Что такое роторный двигатель и принцип его работы: Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

Содержание

Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

Роторный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, устройство которого в корне отличается от обычного поршневого двигателя.
В поршневом двигателе в одном и том же объеме пространства (цилиндре) выполняются четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Роторный двигатель осуществляет те же такты, но все они происходят в различных частях камеры. Это можно сравнить с наличием отдельного цилиндра для каждого такта, причем поршень постепенно перемещается от одного цилиндра к другому.

Роторный двигатель изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля.

В этой статье мы расскажем о том, как работает роторный двигатель. Для начала рассмотрим принцип его работы.

Принцип работы роторного двигателя

Ротор и корпус роторного двигателя Mazda RX-7. Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны и распредвал поршневого двигателя. Как и поршневой, роторный двигатель использует давление, которое создается при сгорании топливовоздушной смеси. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и приводит поршни в движение. 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 образуется в камере, сформированной частью корпуса, закрытой стороной треугольного ротора, который используется вместо поршней.

Ротор вращается по траектории, напоминающую линию, нарисованную спирографом. Благодаря такой траектории, все три вершины ротора контактируют с корпусом, образуя три разделенных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Это обеспечивает поступление топливовоздушной смеси в двигатель, сжатие, полезную работу при расширении газов и выпуск выхлопа.

Далее мы расскажем о строении роторного двигателя, но, прежде всего, рассмотрим некоторые автомобили с таким типом двигателя.

Mazda RX-8

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторным двигателем. 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 роторным двигателем, начиная с Cosmo Sport 1967 года. Однако RX-7 не производится с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла.

Mazda RX-8 оснащена роторным двигателем под названием RENESIS. Этот двигатель был назван лучшим двигателем 2003 г. Он является атмосферным двухроторным и производит 250 л.с.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, схожие с используемыми в поршневых двигателях. Строение роторного двигателя в корне отличается от поршневого.

Ротор

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых выполняет роль поршня. Каждая сторона ротора имеет углубление, что повышает скорость вращения ротора, предоставляя больше пространства для топливовоздушной смеси.

На вершине каждой грани расположена металлическая пластина, которая разделяет пространство на камеры. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер.

В центре ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев. Оно сопрягается с шестерней, закрепленной на корпусе. Такое сопряжение задает траекторию и направление вращения ротора в корпусе.

Корпус (статор)

Корпус имеет овальную форму (форму эпитрохоиды, если быть точным). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три изолированных объемах газа.

В каждой части корпуса происходит один из процессов внутреннего сгорания. Пространство корпуса разделено для четырех тактов:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочий такт
  • Выпуск

Порты впуска и выпуска расположены в корпусе. В портах отсутствуют клапаны. Выпускной порт непосредственно соединен с выхлопной системой, а впускной порт — с дросселем.

Выходной вал

Выходной вал (обратите внимание на эксцентриковые кулачки) Выходной вал имеет закругленные выступы-кулачки, расположенные эксцентрично, т.е. смещены относительно центральной оси. Каждый ротор сопряжен с одним из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. При вращении ротор толкает кулачки. Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Сбор роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель состоит из пяти слоев, удерживаемых длинными болтами, установленными по кругу. Охлаждающая жидкость проходит через все части конструкции.

Два крайних слоя имеют уплотнения и подшипники для выходного вала. Они также изолируют две части корпуса, в которых расположены роторы. Внутренние поверхности этих частей являются гладкими, что обеспечивает надлежащее уплотнение роторов. Впускной порт подачи расположен в каждой из крайних частей.

Часть корпуса, в которой расположен ротор (обратите внимание на расположение выпускного порта) Следующий слой включает корпус ротора овальной формы и выпускной порт. В этой части корпуса установлен ротор.

Центральная часть включает два впускных порта — по одному для каждого ротора. Она также разделяет роторы, поэтому ее внутренняя поверхность является гладкой.

В центре каждого ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев, которое вращается вокруг меньшей шестерни, установленной на корпусе двигателя. Она определяет траекторию вращения ротора.

Мощность роторного двигателя

В центральной части расположен впускной порт для каждого ротора Как и поршневые двигатели, в роторном двигателе внутреннего сгорания используется четырехтактный цикл. Но в роторном двигателе такой цикл осуществляется иначе.

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал выполняет три оборота.

Основным элементом роторного двигателя является ротор. Он выступает в роли поршней в обычном поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом кулачке выходного вала. Кулачок смещен относительно центральной оси вала и выступает в роли коленчатой рукояти, позволяя ротору вращать вал. Вращаясь внутри корпуса, ротор толкает кулачок по окружности, поворачивая его три раза за один полный оборот ротора.

Размер камер, образованных ротором, изменяется при его вращении. Такое изменение размера обеспечивает насосное действие. Далее мы рассмотрим каждый из четырех тактов роторного двигателя.

Впуск

Такт впуска начинается при прохождении вершины ротора через впускной порт. В момент прохождения вершины через впускной порт, объем камеры приближен к минимальному. Далее объем камеры увеличивается, и происходит всасывание топливовоздушной смеси.

При дальнейшем повороте ротора, камера изолируется, и начинается такт сжатия.

Сжатие

При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, и происходит сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении ротора через свечи зажигания, объем камеры приближен к минимальному. В этот момент происходит воспламенение.

Рабочий такт

Во многих роторных двигателях установлено две свечи зажигания. Камера сгорания имеет достаточно большой объем, поэтому при наличии одной свечи, воспламенение происходило бы медленнее. При воспламенении топливовоздушной смеси образуется давление, приводящее ротор в движение.

Давление сгорания вращает ротор в сторону увеличения объема камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, вращая ротор и создавая мощность до момента прохождения вершины ротора через выпускной порт.

Выпуск

При прохождении ротора через выпускной порт, газы сгорания под высоким давлением выходят в выхлопную систему. При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, выталкивая оставшиеся выхлопные газы в выпускной порт. К тому моменту, как объем камеры приближается к минимальному, вершина ротора проходит через впускной порт, и цикл повторяется.

Необходимо отметить, что каждая из трех сторон ротора всегда вовлечена в один из тактов цикла, т.е. за один полный оборот ротора осуществляется три рабочих такта. За один полный оборот ротора, выходной вал совершает три оборота, т.к. на один оборот вала приходится один такт.

Различия и проблемы

По сравнению с поршневым двигателем, роторный двигатель имеет определенные отличия.

Меньше движущихся деталей

В отличие от поршневого двигателя, в роторном двигателе используется меньше движущихся деталей. Двухроторный двигатель включает три движущиеся детали: два ротора и выходной вал. Даже в простейшем четырехцилиндровом двигателе используется не менее 40 движущихся деталей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, ремень ГРМ и коленвал.

Благодаря уменьшению количества движущихся деталей, повышается надежность роторного двигателя. По этой причине некоторые производители вместо поршневых двигателей используют роторные на своих воздушных судах.

Плавная работа

Все части роторного двигателя вращаются непрерывно в одном направлении, а не постоянно меняют направление движения, как поршни в обычном двигателе. В роторных двигателях используются сбалансированные вращающиеся противовесы, предназначенные для гашения вибраций.

Подача мощности также обеспечивается более плавно. В связи с тем, что каждый такт цикла протекает за поворот ротора на 90 градусов, и выходной вал совершает три оборота на каждый оборот ротора, каждый такт цикла протекает за поворот выходного вала на 270 градусов. Это значит, что двигатель с одним ротором обеспечивает подачу мощности при 3/4 оборота выходного вала. В одноцилиндровом поршневом двигателе, процесс сгорания происходит на 180 градусах каждого второго оборота, т.е. 1/4 каждого оборота коленвала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленная работа

В связи с тем, что ротор вращается со скоростью, равной 1/3 скорости вращения выходного вала, основные движущиеся детали роторного двигателя движутся медленнее, чем детали в поршневом двигателе. Благодаря этому, также обеспечивается надежность.

Проблемы

Роторные двигатели имеют ряд проблем:
  • Сложное производство в соответствии с нормами состава выбросов.
  • Затраты на производство роторных двигателей выше по сравнению с поршневыми, так как количество производимых роторных двигателей меньше.
  • Расход топлива у автомобилей с роторным двигателей выше по сравнению с поршневыми двигателями, в связи с тем, что термодинамический КПД снижен из-за большого объема камеры сгорания и низкого коэффициента сжатия.

Устройство роторного двигателя

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;

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.

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.

Роторный двигатель. Устройство, принцип работы. Плюсы и минусы ротора.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива. Двигатели эти на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись различные конструкции моторов. Одной из прогрессивных, но так и не получивших распространение конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Об особенностях этого типа двигателя, его достоинствах и недостатках мы поговорим в сегодняшнем материале.

История

Разработчиком роторно-поршневого двигателя стал дуэт инженеров компании NSU – Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля.

Феликс Ванкель и роторный двигатель

Эта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил. Производилась эта модель на протяжении трех лет (1964-1967 годы).

NSU Spider

По настоящему массовым автомобилем с роторным двигателем стало второе детище компании NSU – седан Ro-80.

NSU Ro-80

В названии автомобиля указывалось, что модель оснащается роторным агрегатом. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а пионером в этом деле стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем – RX (Rotor-eXperiment). Производство последней модели из этого семейства, Mazda RX8 в специальной версии Spirit R, было свернуто в середине 2012 года. Впрочем, не все экземпляры роторной «восьмерки» еще распроданы – официальный дилер Mazda в Индонезии еще продает эти автомобили.

Mazda RX-8

Устройство

Особенностью роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания стало присутствие в его конструкции трехгранного ротора – поршня. Он вращается в цилиндре, который имеет специальную форму. Ротор насажен на вал, и соединен с зубчатым колесом, которое, в свою очередь, имеет сцепление со статором – шестерней. Ротор вращается вокруг статора по так называемой эпитрохоидальной кривой, его лопасти попеременно перекрывают камеры цилиндра, в которых происходит сгорание топлива.

Роторный двигатель

В конструкции роторного двигателя отсутствует газораспределительный механизм – его функцию выполняет сам ротор, который при помощи своих лопастей распределяет поступающую горючую смесь и выпускает отработанные в цилиндре газы. Подобная конструкция двигателя позволяет обойтись без множества узлов, крайне необходимых для простого поршневого двигателя (например, коленчатый вал, шатуны), что, во-первых, позволяет уменьшить размер и массу силового агрегата, а во-вторых – уменьшить стоимость его производства.

Достоинства и недостатки

Роторно-поршневой двигатель не зря привлек внимание многих именитых автомобильных компаний. Его конструкция и принцип действия позволяли получить несколько довольно весомых преимуществ перед обычными двигателями.

Во-первых, роторно-поршневой мотор в силу своей конструкции обладал лучшей среди остальных типов силовых установок сбалансированностью, и был подвержен минимальным вибрациям.

Во-вторых, у этой силовой установки отмечались отменные динамические характеристики: без существенной нагрузки на двигатель, авто с роторно-поршневым мотором легко можно разогнать до 100 км/час и более на низкой передаче при высоких оборотах двигателя.

роторный двигатель Мазда RX-8

В-третьих, роторный двигатель компактнее и легче, чем стандартный поршневой силовой агрегат. Эта особенность позволяла конструкторам добиться практически идеальной развесовки по осям, что влияло на устойчивость автомобиля на дороге.

В-четвертых, в нем используется намного меньшее количество узлов и агрегатов, чем в обычном двигателе.

Наконец, в-пятых, роторный двигатель обладает высокой удельной мощностью.

Недостатки

К минусам роторно-поршневого двигателя, из-за которых он так и не смог получить массового применения и не используется сегодня в автомобилях всех брендов, относится, во-первых, большой расход топлива на низких оборотах. На некоторых моделях он достигает 20 литров на 100 км пробега, что, согласитесь, совсем не экономично и бьет по карману владельца авто с роторным двигателем.

Во-вторых, недостатком этого типа двигателей является сложность изготовления его деталей: чтобы ротор правильно прошел эпитрохоидальную кривую, необходима высокая геометрическая точность при создании как самого ротора, так и цилиндра. Для этого производители роторных двигателей используют высокоточное и дорогостоящее оборудование, а стоимость производства закладывают в цену автомобиля.

В-третьих, роторный двигатель склонен к перегреву из-за особенности конструкции камеры сгорания: она имеет линзовидную форму, а не сферическую, как у обычных поршневых моторов. Топливная смесь, сгорая в такой камере, превращается в тепловую энергию, которая расходуется в большей части неэффективно – ее избыток нагревает цилиндр, что в конечном итоге приводит к износу и выходу его из строя.

В-четвертых, высокий износ уплотнителей между форсунками ротора из-за перепадов давления в камерах сгорания двигателя. Именно поэтому ресурс таких двигателей составляет 100-150 тысяч км, после чего, как правило, требуется капитальный ремонт силового агрегата.

В-пятых, роторно-поршневой двигатель нуждается в своевременной и четко соблюдаемой процедуре смены моторного масла: мотор потребляет примерно 600 мл моторного масла на 1000 км, так что менять его приходится раз в 5000 км пробега. Если его вовремя не заменить, это чревато выходом из строя узлов и агрегатов мотора, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. То есть, к эксплуатации и обслуживанию роторно-поршневых двигателей следует подходить более ответственно, чем к обслуживанию обычных моторов, вовремя проводя их техническое обслуживание и капитальный ремонт.

Принцип работы роторного двигателя

Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми отличается ДВС. Это и отличает агрегат от обычного поршневого двигателя. РПД называют ещё двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и явные достоинства.

Ротор такого двигателя находится в цилиндре. Сам корпус не круглого типа, а овального, чтобы ротор треугольной геометрии нормально в нём помещался. У РПД не бывает коленчатого вала и шатунов, а также отсутствуют в нём другие детали, что делает его конструкцию намного проще. Если говорить другими словами, то примерно около тысячи деталей обычного двигателя внутреннего сгорания в РПД нет.

Работа классического РПД основана на простом движении ротора внутри овального корпуса. В процессе движения ротора по окружности статора создаются свободные полости, в которых и происходят процессы запуска агрегата.

Почему этот вариант не прижился

Удивительно, но роторный агрегат представляет собой некий парадокс. В чём он заключается? А в том, что он имеет гениально простую конструкцию, которая почему-то не прижилась. А вот более сложный поршневой вариант стал популярным и повсюду используется.

На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя:

Конечно же, если бы у роторного мотора не было недостатков, то он обязательно бы применялся на современных автомобилях. Возможно даже, что, если бы роторный двигатель был безгрешен, мы и не узнали бы про двигатель поршневой, ведь роторный создали раньше. Затем человеческий гений, пытаясь усовершенствовать агрегат, и создал современный поршневой вариант мотора.

Но к сожалению, минусы у роторного двигателя имеются. К таким вот явным ляпам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра. При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.

Если в камере сгорания температура бывает выше, чем в системе впуска/выпуска, цилиндр должен быть выполнен из высокотехнологичного материала, устанавливаемого в разных местах корпуса.

Для того чтобы такой двигатель запустился, используются всего две свечи зажигания. Больше не рекомендуется ввиду особенностей камеры сгорания. РПД наделён бывает совершенно иной камерой сгорания и выдаёт мощность три четверти рабочего времени ДВС, а коэффициент полезного действия составляет целых сорок процентов. По сравнению: у поршневого мотора этот же показатель составляет 20%.

Преимущества ротора, или Как японцы взялись за дело

На видео показан принцип работы роторного двигателя Ахриевых:

Но имеются у РПД и преимущества. В частности, к ним можно отнести особую динамику агрегата. Расход у роторного двигателя очень большой, а кроме этого, у такого агрегата очень маленький ресурс — всего шестьдесят тысяч километров — что делает его непригодным для езды в условиях города. Если объём роторного двигателя будет равен 1,3 л, то он способен будет потреблять до двадцати литров топлива.

Кстати, большой расход бензина также является причиной того, что роторный двигатель не обрёл популярности. Дело в том, что в 1973 году, когда роторные двигатели только вышли, на Аравийском полуострове накалилась обстановка. Там проходили настоящие военные действия, а как известно, арабские страны до сих пор остаются основными поставщиками топлива. В связи с этим делом, цена на бензин резко поднимается. А роторный двигатель пожирал его просто как вечно голодный чревоугодник. Вот и получилось, что он стал лишним.

Зато такой агрегат при этом будет выдавать целых 250 л. с, оставаясь малогабаритным.

На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя Ванкеля:

Такая ситуация просто вынуждает причислять роторные двигатели к спортивным моделям автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя сегодня нашлись. Это известный автопроизводитель Мазда, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Субару, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за всё старое и отброшенное западниками как ненужное. А на деле японцам удаётся создавать новое из старого. То же тогда произошло с оппозитными двигателями, являющимися на сегодняшний день «фишкой» Субару. В те же времена использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.

Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Мазды. Они создали роторный двигатель 13b-REW и наделили его системой твин-турбо. Теперь Мазда могла спокойно поспорить с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадок, но грешила опять же большим расходом топлива.

Пришлось идти на крайние меры. Очередная модель Мазда RX-8 с роторным двигателем уже выходит с 200 лошадками, что позволяет сократить расход топлива. Но не это главное. Заслуживает уважения другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность в 200 л. с. Мазда RX-8 открывала с двигателем объёмом 1,3 литра. Одним словом, новая Мазда выходит уже на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, беря не только мощностью мотора, но и другими параметрами, в том числе и низким расходом топлива.

На видео рассмотрено устройство и принцип работы роторного двигателя Желтышева:

Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб. Но проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.

Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет новая Мазда, уже с совершенно другим агрегатом.

Заглянем внутрь РПД

Схема работы роторного двигателя представляет собой нечто совершенно иное, чем обычный ДВС. Во-первых, следует оставить в прошлом конструкцию двигателя внутреннего сгорания, известную нам. А во-вторых, попытаться впитать в себя новые знания и понятия.

РПД назван так из-за ротора, то есть такой части мотора, которая движется. Благодаря этому движению мощность передаётся на сцепление и КПП. По сути, ротор выталкивает энергию топлива, которая затем передаётся колёсам через трансмиссию. Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.

На видео показан принцип работы роторно-поршневого двигателя Зуева:

Капсула, где находится ротор, — это своеобразная матрица, центр вселенной, где все процессы и происходят. Другими словами, именно в этом овальном корпусе происходит:

  • сжатие смеси;
  • топливный впрыск;
  • поступление кислорода;
  • зажигание смеси;
  • отдача сгоревших элементов в выпуск.

Одним словом, шесть в одном, если хотите.

Сам ротор крепится на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а как бы бегает. Таким образом, создаются изолированные друг от друга полости внутри овального корпуса, в каждой из которых и происходит какой-либо из процессов. Так как ротор треугольный, то полостей получается всего три.

Всё начинается следующим образом. В первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается.

После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.

Смесь после этого идёт в третью полость, где и происходит вытеснение частей использованного топлива в систему выхлопа.

Это и есть полный цикл работы РПД. Но не всё так просто. Это мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. А действия эти проходят постоянно. Если говорить иначе, процессы возникают сразу с трёх сторон ротора. В итоге всего за единственный оборот агрегата повторяется три такта.

Кроме того, японским инженерам удалось усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Мазда имеют не один, а два и даже три ротора, что в значительной мере повышает производительность, тем более если сравнить его с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а 3-роторный с двенадцатицилиндровым. Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и преимущества роторного мотора сразу распознали.

Опять же, производительность — это не одно достоинство РПД. Их у него много. Как и было сказано выше, роторный двигатель очень компактный и в нём используется на целых тысячу деталей меньше, чем в том же ДВС. В РПД всего две основные детали — ротор и статор, а проще этого ничего не придумаешь.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил в своё время многих талантливых инженеров удивлённо вскинуть бровями. И сегодня талантливые инженеры компании Мазда заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли, поверить в производительность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да ещё какую!

Принцип работы роторного двигателя, плюсы и минусы системы

Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми отличается ДВС. Это и отличает агрегат от обычного поршневого двигателя. РПД называют ещё двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и явные достоинства.

Ротор такого двигателя находится в цилиндре. Сам корпус не круглого типа, а овального, чтобы ротор треугольной геометрии нормально в нём помещался. У РПД не бывает коленчатого вала и шатунов, а также отсутствуют в нём другие детали, что делает его конструкцию намного проще. Если говорить другими словами, то примерно около тысячи деталей обычного двигателя внутреннего сгорания в РПД нет.

Работа классического РПД основана на простом движении ротора внутри овального корпуса. В процессе движения ротора по окружности статора создаются свободные полости, в которых и происходят процессы запуска агрегата.

Удивительно, но роторный агрегат представляет собой некий парадокс. В чём он заключается? А в том, что он имеет гениально простую конструкцию, которая почему-то не прижилась. А вот более сложный поршневой вариант стал популярным и повсюду используется.

Содержание статьи:

Строение и принцип работы роторного двигателя

Схема работы роторного двигателя представляет собой нечто совершенно иное, чем обычный ДВС. Во-первых, следует оставить в прошлом конструкцию двигателя внутреннего сгорания, известную нам. А во-вторых, попытаться впитать в себя новые знания и понятия.

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.

РПД назван так из-за ротора, то есть такой части мотора, которая движется. Благодаря этому движению мощность передаётся на сцепление и КПП. По сути, ротор выталкивает энергию топлива, которая затем передаётся колёсам через трансмиссию. Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.

Капсула, где находится ротор, — это своеобразная матрица, центр вселенной, где все процессы и происходят. Другими словами, именно в этом овальном корпусе происходит:

  • сжатие смеси;
  • топливный впрыск;
  • поступление кислорода;
  • зажигание смеси;
  • отдача сгоревших элементов в выпуск.

Одним словом, шесть в одном, если хотите.

Сам ротор крепится на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а как бы бегает. Таким образом, создаются изолированные друг от друга полости внутри овального корпуса, в каждой из которых и происходит какой-либо из процессов. Так как ротор треугольный, то полостей получается всего три.

Всё начинается следующим образом: в первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается. После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.

Смесь после этого идёт в третью полость, где и происходит вытеснение частей использованного топлива в систему выхлопа.

Это и есть полный цикл работы РПД. Но не всё так просто. Это мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. А действия эти проходят постоянно. Если говорить иначе, процессы возникают сразу с трёх сторон ротора. В итоге всего за единственный оборот агрегата повторяется три такта.

Кроме того, японским инженерам удалось усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Мазда имеют не один, а два и даже три ротора, что в значительной мере повышает производительность, тем более если сравнить его с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а 3-роторный с двенадцатицилиндровым. Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и преимущества роторного мотора сразу распознали.

Опять же, производительность — это не одно достоинство РПД. Их у него много. Как и было сказано выше, роторный двигатель очень компактный и в нём используется на целых тысячу деталей меньше, чем в том же ДВС. В РПД всего две основные детали — ротор и статор, а проще этого ничего не придумаешь.

Принцип работы роторного двигателя

Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил в своё время многих талантливых инженеров удивлённо вскинуть бровями. И сегодня талантливые инженеры компании Мазда заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли, поверить в производительность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да ещё какую!

Роторный двигатель в разрезе Ротор роторного двигателя Камера роторного двигателя

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 роторного двигателя

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.

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.

Конечно же, если бы у роторного мотора не было недостатков, то он обязательно бы применялся на современных автомобилях. Возможно даже, что, если бы роторный двигатель был безгрешен, мы и не узнали бы про двигатель поршневой, ведь роторный создали раньше. Затем человеческий гений, пытаясь усовершенствовать агрегат, и создал современный поршневой вариант мотора.

Но к сожалению, минусы у роторного двигателя имеются. К таким вот явным ляпам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра. При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.

Если в камере сгорания температура бывает выше, чем в системе впуска/выпуска, цилиндр должен быть выполнен из высокотехнологичного материала, устанавливаемого в разных местах корпуса.

Для того чтобы такой двигатель запустился, используются всего две свечи зажигания. Больше не рекомендуется ввиду особенностей камеры сгорания. РПД наделён бывает совершенно иной камерой сгорания и выдаёт мощность три четверти рабочего времени ДВС, а коэффициент полезного действия составляет целых сорок процентов. По сравнению: у поршневого мотора этот же показатель составляет 20%.

Преимущества роторного двигателя

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-х цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-х 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.

Малые габариты + высокая мощность

Компактность системы вместе с высоким КПД (сравнительно с обычным ДВС) позволяет из миниатюрного 1,3-литрового мотора выдавать порядка 200-250 л.с. Правда, вместе с главным недостатком конструкции в виде высокого расхода топлива.

Недостатки роторных моторов

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.
  • Роторные двигатели в силу конструкции ограничены в ресурсе — в среднем это порядка 60-80 тыс. км

Такая ситуация просто вынуждает причислять роторные двигатели к спортивным моделям автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя сегодня нашлись. Это известный автопроизводитель Мазда, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Субару, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за всё старое и отброшенное западниками как ненужное. А на деле японцам удаётся создавать новое из старого. То же тогда произошло с оппозитными двигателями, являющимися на сегодняшний день «фишкой» Субару. В те же времена использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.

Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Мазды. Они создали роторный двигатель 13b-REW и наделили его системой твин-турбо. Теперь Мазда могла спокойно поспорить с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадок, но грешила опять же большим расходом топлива.

Пришлось идти на крайние меры. Очередная модель Мазда RX-8 с роторным двигателем уже выходит с 200 лошадками, что позволяет сократить расход топлива. Но не это главное. Заслуживает уважения другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность в 200 л.с. Мазда RX-8 открывала с двигателем объёмом 1,3 литра. Одним словом, новая Мазда выходит уже на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, беря не только мощностью мотора, но и другими параметрами, в том числе и низким расходом топлива.

Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб, однако проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.

Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет новая Мазда, уже с совершенно другим агрегатом.

Разные конструкции и разработки роторных двигателей

Двигатель Ванкеля

Двигатель Желтышева

Двигатель Зуева

Роторный двигатель — устройство, особенности и принцип работы

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.

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.

В этой статье мы подробно расскажем, как работает роторный двигатель. Давайте начнем с основных принципов его работы.

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 RX-8

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

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

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

Камера

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

В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Сгорание
  • Выпуск

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

Выходной вал

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

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

Подача

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.

Выхлоп

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.

Источник: Авто Релиз.ру.

Как работает роторный двигатель?

► Как работает двигатель Ванкеля
► Чем они отличаются от 4-тактного
► Почему они возвращаются

Подобно более обычным бензиновым двигателям, роторный двигатель использует топливо, воспламеняемое искрой для выработки энергии, но, помимо этого, он во многом отличается от обычного автомобильного двигателя; в первую очередь, как он берет расширяющиеся газы и тепло сгорания и превращает их в движение, чтобы толкать вашу машину.

Как работает роторный двигатель?

В нормальном двигателе сгорание действует на набор поршней, которые производят линейное движение внутри цилиндров двигателя. Поршни поднимаются и опускаются, как ноги велосипедиста-толкателя, и прикреплены к коленчатому валу, который является компонентом, преобразующим это движение вверх и вниз в круговое движение, приводящее в движение колеса.

В роторном двигателе все основные внутренние компоненты вращаются в основном круговыми движениями, поэтому это более простой и эффективный способ передачи энергии от сжигания бензина до вращения колес.Таким образом, у роторного механизма меньше движущихся частей, он меньше, легче и мощнее для своей вместимости.

В то время как Mazda, без сомнения, является чемпионом по роторным двигателям, японский бренд — не единственный производитель, который баловался этой идеей.

Также, как и в обычных поршневых двигателях, роторный двигатель может быть продублирован для увеличения мощности и мощности. Большинство роторных моделей было «сдвоенным» ротором, но Mazda создала версии с тремя и четырьмя роторами.

Однако, как и следовало ожидать, у этой гениальной идеи есть недостатки.

Запечатанная судьба

Во-первых, изнашиваются специальные уплотнения (иногда их называют торцевыми, концевыми или верхними), которые помогают создавать сжатие, необходимое для горения. Когда это происходит, роторные двигатели начинают терять мощность и также могут сжигать масло. Замена уплотнителей — большая работа.

Выбросы и экономика

В то время как характеристики мощности роторного двигателя очень хороши, они не так хороши, когда дело доходит до экономии топлива, и их влияние на выбросы также отрицательно.Турбонаддув и каталитические нейтрализаторы в последних разработках в определенной степени помогли, но не настолько, чтобы сохранить принцип при сегодняшних строгих правилах.

Абсолютная мощность

В то время как роторный двигатель со свободными оборотами делает автомобили, приводимые в движение им, увлекательными и увлекательными, это достигается за счет низкой мощности и особенно крутящего момента. Эта уникальная производительность ограничивает двигатель для конкретных приложений и в основном для спортивных автомобилей.

Многие автопроизводители возились с роторными двигателями, но только Mazda начала их массовое производство.И когда это произошло в 1960-х и 70-х годах, низкая надежность роторного двигателя чуть не поставила компанию на колени. Но современные технологии и материалы означают, что у роторного двигателя может быть будущее, и если вы когда-либо ездили на нем, вы поймете, насколько они восхитительно плавные и полные характера.

Что дальше?

С тех пор, как Mazda прекратила выпуск RX-8 в 2012 году, автомобили с роторным двигателем долгое время не выпускались, казалось, что так и останется из-за присущих роторным конструктивным недостаткам.

Однако Mazda недавно подтвердила, что возродит культовый роторный двигатель и что она нашла способы решить свои инженерные задачи.

Детали по-прежнему очень легкие, и модель, знаменующая возрождение, еще не объявлена, но вы, возможно, снова сможете путешествовать с помощью этого необычного силового агрегата.

Роторный двигатель Mazda Wankel

| Как работает роторный двигатель

Мы не видели последнего вращающегося треугольника.

Еще в марте Мартин тен Бринк, вице-президент Mazda Motor Europe по продажам и обслуживанию клиентов, повсюду зажигал редукторы, когда он сказал голландскому изданию автомобильных новостей ZERauto, что роторный двигатель Ванкеля вернется в производство.

В частности, тен Бринк сказал, что роторный двигатель может стать расширителем запаса хода для электромобиля в 2019 году, и пока это всего лишь слухи. Mazda Motor of America не будет обсуждать и подтверждать комментарии десяти Бринка, сообщая нам только, что «Mazda не объявила о каких-либо конкретных продуктах с роторным двигателем в настоящее время.Однако Mazda продолжает работать над технологиями роторных двигателей ».

Так что же такого особенного в этом легендарном двигателе, который так взволновал всех своим возвращением? И почему на этот раз все может быть иначе?

Как это работает

Getty Images

Роторный двигатель — это бочкообразный двигатель внутреннего сгорания, в котором отсутствуют многие основные детали, которые можно найти в обычном поршневом двигателе.Во-первых, здесь нет поршней, которые поднимаются и опускаются. Скорее округло-треугольные роторы — чаще всего два, но иногда один или три — вращаются вокруг вала через полый цилиндр.

Топливо и воздух закачиваются в пространства между сторонами роторов и внутренними стенками ствола, где они воспламеняются. Быстрое расширение взрывающихся газов вращает роторы, генерируя таким образом энергию. Роторы выполняют ту же задачу, что и поршни в поршневом двигателе, но с гораздо меньшим количеством движущихся частей, что делает роторный двигатель легче и меньше, чем поршневой двигатель эквивалентного рабочего объема.

Базовая конструкция — вековая. Сам Феликс Ванкель был немецким инженером, который в 1920-х годах придумал свою версию роторного двигателя. Однако, будучи занят разжиганием войны от имени нацистской партии, у него не было возможности развить свое видение слишком далеко до 1951 года, когда немецкий автопроизводитель NSU пригласил его разработать прототип.

Сложная конструкция Ванкеля фактически проиграла более простому прототипу, разработанному инженером Хансом Дитером Пашке, которого NSU также пригласил, чтобы взломать оригинальную концепцию Ванкеля.Двигатель Пашке — это двигатель, которым Mazda станет обладать и станет лидером в 21 веке. Таким образом, современный Ванкель — это не совсем Ванкель.

Getty Images

Если оставить в стороне проблемы, Ванкель является наиболее распространенной и успешной конструкцией роторного двигателя, и единственной, которая была запущена в серийное производство. Еще в начале 60-х NSU и Mazda устроили дружеское совместное соревнование по продаже первого автомобиля с двигателем Ванкеля, поскольку они исправляли недостатки незрелого дизайна.NSU была первой компанией, которая вышла на рынок в 1964 году, но в течение следующего десятилетия она разрушила свою репутацию, поскольку частые отказы двигателей снова и снова отправляли владельцев в магазин. Вскоре нередко можно было найти NSU Spider или Ro 80 с тремя или более двигателями.

Проблема заключалась в уплотнении на вершине — тонких полосах металла между концами вращающихся роторов и их корпусами. НСУ сделало их из трех слоев, что привело к неравномерному износу, сделавшему их гранатометами. Mazda придумала уплотнения вершины, сделав их из одного слоя, и представила свой Wankel в роскошном спортивном автомобиле Cosmo 1967 года.

В начале 70-х Mazda представила себе целую линейку автомобилей с двигателями Ванкеля, мечту, которая была разбита нефтяным кризисом 1973 года. Но роторный двигатель стал единственной силовой установкой для трех поколений спортивных Mazda RX-7 с 1978 по 2002 год, когда двигатель Ванкеля почитали и осуждали.

Любят и ненавидят

Популярная механика

Редукторы

любят ротор отчасти потому, что он другой.Автолюбители всегда питали слабость к двигателю, который, если не считать внутреннего сжигания бензина, едва ли похож на обычный поршневой двигатель. Роторный двигатель выдает мощность линейно до 7000 или 8000 об / мин, в зависимости от характеристик двигателя, и этот плоский диапазон мощности отличает его от поршневых двигателей с оптимальным числом оборотов, которые слишком часто выдают мощность на высоких оборотах, чувствуя себя безжалостно на низких оборотах.

Автопроизводителям также понравился поворотный механизм за его плавность. Роторы, вращающиеся вокруг центральной оси, обеспечивают слабое отсутствие вибрации по сравнению с поршневым двигателем, у которого движение поршня вверх-вниз более резкое.Но необычный двигатель — это незнакомое животное, поэтому поляризующий Ванкель также вызывает свою долю ненависти среди автолюбителей и механиков. Это простой дизайн — без ремня ГРМ, без распределительного вала, без коромысел — но незнакомость порождает недоверие, а у Ванкеля есть причуды, требующие внимания.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Роторный двигатель сжигает масло по своей конструкции, закачивая небольшое количество моторного масла в камеры сгорания для смазки роторов, создавая обычный поток синего дыма, вырывающийся из выхлопной трубы, когда вы заводите автомобиль.Честно говоря, это пугает людей — синий дым выхлопных газов является сигналом бедствия, когда исходит от поршневого двигателя.

Роторы также предпочитают минеральное масло синтетическому, и их конструкция означает, что вам необходимо периодически доливать масло, потому что двигатель постоянно его потребляет. Эти уплотнения на вершине, как правило, не прослужат долго, прежде чем их потребуется заменить. Восстановление Ванкеля на расстоянии 80 000–100 000 миль является обычным делом, и раньше, чем поршневые двигатели, нуждаются в такой кропотливой работе.

Современные водители также наиболее чувствительны к другим недостаткам роторного двигателя, более низким выбросам и экономии топлива из-за тенденции двигателя не полностью сжигать топливно-воздушную смесь перед ее выпуском.В модели RX-8 Mazda решила эти проблемы, разместив выхлопные отверстия по бокам камер сгорания. Выбросы топлива также стали строже с годами. Это одна из причин, по которой RX-8, последний автомобиль с двигателем Ванкеля, поступил в продажу в 2002 году и был снят с производства в 2012 году.

Время для второго поворота

Вернемся к слухам вице-президента Mazda Мартина тен Бринка о том, что Mazda может использовать какой-нибудь роторный двигатель в качестве расширителя диапазона для электромобиля. Это имело бы смысл. Еще в 2012 году Mazda сдала в аренду 100 электромобилей Demio EV в Японии, но небольшой запас хода в 124 мили был болезненным моментом.Итак, в 2013 году Mazda создала прототип, который включал в себя поворотный расширитель диапазона, чтобы почти удвоить этот диапазон, и назвала его Mazda2 RE Range Extender (Mazda2 — это то, что Demio называют за пределами Японии). Колеса прототипа приводились в движение электродвигателем, а 0,33-литровый 38-сильный роторный двигатель раскручивался для подзарядки аккумуляторных батарей электродвигателя, если они разряжались, а поблизости негде было подзарядить.

Поскольку роторный двигатель не мог приводить в движение колеса, Mazda2 RE не была гибридом, как Volt или Prius.Ванкель был скорее бортовым генератором, который увеличивал дальность действия автомобиля. Та же компактность и легкий вес, которые сделали Wankel отличным двигателем для спортивного автомобиля, такого как RX-7, также делают его идеальным в качестве генератора, увеличивающего запас хода на автомобиле, особенно на том, у которого уже есть электродвигатели и батареи, конкурирующие за пространство и могут Не позволяйте себе набирать лишний вес. Но концепция расширителя запаса хода не попала в серийное производство, а Mazda не продала никаких электромобилей после тех 100 электромобилей Demio.

Тем не менее, роторный двигатель заработал свою репутацию в основном как двигатель спортивного автомобиля, а не как генератор, приводимый в движение электродвигателями. Пока ходят слухи о возрождении роторного двигателя, автолюбители будут мечтать об этом суетливом, причудливом двигателе, который снова приводит в движение колеса в динамичной и веселой поездке.

Мэтью Джансер Мэтт Джансер — южанин, писатель, пишущий об автомобилях и природе. Если его не окружают какие-то вещи или он не просит животных оставаться на месте для фотографий, вы найдете его на обочине дороги под капотом старой машины, который разбирает оборудование для выхлопа и ругается.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Руководство для начинающих: что такое роторный двигатель (и как он работает)?

Роторное и поршневое

PROS
• Природа двигателя означает, что гораздо меньший рабочий объем может производить значительно большую мощность, чем поршневой двигатель сопоставимого размера — Mazda RX-8 технически имеет 1 балл.3 литра, но мощность около 230 л.с.

• Двигатели физически намного меньше, легче и имеют меньше движущихся частей, которые могут выйти из строя.

• Из-за характера двигателя они внутренне сбалансированы — роторы действуют как вращающиеся противовесы, поэтапно компенсируя друг друга. Это означает, что меньше вибраций, поэтому двигатель работает более плавно и будет вращаться до более высоких оборотов (10000 об / мин, конечно, не является чем-то неслыханным) без повреждений.

МИНУСЫ
• Роторные двигатели менее экономичны, чем их аналоги с поршневыми двигателями, поскольку они менее эффективны с точки зрения теплового воздействия.

• Выбросы низкие из-за частичного совпадения событий впуска и выпуска, и ни одно из них не соответствует действующим нормам.

• Наконечники ротора, также известные как уплотнения вершины, подвергаются огромным нагрузкам и склонны к выходу из строя — это была огромная проблема для старых моделей Wankels, и ее еще предстоит полностью решить в современных вариантах.

• Высокий расход масла из-за необходимости поддерживать внутреннюю смазку роторов и уплотнений.

• Из-за небольшого эксцентриситета вала по сравнению с ходом коленчатого вала роторные двигатели имеют небольшой крутящий момент по сравнению с обычным двигателем на низких оборотах.

Mazda — крупнейший производитель роторных двигателей и единственный производитель, использующий их с конца 1970-х годов. General Motors разрабатывала свою собственную более 40 лет назад, но законы о смоге и первое нефтяное эмбарго в 1973 году заставили их отказаться от нее до того, как она была завершена для производства. NSU и Citroen в Европе продавали автомобили в небольших количествах, а Hercules, Norton и Suzuki производили мотоциклы, но никто не производил столько, сколько Mazda. Mazda Cosmo впервые появилась с роторным двигателем в 1965 году, за ним последовали R100, R130, RX-2, RX-3, RX-7, Luce, Rotary Pickup Truck, RX-7 и, наконец, RX-8, выпускавшийся до тех пор, пока 2012 г.

Недавно было проведено исследование производства небольших роторных двигателей для питания генераторной части гибрида, благодаря их компактным размерам и плавности хода. Считается, что, работая на постоянной скорости для выработки энергии, двигатель Ванкеля может, наконец, решить проблемы с топливной экономичностью и выбросами.

Роторный двигатель — Energy Education

Рисунок 1. Цикл роторного двигателя. Он всасывает воздух / топливо, сжимает его, воспламеняется, обеспечивая полезную работу, а затем выпускает газ. [1]

Роторные двигатели или Двигатели Ванкеля — это тип двигателя внутреннего сгорания, наиболее часто используемый в Mazda RX-7, который преобразует тепло от сгорания топливовоздушной смеси под высоким давлением в полезную работу для остальной части автомобиля. машина. Его уникальной особенностью является треугольный ротор, который выполняет те же задачи, что и поршень поршневого двигателя, но совсем другим образом. [2]

Ротор заключен в корпус овальной формы и выполняет обычный четырехтактный цикл двигателя внутреннего сгорания, как показано на рисунке 1.Ротор соединен с выходным валом, который вращается в 3 раза быстрее, чем ротор (внутренний круг, обозначенный буквой «B» на рисунке). Этот цикл описан ниже и повторяется 3 раза для каждого вращения ротора: [2]

  1. Впускное отверстие : Начинается, когда кончик ротора проходит через впускной канал. В этот момент камера имеет самый маленький размер, и по мере вращения камера расширяется, втягивая топливно-воздушную смесь. Как только конец ротора проходит через впускное отверстие, он переходит к стадии сжатия, а следующая поверхность ротора начинает этот шаг заново.
  2. Сжатие : По мере того как ротор продолжает вращаться, топливно-воздушная смесь сжимается, поскольку камера уменьшается в размерах. Это необходимо для следующей детали, которая воспламеняет эту смесь.
  3. Зажигание : Сжатая смесь воспламеняется свечами зажигания, и значительное увеличение давления заставляет ротор расширяться. Это силовой ход, обеспечивающий полезную работу. Часто необходимы две свечи зажигания, чтобы обеспечить равномерное зажигание по всей камере.Выхлопной газ расширяется в камеру, пока кончик ротора не пройдет через выхлопное отверстие.
  4. Выхлоп : как только наконечник проходит через это отверстие, выхлопные газы под высоким давлением могут проходить через выпускное отверстие. Ротор продолжает вращаться до тех пор, пока конец его поверхности не пройдет через выпускное отверстие, а кончик не пройдет через впускное отверстие, и цикл будет повторяться.

Интересная часть этого цикла состоит в том, что каждый шаг выполняется в одно и то же время, , только в разных камерах.Это дает три рабочих хода на каждый оборот ротора.

Отличия от поршневого двигателя

Помимо различных методов завершения четырехтактного цикла, роторные двигатели имеют другие преимущества и недостатки по сравнению с более распространенными поршневыми двигателями: [2]

  • Меньше движущихся частей : Двухроторный роторный двигатель имеет три движущихся части — два ротора и выходной вал — в то время как обычные поршневые двигатели имеют не менее 40.Это повышает надежность роторных двигателей.
  • Сглаживание : Ротор постоянно вращается в одном направлении, в отличие от поршневых двигателей, поршни которых резко меняют направление. Они также уравновешены грузами, которые уменьшают внутренние вибрации. Подача мощности также более непрерывна из-за трех тактов на каждый оборот ротора.
  • Медленнее : Ротор вращается со скоростью, равной одной трети скорости выходного вала, поэтому основные движущиеся части движутся медленнее, чем в поршневом двигателе.Это повышает надежность.

Недостатки

Затраты на производство могут быть выше из-за меньшей популярности этих двигателей. Кроме того, они обычно потребляют больше топлива, чем другие двигатели, из-за их низкой степени сжатия и, следовательно, имеют более низкий термический КПД, что затрудняет соблюдение норм по выбросам.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Как работает двигатель Ванкеля? — MechStuff

Больше никаких скучных представлений, давайте начнем и разберемся, как работает двигатель Ванкеля и что это такое!

История: —
Первый двигатель Ванкеля был разработан немецким инженером — Феликсом Ванкелем .Ванкель получил свой первый патент на двигатель в 1929 году.
Однако конструкция двигателя Ванкеля, используемая сегодня, была разработана Ханнсом Дитером Пашке , который он использовал для создания современного двигателя!

Двигатель Ванкеля: —

Двигатель Ванкеля — это двигатель внутреннего сгорания, в отличие от поршневого цилиндра. В этом двигателе используется эксцентриковая конструкция ротора, которая напрямую преобразует энергию давления газов во вращательное движение. В устройстве поршень-цилиндр поступательное движение поршня используется для преобразования во вращательное движение коленчатого вала.
По сути, ротор просто вращается в корпусах, имеющих форму толстой восьмерки .

Части двигателя Ванкеля: —

Для этого слайд-шоу требуется JavaScript.

Ротор: — Ротор имеет три выпуклые поверхности, которые действуют как поршень. 3 угла ротора образуют уплотнение снаружи камеры сгорания. Он также имеет внутренние зубья шестерни в центре с одной стороны. Это позволяет ротору вращаться вокруг фиксированного вала.
Корпус: — Корпус эпитрохоидальной формы (примерно овал).Корпус имеет продуманную конструкцию, так как 3 вершины или угла ротора всегда находятся в контакте с корпусом. Впускной и выпускной патрубки расположены в корпусе.
Впускные и выпускные отверстия: — Впускное отверстие позволяет свежей смеси поступать в камеру сгорания, а отработавшие газы выходят через выпускное / выпускное отверстие.
Свеча зажигания: — Свеча зажигания подает электрический ток в камеру сгорания, которая воспламеняет топливовоздушную смесь, что приводит к резкому расширению газа.
Выходной вал: — Выходной вал имеет эксцентриковых выступов , установленных на нем, что означает, что они смещены на относительно оси
оси вала . Ротор не вращается в чистом виде, но нам нужны эти эксцентрические выступы для чистого вращения вала.

Примечание: — Выходной вал — вещь, которую нельзя полностью объяснить словами. Довольно сложно представить его вклад в работу. эта ссылка на видео может помочь вам понять это.

Рабочий: — Анимация двигателя Ванкеля.

Впуск: —
Когда кончик ротора проходит через впускное отверстие, свежая смесь начинает поступать в первую камеру. Камера всасывает свежий воздух, пока вторая вершина не достигнет впускного отверстия и не закроет его. В настоящий момент свежая топливовоздушная смесь запаяна в первую камеру и отводится на сжигание.

Компрессия: —
Камера 1 (между углом 1 и углом 2), содержащая свежий заряд, сжимается из-за формы двигателя к тому времени, когда он достигает свечи зажигания.
При этом новая смесь начинает поступать во вторую камеру (между углом 2 и углом 3).

Четыре такта двигателя с пронумерованными углами.

Сгорание: —
При воспламенении свечи зажигания сильно сжатая смесь резко расширяется. Давление расширения толкает ротор вперед. Это происходит до тех пор, пока первый угол не пройдет через выхлопное отверстие.

Выхлоп: —
Когда пиковый угол ИЛИ 1 проходит через выхлопное отверстие, горячие газы сгорания под высоким давлением могут свободно выходить из порта.
По мере того, как ротор продолжает двигаться, объем камеры продолжает уменьшаться, вытесняя оставшиеся газы из порта. К тому времени, когда угол 2 закрывает выпускное отверстие, угол 1 проходит мимо впускного отверстия, повторяя цикл.

Пока первая камера выпускает газы, вторая камера (между углом 2 и углом 3) находится под давлением . Одновременно камера 3 (между углом 3 и углом 1) всасывает свежую смесь .
В этом прелесть двигателя — четыре последовательности четырехтактного цикла, которые происходят последовательно в поршневом двигателе, происходят одновременно в двигателе Ванкеля, вырабатывая мощность в непрерывном потоке.

Преимущества: —

  1. Двигатель Ванкеля имеет очень мало подвижных частей; намного меньше, чем 4-тактный поршневой двигатель. Это делает конструкцию двигателя более простой, а двигатель надежным.
  2. Это примерно 1/3 размера поршневых двигателей , обеспечивающих такую ​​же выходную мощность.
  3. Может развивать более высокие обороты в минуту, чем поршневой двигатель.
  4. Двигатель Ванкеля весит почти 1/3 веса поршневого двигателя , обеспечивая такую ​​же выходную мощность.Это приводит к более высокому соотношению мощности к весу.

Недостатки: —

  1. Поскольку каждая секция имеет разность температур, расширение материала корпуса различается в разных регионах. Поэтому ротор иногда не может полностью герметизировать камеру в области высоких температур.
  2. Горение происходит медленно, поскольку камера сгорания длинная, тонкая и подвижная. Следовательно, может существовать вероятность того, что свежий заряд разрядится, даже не сгорая.
  3. Поскольку несгоревшее топливо находится в потоке выхлопных газов, требования по выбросам трудно выполнить.

Связанные

Роторные двигатели: как работает роторный двигатель?

Замысловатая конструкция транспортного средства может быть интересна одним, но совершенно сбивать с толку других. От разноцветных проводов до количества автомобильных масел для любознательных умов становится задачей понять, как все работает.

На самом деле, как только вы поймете, как все работает, вам станет намного проще заботиться и обслуживать вашу драгоценную машину.В этой статье мы говорим о другом типе двигателя, который произвел большое впечатление на автомобильную промышленность.

Rotary Engine — это шаг назад от двигателя обычного типа, составляющего основу любого транспортного средства, и представляет собой другой механизм, направленный на повышение эффективности работы. Роторные двигатели, представленные и широко использовавшиеся во время Первой мировой войны, вышли из моды в 1920-х годах. Однако с современными технологиями и мощными автомобильными брендами многие компании принимают вызов создать полностью функциональный роторный двигатель, который прослужил бы долгое время.

Прежде чем я начну объяснять, как работает роторный двигатель, давайте взглянем на обычный двигатель пистолетного типа и его работу.

Как работает поршневой двигатель?

Обычный двигатель внутреннего сгорания состоит из поршней, которые совершают поступательное движение внутри цилиндров. Поршни прикреплены к коленчатому валу с помощью шатуна. Когда поршень движется вверх и вниз, его соединение с коленчатым валом заставляет вал вращаться. Это вращение в конечном итоге достигает коробки передач, а через них — колес, позволяя транспортному средству двигаться вперед.

В зеркале коленчатого вала есть камера сгорания с клапанами, которые позволяют топливу и воздуху входить, а ненужным газам выходить. Когда поршень движется вверх, он сжимает взрывоопасную топливно-воздушную смесь, которая воспламеняет свечу зажигания. Взрыв заставляет поршень двигаться вниз, вызывая вращательное движение кривошипа, которое в конечном итоге достигает колес.

Теперь, когда вы знаете, как работает обычный поршневой двигатель, давайте перейдем к более важному вопросу — как работает роторный двигатель?

| Читайте также: Моторные масла: как выбрать лучшее моторное масло для вашего автомобиля? |

Что такое роторный двигатель и как он работает?

Роторный двигатель был гениальным изобретением, хотя и немного необычным.В нем используются те же принципы горения, но совершенно другим способом. Однако бочкообразному двигателю не хватает большинства деталей, которые обычно встречаются в обычном двигателе.

Как мы упоминали ранее, в обычном двигателе давление поддерживается в цилиндрах, что в конечном итоге заставляет поршень двигаться вперед и назад. В роторном двигателе такое же давление сгорания находится в роторе, треугольной камере, которую двигатель использует вместо поршней.Таким образом, вместо того, чтобы поршни с пыхтением поднимались и опускались, нетрадиционный двигатель использует один, два, а иногда и три треугольных ротора.

Как и в обычных двигателях, топливо и воздух закачиваются в двигатель, но они, однако, оставляют пространство на боковых сторонах роторов и внутренних стенках цилиндра. Поскольку топливо и воздух воспламеняются в камере, расширение газов заставляет роторы вращаться. Это помогает генерировать мощность, необходимую двигателю для движения колес вперед.

Чтобы сделать работу более понятной, давайте подробнее рассмотрим принцип роторного двигателя.

Там, где в обычном двигателе расположены цилиндры, роторный двигатель имеет корпуса, в которых находятся треугольные роторы. Эти роторы, прикрепленные к эксцентриковому валу, остаются в контакте с корпусом во время его вращения. Конструкция ротора и корпуса такова, что создается пустота, которая расширяется и сжимается в зависимости от положения ротора. Каждая из этих пустот направлена ​​на то, чтобы заботиться об одном аспекте цикла сгорания.

Когда ротор вращается, он сжимает смесь, снова расширяет камеру при воспламенении, а затем выдавливает выхлопные газы из выхлопного отверстия.

Феликс Ванкель, немецкий инженер, был вдохновителем создания очень эффективного и энергосберегающего прототипа роторного двигателя. В 1920-х годах инженер хорошо работал над развитием своего видения, но из-за войны не мог далеко развить свое видение до 1951 года, когда он был приглашен немецким автопроизводителем NSU для создания прототипа.

Вскоре другой инженер, Ханнс Дитер Пашке, которого NSU также пригласило для того, чтобы попытаться раскрыть оригинальную концепцию Ванкеля, разработал простой прототип для роторного двигателя, который стал использоваться в Mazda в 21 веке.

Роторный двигатель приобрел популярность благодаря меньшему количеству компонентов, но с тем же процессом, что и обычный двигатель. Отсутствие клапанов, распределительных шестерен, шатунов, поршня, коленчатого вала делает вещи значительно легче и дешевле. Только три основных движущихся части составляют весь двигатель и работают довольно хорошо по сравнению с «обычным».

| Читайте также: Как работает автомобильная тормозная система? |

Детали роторного двигателя

Вы знаете, как работает роторный двигатель, теперь давайте взглянем на различные части роторного двигателя, чтобы лучше рассмотреть.

Обычный роторный двигатель включает систему зажигания и систему подачи топлива, очень похожую на систему поршневых двигателей. Однако есть несколько деталей, которые настолько отличаются от обычного двигателя, что заставляют даже самых заядлых автолюбителей почесать затылок.

Ротор

Ротор является основным MVP двигателя по сравнению с поршнем в «нормальном» двигателе. Треугольной формы он имеет три выпуклые грани, на каждой из которых есть карман, обеспечивающий давление и пространство для воздушно-топливной смеси.

В верхней части каждой выпуклой поверхности находится металлическая лопасть, предназначенная для крепления ротора к внешней стороне камеры сгорания. Металлические кольца на каждой стороне ротора также помогают герметизировать компонент по бокам камеры.

Помимо этого, ротор также содержит набор внутренних зубчатых колес, вырезанных по центру одной стороны. Эти зубья используются, чтобы прикрепить его к шестерне, находящейся в корпусе. Это очень важный момент, поскольку это соединение определяет маршрут, по которому ротор будет проходить через корпус.

Корпус

После ротора идет корпус, который составляет важную часть роторного двигателя. Он имеет эпитрохоидную форму, также известную как овальная форма, которая сконструирована таким образом, что кончики ротора всегда соприкасаются со стенками камеры. Корпус чрезвычайно важен, поскольку каждая его часть используется для завершения одной части процесса сгорания, который включает впуск, сжатие, сгорание и выпуск.

Впускной и выпускной патрубки расположены в корпусе, однако клапанов в этих отверстиях нет.Выпускной порт находится в прямом контакте с выпускным отверстием, а впускной канал подключается непосредственно к дроссельной заслонке.

Выходной вал

После ротора и корпуса идет выходной вал.

Выходной вал содержит круглые выступы, которые установлены со смещением, то есть немного смещены от центра вала. Роторы спроектированы так, чтобы соответствовать этим выступам, как и роторы коленчатого вала в поршневом двигателе.

Когда ротор движется, он отталкивает лопасти, что создает крутящий момент на валу, заставляя его вращаться.

| Читайте также: Дизельный сажевый фильтр: что такое DPF в автомобиле? |

Как роторный двигатель вырабатывает энергию?

В обычном двигателе есть концепция четырехтактного поршня, который используется для приведения в действие сердца машины. Точно так же роторный двигатель использует четырехтактный цикл сгорания, в котором одна и та же работа выполняется другим способом.

Ротор, также известный как сердце двигателя, размещен на круглом выступе выходного вала.Как мы уже обсуждали, на кулачке необычно расположен вал, который позволяет ротору вращать выходной вал. Когда ротор завершает вращение внутри корпуса, он вращает лопасть по кругу, поворачиваясь три раза за каждый оборот ротора.

Когда ротор вращается внутри корпуса, камеры, созданные ротором, изменяются в размере, что вызывает действие, аналогичное действию откачки.

Давайте рассмотрим шаг за шагом, чтобы лучше понять принцип действия роторного двигателя.

Впускной

Фаза впуска роторного двигателя начинается, когда кончик ротора касается впускного отверстия.

Это открывает впускное отверстие в камеру. На данный момент объем камеры минимален.

По мере того, как ротор проходит через впускное отверстие, объем камеры увеличивается, тем самым вбирая в себя топливно-воздушную смесь.

Когда точка пика ротора проходит, камера закрывается, и начинается сжатие.

Компрессия

На этом этапе ротор сохраняет круговое движение вокруг корпуса, что снова заставляет камеру уменьшаться. Это заставляет воздушно-топливную смесь сжиматься.

Когда поверхность ротора проходит вокруг свечей зажигания, объем камеры снова достигает минимума. Это вызывает процесс горения.

Горение

Роторные двигатели оснащены двумя свечами зажигания. Поскольку камера сгорания довольно длинная, для распространения пламени требуются две свечи зажигания.Когда свеча зажигания воспламеняет смесь воздуха и топлива, давление в здании заставляет ротор двигаться дальше.

По мере продвижения ротора объем камеры увеличивается. Газы сгорания продолжают расширяться, толкая ротор, инициируя мощность, пока ротор не наткнется на выхлопное отверстие.

Выхлоп

Как только пик ротора проходит через выхлопное отверстие, газообразные продукты сгорания под высоким давлением могут свободно выходить из выхлопа. Ротор продолжает двигаться вперед, что сжимает камеру, выталкивая оставшийся выхлоп из порта.

Когда объем камеры приближается к минимальной стороне, ротор проходит через впускное отверстие, начиная весь процесс заново. Интересный вывод здесь заключается в том, что ротор всегда работает в одной части цикла, а это означает, что в полном обороте есть три такта сгорания.

Поскольку выходной вал вращается три раза за каждый оборот ротора, на каждый оборот выходного вала приходится один такт сгорания.

Теги: роторный двигатель mazda, поршневой двигатель, роторный двигатель, детали роторного двигателя, давление роторного двигателя, роторный двигатель работает, роторы

Что такое двигатель Ванкеля? | Как работает роторный двигатель?

Двигатели наиболее распространены во всем мире.Они стали важной частью всех транспортных средств. Существуют разные типы двигателей в зависимости от потребностей различных областей применения. Двигатель Ванкеля — самый известный тип двигателя внутреннего сгорания. В предыдущей статье мы обсуждали различные типы двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В этой статье речь пойдет в основном о движке Ванкеля.

Что такое двигатель Ванкеля?

Двигатель Ванкеля — это тип роторного двигателя внутреннего сгорания, который использует вращательное движение треугольного ротора, установленного в эллиптической камере, для преобразования тепловой энергии в вращательное движение без использования традиционного возвратно-поступательного поршня.Двигатель Ванкеля также известен как роторный двигатель , потому что он имеет все вращающиеся части.

По сравнению с поршневыми двигателями роторные двигатели Ванкеля имеют небольшой вес, небольшие размеры и более компактные размеры. Напротив, поршневой двигатель имеет поршень, совершающий возвратно-поступательное движение, который движется вверх и вниз внутри цилиндра.

Роторный двигатель Ванкеля имеет меньшую вибрацию и более равномерный крутящий момент, чем поршневой двигатель.

История двигателя Ванкеля
  • В 1924 году Феликс Генрих Ванкель создал небольшую лабораторию и начал разработку и исследование двигателя своей мечты, который мог вращаться, всасывать, сжиматься, гореть и выхлопывать.
  • В 1951 году компания NSU Motorenwerke AG приступила к разработке двигателя Ванкеля.
  • В 1957 году инженер Феликс Генрих Ванкель сконструировал первый роторный двигатель Ванкеля вместо обычного поршневого двигателя.
  • Инженер Ханнс Дитер Пашке разработал второй двигатель KKM , следуя некоторым технологическим изменениям и усовершенствовав технологию двигателя Ванкеля.
  • Роторный двигатель Ванкеля был впервые представлен специалистам и прессе на конференции Союза инженеров Германии в Мюнхене в 1960 году.
  • В 1960-х годах, благодаря простоте, отличному соотношению прочности и веса, плавности работы и очень высокой эффективности роторных двигателей, они были у всех на слуху в автомобильной и мотоциклетной промышленности.
  • В августе 1967 года компания NSU Motorenwerke AG получила широкую известность в связи с появлением нового NSU Ro 80, оснащенного 115-часовым двигателем Ванкеля с двумя роторами. Это был первый немецкий автомобиль в 1968 году, который был признан «Автомобилем года».
  • Благодаря отличным характеристикам двигателя Ванкеля, многие крупные производители автомобилей (Ford, Toyota, Mercedes-Benz, Porsche, Rolls-Royce и Mazda) подписали между ними лицензионные соглашения на производство роторных двигателей Ванкеля в течение следующего десятилетия.

Конструкция роторного двигателя

Роторный двигатель работает по принципу оттоцикла . В отличие от поршневого двигателя с возвратно-поступательным движением, 4-тактный двигатель стандартного двигателя с циклом Отто организован последовательно вокруг эллиптического ротора в двигателе Ванкеля. Роторный двигатель имеет один ротор и одну эллиптическую коробку, окруженную треугольным ротором (трехсторонним у Reuleaux), который вращается и перемещается в коробке.Сторона уплотнения ротора соединена с тремя камерами сгорания на стороне корпуса и углами уплотнения ротора по периметру основной коробки.

По мере того, как ротор вращается, вращение и форма корпуса толкают ротор ближе к стенке корпуса, а камеру сгорания двигателя ближе и дальше вниз по «ходам» возвратно-поступательного поршня. Но эти 4-тактные двигатели производят такт сгорания после двух оборотов поршня внутри цилиндра.

Камеры сгорания двигателя Ванкеля производят один « такт сгорания » за каждый оборот.Поскольку приводной вал Ванкеля вращается со скоростью, в три раза превышающей частоту вращения ротора, он становится одним «тактом» сгорания на один оборот выходного вала ротора, что в два раза больше, чем у четырехтактного поршневого двигателя и эквивалентно таковому у двухтактного двигателя. Эти двигатели имеют большую выходную мощность по сравнению с четырехтактными бензиновыми двигателями с аналогичным ходом двигателя.

Двигатель Ванкеля рабочий

Роторный двигатель Ванкеля — это известный тип двигателя внутреннего сгорания, который работает по основному принципу оттоцикла .

Двигатель Ванкеля четырехтактный и работает по следующей схеме:

  1. Всасывающий
  2. Компрессия
  3. Горение
  4. Выхлоп
Двигатель Ванкеля работает

1) Ход всасывания или всасывания: —

  • Когда кончик ротора проходит через впускное отверстие, свежий воздух начинает поступать в первый цилиндр, как показано на диаграмме выше.
  • Цилиндр 1 st продолжает всасывать свежий воздух до тех пор, пока кончик ротора 2 и не достигнет впускного отверстия и не закроет его.
  • После этого процесса впускной канал закрывается, и свежая топливно-воздушная смесь улавливается в первом цилиндре для сжатия и сгорания.

2) Степень сжатия: —

  • После завершения такта впуска начинается такт сжатия захваченной топливовоздушной смеси.
  • Когда ротор начинает вращаться, зазор между углом 1 и углом 2 первого цилиндра (как показано на приведенной выше диаграмме) уменьшается за счет уменьшения объема смеси и ее сжатия.
  • По мере того, как топливно-воздушная смесь сжимается в соответствии с требованиями, она отправляется на процесс сгорания.

3) Сгорание: —

  • Когда смесь в первом цилиндре (от 1 до 2 углов) сжимается в соответствии с требованием, свеча зажигания создает искру внутри цилиндра, которая воспламеняет топливовоздушную смесь.
  • Из-за возгорания смесь превращается в газы с высокой температурой и давлением. Энергия сгоревшей смеси заставляет ротор двигаться вперед.Этот процесс продолжается до тех пор, пока угол 1 st не пройдет мимо выпускного отверстия.

4) Выхлоп: —

  • Когда угол 1 касается выпускного или выпускного отверстия, горючие газы под высоким давлением выходят из двигателя.
  • После выпуска отработавших газов выпускное отверстие закрывается, и снова весь цикл повторяется.

Для лучшего понимания посмотрите следующее видео:

Детали роторного двигателя Ванкеля

Роторный двигатель может иметь сложную конструкцию, но в нем не так много движущихся частей или компонентов, как в поршневом двигателе.Ниже мы рассмотрим основные компоненты роторного двигателя Ванкеля, чтобы вы могли лучше понять, как все работает.

Роторный двигатель состоит из следующих основных частей:

  1. Ротор
  2. Свеча зажигания
  3. Выходной вал
  4. Кожух
  5. Впускные и выпускные патрубки

1) Ротор

Ротор представляет собой треугольную вогнутую часть, которая обеспечивает плотное уплотнение при нажатии на кожух двигателя. На каждой стороне ротора есть воздушный карман или воздухозаборник, чтобы пропускать больше газа в корпус.Эти впускные отверстия или карманы эффективно увеличивают рабочий объем двигателя Ванкеля.

Ротор вращается на нескольких шестернях, соединенных с валом. Этот вал устанавливается в центре корпуса. Шестерни позволяют краям ротора вращаться таким образом, что они всегда контактируют с корпусом, поддерживая три отдельных камеры сгорания.

2) Корпус или кожух

Кожух — самая важная часть двигателя. Он также известен как корпус двигателя.Эллиптическая конструкция корпуса помогает максимизировать рабочий объем двигателя при вращении ротора. Во время вращения ротора края ротора находятся в постоянном контакте с внутренней стенкой корпуса.

Когда ротор вращается в кожухе, каждая воздушная полость проходит через четыре части цикла сгорания:

  1. От всасывания до сжатия
  2. Сгорание до выхлопа.

Топливная форсунка и свеча зажигания вставляются непосредственно в камеру сгорания через стенку кожуха.Внешние каналы позволяют охлаждающей жидкости и маслам проходить через систему для поддержания температуры и целостности системы.

Корпус также защищает внутренние части двигателя. Это предохраняет внутренние детали от повреждений, вызванных падением на двигатель какой-либо внешней нагрузки.

3) Выходной вал

Выходной вал передает энергию, образующуюся в результате сжатия и сгорания, в систему трансмиссии, которая приводит в движение колесо транспортного средства.Он оснащен круглым выступом, который касается ротора и вращает вал.

4) Впускные и выпускные патрубки

Впускной канал позволяет свежей смеси поступать в камеру сгорания, а выхлопные газы выводят газы через выпускное или выпускное отверстие.

5) Свеча зажигания

Свеча зажигания — это часть двигателя, используемая для передачи электрического тока от системы зажигания в камеру сгорания двигателя SI для сжигания сжатой топливовоздушной смеси с помощью электрической искры.Он имеет металлический корпус с резьбой, который электрически изолирован от центрального электрода керамическим изолятором.

Эта вилка соединяется с катушкой зажигания, которая генерирует высокое напряжение. Когда ток проходит через катушку, между боковым электродом и центральным электродом возникает напряжение. Когда напряжение превышает диэлектрическую прочность газа, газ ионизируется. Ионизированный газ работает как проводник, пропускающий ток через комнату.

Экономия топлива и уровень выбросов роторного двигателя Ванкеля

Когда роторный двигатель сжигает бензин, возникает множество проблем с выбросами и эффективностью.По сравнению с водородом диаметром 0,6 мм бензин воспламеняется медленнее, имеет меньшую скорость распространения пламени и большую дистанцию ​​гашения с циклом сжатия 2 мм. Из-за этих факторов двигатель потребляет больше топлива, и его КПД снижается.

Когда роторный двигатель Ванкеля использует бензин, зазор (в цикле сжатия) между корпусом и ротором становится очень узким, в то время как этот зазор достаточно широк для водорода. Двигатель требует этого узкого зазора для сжатия.

Когда в двигателях используется бензин вместо дизельного топлива, оставшийся бензин выбрасывается в атмосферу через выпускной клапан.Но этой проблемы не возникает, когда двигатель использует водород в качестве топлива. Это связано с тем, что вся топливная смесь сгорает внутри камеры сгорания, которая имеет очень низкий уровень выбросов, а топливная эффективность также повышается до 23%.

Конструкция камеры сгорания двигателя Ванкеля более устойчива к предварительному воспламенению на бензине с более низким октановым числом, чем в аналогичном поршневом двигателе. Конструкция камеры сгорания может стать причиной недостаточного горения топливовоздушной смеси при использовании бензина. Из-за этого неполного сгорания выделяется большое количество несгоревших углеводородов в выхлопных газах.Хотя температура сгорания роторного двигателя Ванкеля ниже, чем у других двигателей, ранние двигатели также имеют рециркуляцию выхлопных газов (EGR). Таким образом, выброс выхлопных газов двигателей Ванкеля относительно невелик.

Роторный двигатель транспортного средства может работать на высокой скорости. Это происходит из-за высокого эксцентриситета ротора, более длинных всасывающих каналов и раннего открытия всасывающего клапана, увеличивающего крутящий момент на низкой скорости — положение и конструкция выемки ротора влияют на расход топлива и выбросы.Уровень расхода топлива и выбросы зависят от конструкции камеры сгорания, которая определяется положением свечи зажигания внутри камеры двигателя.

Преимущества и недостатки роторного двигателя

Роторный двигатель Ванкеля имеет следующие основные преимущества и недостатки:

Преимущества двигателей Ванкеля
  • Эти типы двигателей имеют простую конструкцию.
  • Роторный двигатель не имеет клапана для работы.
  • Для этих двигателей не требуются коленчатые валы, шатуны и т. Д. Удаление этих компонентов делает двигатель Ванкеля легче.
  • Они имеют широкий диапазон скоростей.
  • Они также могут сжигать топливо с высоким октановым числом без детонации.
  • Эти двигатели обладают множеством преимуществ в плане безопасности, что делает их полезными в самолетах.
  • Загрязнение отстойника топлива не проявляется на некоторых двигателях Ванкеля, что означает, что нет необходимости в замене топлива.
  • У двигателя Ванкеля нет проблем с детонацией.Проблемы детонации возникают из-за неполного сгорания топливовоздушной смеси.
  • Эти двигатели имеют значительно более высокое соотношение мощности и массы, чем двигатель с колонной.
  • Более просто упаковывать в ограниченном пространстве двигателя, чем поршневой двигатель.
  • Эти двигатели не нуждаются в возвратно-поступательных деталях.
  • Роторный двигатель Ванкеля имеет более высокое передаточное число по сравнению с поршневым двигателем.
  • Эти двигатели не производят большого шума во время работы.
  • Поскольку двигатель Ванкеля имеет очень мало движущихся компонентов, поэтому его производственная цена невысока.
  • Эти двигатели более чем поршневые.
  • Высокая скорость этих двигателей обеспечивает превосходную адаптивность.
  • Они лучше всего подходят для использования водородного топлива.

Недостатки двигателей Ванкеля
  • Высокая потеря уплотнения: Это также незначительная проблема, поскольку кожух двигателя Ванкеля имеет немного разные температуры в каждом отдельном сегменте камеры. Различные коэффициенты расширения вещества способствуют несовершенному экранированию.Следовательно, эти двигатели имеют высокие потери на герметичность.
  • Подъем уплотнения верхушки: Центробежная сила заставляет уплотнение верхушки на поверхности корпусов двигателя создать прочное уплотнение. При работе с малой нагрузкой зазоры между верхним уплотнением и корпусом могут образоваться в случае центробежной силы и дисбаланса давления газа.
  • Высокий уровень выбросов: Поскольку несгоревшее топливо находится в потоке выхлопных газов при использовании топлива, стандарты выбросов трудно выполнить. Прямой впрыск топлива в камеру сгорания двигателя решит эту проблему.
  • Низкая экономия бензинового топлива: Это обусловлено движущейся камерой сгорания, что способствует плохому сгоранию и хорошему давлению при частичной нагрузке и низких оборотах. Это приводит к присоединению несгоревшего топлива к выхлопному потоку; топливо, не используемое для производства электроэнергии, теряется.
  • Иногда роторный двигатель Ванкеля имеет проблемы с расходом топлива и сжиганием масла.
  • Топливно-воздушная смесь не может быть предварительно сохранена, потому что у этого двигателя нет впускного отверстия.
  • Эти двигатели требуют сложной технологии впрыска топлива.
  • Эти двигатели имеют низкую степень сжатия. По этой причине у них низкая экономия топлива и тепловой КПД.
  • В выхлопном потоке двигателя Ванкеля могут быть высокие выбросы несгоревших углеводородов и оксида углерода.
  • Роторный двигатель очень склонен к пропускам зажигания, поскольку потеря хода приводит к тому, что двигатель теряет импульс, а затем снова начинает двигаться при следующем запуске камеры сгорания. Чтобы избежать этой проблемы, необходимо техническое обслуживание системы зажигания.

Приложения двигателя Ванкеля
  • Крошечный двигатель Ванкеля все чаще используется в других целях, в том числе в картингах, личных водных судах и вспомогательных силовых установках самолетов.
  • Некоторые люди используют двигатели Ванкеля в версиях, которые в основном использовались с 1970 года. Даже с большим глушителем весь комплект весит всего 13,4 унции (380 граммов).
  • Универсальность двигателей Ванкеля делает их подходящими для проектов с малыми, микро- и микро-мини-приложениями.
  • Самый большой двигатель Ванкеля доступен с ротором мощностью 550 л.с. (410 кВт) и двумя версиями ротора по 1100 л.с. (820 кВт), смещает примерно 41 литр ротора в диаметре. За счет снижения частоты вращения двигателя до 1200 об / мин и использования природного газа в качестве топлива двигатели были хорошо выбраны для привода насосов на газопроводах.
  • Эти двигатели используются в самолетах.
  • Эти двигатели используют в автомобилях Mazda.
  • Малые двигатели Ванкеля также используются в мотоциклах.
  • Эти типы двигателей также используются на лодках.

В чем разница между поршневым двигателем и двигателем Ванкеля?
Двигатель Ванкеля Поршневой двигатель
Он имеет роторный ротор, который используется для преобразования тепловой энергии во вращательное движение. Имеет возвратно-поступательный поршень, который перемещается вверх и вниз для преобразования тепловой энергии в механическую.
Роторный двигатель Ванкеля легче поршневого двигателя. Поршневой двигатель тяжелее двигателя Ванкеля.
Эти двигатели имеют меньшие размеры. Они имеют большой размер.
Они сжигают больше топлива. Они сжигают меньше топлива, чем двигатели Ванкеля.
Они вырабатывают меньшую мощность, чем поршневые двигатели, при том же количестве топлива. Они производят большую мощность.
Двигатели Ванкеля производят больше выбросов. Эти двигатели производят меньше выбросов.
У них меньше движущихся частей, чем у поршневых насосов. У них много движущихся частей.
Имеет плавную работу. У него нет такой плавной работы, как у двигателя Ванкеля.

Раздел часто задаваемых вопросов

Кто изобрел двигатель Ванкеля?

В 1957 году инженер Феликс Генрих Ванкель сконструировал первый двигатель Ванкеля.

Почему роторный двигатель известен как двигатель Ванкеля?

Ванкель изобрел Феликс Генрих Ванкель. Таким образом, он известен как двигатель Ванкеля по имени его основателя.

Почему роторные двигатели такие мощные?

Благодаря революционному движению роторные двигатели имеют меньшую рабочую вибрацию, чем поршневые. Это позволяет настроить двигатель Ванкеля так, чтобы он работал быстрее и мог генерировать больше энергии.

Какие автомобили имеют двигатель Ванкеля?

Двигатели Ванкеля можно найти в следующих режимах автомобилей:

  • 1969 Citroen M35.
  • Концепт Mazda RX-500 1970 года.
  • 1973 Citroen GS Birotor.
  • Mercedes-Benz C111-II 1970 года выпуска.
  • 1975 Mazda Roadpacer AP.
  • Концепт Chevrolet Corvette XP897 GT 1973 года.
  • 1974 Mazda Parkway RE13 Rotary 26 Superdeluxe.
  • 2003 Mazda RX-8 Hydrogen RE.

Почему вышел из строя двигатель Ванкеля?

Двигатель Ванкеля выходит из строя по следующим причинам:

  • Двигатели Ванкеля имеют проблемы с расходом топлива и сжиганием масла.
  • Им нужна сложная технология впрыска топлива.
  • Расход топлива: Двигатель Ванкеля имеет тонкую и длинную камеру сгорания, приводимую в движение ротором. Это замедляет сгорание топлива. В двигателе эту проблему пытались решить с помощью двойных свечей зажигания (начало и конец).
  • Выбросы: В случае роторного двигателя несгоревшее топливо и масло для сгорания вызывают ужасные выбросы.
Заключение

Двигатели этих типов не горят очень чисто и, как следствие, имеют высокий уровень выбросов.Роторные двигатели также имеют более высокий износ по сравнению с поршневыми двигателями и не служат так долго.

Еще одна их особенность в том, что они ужасные двигатели для людей, которые ездят на короткие расстояния. Если бы вы могли завести их, переместить машину с проезжей части на дорогу и выключить их, эти двигатели сильно затопятся. Затем вам предстоит пройти процесс удаления наводнения. Я думаю, что этот процесс может занять от 20 до 30 минут, чтобы перезапустить машину. Часто приходится подключать дополнительное питание, чтобы не разрядить аккумулятор.Это также может произойти, если вы едете на небольшое расстояние. Эти преимущества роторных двигателей или двигателей Вакеля делают их очень плохими для автомобилей на короткие расстояния.

Двигатели Ванкеля также используются в транспортных средствах / машинах, вращающихся на высоких оборотах в течение длительного времени, например в самолетах. Это связано с тем, что пиковая мощность наблюдается при этих высоких оборотах, и всем им не хватает крутящего момента, поэтому выход на этот высокий диапазон мощности требует больших затрат топлива.

См. Также:

  1. Какие типы двигателей бывают?
  2. Двигатель внутреннего сгорания (ВС) различных типов
.

Comments |0|

Legend *) Required fields are marked
**) You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>
Category: Двигател