Двигатель ванкеля принцип: Двигатель Ванкеля — устройство и принцип работы РПД автомобиля

Роторный двигатель (принцип работы, достоинства, недостатки, перспективы)

 Роторный двигатель изобрел доктор Феликс Ванкель, вернее он был соавтором совместно с Вальтером Фройде. В 1957 году они разрабатывали две модели аналогичных роторных двигателей, но двигатель Ванкеля нашел более широкое применение. Именно поэтому этот двигатель часто также называют двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля.
 Роторный двигатель, как и двигатель в вашей машине является двигателем внутреннего сгорания, но принцип его работы совершенно другой, в отличии от обычного поршневого двигателя.

 Если в поршневом двигателе, существует несколько (в зависимости от цилиндров) рабочих объемов (цилиндр и поршень),  поочередно выполняющих свои стандартные циклы – забор смеси, сжатие, зажигание и выхлоп, то в роторном, поршни заменены ротором. (рабочий треугольный орган в форме эпитрохоида), который в зависимости от угла поворота поочередно, совместно с корпусом, участвует все в тех же циклах перечисленных ранее (забор, сжатие, зажигание, выброс)
 В этой статье мы узнаем о том, как работает роторный двигатель, о его особенностях и интересных фактах связанных с ним, о достоинствах и недостатках. Давайте начнем наше знакомство с роторным двигателем, с принципа его работы.

Принцип работы роторно-поршневого  двигателя

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, создаваемое при сгорании топливно-воздушной смеси. Как и в поршневом двигателе, входное отверстие сообщается с дроссельной заслонкой, а выпускное с выхлопной системой. Если в поршневом двигателе это давление образуется в цилиндрах, а затем посредством поршней, шатунов передается на коленчатый вал, то в роторном двигателе передаточные звенья отсутствуют. Треугольный ротор в роторном двигателе является своеобразным поршнем, вращающимся по кругу и передающим крутящий момент на выходной вал.
 Фактически ротор при вращении делит общую камеру на три изолированных, в объеме каждой из этих условных камер происходит свой цикл (забор, сжатие, зажигание, выброс). Как и в случае с поршневым двигателем, роторные двигатели имеют всего 4 такта.
 Как правило, даже в самом простом роторном двигателе применяют два ротора. Такая конструкция позволяет уменьшить детонацию, увеличить стабильность работы двигателя. Если вы внимательно посмотрите на картинку, то увидите, что один полный оборот ротора, соответствует 3 оборотом вала.
 Сердцем роторного двигателя является ротор. Ротор в данном случае эквивалентен поршням в обычном двигателе. Ротор установлен на вал с неким эксцентриситетом. Фактически такое смещение можно сравнить с рукояткой на лебедке. Подобная установка ротора, позволяет передавать крутящий момент от него на вал.
 Как мы уже говорили, двигатель имеет 4 такта, они меняются в зависимости от угла поворота ротора. Сейчас мы кратко рассмотрим каждый из данных тактов в роторном двигателе. 

Забор топливно-воздушной смеси в роторном двигателе

Забор смеси начинается в тот момент, когда одна из вершин ротора проходит впускной клапан в корпусе. В это время, объем камеры расширяется, вовлекая в свое увеличивающееся пространство топливно-воздушную смесь. В тот момент, когда следующая вершина ротора проходит впускной канал, начинается следующий такт.
Сжатие топливно-воздушной смеси в роторном двигателе
Во время поворота ротора, объем смеси захваченной ротором уменьшается, что приводит к повышению давления. Максимальное давление образуется в тот момент, когда топливно-воздушная смесь находится в зоне свечей.

Сжигание топливно-воздушной смеси

Для зажигания смеси, как и в поршневом двигателе, используются свечи. Они зажигают смесь одновременно, то есть срабатывают синхронно. Обычно для роторного двигателя применяют две свечи зажигания. Применение двух свечей зажигания связано с особенностями рабочего объема. Он как бы вытянут по стенке корпуса, именно поэтому, эффективней использовать две свечи, чтобы смесь сгорала более быстро и равномерно. В случае с одной свечкой, смесь будет сгорать дольше, если можно так сказать постепенно, что значительно понизит пиковое давление во время взрыва при зажигании топливно-воздушной смеси.
 В итоге, от образовавшегося давления взрывной волны, получается рабочее усилие, проворачивающее ротор на эксцентрике вала. Крутящий момент передается на выходной вал. Ротор проворачивается до отверстия выпуска выхлопных газов.

Выброс отработавших выхлопных газов

Как только ротор одной из своих вершин пересекает границу выпускного отверстия, начинается выброс выхлопных газов. Ротор по инерции, а также посредством второго ротора, работающего асинхронно, продолжает менять свой угол и перемещается вершиной до впускного отверстия. Здесь все происходит заново от такта забора до такта выброса.

Узлы (детали) роторного двигателя

Далее мы расскажем о составляющих частях роторного двигателя, что также отчасти поможет вам в более точном понимании работы двигателя. Роторный двигатель имеет в своем составе систему зажигания, систему питания, систему охлаждения, которые похожи на те, что применяются в поршневых двигателях. А теперь о уникальных деталях.

Ротор роторного двигателя

Ротор имеет три выпуклых поверхности с фразированными углублениями. Углубление позволяют несколько увеличить рабочий объем.  На вершинах (углах) ротора имеются уплотнительные, однонаправленные пластинки. Именно они учувствуют в герметизации между ротором и корпусом. Есть также металлические кольца на каждой из сторон ротора, которые отделяют рабочую камеру от картера двигателя.  Кроме того, ротор имеет в центре с одной стороны зубчатый венец. Этот венец жестко закреплен с ротором. Именно через данную зубчатую передачу передается рабочий крутящий момент от двигателя.

Корпус роторного двигателя

 

Корпус роторного двигателя, словно многослойный пирог. Он имеет свои крышки, рабочие камеры, разделительные стенки. Лучше всего понять конструкцию корпуса можно будет взглянув на картинку.
Из нее видно, что двигатель имеет две камеры, разделенные стенкой и крышки с двух сторон. Все остальное конечно тоже имеет значение, но первостепенно именно то, что мы перечислили.
 А теперь мы расскажем о рабочих камерах корпуса роторного двигателя. 

  Внутренняя полость корпуса представляет из себя сложную форму, напоминающую овал. На самом деле овал имеет определенные компенсирующие отливы, которые обеспечивают герметизацию всех трех камер разделенных ротором, вне зависимости от угла его поворота и происходящего цикла. Для каждого цикла, в корпусе роторного двигателя, отведено свое место. В зависимости от угла поворота ротора выполняется соответствующий цикл, который повторяется с периодичностью через каждые 360 градусов поворота ротора
 Выпускные отверстия для выброса сгоревших газов, находятся также в корпусе рабочей камеры. Промежуточная стенка между камерами (на фото ниже)

удерживает вал в совеем центральном отверстии, уплотняется с роторами по боковым стенкам, имеет элементы системы охлаждения, инжекционные порты, направляющие втулки.

Выходной вал роторного двигателя

 Выходной вал имеет эксцентрики, в данном случае их два, так как на вал устанавливается два ротора, которые работают в противофазе, когда один в цикле выброса отработавших газов, второй в цикле забора смеси. Применение двух роторов позволяют скомпенсировать биения во время работы двигателя и соответственно уменьшить детонацию. За счет смещения эксцентрика и перемещения каждого из роторов по стенкам в корпусе двигателя, они стараются провернуть вал. В итоге, на нем образуется рабочий крутящий момент.

Достоинства роторного двигателя

Как мы уже упоминали, главным достоинством роторного двигателя является отсутствие передающих звеньев, а именно шатунов. Кроме того, для роторного двигателя не требуется  клапанов, пружин клапанов, распределительного вала, ремня ГРМ и т.д. Все это в итоге сказывается на габаритах и массе двигателя. Именно поэтому многие производители самолетов (например Skycar, Schleicher), предпочитают поршневым двигателям роторные.
 К плюсам роторного двигателя, как мы уже тоже говорили, можно отнести и очень хорошую сбалансированность деталей в нем. Его можно сравнить с оппозитным 4 поршневым двигателем.
 роторный двигатель более длительное время, по сравнению с поршневым, выдает крутящий момент на выходной вал. Если для роторного двигателя выход мощности на вал длится порядка ¾ оборота (270 градусов), то для поршневого двигателя крутящий момент передается только в течении ½ оборота (180 градусов)
 Так как ротор вращается всего один раз за три оборота вала, это также сказывается на ресурсе ротора, в отличии от поршневых двигателей, где поршень делает полный цикл за оборот вала. У японский моделей автомобилей, ресурс двигателя может достигать 300 т. км.

Недостатки роторных двигателей

 Так в современном мире роторные двигатели массово не применяются вследствие низкой экологичности.
 Роторные двигатели потребляют большее количество топлива, вследствие низких рабочих давлений в камере сгорания.
 Роторные двигатели не так распространены, что может стать проблемой при их ремонте и эксплуатации.
 В двигателе фактически нет системы смазки. Определенное количество смазки (моторного масла) постоянно выбрасывается в корпус к ротору. В итоге у двигателя имеется значительный расход масла. Кроме того, это должно быть высококачественное минеральное масло без присадок, так как «синтетика» выгорая, образует на стенках корпуса нагар.
 Двигатели намного сильнее нагреваются чем поршневые двигатели.

Всемирно известные автомобили, выпускающиеся с роторными двигателями

(На фото Mazda Cosmo Sport и Mazda RX8)

 Японская компания Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторным двигателем. Так первая Мазда Cosmo Sport увидела свет в далеком 1967 году. Следующее поколение — Mazda RX-7 поступила в продажу в 1978 году. Пожалуй, это была одна из самых удачных машин с роторным двигателем.  И последнее поколение автомобилей с роторным двигателем это Мазда RX-8.
 И в итоге, самым мощным без турбонаддува двигателем внутреннего сгорания стал двигатель «Renesis» от Мазда, объёмом всего 1,3 л. Именно у него рекордный показатель мощности к рабочему объему двигателя, а именно 250 л. с.
 В последние годы компании Мазда удалось значительно улучшить характеристики роторных двигателей. Двигатели стали более экологичны, и не требуют такого объема масла для смазки.
Выпускались автомобили с роторным двигателем и другими авопроизводителями: Audi, Mercedes.
  В СССР на АвтоВАЗе также выпускали ряд роторных двигателей. Роторные двигатели ставились на автомобиль 21079 (1,3 л 140 л.с.) и планировались к эксплуатации в спецслужбах.
 В 90 годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы следующие роторные двигатели ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Перспективы роторных двигателей

Основные перспективы роторных двигателей связаны с переходом на водородное топливо. Во-первых сразу решается проблема экологичности, а во-вторых, роторные двигатели практически не подвержены детонации при работе с этим видом топлива.

Устройство роторного двигателя. Принцип работы роторного двигателя — видео

Автор Master OffRoad На чтение 13 мин. Просмотров 1.7k. Опубликовано 28.12. 2020

Содержание

1. История создания роторного двигателя
2. Строение и принцип работы роторного двигателя
3. Строение роторного двигателя
4. Фазы работы
5. Плюсы и минусы
6. КПД роторно-поршневой конструкции
7. Перегревы и высокие нагрузки
8. Ресурс
9. Машины с роторным двигателем
10. Видео: как устроен и работает роторный двигатель
11. Подведем итоги

История создания роторного двигателя

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

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

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

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

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

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

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель

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

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.

Как самому полировать фары автомобиля? 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.

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.

Как самостоятельно полировать автомобиль? 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%.

Фазы работы

Как действует роторный двигатель? Принцип работы (gif-изображения и схему РПД вы можете увидеть ниже) данного мотора заключается в следующем. Функционирование двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:

1. Подачи топлива. Это первая фаза работы двигателя. Она происходит в тот момент, когда вершина ротора находится на уровне отверстия подачи. Когда камера открыта для основного отсека, ее объем приближается к минимуму. Как только ротор вращается мимо нее, в отсек попадает топливно-воздушная смесь. После этого камера снова становится закрытой.
2. Сжатия. Когда ротор продолжает свое движение, пространство в отсеке уменьшается. Таким образом, происходит сжатие смеси из воздуха и топлива. Как только механизм проходит отсек со свечей зажигания, объем камеры снова уменьшается. В этот момент происходит воспламенение смеси.
3. Воспламенения. Зачастую роторный двигатель (ВАЗ-21018 в том числе) имеет несколько свечей зажигания. Это обусловлено большой длиной камеры сгорания. Как только свеча воспламеняет горючую смесь, уровень давления внутри увеличивается в десятки раз. Таким образом, ротор снова приводится в действие. Далее давление в камере и количество газов продолжают расти. В этот момент происходит перемещение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет выхлопной отсек.
4. Выпуска газов. Когда ротор проходит данный отсек, газ под высоким давлением начинает свободно перемещаться в выхлопную трубу. При этом движение механизма не прекращается. Ротор стабильно вращается до тех пор, пока объем камеры сгорания снова не упадет до минимума. К этому времени из мотора выдавится оставшееся количество отработавших газов.

Именно такой имеет роторный двигатель принцип работы. ВАЗ-2108, на который также монтировался РПД, как и японская «Мазда», отличался тихой работой мотора и высокими динамическими характеристиками. Но в серийное производство данная модификация так и не была запущена. Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы.

Плюсы и минусы

Есть ряд преимуществ:

• меньшее количество деталей, как минимум на 35% меньше относительно поршневого. Меньше деталей — меньше поломок;
• если сопоставить с конкурентом такой же мощности, то РПД будет в 2 раза меньше по размеру;
• отсутствие высокой нагрузки даже на больших оборотах и если на низких передачах разогнаться сильнее сотни километров в час;
• меньше весит, поэтому машину проще уравновесить, она становится более устойчивой;
• нет проблемы вибрации даже у самых легких авто. Поршневой вибрирует гораздо сильнее, ввиду чего роторный лучше сбалансирован.

Но есть и недостатки:

• главный минус — небольшой ресурс, это издержка простой конструкции. Рабочий угол уплотнителей постоянно меняется, из-за чего они быстро изнашиваются. Износ усиливается и от того, что через каждый такт меняется температура. Вдобавок давление, оказываемое на трущиеся поверхности, от этого есть только одно средство — впрыскивание масла в коллектор;
• при износе уплотнителей образуются утечки между камерами. Разница в давлении очень большая, от этого страдает КПД. Вред для экологии усиливается;
• из-за серповидной конфигурации камер топливо сгорает не полностью. Из-за небольшой длины рабочего хода и скорости вращения ротора выталкиваются несгоревшие газы высокой температуры. Выделяются не только продукты сгорания бензина, но и масло, ввиду чего окружающая среда подвергается крайне негативному влиянию. Поршневые двигатели не настолько вредные для экологии;
• про высокий расход топлива уже было сказано, но это касается не только бензина, но и масла. Такой двигатель съедает до литра на тысячу километров. Если забыть про масло, то можно столкнуться с необходимостью дорогого ремонта или вовсе замены мотора;
• высокая себестоимость. Требуются качественные дорогие материалы и высокотехнологичное оборудование.

У роторного двигателя достаточно недостатков, но и его конкурент не совершенный. Поэтому соревнование между ними длилось достаточно долго. Сейчас гонка окончена, но никто не может сказать, навсегда или нет.

КПД роторно-поршневой конструкции

Не смотря на ряд недоработок, проведенные исследования показали, что общий КПД двигателя Ванкеля довольно-таки высокий по современным меркам. Его значение составляет 40 – 45%. Для сравнения, у поршневых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет 25%, у современных турбодизелей – около 40%. Самый высокий КПД у поршневых дизельных двигателей составляет 50%. До настоящего времени ученые продолжают работу по изысканию резервов для повышения КПД двигателей.

Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:

1. Топливная эффективность (показатель, характеризующий рациональное использование горючего в моторе).

Исследования в этой области показывают, что только 75% горючего сгорает в полном объеме. Есть мнение, что данная проблема решается путем разделения процессов сгорания и расширения газов. Необходимо предусмотреть обустройство специальных камер при оптимальных условиях. Горение должно происходить в замкнутом объеме, при условии нарастания температурных показателей и давления, расширительный процесс должен происходить при невысоких показателях температур.

2. КПД механический (характеризует работу, результатом которой стало образование переданного потребителю крутящего момента главной оси).

Порядка 10% работы мотора расходуется на приведение в движение вспомогательных узлов и механизмов. Исправить данную недоработку можно путем внесения изменений в устройство двигателя: когда главный движущийся рабочий элемент не прикасается к неподвижному корпусу. Постоянное плечо крутящего момента должно присутствовать на всем пути следования основного рабочего элемента.

3. Термическая эффективность (показатель, отражающий количество тепловой энергии, образованной от сжигания горючего, преобразующейся в полезную работу).

На практике 65% полученной тепловой энергии улетучивается с отработанными газами во внешнюю среду. Ряд исследований показал, что можно добиться повышения показателей термической эффективности в том случае, когда конструкция мотора позволяла бы осуществлять сгорание горючего в теплоизолированной камере, чтобы с самого начала достигались максимальные показатели температуры, а в конце эта температура понижалась до минимальных значений путем включения паровой фазы.

Перегревы и высокие нагрузки

Также из-за особой конструкции данный агрегат был часто подвержен перегреву. Вся проблема заключалась в линзовидной форме камеры сгорания.

В отличие от нее, классические ДВС имеют сферическую конструкцию камеры. Топливо, которое сгорает в линзовидном механизме, превращается в тепловую энергию, расходуемую не только на рабочий ход, но и на нагрев самого цилиндра. В конечном итоге частое «закипание» агрегата приводит к быстрому износу и выходу его из строя.

Ресурс

Не только цилиндр терпит большие нагрузки. Исследования показали, что при работе ротора значительная часть нагрузок ложится на уплотнители, расположенные между форсунками механизмов. Они подвергаются постоянному перепаду давления, потому максимальный ресурс двигателя составляет не более 100-150 тысяч километров.

После этого мотору требуется капитальный ремонт, стоимость которого порой равносильна покупке нового агрегата.

Машины с роторным двигателем

В разработке усовершенствованных концепций силового агрегата с базовым элементом конструкции в виде подвижного ротора участвовали и российские конструкторы, включая

Зуева, Желтышева, ингушских изобретателей братьев Ахриевых.

Игнорируя инновации, на автомобили по-прежнему устанавливают двигатели Ванкеля.

В число моделей с РПД входят:

1. Мазда RX-8. Конструкторское бюро японского концерна достигло прогресса в усовершенствовании. Их последняя разработка вместимостью 1,3 л развивает мощность 215 л.с. Более поздняя версия с аналогичным объемом выдает 231 л.с. Производство прекращено с августа 2011 г. в результате снижения спроса.
2. ВАЗ 2109-90. Такими машинами пользовались в служебных целях сотрудники российских правоохранительных органов. Милицейские автомобили за 8 секунд могли разогнаться до 100 км/ч и развивали скорость 200 км/ч, легко догоняя преступников. Производились и агрегаты с большей мощностью. Но большая цена и малый ресурс не позволили прижиться РПД, и полицейским пришлось пересесть на транспортные средства с поршневыми моторами.
3. Мерседес С-111. Впервые был представлен автолюбителям на женевском автосалоне в 1970 г. Спортивный автомобиль оснащался трехкамерным двигателем Ванкеля. Максимальная скорость составляла 275 км/ч. На разгон до первой сотни уходило 5 секунд.
4. ВАЗ 21019 Аркан. Модель также закупалась для нужд МВД. Советских милиционеров на таких машинах догнать было невозможно и, тем более, уйти от погони. Большинство преследований завершалось поимкой преступников. Объяснение тому – способность служебного транспорта развивать предельную скорость 160 км/ч. Трехсекционный мотор в 1,3 л выдавал 120 л.с.

Видео: как устроен и работает роторный двигатель

Подведем итоги

Моторы роторно-поршневого типа превосходно показывают себя в гонках. У них есть для этого высокая мощность, большое количество оборотов. Немаловажно, что машины на нем очень легкие относительно других, так как двигатель меньше и легче. Ресурс двигателя для гонок — не самый важный показатель, как и прожорливость. Но в обычной жизни нельзя этого не учитывать.

Вне недостатки обусловлены строением и принципом работы роторно-поршневого двигателя. Их нельзя отнести к недоработкам, скорее, это особенности. Но в теории есть способ вновь начать пользоваться РПД. Для этого нужно сделать его более экологичным, повысить ресурс и сделать его более экономичным.

Источники

• https://dolauto.ru/informations/articles/chto-takoe-rotornyy-dvigatel/
• https://krossovery.info/princip-raboty-rotornogo-dvigatelya-plyusy-i-minusy-sistemy/
• https://www.syl.ru/article/158520/new_rotornyiy-dvigatel-printsip-rabotyi-plyusyi-i-minusyi-rotornogo-dvigatelya
• https://geekometr.ru/statji/kak-rabotaet-rotorno-porshnevoy-dvigatel-v-mashine.html
• https://zewerok.ru/dvigatel-vankelya/
• https://remontautomobilya.ru/princip-raboty-rotornogo-dvigatelya-plyusy-i-minusy.html

Что такое роторный двигатель Ванкеля? Схема, детали, работа [PDF]

В этой статье вы узнаете  , как работает роторный двигатель Ванкеля?  И его  детали, функции, преимущества и приложения поясняются  диаграммами.  

Кроме того, вы также можете загрузить PDF-файл  этой статьи в конце.

Что такое роторный двигатель Ванкеля?

Он определяется как роторный двигатель внутреннего сгорания, в котором изогнутый, треугольный или эксцентрически поворачиваемый поршень вращается в эллиптической камере, создавая три камеры сгорания, различающиеся по объему. Или, проще говоря, это тип двигателя внутреннего сгорания, в котором используется эксцентриковая вращающаяся конструкция для преобразования давления во вращательное движение.

Роторный двигатель Ванкеля Mazda RX-8 [Flickr]

Немецкий инженер Феликс Ванкель изобрел роторный двигатель, известный как роторный двигатель Ванкеля, который в основном использовался в гоночных автомобилях. Двигатель Ванкеля работает по обычному циклу Отто, но отличается от поршневого двигателя внутреннего сгорания. двигатели.

Это чисто роторный двигатель, не имеющий возвратно-поступательного движения или поршня. По сравнению с поршневыми двигателями двигатели Ванкеля обеспечивают больший крутящий момент, меньшую вибрацию и при заданной мощности более компактны и меньше весят.

В нем используется ротор вместо поршня, который вращается внутри камеры. Эта конструкция бросает новый вызов существующим поршневым двигателям.

Читайте также: Какие детали внутри автомобиля? [Объяснено с диаграммами]

Части роторного двигателя Wankel

. Следующие чашки роторного двигателя Wankel:

1. Впуск
2. Выхлоп
3. Crown Gear
5. Сгоревшая палата
8. Сгоревшая палата
12. Сгоревшая палата
13. .0031 Эксцентриковый вал
14. Верхнее уплотнение
15. Свеча зажигания

#1 Впуск

Впуск начинается, когда кончик ротора проходит через впускное отверстие. В этот момент камера находится в наименьшем положении и расширяется при вращении.

#2 Выпускное отверстие

Когда наконечник проходит через это выпускное отверстие, выхлопные газы под высоким давлением могут проходить через это отверстие.

#3 Коронная шестерня

В двигателе Ванкеля коронная шестерня имеет зубья, выступающие под прямым углом к ​​поверхности колеса.

Ротор №4

В роторном двигателе Ванкеля обычно используется ротор треугольной формы. Этот ротор состоит из трех выпуклых граней, каждая из которых действует как поршень. Ротор работает как первичный двигатель в роторном двигателе Ванкеля.

Сгорание происходит за счет сжигания топлива и воздействует непосредственно на ротор, поэтому он вращается эксцентрично. На одной стороне ротора имеется внутренняя синхронизирующая шестерня, которая взаимодействует с фиксированной синхронизирующей шестерней, расположенной на боковом корпусе, для обеспечения правильного соединения между ротором и эксцентриковым валом.

#5 Камера сгорания

Ротор в двигателе Ванкеля вращается с орбитальным движением в корпусе специальной формы и образует серповидные камеры сгорания между его сторонами и криволинейной стенкой корпуса.

#6 Корпус

Представляет собой овальный эпитрохоидальный корпус, в котором заключен треугольный ротор с дугообразными гранями, напоминающими треугольник Рело. Корпус состоит из впускного и выпускного отверстий, свечи зажигания, водяной рубашки и т. д.

Этот двигатель имеет несколько корпусов, два из которых важны, это:

• Основной корпус: Закрывается с помощью боковых корпусов.
• Боковой кожух: Состоит из неподвижного зубчатого колеса, которое входит в зацепление с внутренним зубчатым колесом. Он сохраняет правильное соединение между ротором и эксцентриковым валом.

Вал эксцентрика #7

Это полезная деталь, которая используется для преобразования эксцентричного движения ротора в концентрическое и вывода его из двигателя.

Роторы вращаются на эксцентрике (соответствующем шатунной шейке), встроенном в эксцентриковый вал (соответствующий коленчатому валу). Ротор вращается вокруг эксцентриков и совершает орбитальное вращение вокруг эксцентрикового вала.

Верхнее уплотнение #8

Стороны треугольного ротора действуют как поршни, поэтому необходимо герметизировать всю эту камеру. Для герметизации камеры используются верхушечные уплотнения. Они сделаны из изогнутого металла, который соприкасается с корпусом двигателя при движении ротора.

#9 Свеча зажигания

В двигателе Ванкеля используются две свечи зажигания, т. е. ведущая и ведомая свечи зажигания. Ведущая свеча (расположенная в нижней части корпуса ротора) сжигает до 95% топливно-воздушной смеси, обеспечивая большую мощность.

Конструкция двигателя Ванкеля

На рисунках показана упрощенная схема роторного двигателя Ванкеля. Он состоит из трехлопастного ротора (ротор треугольной формы с загнутыми сторонами), эксцентрично вращающегося в овальной камере. Ротор крепится к коленчатому валу посредством внешней и внутренней шестерни.

Лопасти ротора плотно прилегают к стенкам овальной камеры. Сгорание форм ротора и камеры гарантирует, что они остаются в контакте друг с другом на протяжении всего вращения. Ротор имеет с трех сторон между кулачками углубление овальной формы.

Читайте также: Как работает турбокомпрессор? Преимущества и недостатки PDF

Как работает двигатель Ванкеля?

Обычно двигатель с ротором Ванкеля имеет трехлопастной ротор, который образует вокруг себя три пространства в овальной камере. Четыре основных цикла впуска, сжатия, мощности и выпуска выполняются одновременно в трех местах вокруг ротора во время работы двигателя.

Цифры (i) представляют впуск топлива, при котором сторона ротора AB создает всасывание. Топливно-воздушная смесь из карбюратора поступает во всасывающую камеру. Когда ротор вращается по часовой стрелке, смесь сжимается между ротором и камерой, как в (ii).

Далее воспламеняется, газы сгорания расширяются, вращая ротор, как в (iii), и, наконец, выхлопные газы выталкиваются из камеры, как в (iv). Сторона АВ ротора снова находится в исходном положении для приема нового заряда. Таким образом, цикл завершен.

Один и тот же цикл операций происходит одновременно на всех трех сторонах ротора. Очевидно, что на каждый оборот ротора приходится три импульса мощности, что в три раза больше, чем у двухтактного двигателя, и в шесть раз больше, чем у четырехтактного двигателя.

Двигатель почти непрерывно развивает мощность. Эксцентричное движение ротора вызывает вибрации, которые уменьшаются за счет использования симметрично установленного маховика.

Преимущества роторного двигателя Ванкеля перед поршневым двигателем

1. Роторный двигатель Ванкеля меньше по размеру, легче по весу и компактнее по сравнению с поршневыми двигателями.
2. Дешевле и проще по конструкции для серийного производства из-за отсутствия многих рабочих частей, таких как шатун, коленчатый вал, клапанный механизм и т.д.
3. Его легче балансировать, так как он не содержит возвратно-поступательных частей. Дорожные испытания показали, что этот двигатель практически не вибрирует.
4. Объемный КПД двигателя Ванкеля очень высок, часто превышает 100%.
5. Его мощность на кг двигателя значительно выше.
6. Двигатель Ванкеля требует меньших эксплуатационных расходов, чем поршневой двигатель.
7. Он не требует овердрайва, потому что его скорость очень высока.

Недостатки двигателя Ванкеля

1. Более высокий расход топлива на малых скоростях и более высокий расход масла на л.с.
2. Скорости с более низким крутящим моментом.
3. Тормозной эффект двигателя намного меньше.
4. Уменьшение скорости в трансмиссии необходимо из-за очень высоких оборотов двигателя.
5. Из-за проблем с зажиганием при использовании обычной системы зажигания. Свечи зажигания необходимо периодически менять. Однако это было устранено с помощью транзисторного зажигания.
6. Основным препятствием в разработке роторного двигателя Ванкеля была проблема уплотнения, которая к настоящему времени в значительной степени преодолена.
7. Возможно искривление цилиндра из-за близкого расположения впускного и выпускного отверстий.
8. Очень высокая температура выхлопных газов, около 1600°F, создает проблемы в конструкции выпускного коллектора и глушителя.

Применение роторного двигателя Ванкеля

Ниже приведены области применения роторного двигателя Ванкеля:

1. Двигатель Mazda 12A был первым двигателем, построенным с двигателем Ванкеля.
2. Он специально разработан для производства легкого, надежного и относительно мощного двигателя для использования в самолетах.
3. Производители мотоциклов также отдают предпочтение двигателям Ванкеля из-за их небольшого размера и привлекательного отношения мощности к весу.
4. Из-за компактных размеров и высокой удельной мощности двигателя Ванкеля было предложено, чтобы электромобили обеспечивали дополнительную мощность при низком уровне заряда аккумуляторной батареи.
5. Двигатели Ванкеля меньшего размера все чаще используются в других областях, таких как вспомогательные силовые установки для картингов и гидроциклов.
6. Простота двигателя Ванкеля делает его подходящим для двигателей мини, микро и микромини.

Разница между роторным двигателем и поршневым двигателем

Роторный двигатель	Поршневой двигатель
Роторный двигатель состоит из четырех отдельных секций 903 04, и каждый из них выполняет определенную работу: впуск, сжатие, сгорание (или воспламенение) или выпуск.	Поршневой двигатель — это один из двух типов двигателей внутреннего сгорания, которые работают за счет сжигания топлива для выработки энергии.
Роторный роторный двигатель имеет три движущиеся части, то есть два ротора и выходной вал.	Простые поршневые двигатели имеют не менее 40 движущихся частей.
В роторных двигателях ротор непрерывно вращается в одном направлении.	По сравнению с поршневым двигателем поршни резко меняют направление.
Основные движущиеся части роторного двигателя движутся с меньшей скоростью, что повышает надежность.	В поршневых двигателях основные движущиеся части движутся с высокой скоростью, что снижает надежность.

Закрытие

Как мы уже говорили, у двигателя Ванкеля есть много преимуществ, но есть также много недостатков. Эти двигатели определенно имеют свое место в этом мире. Однако из-за увеличения объема технического обслуживания, чтобы поддерживать их в рабочем состоянии, и затрат, связанных с их вождением.

---

Теперь я надеюсь, что вы узнали о «роторном двигателе Ванкеля » и нашли то, чего раньше не слышали. Тем не менее, если у вас есть какие-либо вопросы или сомнения относительно этой статьи, не стесняйтесь спрашивать в комментариях, я вам отвечу. Итак, если вам понравилась эта статья, то, пожалуйста, поделитесь ею с друзьями.

Хотите получать бесплатные PDF-файлы на свой почтовый ящик? Тогда просто подпишитесь на нашу рассылку.

Введите адрес электронной почты…

Скачать PDF файл этой статьи:

Скачать PDF

Вы можете прочитать больше статей в нашем блоге:

1. Какова основная функция системы подвески в автомобиле?
2. Чем дисковые тормоза отличаются от барабанных? PDF
3. 10 простых советов по экономии топлива во время вождения.

Внешние ссылки:

• wikipedia.org/wiki/
• autoevolution.com/
• energyeducation.ca/encyclopedia/

Двигатель Ванкеля (роторный двигатель Ванкеля, схема 9, проблемы с материалами, приложения)0001 Двигатель Ванкеля (роторный двигатель Ванкеля)

Что такое двигатель Ванкеля?

Двигатель Ванкеля Принцип работы и применение:- Двигатель Ванкеля относится к типу двигателя внутреннего сгорания, который работает только за счет использования эксцентриковой вращательной конструкции для преобразования давления во вращательное движение. При сравнении его с возвратно-поступательным поршневым двигателем обнаружено, что двигатель Ванкеля имеет более равномерный крутящий момент и меньшую вибрацию по сравнению с другим двигателем. Кроме того, он более компактен и весит меньше .

Ротор отвечает за создание вращательного движения, которое по форме очень похоже на треугольник Рело. Двигатели Ванкеля — это двигатели, которые производят три импульса мощности за один оборот ротора, завершая цикл Отто. В то время как на выходном валу используются зубчатые колеса, которые помогают вращать его почти в три раза быстрее и дают ему один импульс мощности на оборот. Один оборот состоит из ротора, который одновременно испытывает импульсы мощности и выпускает газ, при этом четыре стадии цикла Отто происходят через разные промежутки времени.

Например, в двухтактном поршневом двигателе имеется только один импульс мощности на каждый оборот коленчатого вала, тогда как в четырехтактном поршневом двигателе на каждые два оборота приходится один импульс мощности. Многочисленные уровни цикла Отто включают в себя впуск, сжатие, воспламенение и выпуск, которые происходят при каждом обороте ротора на каждой из трех сторон ротора, проходящих внутри овального эпитрохоидного корпуса, чтобы обеспечить три импульса мощности на оборот ротора. .

Принцип смещения применяется только к одной стороне ротора, так как только одна сторона работает на выходе каждого оборота вала. Двигатель известен как роторный двигатель, потому что название дано совершенно разным конструкциям, к которым относятся роторные двигатели с поршнями и без поршней.

Конструкция двигателя Ванкеля

Двигатель Ванкеля сконструирован достаточно компактно и весит меньше по сравнению с любым другим двигателем, в котором используются возвратно-поступательные поршни. Он дает различные применения в транспортных средствах и устройствах, автомобилях, мотоциклах, гоночных автомобилях, самолетах, картингах, гидроциклах, снегоходах, бензопилах и вспомогательных силовых установках. Обнаружено множество двигателей с удельной мощностью около одной лошадиной силы на фунт. В основном все двигатели разработаны с искровым зажиганием, с двигателями с воспламенением от сжатия, которые были построены только в исследовательских проектах.

Обычно в двигателе Ванкеля четыре такта цикла Отто происходят в пространстве внутри каждой грани трехстороннего симметричного ротора, а также внутри дома. Треугольный ротор в форме дуги покрыт эпитрохоидой овальной формы, внешне похожей на треугольник Рело.

Теоретическая форма ротора с фиксированными вершинами приводит к минимизации объема геометрической камеры сгорания и максимизации степени сжатия соответственно. Симметричная кривая используется для соединения двух произвольных роторов максимально развернутой в направлении внутренней формы корпуса с условием, что он не касается корпуса ни при каком угле поворота .

Приводной вал в центре называется эксцентриковым или E-образным валом, который проходит через центр ротора и поддерживается неподвижными подшипниками. Эти роторы вращаются на эксцентриках, которые составляют часть эксцентрикового вала. Оба ротора вращаются вокруг эксцентриков, чтобы совершить орбитальный оборот вокруг эксцентрикового вала. На частях ротора имеются уплотнения, которые герметизируют его по периферии корпуса и делят на три подвижные камеры сгорания.

Работа ротора

Вращение каждого ротора вокруг своей оси вызывается и контролируется парой шестерен. Установлено, что шестерни установлены на одной стороне ротора, который входит в зацепление с зубчатым венцом, прикрепленным к ротору, и обеспечивает перемещение ротора на одну треть оборота для каждого эксцентрикового вала. Выходная мощность двигателя не передается синхронизирующими шестернями.

Движение ротора заключается в его вращательном движении, которое направляется шестернями и эксцентриковым валом, а не внешней камерой. Ротор не должен тереться о корпус двигателя. Сила давления газа на ротор оказывает давление на центр эксцентриковой части выходного вала.

Самый точный способ визуализировать действие двигателя в анимации — вообще не смотреть на ротор, где между ним и корпусом образовалась полость. Двигатель Ванкеля также называют системой с изменяемым объемом полостей, в которой три полости на корпус последовательно повторяют один и тот же цикл. На роторе есть две точки, точки А и В и вал Е, который вращается с разной скоростью, а точка В поворачивается в три раза по сравнению с точкой А.

Это сделано для того, чтобы один полный оборот ротора был равен три оборота вала Е. Когда ротор совершает орбитальное вращение, каждая сторона ротора приближается к нему, а затем удаляется от стенки корпуса, что сжимает и расширяет камеру сгорания, например, ходы поршня в поршневом двигателе с возвратно-поступательным движением. Вектор мощности любой ступени сгорания проходит через центр смещенного лепестка.

Почему следует предпочесть четырехтактный двигатель?

Четырехтактный поршневой двигатель — это двигатель, который совершает только один такт сгорания на цилиндр за каждые два оборота коленчатого вала, что называется тактом половинной мощности на один оборот коленчатого вала на цилиндр в двигателе Ванкеля, который производит один такт сгорания за вращения карданного вала, что означает один рабочий ход за оборот ротора по орбите и три рабочих такта за оборот ротора.

Таким образом, выходная мощность двигателя Ванкеля обычно выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя, который в аналогичном состоянии вытесняется более чем четырехтактным поршневым двигателем с аналогичными физическими размерами и масса.

Обычно это двигатели, которые достигают значительно более высоких оборотов двигателя по сравнению с поршневыми двигателями аналогичной мощности. Это сделано для частичного сглаживания присущего круговому движению и того факта, что обороты двигателя идут от выходного вала, что в три раза превышает скорость качающихся частей. Эксцентриковый вал не имеет нагруженных контуров коленчатых валов. Максимальное число оборотов роторного двигателя в некоторой степени ограничено нагрузкой зубьев на шестерни.

Стальные шестерни, которые используются для длительной работы со скоростью выше 7000 или 8000 об/мин, в основном довольно твердые. Применение двигателя Ванкеля в основном в автогонках, которые работают со скоростью выше 10 000 об / мин. В частности, в случае самолетов, это консервативно до 6500 или 7500 об / мин, но как только давление газа влияет на эффективность уплотнения, двигатель Ванкеля на высоких оборотах работает на холостом ходу, что может привести к выходу двигателя из строя.

Как национальные агентства рассматривают двигатели Ванкеля?

Все национальные агентства, которые облагают налогом автомобили в соответствии с рабочим объемом, и регулирующие органы считают двигатель Ванкеля эквивалентным четырехтактному поршневому двигателю с удвоенным рабочим объемом одной камеры на ротор, хотя на ротор приходится три лепестка. он совершает только одну треть оборота за один оборот выходного вала, поэтому за один рабочий оборот на выходном валу происходит только один рабочий ход, а два других лепестка выбрасывают израсходованный заряд, принимая новый, вместо того, чтобы способствовать выходной мощности та революция.

Существуют гоночные серии, которые были запрещены двигателем Ванкеля в сочетании со всеми другими его альтернативами традиционной поршневой четырехтактной конструкции.

Последние изменения в двигателе

Увеличенный рабочий объем и мощность роторного двигателя добавили больше роторов к его базовой конструкции, но по-прежнему существует ограничение на количество роторов, поскольку выходная мощность направляется через последний вал ротора. со всеми напряжениями, присутствующими во всем двигателе, присутствующими в этой конкретной точке. У двигателей были роторы, сопровождаемые двумя наборами двойных роторов, и зубчатая муфта между двумя наборами роторов была успешно испытана.

Недавнее исследование, проведенное в Соединенном Королевстве в рамках проекта «Система охлаждения ротора с самонагнетанием воздуха» (SPARCS), показало, что стабильность холостого хода и экономия достигается за счет подачи воспламеняющейся смеси только на один ротор в многороторном двигателе, который ротор с принудительным воздушным охлаждением, очень похожий на конструкцию Norton с воздушным охлаждением.

Основными недостатками двигателя Ванкеля являются:

• Неадекватная смазка
• Охлаждение при температуре окружающей среды
• Короткий срок службы двигателя
• Высокие выбросы
• Низкая топливная эффективность

Материал, используемый в двигателе Ванкеля

В отличие от поршневого двигателя, в котором цилиндр нагревается в процессе сгорания, а затем охлаждается поступающим зарядом. Корпус ротора Ванкеля постоянно нагревается с одной стороны и охлаждается с другой, что приводит к высоким локальным температурам и неравномерному тепловому расширению. Это место пользуется большим спросом из-за типа используемого материала, тогда как простота двигателя Ванкеля упрощает его использование в качестве альтернативного материала, такого как сплавы и керамика.

При водяном охлаждении в радиальном или осевом направлении потока и горячей воде из горячей дуги, нагревающей холодную дугу, тепловое расширение остается неизменным. Учитывая, что температура топового двигателя может быть снижена до 129°С при максимальной разнице температур 18°С между частями двигателя за счет использования тепловых труб по периметру корпуса и в боковых пластинах в качестве средства охлаждения.

Для корпусов Ванкеля рекомендуются сплавы A-132, Inconel 625 и 356, обработанные до твердости T6. Для покрытия рабочей поверхности корпуса использовались различные материалы, одним из которых является никасил. Например, Mercedes-Benz, Ford и т. д. подают заявки на патенты в этой области.

Идеальное сочетание обшивки корпуса, вершины и материалов боковых уплотнений определяется с помощью экспериментов, чтобы получить наилучшую долговечность как уплотнений, так и крышки корпуса. В частности, для валов предпочтительным материалом являются стальные сплавы с небольшой деформацией под нагрузкой. Также для этой цели предлагается использовать мартенситностареющую сталь.

Смазки двигателя Ванкеля

Главным топливом был бензин, доступный в первые годы разработки двигателя Ванкеля. Свинец относится к твердой смазке, которая известна как ведущий бензин и предназначена для уменьшения износа уплотнений и корпусов. Двигатели древней эпохи имели расчетную подачу масла с учетом смазывающих качеств бензина.

После удаления бензина двигателю требуется увеличенное количество масла в бензине, чтобы обеспечить смазку критических частей двигателя. Опытные люди советуют, чтобы двигатели с электронным впрыском топлива добавляли не менее 1% масла непосредственно в бензин в качестве меры безопасности на случай, если насос, отвечающий за подачу масла в камеру сгорания, или связанные с ним детали вышли из строя или всосали воздух.

Были различные подходы, которые включали твердые смазочные материалы и даже добавляли MoS2 из расчета 1 см3 на литр топлива. Многие инженеры согласились с тем, что добавление масла в бензин в старых двухтактных двигателях было более безопасным подходом к надежности двигателя по сравнению с впрыскиванием масляного насоса во впускную систему или непосредственно в часть, требующую смазки.

Проблемы с уплотнением в двигателе Ванкеля

Двигатели древней эпохи были сконструированы таким образом, что они имели высокую степень потери уплотнения между ротором и корпусом, а иногда также между различными частями, составляющими корпус. Это были двигатели Mazda, которые требовали ремонта через каждые 50 000 миль или 80 000 км пробега. Помимо этого, проблемы с уплотнением сохранялись из-за неравномерного распределения тепла внутри корпуса, что вызывало деформацию и потерю уплотнения и сжатия.

Проблема сохранялась, когда двигатель подвергался нагрузке до достижения рабочей температуры. Принимая во внимание, что роторные двигатели Mazda успешно решили эти первоначальные проблемы. Эта проблема зазора для горячих вершин ротора проходила между аксиально более близкими боковыми корпусами в областях более холодных впускных кулачков, которые решались с помощью осевого пилота ротора радиально внутри сальников, включая улучшенное инерционное масло, которое охлаждало внутреннюю часть ротора.

Экономия топлива и его выбросы

Двигатель Ванкеля имеет определенные проблемы с топливной экономичностью и выбросами при сжигании бензина. Бензиновые смеси довольно медленно воспламеняются, а также имеют медленную скорость распространения пламени с более высоким расстоянием гашения на такте сжатия 2 мм по сравнению с водородом, составляющим 0,6 мм. В сочетании с этими факторами отработанное топливо создало энергию, которая снизила его эффективность.

Зазор между ротором и корпусом двигателя слишком узок для бензина в такте сжатия, но достаточно широк для водорода. Узкий зазор сохраняется для создания сжатия. Как только двигатель использует бензин, оставшийся бензин выбрасывается в атмосферу через выхлоп. Это не является ограничением при использовании водородного топлива, так как вся топливная смесь в камере сгорания сгорает, что практически не дает выбросов и увеличивает эффективность топлива на 23%.

Форма камеры сгорания Ванкеля

Форма камеры сгорания Ванкеля разработана таким образом, чтобы сделать ее более устойчивой к предварительному зажиганию на более низком октановом числе бензина по сравнению с поршнем. двигатель. Форма камеры сгорания также может привести к неполному сгоранию топливовоздушной смеси при использовании бензинового топлива. Это может привести к выбросу большего количества несгоревших углеводородов из выхлопных газов.

Принимая во внимание, что выхлопные газы имеют относительно низкий уровень выбросов, поскольку температуры сгорания в основном ниже по сравнению с другими двигателями, а также из-за рециркуляции отработавших газов (EGR) в ранних двигателях. В начале 1920-х годов было известно, что доля выхлопных газов во впускной смеси увеличилась на 1%, что привело к снижению температуры пламени на 7 °C. Это помогает Mazda соответствовать законам США о чистом воздухе 1970 года в 19 году.73, простым и недорогим способом, который представлял собой увеличенную камеру в выпускном коллекторе.

За счет снижения отношения воздуха к топливу несгоревшие углеводороды в выхлопных газах поддерживали процесс горения в тепловом реакторе. Автомобили с поршневым двигателем требуют дорогостоящего каталитического нейтрализатора, чтобы справиться как с несгоревшими углеводородами, так и с их выбросами.

Решение по увеличению расхода топлива оказалось неэкономичным. В то время как продажи автомобилей с роторным двигателем пострадали из-за нефтяного кризиса 1973, что подняло цену на бензин, что снизило продажи. Впрыск воздуха в зону выхлопного отверстия, который улучшил экономию топлива и уменьшил выбросы, был обнаружен Toyota.

SPARCS и Compact-SPARCS

SPARCS, Compact-SPARCS, CREEV (составной роторный двигатель для электромобилей) обеспечивают отвод тепла и эффективны в тепловой балансировке, что оптимизирует смазку. Ограничение, которое существовало с роторными двигателями, заключалось в том, что корпус двигателя во время работы имеет постоянно холодную и горячую поверхность.

Это приводит к чрезмерному нагреву внутри двигателя, что приводит к быстрому разрушению смазочного масла. Система SPARCS уменьшает большой перепад температур нагрева корпуса двигателя, что также обеспечивает охлаждение ротора изнутри корпуса двигателя.

В результате снижается износ двигателя, что продлевает срок его службы. Самодавление захватывается за счет продувки бокового ротора газом, уплотняющим рабочие камеры. CREEV относится к выхлопному реактору, который содержит вал и ротор внутри, имеющие форму, отличную от ротора двигателя Ванкеля.

Реактор, расположенный внутри выхлопного потока, потребляет несгоревшие выхлопные продукты без использования второй системы зажигания перед отправкой сгоревших газов в выхлопную трубу. Мощность в лошадиных силах передается на вал реактора, что помогает снизить выбросы и повысить эффективность использования топлива. Принимая во внимание, что все три патента в настоящее время лицензированы для инженеров Великобритании.

Системы каталитического конвертирования в двигателе Ванкеля

Mazda отвечает за изменение системы каталитического конвертера в соответствии с исследовательским фактором, который контролирует количество несгоревшего углеводорода, который находится в выхлопных газах, создавая температуру поверхности ротора, при более высокой температуре меньше углеводородов.

Ротор также можно расширить, что остальная часть двигателя останется неизменной, что уменьшит трение и увеличит рабочий объем и выходную мощность. Фактор, ограничивающий расширение, был механическим, особенно когда отклонение вала наблюдалось при более высоких скоростях вращения . Тушение является наиболее доминирующим источником углеводородов при сравнительно высокой скорости и утечке при низкой скорости.

Автомобили с роторными двигателями Ванкеля способны работать на высоких скоростях. Принимая во внимание, что было обнаружено, что раннее открытие впускного отверстия, длинные впускные каналы и большой эксцентриситет ротора увеличивают крутящий момент при более низких оборотах. Форма и положение выемки в роторе составляют большую часть камеры сгорания, что влияет на уровень выбросов и экономию топлива.

Это приводит к экономии топлива и выбросам выхлопных газов, которые варьируются и зависят от формы камеры сгорания и определяются размещением свечей зажигания в каждой камере отдельного двигателя.

Автомобили с низким уровнем выбросов

Автомобиль с двигателем Renesis соответствует требованиям штата Калифорния по экономии топлива, в том числе стандартам транспортных средств с низким уровнем выбросов (LEV). Это было достигнуто за счет различных нововведений. При этом роторы Mazda также располагались в корпусах роторов. Это помогло решить проблему ранней золы, образовавшейся в двигателе, и термической деформации боковых впускных и выпускных отверстий. Также было добавлено скребковое уплотнение по бокам ротора, включая некоторые керамические детали, которые использовались в двигателе. Это помогло Mazda устранить перекрытие между отверстием впускного и выпускного отверстий, постоянно увеличивая площадь выпускного отверстия.

Боковой порт застревает в камере несгоревшего топлива, что снижает расход масла, а также улучшает стабильность горения в диапазоне низких оборотов и малых нагрузок. Выбросы УВ из бокового выхлопного окна двигателя Ванкеля снижены на 35–50% по сравнению с выбросами из периферийного выхлопного отверстия двигателя Ванкеля благодаря нулевому открытию впускного и выпускного отверстий. Роторные двигатели с периферическим расположением каналов имели сравнительно лучшее давление, особенно на высоких оборотах, и впускное отверстие прямоугольной формы.

Двигатели Ванкеля следующего поколения

Mazda все еще разрабатывает двигатели Ванкеля следующего поколения. Компания намерена производить двигатели с лазерным зажиганием, которые исключат обычные свечи зажигания и будут работать с непосредственным впрыском топлива или безискровым зажиганием HCCI и SPCCI. Это приводит к большему эксцентриситету ротора с улучшенной эластичностью и более низкому крутящему моменту во времени.

Исследования показали, что установка камеры сгорания улучшила частичную нагрузку и уменьшила число оборотов в минуту с экономией топлива 7%. Мотивом было повышение эффективности использования топлива, для чего Mazda надеется использовать Wankel в качестве расширителя диапазона в своей серии гибридных автомобилей и анонсирует прототип. Эта конфигурация помогает повысить эффективность использования топлива и уровень выбросов. Преимущество заключается в том, что работа двигателя Ванкеля на постоянной скорости продлит срок службы двигателя.

В 2015 году появилась новая система, которая снизила выбросы и повысила эффективность использования топлива с двигателями Ванкеля, которая была разработана британскими инженерами после лицензионного соглашения для использования патентов роторного двигателя Norton. создатель двигателя.

Система Compound Rotary Engine for Electric Vehicles (CREEV) использует вторичный ротор для извлечения энергии из выхлопных газов, которые потребляют несгоревшие продукты выхлопа, в то время как расширение происходит на стадии вторичного ротора для снижения общих выбросов и расхода топлива. расходы за счет возмещения энергии выхлопных газов, которая в противном случае была бы потеряна. Чтобы расширить выхлопные газы до давления, близкого к атмосферному, Гарсайд позаботился о том, чтобы выхлопные газы двигателя оставались более холодными и производили меньше шума 9.0003 .

Лазерное зажигание в двигателях

Раньше свечи зажигания нужно было вдавливать в стенки камеры сгорания, что позволяло вершине ротора активироваться и проходить мимо. Когда вершина ротора проходит уплотнения вокруг отверстия свечи зажигания, очень небольшое количество сжатого заряда теряется из зарядной камеры выхлопной камеры, что влечет за собой топливо в выхлопе и, таким образом, снижает его эффективность, что приводит к более высокому выбросы.

Это точки, которые были преодолены с помощью лазерного зажигания и, таким образом, устранены более ранние свечи зажигания, а также удалена узкая щель в корпусе двигателя, чтобы можно было полностью выметать верхние уплотнения ротора без потери компрессии из соседних камер. Лазерная свеча может стрелять через узкую щель, которая помогает стрелять глубоко в камеру сгорания с помощью многократного лазера. Поэтому предпочтительнее более высокая степень сжатия. Непосредственный впрыск топлива в двигатель Ванкеля подходит и сочетается с помощью лазерного зажигания в одной или нескольких лазерных свечах, что было показано для улучшения двигателя за счет уменьшения недостатков.

Воспламенение от сжатия гомогенного заряда (HCCI)

Воспламенение от сжатия гомогенного заряда (HCCI) включает использование предварительно смешанной воздушно-топливной смеси, которая сжимается до точки самовоспламенения, поэтому электронное искровое зажигание исключается. Бензиновые двигатели сочетают в себе искровое зажигание с однородным зарядом (HC) (SI, также известное как HCSI). Двигатели HCCI обеспечивают выбросы, подобные бензиновым двигателям, с помощью эффективности, подобной двигателю с воспламенением от сжатия, и более низкие уровни выбросов оксидов азота без использования какого-либо каталитического нейтрализатора. 0009

Mazda провела различные исследования зажигания HCCI для последнего проекта роторного двигателя с помощью исследований в рамках своей программы SkyActiv Generation 2. Основное ограничение роторного двигателя заключается в том, что его необходимо сместить за пределы свечи зажигания камеры сгорания, чтобы ротор мог пронестись мимо.

Зажигание от сжатия с искровым управлением (SPCCI)

Mazda провела успешное исследование зажигания от сжатия с контролируемым искровым зажиганием (SPCCI) на роторных двигателях, в котором говорится, что недавно представленные роторные двигатели будут включать SPCCI. SPCCI внедряет искровое зажигание и зажигание от сжатия, которые сочетают в себе преимущества бензиновых и дизельных двигателей для достижения целей по экологичности, мощности, ускорению и расходу топлива.

В процессе горения всегда требуется искра, которая зависит от нагрузки, которая может возникнуть при искровом зажигании. Следовательно, искра необходима для контроля всякий раз, когда происходит сгорание.