Схема роторного двигателя: Устройство роторного двигателя — autoleek

Устройство роторного двигателя — autoleek

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.

Принцип работы роторного двигателя

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

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

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

Содержание

• Почему этот вариант не прижился
• Преимущества ротора, или Как японцы взялись за дело
• Заглянем внутрь РПД

Почему этот вариант не прижился

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

На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя:

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

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

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

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

Преимущества ротора, или Как японцы взялись за дело

На видео показан принцип работы роторного двигателя Ахриевых:

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

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

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

На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя Ванкеля:

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!

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? [Пояснено схемами]

Детали роторного двигателя Ванкеля

Ниже приведены детали роторного двигателя Ванкеля:

1. Впуск
2. Выпуск
3. Коронная шестерня
4. Ротор
5. 32 90 Камера сгорания
6. 32 90 31 Корпус
7. Эксцентриковый вал
8. Верхнее уплотнение
9. 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 входит в зацепление 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

Насколько 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/

Как работает роторный двигатель Ванкеля

Преобразование движения поршня вверх-вниз во вращательное означает потерю части мощности из-за трения, поэтому многие инженеры пытались создать роторный двигатель. Но только один сделал это по-настоящему и применил к автомобилям: Феликс Ванкель.

Все автопроизводители пытались получить максимальную отдачу от своих разработанных и построенных двигателей. Тем не менее, они придерживались одного и того же основного принципа возвратно-поступательного движения с поршневым приводом. Но несколько первопроходцев мыслили нестандартно и создали роторные агрегаты, которым не нужны шатуны и коленчатые валы. Одним из таких инженеров был Феликс Ванкель.

Немецкий гений родился в 1902 году. Два десятилетия спустя он стал активным членом гитлеровской партии НСДАП (сокращенно нацистской). Поскольку его видение отличалось от взглядов местного лидера, его выгнали из движения и посадили в тюрьму в 1933 году. Но выбраться ему помог хороший друг Ванкеля, который был экономическим советником диктатора страны. Кроме того, тот же друг, Вильгельм Кеплер, финансировал экспериментальную мастерскую Ванкеля, которая разрабатывала поворотные затворы для самолетов и торпед Второй мировой войны.

Поскольку его воспитывала мать-одиночка, он не мог позволить себе учиться в университете. Но его гений и его уникальное пространственное видение помогли ему. Он очень интересовался поршневыми двигателями и пытался создать что-то другое. Так, в 1929 году он получил свой первый патент на изобретение. Но это было только начало того, чего он собирался достичь в своей долгой жизни.

Идея роторного двигателя интриговала инженеров и изобретателей с самого начала создания двигателя внутреннего сгорания. Потребность в эффективных и осуществимых технологических изобретениях вызвала еще одну промышленную революцию и вывела двигатель внутреннего сгорания на 19-е место.В центре внимания 00-х. Однако из-за принципов работы роторного двигателя внутреннего сгорания немногие инженеры смогли преодолеть его проблемы. В конце концов, только один производитель автомобилей добился массового производства: Mazda.

Фото: Mazda

Ванкель также обратил внимание на радиальные двигатели, которые уже использовались в авиации. Они были созданы Феликсом Милле в 1888 году и запущены в производство в 1900 году. Но, к сожалению, этот тип двигателя имел свои недостатки, которые невозможно было устранить. Из-за этого развитие этих силовых установок начало затухать после 20-х годов. Но это не означало, что с ними роторный двигатель умер.

После Второй мировой войны Феликс Ванкель был заключен в тюрьму французскими властями, и ему было запрещено продолжать свою работу. Тем не менее, он был освобожден всего через несколько месяцев, а в 1951 году получил финансирование от немецкой компании. Так, в 1957 году он показал первый ходовой прототип своего роторного двигателя, названного DKM54, который производил всего 21 л.с. (20,7 л.с.) и был создан для NSU Motorenwerke AG.

Шесть лет спустя, в 1963 году, NSU представила первый серийный автомобиль с революционным роторным двигателем, который уже был известен как Wankel. Однако на этом дело не остановилось, и в 1967 NSU выпустила модель RO80, которая стала первым немецким автомобилем, получившим награду «Автомобиль года» в Европе. Публичность, принесенная этим двигателем, была поразительной. В то же время Mazda (уже купившая права на производство двигателя Ванкеля) представила Cosmo. Кроме того, японский автопроизводитель решил проблемы с вибрацией, которые были у двигателя, и сделал его еще лучше.

Фото: Peter Olthof

Пока поршневые (поршневые) двигатели побеждали в Европе, Mazda продолжала работу над роторной силовой установкой. В результате он сделал его лучше и мощнее, чем могли бы европейцы. Более того, в 1991 Mazda стала первым японским автопроизводителем, выигравшим 24 часа Ле-Мана на прототипе 787B.

Как это работает

В роторном двигателе используются те же принципы, что и в двигателе внутреннего сгорания с системой Отто. Это означает, что имеется четыре такта: впуск – сжатие – воспламенение – выпуск. Однако, в отличие от поршневого двигателя, которому для каждого взрыва требуется два такта, двигателю Ванкеля нужен только один. Гениальной идеей является конструкция, совершенно отличная от возвратно-поступательной.

Несмотря на то, что он использует тот же принцип преобразования давления во вращательное движение, он делает это без вибраций поршневого двигателя и механического напряжения при высоких скоростях вращения. Доктор Феликс Ванкель и его коллеги получили конструкцию корпуса двигателя, выполнив следующие шаги: сначала они закрепили шестерню с внешними зубьями на белом листе и сцепили ее с большей шестерней с внутренними зубьями, при этом передаточное число между двумя шестернями было 2. :3. Затем они прикрепили рычаг с ручкой к внешней стороне большего зубчатого колеса с внутренним зацеплением. При вращении шестерни с внутренними зубьями на малой шестерне перо создавало трохоидную кривую в форме кокона.

Двигатель Ванкеля использует взрыв, чтобы оттолкнуть боковую часть треугольного ротора, что заставляет его вращаться. Это означает, что нет необходимости в каких-либо других частях для преобразования движения «тяни-толкай» в круговое. Также благодаря специальным уплотнителям, закрывающим края треугольника, между этой подвижной частью и внутренней стороной корпуса, который всегда будет разделен на три рабочие камеры, отсутствуют зазоры.

Фото: Wikimedia Commons

Впуск находится на одной стороне корпуса, где воздушно-топливная смесь всасывается во внутреннюю камеру за счет движения ротора. Затем эта смесь сжимается на следующей фазе, на следующей стороне корпуса, и зажигание инициируется двумя свечами зажигания. После взрыва газы расширяются в следующую камеру, а выбрасываются через щель сбоку корпуса, и никаких клапанов не нужно.

Первоначальная конструкция Ванкеля имела шестерню с внешними зубьями и 20 зубьями, в то время как шестерня с внутренними зубьями большего размера имела 30 зубьев. Из-за этого передаточного отношения скорость вращения между ротором и валом определяется как 1:3. Это означает, что в то время как меньшая шестерня совершает один оборот, большая шестерня с внутренними зубьями совершает три оборота. Кроме того, поскольку эксцентриковый вал, аналогичный коленчатому валу поршневого двигателя, соединен с меньшим зубчатым колесом, это означает, что при двигателе, работающем на 3000 об/мин, ротор будет вращаться только на 1000 об/мин. Это не только означает, что роторный двигатель внутреннего сгорания работает более плавно, но и позволяет достичь более высокой красной зоны.

Рабочий объем роторного двигателя обычно выражается единичным объемом камеры и количеством роторов (654 см3 x 2). Объем единичной камеры представляет собой разницу между максимальным объемом и минимальным объемом рабочей камеры. При этом степень сжатия определяется как соотношение между максимальной и минимальной громкостью.

Мы рекомендуем вам внимательно изучить диаграммы и 3D-анимационный видеоролик Мэтта Риттмана ниже, чтобы лучше визуализировать и понять режим работы двигателя Ванкеля.

Фото: Mazda

Плюсы и минусы двигателя Ванкеля

Одним из наиболее важных преимуществ двигателя Ванкеля является соотношение мощности и веса, которое имеет решающее значение для спортивного автомобиля. Кроме того, его компактные размеры позволяют автопроизводителям создавать автомобили более удачной формы, особенно если силовая установка установлена ​​спереди. Его общий вес также позволяет лучше распределять массу. И последнее, но не менее важное: он оставляет больше места для систем безопасности, таких как усиливающие стойки и стержни.

Второй положительной чертой роторного двигателя внутреннего сгорания является его плоская характеристика кривой крутящего момента во всем диапазоне скоростей. Результаты исследований показали, что при использовании двухроторной конфигурации колебания крутящего момента во время работы были на том же уровне, что и у рядного 6-цилиндрового поршневого двигателя, в то время как трехроторная компоновка оказалась более плавной, чем двигатель V8.

Другими преимуществами роторного двигателя внутреннего сгорания являются его простая конструкция, надежность и долговечность. Поскольку в нем нет поршней, шатунов, распределительных валов, зубчатого ремня и коромысла, двигатель проще построить и для него требуется гораздо меньше деталей. Кроме того, поскольку в нем отсутствуют эти компоненты, двигатель Ванкеля более надежен и долговечен при работе с высокими нагрузками. И помните, когда роторный двигатель работает со скоростью 8000 об/мин, ротор (самая большая часть ансамбля) вращается только с одной третью этой скорости.

У двигателей Ванкеля есть две существенные проблемы. Наиболее важным из них являются системы уплотнений с концов треугольного ротора. Хотя эти уплотнения не должны пропускать сжатую смесь во впускную или взрывную камеры, они не идеальны. Из-за этого несгоревшие частицы попадают в выпускной клапан, что приводит к увеличению выбросов CO2.

Фото: Mazda

Эта проблема также приводит ко второй: повышенному расходу масла. Спросите любого владельца Mazda RX-7 или RX-8, есть ли в его машине пинта масла, и он признает это. Еще одна проблема двигателей Ванкеля — большой расход топлива. Сравнительные тесты показали, что Mazda RX-8 потребляет больше топлива, чем силовая установка V8 с аналогичными показателями производительности. Это расплата за легкий вес и отсутствие вибраций.

У двигателей Ванкеля может быть будущее.

В то время как другие автопроизводители навсегда отказались от двигателя Ванкеля, Mazda продолжила его изучение. Эволюция, сделанная инженерами компании, помогла им выиграть желанный «Международный двигатель года» в 2003 году. Но эти исследования не остановились на этом, и в 2007 году японский автопроизводитель представил концепт-кар Taiki на Токийском автосалоне, который был оснащен двухвинтовой роторной силовой установкой Ванкеля мощностью 300 л.с. (296 л.с.). Но с наступлением эпохи бензиновых ДВС этот тип силовой установки может быть обречен.

Но Mazda не отказалась от этого и изучила возможность использования водорода вместо бензина. Это привело к появлению двух концептуальных автомобилей: RX-8 Hydrogen RE в 2003 году и Premacy Hydrogen RE в 2005 году. Таким образом, двигатель Феликса Ванкеля все еще может быть частью решения Mazda для улучшения состояния окружающей среды.