте пройдем по всем 4 отсекам двигателя.
Первая фаза начинается тогда, когда вершина ротора находится на уровне отсека подачи. В момент когда камера подачи открыта для основного отсека, объем этой камеры близок к минимуму. Как только ротор проходит мимо камеры подачи, объем камеры расширяется и вливает воздух/топливо в основной отсек. Как только ротор проходит камеру подачи, отсек становится полностью изолированным и начинается компрессия.
Компрессия
В то время как ротор продолжает свое движение по основному отсеку, пространство в отсеке становится меньше, смесь из воздуха/топлива сжимается. Как только ротор проходит отсек со свечами зажигания, объем камеры снова сводится к минимуму. В это время происходит возгорание смеси.
Возгорание
Большинство роторных двигателей имеет две свечи зажигания. Камера возгорания достаточно длинная, поэтому одной свечи будет недостаточно. Как только свечи воспламеняет топливно-воздушную смесь, давление в отсеке сильно увеличится, приводя ротор в движение. Давление в камере возгорания продолжает расти, заставляя ротор двигаться, а отсек расти в объеме. Газы от возгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, до того момента, пока ротор не пройдет выхлопной отсек.
После того, как ротор проходит выхлопной отсек, высокое давление газа сгорания свободно выходит в выхлопную трубу. Так как ротор продолжает движение, камера начинает сжиматься, выдавливая оставшиеся выхлопные газы в свободный отсек. К тому времени объем камеры опять падает к минимуму и цикл начинается сначала.
Разница и Проблемы
У роторного двигателя достаточно много различий с обычным поршневым двигателем.
Меньше движущихся частей
Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-ех цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-ех цилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, стержень, клапаны, рокеры, клапанные пружины, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимизация движущихся частей позволяет получить роторным двигателям более высокую надежность. Именно поэтому некоторые производители самолетов (к примеру Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.
Мягкость
Все части в роторном двигателе непрерывно вращаются в одном направлении, в отличие от постоянно изменяющих направление поршней в обычном двигателе. Роторный движок использует сбалансированные крутящиеся противовесы, служащие для подавления любых вибраций. Подача мощности в роторном двигателе также более мягкая. Каждый цикл сгорания происходит за одни оборот ротора в 90 градусов, выходной вал прокручивается три раза на каждое прокручивание ротора, каждый цикл сгорания проходит за 270 градусов за которые проворачивается выходной вал. Это значит, что одно роторный двигатель вырабатывает мощность в три четверти. Если сравнивать с одно-цилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота, или только четверти оборота коленчатого вала.
Неспешность
В связи с тем, что роторы вращаются на одну треть вращения выходного вала, основные части двигателя вращаются медленней, чем части в обычном поршневом двигателе. Это также помогает и в надежности.
Проблемы
Самые главные проблемы при производстве роторных двигателей:
Достаточно сложно (но не невозможно) подстроиться под регламент выброса CO2 в окружающую среду, особенно в США.
Производство может стоить намного дороже, в большинстве случаев из-за небольшого серийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.
Они потребляют больше топлива, так как термодинамическое КПД поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также благодаря низкой степени сжатия.
5 лет