Роторный двигатель как работает

Роторный двигатель: принцип работы, схема роторного двигателя

роторный двигатель как работает

Потребность в двигателе малых габаритов и большой мощности заставляет изобретателей и конструкторов продолжать поиски новых решений. Несколько лет назад в ФРГ появился роторный двигатель Ванкеля.

Приводимые в печати его показатели гораздо выше, чем у поршневых двигателей.

Но, в то же время, двигатель Ванкеля и по сей день не смог вытеснить обычные бензиновые моторы, в первую очередь, потому, что до сих пор не найдены надежные конструкции скользящих ребер ротора и системы охлаждения ротора, а также планетарной передачи на выходной вал двигателя.

В 1960 г. автор этой статьи совместно с инженером А. А. Светикас сконструировал маленький вертолет ранцевого типа, для которого необходимо было создать двигатель малого веса, но большой мощности. За основу была взята упомянутая система Ванкеля, но цилиндр сложной формы (по кривой, называемой эпициклоидой) был заменен двумя спаренными простыми цилиндрами, а планетарная передача была заменена эксцентриком на валу двигателя; уплотнение было принято пластинчатое.

Первая модель двигателя нашей конструкции представляла собой роторный (беспоршневой) двигатель, имеющий очень небольшие габариты и высокую удельную мощность. Приведем сравнение объема цилиндра и веса, приходящихся на 1 л. с. мощности, нашего двигателя и обычного поршневого четырехтактного двигателя:

Поршневой Роторный
Объем цилиндра, см³ 40 4
Вес, кг 2,8 0,38

Такие высокие показатели роторного двигателя достигаются главным образом благодаря отсутствию кривошипно-шатунного механизма и большому числу оборотов двигателя; используются высокие степени сжатия, а это важный фактор обеспечения экономичности двигателя.

Кроме того, полное отсутствие клапанного устройства делает роторный двигатель значительно менее сложным и более дешевым в производстве, чем поршневой.

В роторном двигателе нет движущихся возвратно-поступательно инерционных масс, что также представляет большое преимущество перед обычными поршневыми двигателями.

Роторный двигатель при габаритах 150х150х230 мм развил мощность 30 л. с. при 1300 об/мин, степени сжатия ξ = 6 и удельном расходе топлива 240 г/л., с.-час. Двигатель имеет только десять основных деталей (без карбюратора и свечи зажигания). Роторный двигатель работает по четырехтактному циклу; за один оборот ротора и вала производится три рабочих хода.

Рис. 1. Принцип работы (I—IV) и кинематическая схема роторного двигателя

Обозначения позиций на схеме — см. рис. 2.

В положении I (рис. 1) объем всасывания минимален и заключен между уплотняющими ребрами А и С. Между ребрами А и В происходит сжатие, а между В и С — рабочий ход, т. е. горение рабочей смеси.

В положении II уплотнительное ребро С откроет выхлопное отверстие, и начнется фаза выхлопа; объем всасывания, заключенный между ребрами А и С, увеличился по сравнению с положением I; сжатие происходит между ребрами А и В, а между ребрами В и С завершается рабочий ход.

В положении III выхлопное и впускное отверстия разделены между собой ребром С; происходят одновременно выхлоп и всасывание. Объем между ребрами А и В минимален — производится зажигание смеси.

В положении IV объем между ребрами А и В увеличивается, причем расстояние от центра вала до ребра В больше, чем до ребра А, и ротор поворачивается по часовой стрелке. Зазор между ротором и корпусом в точке D должен быть не более 0,2—0,5 мм, чтобы выхлопные газы не могли зажечь смесь, поступающую в двигатель из карбюратора. Кинематическая схема роторного двигателя приведена на рис. 1 (справа внизу на рисунке), а конструктивная схема — на рис. 2.

Рис. 2. Конструктивная схема роторного двигателя: поперечный разрез (показан вариант с водяным охлаждением) и продольный разрез (вариант с воздушным охлаждением)

1 — корпус двигателя; 2 — ротор; 3 — продольные уплотнения — лопасти ротора; 4 — боковые (торцевые) уплотнения; 5 — медно-графитовый подшипник скольжения; 6 — неподвижная центральная шестерня, связанная с ротором внутренним зацеплением 7; 8 — правый эксцентрик; 9 — левый эксцентрик с валом; 10 — балансиры; 11 — стакан прерывателя; 12 — правый фланец; 13 — крышка-фланец, в которой закреплен вал неподвижной шестерни; 14 — втулка; 15 — стяжная шпилька между эксцентриками; 16 — левый фланец; 17 — маховик-вентилятор; 18 — кожух маховика-вентилятора. А — место свечи; Б — выхлоп; В — место карбюратора; Г — окно всасывания;

Д — распределительный кулачок зажигания; Е — место магнето; Ж — подача масла от маслонасоса; И — место маслонасоса и бензонасоса; К — поток воздуха.

В корпусе 1 двигателя на медно-графитовых подшипниках 5 вращается трехгранный ротор 2 с тремя лопастями (продольными уплотнениями) 3 и боковым (торцевым) уплотнением 4.

Ротор 2 описывает круговую орбиту вокруг неподвижной шестерни 6, связанной с ротором внутренним зацеплением 7, и вращает эксцентрик 9, выполненный заодно с валом. Вращающийся ротор с эксцентриками сбалансирован балансирами 10 для устранения вибрации.

При батарейном зажигании для опережения зажигания должен быть установлен стакан 11, на котором крепится прерыватель.

Роторный двигатель можно применять на мотоциклах и автомашинах при воздушном охлаждении и на мотолодках при водяном охлаждении.

Н. Н. Мельник, «Катера и яхты», 1965 г.

О конструкции роторного двигателя для самостоятельного изготовления см. на следующей странице.

вернуться в раздел

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

добавить страницу в избранное

Источник: https://vodnyimir.ru/rotornyi-dvigatel-printcip-raboty-skhema.html

Что такое роторный двигатель: особенности, преимущества и недостатки моторов

роторный двигатель как работает

Идея роторного двигателя слишком заманчива: когда и конкурент весьма далек от идеала, кажется, что вот-вот преодолеем недостатки и получим не мотор, а само совершенство Mazda находилась в плену этих иллюзий аж до 2012 года, когда была снята с производства последняя модель с роторным двигателем — RX-8.

История создания роторного двигателя

Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.

На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.

После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.

Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.

Первый двигатель с вращающимся ротором начал работу в середине 1958 года. Он мало отличался от своего потомка наших дней — разве что свечи пришлось перенести на корпус.

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель

Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

Рпд в ссср

А вот Советский Союз лицензию не покупал вовсе. Разработки собственного роторного двигателя начались с того, что в Союз привезли и разобрали немецкий автомобиль Ro-80, производство которого NSU начала в 1967 году.

Через семь лет после этого на заводе ВАЗ появилось конструкторское бюро, разрабатывающее исключительно роторно-поршневые двигатели. Его трудами в 1976 году возник двигатель ВАЗ-311. Но первый блин получился комом, и его дорабатывали еще шесть лет.

Первый советский серийный автомобиль с роторным двигателем — это ВАЗ-21018, представленный в 1982 году. К сожалению, уже в опытной партии у всех машин вышли из строя моторы. Дорабатывали еще год, после чего появился ВАЗ-411 и ВАЗ 413, которые были взяты на вооружение силовыми ведомствами СССР. Там не особо переживали за расход топлива и малый ресурс мотора, зато нуждались в быстрых, мощных, но неприметных авто, способных угнаться за иномаркой.

ВАЗ с роторным двигателем (ГАИ)

Рпд на западе

На Западе роторный двигатель не произвел бума, а конец его разработкам в США и Европе положил топливный кризис 1973 года, когда цены на бензин резко взлетели, и покупатели машин стали прицениваться к моделям с экономным расходованием топлива.

Если учесть, что роторный двигатель съедал до 20 литров бензина на сотню км, продажи его во время кризиса упали до предела.

Единственной страной на Востоке, не утратившей веру, стала Япония. Но и там производители довольно быстро охладели к двигателю, который никак не желал совершенствоваться. И в конце концов там остался один стойкий оловянный солдатик — компания Mazda. В СССР топливный кризис не ощущался. Производство машин с РПД продолжалось и после распада Союза. ВАЗ прекратил заниматься РПД только в 2004 году. Mazda смирилась только в 2012.

Особенности роторного мотора

В основу конструкции положен ротор треугольной формы, каждая из граней которого имеет выпуклость (треугольник Рёло). Ротор вращается по планетарному типу вокруг центральной оси — статора. Вершины треугольника при этом описывают сложную кривую, именуемую эпитрохоидой. Форма этой кривой обуславливает форму капсулы, внутри которой вращается ротор.

У роторного мотора те же четыре такта рабочего цикла, что и у его конкурента — поршневого мотора.

Камеры образуются между гранями ротора и стенками капсулы, их форма — переменная серповидная, что является причиной некоторых существенных недостатков конструкции. Для изоляции камер друг от друга используются уплотнители — радиальные и торцевые пластины.

Если сравнивать роторный ДВС с поршневым, то первым бросается в глаза то, что за один оборот ротора рабочий ход происходит три раза, а выходной вал при этом вращается в три раза быстрее, чем сам ротор.

У РПД отсутствует система газораспределения, что весьма упрощает его конструкцию. А высокая удельная мощность при малом размере и весе агрегата являются следствием отсутствия коленвала, шатунов и других сопряжений между камерами.

Преимущества

  • Роторный двигатель хорош тем, что состоит из куда меньшего числа деталей, чем его конкурент — процентов на 35-40.
  • Два двигателя одинаковой мощности — роторный и поршневый — будут сильно отличаться габаритами. Поршневый в два раза больше.
  • Роторный мотор не испытывает большой нагрузки на высоких оборотах даже в том случае, если на низкой передаче разгонять машину до скорости более 100 км/ч.
  • Автомобиль, на котором стоит роторный двигатель, проще уравновесить, что дает повышенную устойчивость машины на дороге.
  • Даже самые легкие из транспортных средств не страдают от вибрации, потому что РПД вибрирует куда меньше, чем «поршневик». Это происходит в силу большей сбалансированности РПД.

Недостатки

  • Главным недостатком роторного двигателя автомобилисты назвали бы его малый ресурс, который является прямым следствием его конструкции. Уплотнители изнашиваются крайне быстро, так как их рабочий угол постоянно меняется.
  • Мотор испытывает перепады температур через каждый такт, что также способствует износу материала. Добавьте к этому давление, которое оказывается на трущиеся поверхности, что лечится только впрыскиванием масла непосредственно в коллектор.
  • Износ уплотнителей становится причиной утечки между камерами, перепады давления между которыми слишком велики. Из-за этого КПД двигателя падает, а вред экологии растет.
  • Серповидная форма камер не способствует полноте сгорания топлива, а скорость вращения ротора и малая длина рабочего хода — причина выталкивания еще слишком горячих, не до конца сгоревших газов на выхлоп. Помимо продуктов сгорания бензина там еще присутствует масло, что в совокупности делает выхлоп весьма токсическим. Поршневый — приносит меньше вреда экологии.
  • Непомерные аппетиты двигателя на бензин уже упоминались, а масло он «жрет» до 1 литр на 1000 км. Причем стоит раз забыть про масло и можно попасть на крупный ремонт, если не замену двигателя.
  • Высокая стоимость — из-за того, что для изготовления мотора нужно высокоточное оборудование и очень качественные материалы.

Как видите, недостатков у роторного двигателя полно, но и поршневый мотор несовершенен, поэтому состязание между ними не прекращалось так долго. Закончилось ли оно навсегда? Время покажет.

Рассказываем как устроен и работает роторный двигатель

Возврат к списку статей

Источник: https://dolauto.ru/informations/articles/chto-takoe-rotornyy-dvigatel/

Устройство роторного двигателя

роторный двигатель как работает

После создания двигателя внутреннего сгорания началась эра автомобилей. Самое большое распространение при этом получил мотор поршневого типа. Но при этом с момента создания ДВС перед конструкторами стала задача извлечения максимального КПД при минимальных затратах топлива. Решалась эта задача несколькими путями – от технического улучшения уже имеющихся двигателей, до создания абсолютно новых, с другой конструкцией. Одним из таковых стал роторный двигатель.

Роторный двигатель

Появился он значительно позже поршневого, в 30-х годах. Полноценно работоспособная же модель такого двигателя появилась и вовсе в 50-х годах.

После появления роторный двигатель вызвал заинтересованность у многих автопроизводителей, и все они кинулись разрабатывать свои модели роторных силовых установок, однако вскоре от них отказались в пользу обычных поршневых.

Из приверженцев роторного мотора осталась только японская фирма Mazda, которая сделала такого типа мотор своей визитной карточкой.

Особенностью такого мотора является его конструкция, которая вообще не предусматривает наличие поршней. В целом это сильно сказалось на конструктивной простоте.

В поршневых моторах энергия сгораемого топлива воспринимается поршнем, который за счет своего возвратно-поступательного движения передает ее на кривошипы коленвала, обеспечивая ему вращение.

У роторных же двигателей энергия сразу преобразовывается во вращение вала, минуя возвратно-поступательное движение. Это сказывается на уменьшении потерь мощности на трение, меньшую металлоемкость и простоту конструкции. За счет этого КПД двигателя значительно возрастает.

Конструкция

Чтобы понять принцип работы, следует разобраться, какова конструкция роторного двигателя. Итак, вместо поршней энергия сгорания топлива у такого силового агрегата воспринимается ротором. Ротор имеет вид равностороннего треугольника. Каждая сторона этого треугольника и играет роль поршня.

Ротор

Чтобы обеспечить процесс горения, ротор помещается в закрытое пространство, состоящее из трех элементов – двух боковых корпусов, и одного центрального, называющегося статором. Пространство, в котором производится процесс горения, сделано в статоре, боковые корпуса обеспечивают только герметичность этого пространства.

Внутри статора сделан цилиндр, в котором и размещается ротор. Чтобы внутри этого цилиндра происходили все необходимые процессы, выполнен он в виде овала, с немного прижатыми боками.

Сам статор с одной стороны имеет окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха, и выпуска отработанных газов. Противоположно им сделано отверстие под свечи зажигания.

Устройство двигателя

Особенностью движения ротора в цилиндре статора является то, что его вершины постоянно контактируют с поверхностью цилиндра, его движение сделано по эксцентриковому типу. Он не только вращается вокруг своей оси, но еще и смещается относительно нее.

Для этого в роторе сделано большое отверстие, с одной стороны этого отверстия имеется зубчатый сектор. С другой стороны в ротор вставлен вал с эксцентриком.

Чтобы обеспечить вращение в боковой корпус установлена неподвижная шестерня, входящая в зацепление с зубчатым сектором ротора, она является опорной точкой для него. При своем эксцентриковом движении он опирается на неподвижную шестерню, а зацепление обеспечивает ему вращательное движение. Вращаясь, он обеспечивает и вращение вала с эксцентриком, на который он одет.

Принцип работы

Теперь о самом принципе работы. Выполнение определенной работы поршня внутри цилиндров называется тактами. Классический поршневой двигатель имеет четыре такта:

  • впуск — в цилиндр подается горючая смесь;
  • сжатие — увеличение давления в цилиндре за счет уменьшения объема;
  • рабочий ход — энергия, выделенная при сгорании смеси, преобразовывается во вращение вала;
  • выпуск — из цилиндра выводятся отработанные газы;
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Гарцовка что это такое

Данные такты имеют все двигатели внутреннего сгорания, и сопровождаются они определенным движением поршня.

Однако они выполняются по-разному. Существуют двухтактные поршневые двигатели, в которых такты совмещены, но такие моторы чаще применяются на мотоциклах и другой бензиновой технике, хотя раньше создавались и дизельные двухтактные моторы. В них одно движение поршня включает два такта. При движении поршня вверх – впуск и сжатие, а при движении вниз – рабочий ход и выпуск. Все это обеспечивается наличием впускных и выпускных окон.

Классические автомобильные поршневые двигатели обычно являются 4-тактными, где каждый такт отделен. Но для этого в двигатель включен механизм газораспределения, который значительно усложняет конструкцию.

Что касается роторного двигателя, то отсутствие поршня как такового позволило несколько совместить конструктивные особенности 2-тактных и 4-тактных моторов.

Принцип работы

Поскольку цилиндр роторного двигателя имеет впускные и выпускные окна, то надобность в газораспределительном механизме отпала, при этом сам процесс работы сохранил все четыре такта по отдельности.

Теперь рассмотрим, как все это происходит внутри статора. Углы ротора постоянно контактируют с цилиндром статора, обеспечивая герметичное пространство между сторонами ротора.

Овальная форма цилиндра статора обеспечивает изменение пространства между стенкой цилиндра и двумя близлежащими вершинами ротора.

Далее рассмотрим действие внутри цилиндра только с одной стороны ротора. Итак, при вращении ротора, одна из его вершин, проходя сужение овала цилиндра, открывает впускное окно и в полость между стороной треугольника ротора и стенкой цилиндра начинает поступать горючая смесь или воздух. При этом движение продолжается, эта вершина достигает и проходит высокую часть овала и дальше идет на сужение. Возможность постоянного контакта вершины ротора обеспечивается его эксцентриковым движением.

Впуск воздуха производится до тех пор, пока вторая вершина ротора не перекроет впускное окно. В это время первая вершина уже прошла высоту овала цилиндра и пошла на его сужение, при этом пространство между цилиндром и стороной ротора начинает значительно сокращаться в объеме – происходит такт сжатия.

https://www.youtube.com/watch?v=FbCt4YJy5Qc

В момент, когда сторона ротора проходит максимальное сужение, в пространство между стороной ротора и стенкой цилиндра подается искра, которая воспламеняет горючую смесь, сжатую между зауженной стенкой цилиндра и стороной ротора.

Особенностью роторного двигателя является то, что воспламенение производится не перед прохождением стороны так называемой «мертвой точки», как это делается в поршневом двигателе, а после ее прохождения. Делается это для того, чтобы энергия, выделенная при сгорании, воздействовала на ту часть стороны ротора, которая уже прошла ВМТ (верхняя мёртвая точка). Этим обеспечивается вращение ротора в нужную сторону.

После прохождения свечи, первая вершина ротора начинает открывать выпускное окно, и постепенно, пока вторая вершина не перекроет выпускное окно – производится отвод газов.

Такты двигателя

Следует отметить, что был описан весь процесс, сделанный только одной стороной ротора, все стороны проделывают процесс один за другим. То есть, за одно вращение ротора производится одновременно три цикла – пока в полость между одной стороной ротора и цилиндра запускается воздух или горючая смесь, в это время вторая сторона ротора проходит ВМТ, а третья – выпускает отработанные газы.

Теперь о вращении вала, на эксцентрик которого надет ротор. За счет этого эксцентрика полный оборот вала производится меньше чем за один оборот ротора. То есть, за один полный цикл вал сделает три оборота, при этом отдавая полезное действие дальше. В поршневом двигателе один цикл происходит за два оборота коленчатого вала и только один полуоборот при этом является полезным. Этим обеспечивается высокий выход КПД.

Если сравнить роторный двигатель с поршневым, то выход мощности с одной секции, которая состоит из одного ротора и статора, равна мощности 3-цилиндрового двигателя.

А если учитывать, что Mazda устанавливала на свои авто двухсекционные роторные моторы, то по мощности они не уступают 6-цилиндровым поршневым моторам.

Достоинства и недостатки

Теперь о достоинствах роторных моторов, а их вполне много. Выходит, что одна секция по мощности равна 3-цилиндровому мотору, при этом она в габаритных размерах значительно меньше. Это сказывается на компактности самых моторов. Об этом можно судить по модели Mazda RX-8. Этот автомобиль, обладая хорошим показателем мощности, имеет средне моторную компоновку, чем удалось добиться точной развесовки авто по осям, влияющую на устойчивость и управляемость авто.

Помимо компактных размеров в этом двигателе отсутствует газораспределительный механизм (ГРМ), ведь все фазы газораспределения выполняются самим ротором. Это значительно уменьшило металлоемкость конструкции, и как следствие – массу двигателя.

Из-за ненадобности поршней и ГРМ снижено количество подвижных частей в двигателе, что сказывается на надежности конструкции.

Сам двигатель из-за отсутствия разнонаправленных движений, которые есть в поршневом моторе, при работе меньше вибрирует.

Но и недостатков у такого двигателя тоже хватает. Начнем с того, что система смазки у него идентична с системой 2-тактного двигателя. То есть, смазка поверхности цилиндра производится вместе с топливом. Но только организация подачи масла несколько иная. Если в 2-тактном двигателе масло для смазки добавляется прямо в топливо, то в роторном оно подается через форсунки, а потом оно уже смешивается с топливом.

Использование такого типа смазки привело к тому, что для двигателя подходит только минеральное масло или специализированное полусинтетическое. При этом в процессе работы масло сгорает, что негативно сказывается на составе выхлопных газов. По экологичности роторный двигатель сильно уступает 4-тактному поршневому двигателю.

При всей простоте конструкции роторный мотор обладает сравнительно небольшим ресурсом. У той же Mazda пробег до капитального ремонта составляет всего 100 тыс. км. В первую очередь «страдают» апексы – аналоги компрессионных колец в поршневом двигателе. Апексы размещаются на вершинах ротора и обеспечивают плотное прилегание вершины к стенке цилиндра.

Недостатком является также невозможность проведения восстановительных работ. Если у ротора изношены посадочные места апексов – ротор полностью заменяется, поскольку восстановить эти места невозможно.

То же касается и цилиндра статора. При его повреждении расточка практически невозможна из-за сложности выполнения такой работы.

Из-за большой скорости вращения эксцентрикового вала, его вкладыши изнашиваются значительно быстрее.

В общем, при значительно простой конструкции, из-за сложности процессов его работы роторный двигатель оказывается по надежности значительно хуже поршневого.

Но в целом, роторный двигатель не является тупиковой ветвью развития двигателей внутреннего сгорания. Та же Mazda постоянно совершенствует данный тип мотора. К примеру, мотор, устанавливаемый на RX-8 по токсичности уже мало отличается от поршневого, что является большим достижением.

Теперь они стараются еще и увеличить ресурс. Однако это скорее всего будет достигнуто за счет использования особых материалов изготовления элементов двигателя, а также из-за высокой степени обработки поверхностей, что еще больше осложнит и увеличит стоимость ремонта.

Источник: http://autoleek.ru/dvigatel/dvs/ustrojstvo-rotornogo-dvs.html

Устройство, применение и особенности роторного двигателя

Когда автомобили с поршневыми двигателями внутреннего сгорания уже широко распространились по всему миру, некоторые инженеры попытались разработать роторные двигатели, такие же эффективные и мощные. Существенных успехов добились специалисты из Германии, что неудивительно, ведь именно в этой стране изобрели автомобиль.

Немного истории

В 1957 году свет увидел первый роторно-поршневой двигатель. Впоследствии он был назван именем одного из разработчиков — Феликса Ванкеля. Второй человек, Вальтер Фройде, участвующий в процессе изобретения, незаслуженно попал в тень соавтора. Оба инженера были представителями немецкой компании NSU, производившей авто и мототехнику.

Годом позднее выпустили первый автомобиль с РПД. К сожалению, даже главных конструкторов модель новой машины не удовлетворила. Дви́гатель доработали, и в конце 60-х годов на свет появился седан, получивший звание «Авто года». Это был Ro-80 той же компании NSU.

До 100 км он разгонялся всего за 12,8 с, развивал скорость до 180 км/ч, а весил немногим больше тонны. По тем временам это были грандиозные показатели. Лицензию на производство роторных моторов стали сразу же приобретать одна автомобильная компания за другой.

Неизвестно, как сложилась бы судьба изобретения Ванкеля, если бы в 1973 году не начался энергетический кризис, и цены на нефть резко повысились. Роторный двигатель внутреннего сгорания съедал слишком много топлива, поэтому от его применения начали отказываться.

В конце 90-х авто с моторами Ванкеля выпускали только Россия и Япония. Российские автомобили ВАЗ, оснащенные РПД, малоизвестны, а вот японским моделям удалось добиться мировой популярности.

В настоящее время автомобили с роторными двигателями производит лишь компания Mazda. Японским специалистам удалось усовершенствовать автомобильный мотор до такой степени, что он стал потреблять в 2 раза меньше масла и на 40% меньше топлива. Токсичность выхлопов также сократилась, и двигатель теперь соответствует европейским экологическим стандартам. Новым витком в развитии РПД стало применение водорода в качестве топлива.

Основы устройства роторного двигателя

Чтобы понять, как работает роторный двигатель, надо разобраться с его устройством. Две важные детали РПД — ротор и статор. Ротор, установленный на валу, вращается вокруг неподвижной шестерни — статора. Соединение с шестерней происходит посредством зубчатого колеса. Делают ротор из легированной стали и помещают в цилиндрический корпус.

Ротор двигателя в поперечном срезе имеет треугольную форму, его грани выпуклые, а три вершины постоянно контактируют с внутренней поверхностью корпуса. Таким образом, пространство цилиндра разделяется на три камеры. В результате вращения объем камер меняется. В определенный момент, из-за особенностей формы профиля корпуса, камер становится четыре.

  • На первом этапе в одну из камер через отверстие (впускное окно) запускается топливо.
  • Далее объем камеры с топливом уменьшается, впускное окно полностью закрывается и начинается сжатие топлива.
  • На следующем этапе образуется четыре камеры, срабатывают свечи (их две), происходит возгорание топлива, и совершается полезная работа мотора.
  • При дальнейшем вращении ротора открывается выпускное окно, в которое выходят продукты горения (выхлопные газы).

Как только выпускное окно закрывается, открывается впускное отверстие и цикл повторяется.

Один рабочий цикл совершается за один полный оборот вала. Чтобы поршневой двигатель совершил такую же работу, он должен быть двухцилиндровым.

Для обеспечения герметичности на вершинах ротора устанавливают уплотнительные пластины. К цилиндру их придавливают пружины и центробежная сила, добавляется также давление газа.

Чтобы лучше понять, как устроен роторный двигатель, и что это такое вообще, необходимо изучить схему. На ней представлено поперечное сечение агрегата и процессы, происходящие при движении ротора. Схема роторного мотора показывает, какие этапы проходит ротор, играющий роль поршня.

Типы роторных двигателей

Древнейшие роторные двигатели — это водяные мельницы, в которых колесо вращается от действия воды и передает энергию валу. Устройство современно роторного двигателя, работающего на топливе, значительно сложнее. В нем камера может быть:

  • герметично закрыта;
  • постоянно контактировать с внешней средой.

Первый тип устройств применяют на средствах передвижения, а второй в газовых турбинах. Двигатели с закрытой камерой в свою очередь разделяются на несколько видов. Классификация роторных моторов следующая.

  1. Ротор вращается попеременно то в одну, то в другую сторону, его движение неравномерно.
  2. Вращение происходит в одну сторону, но скорость меняется, движение пульсирующее.
  3. Двигатели с уплотнительными заслонками, сделанными в виде лопастей.
  4. Равномерно вращающийся ротор с заслонками, которые движутся вместе с ротором и выполняют функцию уплотнителя.
  5. Двигатели с ротором, совершающим планетарное движение.

Существует также еще два вида типа роторных двигателей, в которых главный элемент равномерно вращается. Они отличаются организацией рабочей камеры и конструкцией уплотнителей. Двигатель Ванкеля относится к пятому пункту из представленного выше списка.

Преимущества РПД

Рассмотрев устройство роторного двигателя и принцип работы, можно понять, что он полностью отличается от поршневого. Роторный двигатель внутреннего сгорания более компактный, состоит из меньшего количества деталей, а его удельная мощность больше, чем у поршневого мотора.

РПД легче уравновесить, чтобы свести вибрации к минимуму. Это позволяет устанавливать его на легкий транспорт, например, микроавтомобили.

Количество деталей меньше, чем у поршневого двигателя почти в 2 раза. Размеры тоже значительно меньше, и такое преимущество упрощает развесовку по осям, позволяет добиться большей устойчивости на дороге.

Традиционный поршневой двигатель совершает полезную работу только за два оборота вала, а в роторном двигателе полезная работа совершается за один оборот ротора. Это является причиной быстрого разгона автомобилей с РПД.

Высокий расход топлива РПД

Устройство и принцип работы роторного двигателя на удивление просты, понятны и остроумны. Почему же он не получил распространения подобно поршневому ДВС? Не последнее место здесь занимает экономичность.

Роторный двигатель внутреннего сгорания потребляет слишком много топлива. При объеме всего 1,3 литра на каждые 100 км уходит почти 20 литров бензина. По этой причине запускать массовое производство автомобилей с РПД решились не многие компании.

В свете последних событий на Ближнем Востоке, когда за ресурсы ведется ожесточенная война, а цены на нефть и газ остаются по-прежнему довольно высокими, ограниченное применение РПД вполне понятно.

Другие важные недостатки

Следующим недостатком роторно-поршневого двигателя является быстрый износ уплотнителей, расположенных по ребрам ротора. Износ этот происходит по причине быстрого вращения, и как следствие, трения ребер о стенки камеры.

В дополнение к этому усложняется система смазки ребер. Компания Мазда сделала форсунки, которые впрыскивают масло в камеру сгорания. В связи с этим требования к качеству масла повысились. Постоянной обильной смазки также требует главный вал, вокруг которого происходит движение.

Техническое решение вопросов смазки требовало особого подхода, и справиться с задачей смогли только японские инженеры после долгих лет экспериментов.

Температура выхлопных газов у РПД выше, чем у поршневого двигателя. Это связано с относительно малой длиной рабочего хода грани ротора. Процесс горения едва успевает закончиться, как грань уже переместилась настолько, что открывается выпускное окно. В результате в выхлопную трубу выходят газы, которые полностью не передали давление ротору, и температура их высока. В атмосферу также попадает небольшая часть недогоревшей топливной смеси, что отрицательно сказывается на окружающей среде.

В роторном двигателе сложно обеспечить герметичность камеры сгорания. В процессе работы стенки статора неравномерно разогреваются и расширяются. В результате возможны утечки газа. Особенно нагревается та часть, в которой происходит сгорание. Чтобы справить с этой проблемой, различные части делают из разных сплавов. Это в свою очередь усложняет и удорожает процесс производства двигателей.

На стоимость производства роторно-поршневых двигателей Ванкеля не лучшим образом влияет сложная форма камеры. На самом деле у цилиндра не овальное сечение, как иногда говорят. Сечение имеет форму эпитрохоида и требует высокоточного исполнения.

Итак, становится понятно, что у роторного двигателя есть плюсы и минусы. Их можно свести в следующую таблицу.

Достоинства Недостатки
Хорошая сбалансированность Высокий расход топлива, особенно на малых оборотах
Минимальные вибрации Нарушение герметичности из-за перегрева
Быстрый разгон Требует частой замены масла (каждые 5 тысяч км)
Компактные размеры Быстрый износ уплотнителей
Высокая мощность Дороговизна производства некоторых деталей
Небольшое количество основных деталей Повышенный уровень выброса CO2

Из-за быстрого износа деталей ресурс роторного двигателя составляет около 65 тыс. км. Для сравнения ресурс традиционного двигателя внутреннего сгорания в 2, а то и в 3 раза больше. Обслуживание роторно-поршневых двигателей требует большей ответственности, поэтому они привлекают внимание преимущественно профессионалов. Частично инженерам удалось устранить недостатки автомобилей с РПД, но некоторые из них все же остались.

Роторно-поршневые двигатели Мазды

В то время как другие мировые производители отказались от производства роторных двигателей, корпорация Mazda продолжила работу над ними. Ее специалисты усовершенствовали конструкцию и получили мощный мотор, способный конкурировать с лучшими европейскими агрегатами.

Работать с роторно-поршневым двигателем японцы начали еще в 1963 году. Они выпустили несколько моделей автобусов, грузовиков и легковых авто.

С 1978 по 2003 год компания производила знаменитый спорткар RX-7. Его приемником стала модель RX-8, получившая более 30 наград на международных моторных выставках.

На RX-8 был установлен двигатель Renesis (Rotary Engine Genesis). В разной комплектации автомобиль продавался по всему миру. Самые мощные модели (250 л. с., 8,5 тыс. оборотов в минуту) продавали в Северной Америке и Японии. В 2007 годы в Токио на автосалоне представили концепт кар с мотором Renesis II мощность 300 л. с.

В 2009 году автомобили Мазда с роторным мотором были запрещены в Европе, поскольку выброс углекислого газа превышал существующие на тот момент нормы. В 2102 году массовое производство японских автомобилей с роторными двигателями было прекращено. На данный момент РПД от компании Mazda устанавливают только на спортивные гоночные автомобили.

Источник: http://avtodvigateli.com/vidy/drugie/rotornyj-dvigatel.html

Принцип работы роторно-поршневого двигателя Ванкеля, история создания и развития

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.

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.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое грузоподъемность автомобиля

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.

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.

Источник: https://znanieavto.ru/dvs/rotornyj-dvigatel-vnutrennego-sgoraniya.html

Роторный двигатель: принцип работы, устройство, недостатки и преимущества, видео

Концепция роторного двигателя весьма интересна. Такие крупнейшие концерны, как Mazda, Citroen, Mersedes-Benz и General Motors, выпускали автомобили с роторными двигателями, однако позднее от них отказались. В этой статье мы рассмотрим принцип работы роторного ДВС, а также преимущества и недостатки этой конструкции.

Что такое роторный двигатель

Роторно-поршневой двигатель (РПД) — это класс тепловых двигателей, объединённых типом движения рабочего элемента, или ротора. В частном случае такого устройства можно выделить роторные двигатели внутреннего сгорания (роторные ДВС).

Такой тип двигателя не нуждается в элементах, которые преобразуют поступательные движения во вращательные. Соответственно, при работе роторного ДВС значительно меньше потерь, нежели поршневого, весь отсутствует промежуточное звено, такое как коленчатый вал.

На первый взгляд, этот агрегат отлично решает поставленную перед ним задачу и имеет более высокий КПД. Однако такая конструкция не получила большого распространения, и даже автомобильному концерну Mazda, который долго выпускал автомобили с таким типом двигателя, в частности модель RX-8, пришлось в конце концов отказаться от роторных систем. Это обусловлено некоторыми недостатками в работе системы, о которых пойдёт речь далее в статье.

Немного истории возникновения агрегата

Авторами роторно-поршневого ДВС являются Феликс Ванкель и Вальтер Фройде, создавшие его в 50-е годы ХХ века.

В этом тандеме Ванкель провёл исследования уплотнений вращающихся клапанов, а базовую схему и инженерную концепцию сформулировал Фройде. Сейчас роторный ДВС часто называют двигателем Ванкеля.

Впервые данная модель «сердца автомобиля» была испытана на NSU Spider, мощность мотора которого составила 57 лошадиных сил. При этом он легко разгонялся до скорости 150 км/ч. NSU SpiderПервым массовым авто с роторной системой стал NSU Ro-80 — второй по счёту автомобиль во всей линейке компании. В отечественном автопроме данная модель двигателя использовалась на ВАЗ 21079, которая была служебной машиной, часто милицейской.

А самой массовой серией машин с роторным ДВС по праву считается Mazda RX (Rotor-eXperiment), которая производилась вплоть до середины 2012 года, хотя и сейчас ещё не до конца распроданы выпущенные автомобили. Читайте подробнее о том, как проверить двигатель перед покупкой авто.

Конструкция роторного двигателя

Подвижный элемент этой конструкции устанавливается на валу и соединяется с шестерёнкой, которая соединена со статором и образует так называемую «неподвижную шестерню». Диаметр статора по размерам значительно меньше диаметра ротора, вращающегося вокруг шестерни вместе с зубчатым колесом.

Ротор имеет трёхгранную форму и движется по поверхности цилиндра. В процессе движения он поочерёдно закрывает объёмы камер при помощи уплотнений, находящихся в вершинах ротора. Во время работы конструкции не требуется специального газораспределения.

1 и 2 — части впускной системы двигателя; 3 — задняя часть корпуса двигателя; 4 и 6 — цилиндры (корпус ротора); 5 — средняя часть корпуса двигателя; 7 — передняя часть корпуса двигателя; 8 — корпус дроссельной заслонки; 9 и 11 — стационарные (неподвижные) шестерни на фланцах; 10 — ротор с внутренним зубчатым венцом в сборе; 12 — эксцентриковый вал роторов; 13 — приёмный выпускной коллектор.

Благодаря действию давления газа и центробежных сил пластины, которые выполняют роль уплотнителя, прижимаются к внутренней поверхности устройства, и в результате происходит герметизация камеры.

Схема в итоге оказалась куда проще и компактнее, чем поршневые устройства, в том числе за счёт отсутствия картерного пространства, шатунов и коленвала. Чаще всего при изготовлении конструкции применяется соотношение радиуса шестерни к зубчатому колесу 2:3.Рекомендуем почитать о том, почему стучит двигатель на холостых оборотах.

Принцип работы

Роторный двигатель не производит возвратно-поступательные движения, как обычный поршневой ДВС. Принцип работы основан на вращении поршня. В работе нет точек замирания, как у поршневого устройства, то есть он работает более плавно, без импульсов.

РПД использует избыточное давление, которое возникает в процессе сгорания смеси топлива и воздуха. С помощью шатуна и коленчатого вала приводится в движение поршень. Давление возникает в камерах, которые формируются самой конструкцией цилиндра и корпусом ротора, играющего роль поршня. Траектория работы ротора похожа на линию спирографа. Когда происходит соприкосновение вершин движущего элемента и стенок самого ДВС, создаются непроницаемые камеры сгорания.

Вращающийся ротор позволяет осуществлять следующие процессы:

  • поступление воздушно-топливной смеси;
  • её сжатие;
  • воспламенение;
  • выпуск выхлопа.

Узнайте как устроены водородный, атмосферный и гибридный двигатели.

При поступлении воздуха в камеру одновременно впрыскивается топливо. При вращении ротора в этой камере смесь сжимается. Вращаясь, ротор перемещает камеру со смесью к свечам зажигания, после чего происходит воспламенение топлива и расширение.

На следующем повороте смесь выходит в выхлопную трубу, и процесс повторяется. Такой процесс работы ничем не отличается от работы четырёхтактного поршневого ДВС.

как работает роторный двигатель

Плюсы и минусы

К преимуществам роторного двигателя можно отнести:

  • отсутствие пульсирующих импульсных нагрузок;
  • КПД такого двигателя составляет 40 %, в отличие от 20 % поршневого ДВС;
  • его мощность значительно выше, к тому же работает он намного тише, что позволяет использовать топливо с низким октановым числом;
  • он сделан из гораздо меньшего количества металла, а значит, более лёгкий;
  • конструкция содержит меньшее число агрегатов и узлов.

Недостатки:

  1. Герметизация камеры сгорания и впуска-выпуска.
  2. Для разработки нужны точные расчёты, ведь в при трении металл в результате нагрева расширяется. Точные расчёты позволяют сохранить компрессию и КПД.
  3. В процессе работы такой двигатель имеет склонность к перегревам, чем и уступает поршневым ДВС.
  4. Из-за конструкции самого устройства зоны нагрева распределены неравномерно, поскольку в камере сгорания температура выше, чем в камере впуска-выпуска. Следовательно, и цилиндр нагревается неравномерно. Для устранения такого дефекта конструкции необходимо в процессе производства цилиндра использовать различные материалы.
  5. Износостойкость у данного типа значительно ниже, чем у поршневых ДВС, так как роторный работает на больших оборотах.
  6. Из-за больших оборотов значительно увеличивается расход топлива и масла.
  7. Поскольку в процессе работы роторного ДВС топливо не успевает полностью сгореть, выхлопные газы являются более токсичными, нежели у поршневого.
  8. При использовании роторного двигателя нужно регулярно производить замену масла и чётко следить за выполнением этой процедуры.

Роторный двигатель хоть и не получил такого же распространения, как поршневой ДВС, однако тоже нашёл свою нишу в автомобильной промышленности.Важно!В автомобилях с таким двигателем необходимо масло заменять каждые 5000 км.

Если своевременно не выполнять замену, то вероятность поломок значительно увеличивается, что влечёт за собой дорогостоящий ремонт.Например, его часто устанавливают в машины, которые участвуют в гонках. Несмотря на существенные недостатки, этот двигатель обладает и несомненными достоинствами, поэтому по-прежнему считается серьёзной альтернативой поршневым ДВС.

Источник: https://auto.today/bok/10533-princip-raboty-rotornogo-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya.html

Роторный двигатель: принцип работы, недостатки и преимущества

Здравствуйте уважаемые автолюбители и читатели блога Arafanat.ru. Сегодня расскажу Вам, об альтернативном типе двигателя внутреннего сгорания, а именно роторном или же двигателе Ванкеля.  Почему его называют роторным? Какие преимущества роторного двигателя внутреннего сгорания, перед обычным поршневым?  Из чего он сделан и принцип его работы, почему не получил популярность и многое другое расскажу в этой статье.

И так начнем,

Принцип работы роторного двигателя

В отличии, от обычного поршневого двигателя роторный не совершает возвратно поступательных движений, а просто крутится, следовательно  и затраты на остановку в верхних и нижних мертвых точках нет. Благодаря этому свойству двигатель Ванкеля высокооборотистый.

В плоском цилиндре находится ротор. Цилиндр сделан не круглый, а овальный, ротор имеет треугольную форму. В отличии, от поршневого у роторного двигателя нет коленвала,  шатунов, противовесов, головки блока (с клапанами), что делает его конструкцию проще.

На анимации изображен принцип работы роторного двигателя

Как видим принцип работы роторного ДВС прост. Но раз так просто  он работает, меньше деталей, то почему не прижился?

Почему не прижился роторный двигатель?

Недостатки роторного двигателя:

Так как пятно контакта ротора со стенками цилиндра небольшое, стала проблема герметизация камеры сгорания, впуска-выпуска. Так как при трении металл нагревается и расширяется, то без высокоточных расчетов не было бы никакого эффекта, компрессия бы падала, уменьшался бы КПД при прогревании двигателя. Роторный двигатель склонен к перегревам в отличии от поршневого ДВС.

Из рисунка видно что сам овал нагревается неравномерно: в камере сгорания температура выше, чем  во впуске – выпуске, следовательно, цилиндр расширяется в разных местах по разному и приходится использовать высокотехнологический  материал в разных местах цилиндра.

Чтобы поджечь топливо используют две свечи зажигания из за особенностей камеры сгорания, и в отличии от четырехтактного поршневого двигателя мощность выдается  3 /4 рабочего времени ДВС (как 6 цилиндровый), а КПД составляет около 40% против 20% у поршневого двигателя.

Это можно отнести к преимуществам роторного двигателя.

Из-за таких особенностей ресурс двигателя маленький 60 -80 тыс. км., что делает его непригодным для повседневной езды в городе, к этому же добавляется большой расход топлива на малых оборотов, опять же в сравнении с обычным ДВС. При объеме 1.3 литра двигатель Ванкеля может потреблять до 20 литров  топлива в городе и выдавать мощность 250 л.с. и этом быть малогабаритным.

Поэтому такой тип двигателя подходит для гонок, где нужна динамика.

В нашей стране был разработан такой двигатель и устанавливался на классику (ВАЗ 21079) для спецслужб, но не прижился. Одним из самых распространенных автомобилей с двигателем Ванкеля является Mazda RX 8, который совершенствует его.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как поставить проставки для увеличения клиренса

На этом все, до новых встреч.

Источник: http://arafanat.ru/ustrojstvo-avtomobilya/rotornyj-dvigatel-princip-raboty-nedostatki-i-preimushhestva.html

Роторный двигатель Ванкеля

Редкий год обходится в автомобильном мире без сенсаций.

То вдруг один компоновочный принцип получает статистическое превосходство над другим, то появляется диковинной формы кузов, то наносит удар конкурентам «сверхкомфортабельный» автомобиль, то, наоборот, теснит соперников на рынке «сверхдешевый» Но есть одна проблема, которая все время владеет умами конструкторов заводов и фирм — это наделавший много шума тринадцать лет назад роторный двигатель. Между тем он почти так же стар, как и его поршневой собрат. Еще в 1799 году, спустя лишь тридцать лет после появления паровой поршневой машины, англичанин Д. Мардок построил первый паровой роторный двигатель шестеренчатого типа.

В двадцатом веке немало изобретателей пыталось создать роторный двигатель внутреннего сгорания. Было зарегистрировано свыше 30 тысяч патентов на изобретения в этой области. Однако из-за несовершенства уплотнений между роторами и корпусом все попытки оказались безуспешными.

Создателем работоспособного двигателя такого типа стал Феликс Ванкель. Он в течение многих лет в исследовательском институте занимался изучением разного типа уплотнений, работающих в условиях высоких давлений и температур. Немецкому изобретателю удалось найти верное решение идеи роторного двигателя. Первые патенты Ванкель получил в 1929 году.

Через пять лет, совместно с фирмой БМВ, он построил экспериментальный мотор, оказавшийся, однако, далеким от совершенства. Свои исследования Ванкель продолжил после войны, когда стал сотрудничать с заводом НСУ. Много времени ушло на теоретические разработки, изучение и выбор наивыгоднейших параметров.

Первый работоспособный мотор был построен в феврале 1957 года. И лишь семь лет спустя завод начал мелкосерийное производство автомобилей «НСУ-Спайдер» с роторным двигателем («За рулем», 1965, № 12).

Позже был развернут серийный выпуск других моделей с «ванкелями»: НСУ-Ро80 («За рулем», 1968, № 4), «Мазда-110С космо спорт» («За рулем», 1970, № 2), «Мазда-Р100» и совсем недавно «Ситроен-М35» («За рулем», 1970, № 6).

Как работает роторный двигатель?

Его основная деталь, трехгранный ротор, вращается на игольчатом или скользящем подшипнике, установленном между ротором и эксцентриком, который составляет одно целое с валом мотора. К ротору прикреплена шестерня, а к боковой крышке картера двигателя — неподвижная шестерня, отношение зубьев которых равно 3:2.

Таким образом, при вращении вала ротор не только движется вместе с ним, но и поворачивается относительно оси эксцентрика (как сателлит относительно оси водила в планетарном механизме). Благодаря этому при вращении обеспечивается постоянный контакт ребер ротора со
стенками рабочей полости корпуса.

Ее конфигурация выбрана и выполнена таким образом, чтобы объем, ограниченный стенками рабочей полости, стенкой и двумя ребрами ротора, при вращении вала циклически изменялся.

Рабочая смесь, всасываемая в эту постоянно меняющуюся по объему камеру через впускной клапан, последовательно сжимается, воспламеняется одной или двумя свечами, расширяется, поворачивает ротор, совершая работу, и выходит в атмосферу через выпускной канал. Для герметизации камер грани роторов снабжены уплотнителями.

Ротор вращается втрое медленнее вала. За полный оборот ротора совершается три рабочих такта — каждая из трех камер успевает пройти мимо свечи, которая воспламеняет сжатую в камере смесь. Следовательно, у «ванкеля» три рабочих такта совершаются за три оборота его вала, и по равномерности работы этот двигатель подобен одноцилиндровому двухтактному или двухцилиндровому четырехтактному.

Рабочий объем одной камеры представляет собой разность между ее максимальным и минимальным объемами, а степень сжатия выражается их отношением. У мотора «НСУ-Спайдер», например, эти величины составляют 497,5 см3 и 8,5.

Поршневой четырехтактный одноцилиндровый двигатель за два оборота коленчатого вала сжигает количество горючей смеси, равное рабочему объему цилиндра. Роторный же за два оборота сжигает вдвое больше смеси. Поэтому условились считать его рабочий объем равнозначным двойному объему камеры. Таким образом, «НСУ-Спайдер» можно сравнивать по этому параметру с 995-кубовым поршневым двигателем.

Достоинства роторного двигателя

Прежде всего, он очень компактен. Так, мотор японского автомобиля «Мазда-110С космо спорт» при мощности 110 л. с. имеет длину 508 мм, ширину 594 мм, высоту 537 мм и весит 102 кг. Столь небольшие габариты позволили установить его в моторном отсеке автомобиля «Мазда-Р100», где мог бы разместиться поршневой двигатель лишь вдвое меньшего литража и мощности.

В сравнении с поршневыми роторные двигатели менее металлоемки и, следовательно, имеют меньший удельный вес. Важным, но не решающим, правда, преимуществом этих моторов является их хорошая уравновешенность.

Двухроторный НСУ-Ро80 с эксцентриками вала, размещенными под углом 180 градусов, равноценен четырехтактному четырехцилиндровому поршневому двигателю. В последнее время появились и трехроторные конструкции, например, «Мерседес-Бенц-К111» («За рулем», 1970, № 1), имеющие еще более совершенную уравновешенность.

На женевской выставке этого года демонстрировался экспериментальный спортивный автомобиль «Мерседес-Бенц» с четырехроторным мотором (4800 см3, 350 л. с. при 7000 об/мин), весящим 180 кг.

Автомобиль «Мазда-Р100» с роторным двигателем имеет классическую компоновку (в то время как НСУ-Ро80 и «Ситроен-М35» выполнены с передними ведущими колесами).

Однако рано говорить о том, что приход «ванкелей» должен поставить крест на поршневых конструкциях.

Минусы роторных двигателей

Минусы роторных моторов еще довольно существенны, и это препятствует их широкому распространению. Поскольку распределение в них осуществляется кромкой ротора, неизбежен частичный выброс свежей смеси в выпускное окно. Велика утечка смеси из одной камеры в другую и при прохождении кромки ротора над углублением в рабочей полости для свечи.

Наконец, вызываемая силами инерции вибрация уплотнительных пластин и прижимающих их пружин также способствует нежелательному прорыву сжатой смеси в соседнюю камеру.

Все это неизбежно для нынешней конструктивной схемы и в сумме приводит к тому, что автомобиль с роторным двигателем расходует горючего на 20—30 процентов больше, чем равная по мощности, рабочему объему и весу машина с поршневым.

Другим, уже органическим недостатком «ванкеля» является то, что отношение поверхности камеры сгорания к ее объему очень велико. Температура стенок камеры поэтому ниже, чем у поршневого двигателя. Многие углеводороды, входящие в состав топлива, не успевают полностью сгорать, и отработавшие газы содержат больше вредных примесей, чем «выхлоп» поршневого мотора.

Еще один «минус» — роторный двигатель плохо приспосабливается к изменениям нагрузки, у него мал рабочий диапазон чисел оборотов. Правда, против этого недостатка найдена контрмера — карбюратор с двумя последовательно работающими смесительными камерами (диаметр их составляет 18 и 32 мм у НСУ и 21 и 28 мм у «Мазды»).

Характеристики «ванкелей» все еще оставляют желать лучшего. По сравнению с поршневыми двигателями роторные недостаточно гибки в работе. Компенсировать это нежелательное свойства можно усложнением трансмиссии автомобиля. Так, у НСУ-Ро80 и «Мерседес-Бенц-К111» узкий диапазон оборотов (всего лишь около 1000—2000 в минуту) потребовал применения пятиступенчатой и даже автоматической (НСУ-Ро80) коробки передач.

Можно улучшить наполнение двигателя смесью на малых оборотах и таким образом расширить диапазон работы ценой уменьшения максимальной мощности. Для этого, так показал опыт, необходимо разместить впускные окна не в стенке корпуса (как у НСУ-Ро80 или «Мерседес-Бенц-К111»), а в боковых крышках («Мазда», «Кертисс-Райт»).

Утечка смеси на малых оборотах уменьшается, но одновременно ухудшается наполнение на высоких оборотах.

НСУ-Ро80 и «Мацуда-100С», имеющие степень сжатия 9,2—9,4, работают на бензине с октановым числом соответственно 88 и 91. Масло в двигателе сменяется через 20000 (НСУ-Ро80) и 10000 км («Мазда-100С»), а замена свечей (склонных к замасливанию) необходима через 10 000 км.

Картеры изношенных двигателей не подлежат ремонтной расточке как цилиндры поршневых моторов — их восстанавливают электролитическим способом, нанося слой нового покрытия в специальных мастерских.

Уплотнения, эффективные и надежные, долгое время были проблемой для изобретателей роторных моторов. И сегодня еще этот узел, работающий в очень тяжелых условиях (высокие температура и давление, значительные инерционные нагрузки), доставляет немало хлопот конструкторам. Для смазки деталей уплотнений пришлось впрыскивать масло в карбюратор.

Отложения нагара препятствовали перемещению уплотнительных пластин ротора в пазах.

Много трудностей создавал значительный и вдобавок неравномерный износ самих пластин. Подбором материалов его удалось заметно снизить. Так, завод НСУ, сначала делавший пластины угольными, сейчас склонился в пользу хромистого чугуна, близкого по составу к тому, что идет на поршневые кольца. Подобный материал избрал и завод «Кертисс-Райт» (США). А «Мазда» все же держится угольных пластин.

Внутреннюю полость алюминиевого картера для уменьшения износа покрывают либо твердым хромом («Мазда»), либо слоем карбида вольфрама толщиной 0,23 мм («Кертисс-Райт»). Более редкое покрытие применяет НСУ — слой никеля с пылевидными частицами карбида кремния. Такие дорогие технологические ухищрения все же оправдывают себя — за 100 часов работы износ рабочей полости не превышает 0,007— 0,01 мм.

Сегодня роторные двигатели способны переносить достаточно продолжительно высокие нагрузки. Так, машины «Мазда-Р100» в 1969 году заняли пятое и шестое места на гонках в бельгийском городе Спа. За 24 часа они прошли соответственно 4046 и 3975 км, показав средние скорости 168,6 и 165,5 км/час.

Ротор является наиболее сложной частью двигателя. Чаще всего его делают из чугуна. В нем монтируются самые ответственные детали — уплотнительные пластины, прижимаемые к рабочей поверхности полости ленточными пружинами. Ротор охлаждается изнутри маслом. Для того чтобы уплотнительные пластины изнашивались равномерно, их делают разрезными, а цилиндрические сухарики обеспечивают правильную установку пластины относительно ротора.

Во время работы двигателя ротор непосредственно не соприкасается с внутренней полостью — контакт осуществляется при помощи радиальных и торцовых пластин. Это означает, что двигатель может работать сразу же с полной нагрузкой независимо от приработки деталей.

Исследования в области роторных двигателей ведутся сегодня почти двумя десятками заводов во всем мире. Многие из них купили лицензию у НСУ («Тое Когё», «Даймлер-Бенц», «Кертисс-Райт», «Альфа-Ромео», «Роллс-ройс», МАН, «Янмар», «Сакс», «Перкинс»). Некоторые предприятия, в том числе «Рено» во Франции, научно-исследовательские организации в СССР, Чехословакии, Польше занимаются самостоятельными разработками.

Каковы же перспективы роторных двигателей?

Многие специалисты считают, что они вряд ли смогут «найти широкое применение на мотоциклах, но оптимистически смотрят на использование их в качестве лодочных моторов, переносных силовых агрегатов, двигателей для вертолетов. Что касается установки «ванкелей» на автомобилях, то пока лишь три завода («Тое Когё», НСУ и «Ситроен») отважились на такой шаг, а «Даймлер-Бенц», «Кертисс-Райт» и другие ограничиваются пока опытными образцами.

Объем производства этих машин пока невысок — примерно 15—20 тысяч в год. Однако в нынешнем году японская фирма «Тое Когё» обещала выпустить свыше 100 тысяч автомобилей «Мазда» моделей «110С» и «Р100». Естественно, что с масштабами производства связаны себестоимость и цена автомобиля.

В 1969 году НСУ-Ро80 и «Мазда-100С» стоили в продаже на 35—40 процентов дороже равных им по мощности, весу и вместимости легковых машин с поршневыми двигателями. «Мазда-Р100» в Японии (в Европу она пока не ввозится) в полтора—два раза дороже аналогичных машин с поршневым мотором.

Однако, по расчетам экономистов, «ванкели» при равных объемах производства с нынешними поршневыми моторами обойдутся в полтора раза дешевле их.

Можно ли сегодня сделать решительный прогноз о дальнейшей судьбе роторного двигателя? Пока он проходит «акклиматизацию» в мире моторов, постепенно изживая «минусы» и наращивая «плюсы». Очевидно, в ближайшие годы о вытеснении поршневого двигателя роторным говорить не приходится.

Л. ШУГУРОВ, инженер («За рулем», №12, 1970)

авточтиво, «В мире моторов»

Источник: https://own.in.ua/view/item/1150

Принцип работы роторного двигателя автомобиля

 Принцип работы «обычного» ДВС знаком, наверное, почти всем. Именно такими моторами оснащается подавляющее число автомобилей, и мало кто знает о, так сказать, «параллельных» изысканиях конструкторов, ищущих другие пути создания двигателей.

В силу ряда причин, многие «новинки» в среде ДВС так и остались неизвестными широкой публике, хотя некоторые из таких «необычных» двигателей устанавливались на серийные автомобили.
Речь пойдёт о роторно-поршневых двигателях (РПД).

Наибольшее внимание мы уделим описанию принципов работы роторного двигателя Ванкеля – ведь машины с именно его роторными двигателями выпускались на некоторых автозаводах (в частности, на ВАЗе).

Устройство обычного двигателя

В обычном двигателе ударная волна расширяющихся в результате вспышки газов толкает поршень, который передаёт усилие на коленчатый вал.

Всем известно что, в обычном двигателе ударная волна расширяющихся в результате вспышки газов толкает поршень, который передаёт усилие через кривошипно-шатунный механизм на коленчатый вал, который под воздействием усилия, передаваемого шатунами, начинает вращаться. Для того, чтобы впуск топлива/выпуск отработанных газов и момент воспламенения топлива были согласованы, требуется достаточно сложный газораспределительный механизм.

 

 

Сам ротор, напоминающий по форме треугольник, имеет внутри зубчатое колесо, которое сцеплено с валом двигателя.

Сам ротор, напоминающий по форме треугольник, имеет внутри зубчатое колесо, которое сцеплено с валом двигателя, приводимым во вращение за счёт расширяющихся газов, воздействующих на ротор. Для обеспечения сжатия-расширения топливной смеси камера («цилиндр»), в которой вращается ротор, имеет сложную форму. Такую форму поверхности называют эпитрохоидальной, и для её точного изготовления требуется высокоточное оборудование.

Более того, зубцы ротора и вала расположены таким образом, чтобы поршень (имеющий вид треугольника Рело), вращался по этой сожной траектории, «углами» прижимаясь к поверхности «цилиндра» – иначе не избежать прорыва газов в процессе работы двигателя.Рисунок наглядно демонстрирует, как работает роторный двигатель. Взрывающаяся топливная смесь, впрыснутая через специальное «окно», толкает ротор, а впускное окно автоматически перекрывается стенкой поршня.

Точно также, в нужные моменты, закрывается и открывается «выпускной клапан».

 

 

Помимо прочих достоинств РПД достаточно динамичен и быстро развивает высокие обороты.

Как видите, вся конструкция достаточно изящна. Как подсчитали эксперты, в РПД используется примерно на 1000 деталей меньше, чем в «привычных» ДВС (например, отпадает сложная конструкция газораспределительного механизма и его привода). К тому же РПД, имеющий две рабочих камеры (и, соответственно, два ротора), может за одно и то же время совершить такое же число циклов, как и V-образная «восьмёрка».

Хоть на схематическом рисунке предоставлена работа роторного двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от искрового разряда, в РПД можно реализовать практически любой рабочий цикл – включая дизельный.К несомненным достоинствам, такая конструкция двигателя, все вращающиеся детали работают соосно, придаёт непревзойдённую плавность работе роторного двигателя и отсутствие разрушительных вибраций.

Помимо прочих достоинств РПД достаточно динамичен и быстро развивает высокие обороты. Правда, «на холостых» он достаточно «прожорлив». Если мотор имеет два цилиндра, один из них при необходимости отключают.

КПД роторного двигателя является рекордным – 40%, но, к сожалению, он имеет также рекордно низкий ресурс некоторых деталей (зачастую вызванных «резвостью» двигателя), но частая замена моторного масла способна значительно продлить жизнь механизмов и ресурс роторного двигателя. Пока конструкторам удаётся справиться с чрезмерным износом «граней» «треугольника» путем применения высоколегированных сталей.

Двигатель Ванкеля не явился единственной попыткой (притом, весьма удачной!) создания роторного двигателя – существуют и другие, менее известные, их варианты.

Двигатель Зуева

 
 

По сравнению с двигателем Ванкеля, двигатель Зуева достаточно громоздкая конструкция:

Роторно-лопастной двигатель

Господинн Прохоров именно роторно-лопастными двигателями планировал оснащать «Ё-мобили».

Конструкция оригинальная, но почему-то создатели данного мотора так и не явили миру её безупречно действующий образец. Кстати, г-н Прохоров именно такими моторами планировал оснащать «Ё-мобили».

Автомобили с роторным двигателем

Среди автопроизводителей, оснастивших машины РПД, наиболее известна Mazda RX-8. Но были и другие. В частности, советскими спецслужбами всячески поощрялось создание ВАЗ именно с роторными двигателями. Видимо, оперативные службы заинтересовались «резвостью» мотора.Впрочем, кроме вышеперечисленных, роторно-поршневые двигатели уже давно «прошли обкатку» на многих авто. 

Источник: https://mytopgear.ru/interesting/engine/printsip-rabotyi-rotornogo-dvigatelya-avtomobilya/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Эксперт по технике