Роторно — поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)
Роторно-поршневой двигатель или двигатель Ванкеля представляет собой мотор, где главным рабочим элементом осуществляются планетарные круговые движения. Это принципиально другой вид двигателя, отличный от поршневых собратьев в семействе ДВС.
В конструкции такого агрегата используется ротор (поршень) с тремя гранями, внешне образующим треугольник Рело, осуществляющий круговые движения в цилиндре особого профиля. Чаще всего поверхность цилиндра исполнена по эпитрохоиде (плоской кривой, полученной точкой, которая жестко связана с окружностью, осуществляющей движение по внешней стороне другой окружности). На практике можно встретить цилиндр и ротор иных форм.
Составные элементы и принцип работы
Устройство двигателя типа РПД предельно проста и компактна. На ось агрегата устанавливается ротор, который крепко соединяется с шестерней. Последняя сцепляется со статором. Ротор, имеющий три грани, двигается по эпитрохоидальной цилиндрической плоскости.
В результате чего сменяющиеся объемы рабочих камер цилиндра отсекаются с помощью трех клапанов. Уплотнительные пластины (торцевого и радиального типа) прижимаются к цилиндру под действием газа и за счет действия центростремительных сил и ленточных пружин. Получаются 3 изолированные камеры разные по объемным размерам. Здесь осуществляются процессы сжимания поступившей смеси горючего и воздуха, расширения газов, оказывающих давление на рабочую поверхность ротора и очищающих камеру сгорания от газов. На эксцентриковую ось передается круговое движение ротора. Сама ось находится на подшипниках и передает момент вращения на механизмы трансмиссии. В этих моторах осуществляется одновременная работа двух механических пар. Одна, которая состоит из шестерен, регулирует движение самого ротора. Другая — преобразует вращающиеся движение поршня во вращающиеся движения эксцентриковой оси.
Детали Роторно-поршневого двигателя
Принцип работы двигателя Ванкеля
На примере двигателей, установленных на автомобилях ВАЗ, можно назвать следующие технические характеристики:
— 103 кВт/6000 мин-1 – номинальная мощность;
— 130 кг масса двигателя;
— 125000 км – ресурс двигателя до первого полного его ремонта.
Смесеобразование
В теории в РПД применяют несколько разновидностей смесеобразования: внешнее и внутреннее, на основе жидких, твердых, газообразных видов топлива.
Касательно твердых видов топлива стоит отметить, что их первоначально газифицируют в газогенераторах, так как они приводят к повышенному золообразованию в цилиндрах. Поэтому большее распространение на практике получили газообразные и жидкие топлива.
Сам механизм образования смеси в двигателях Ванкеля будет зависеть от вида применяемого топлива.
При использовании газообразного топлива его смешение с воздухом происходит в специальном отсеке на входе в двигатель. Горючая смесь в цилиндры поступает в готовом виде.
Из жидкого топлива смесь приготавливается следующим образом:
- Воздух смешивается с жидким топливом перед поступлением в цилиндры, куда поступает горючая смесь.
- В цилиндры двигателя жидкое топливо и воздух поступают по отдельности, и уже внутри цилиндра происходит их смешивание.
Рабочая смесь получается при соприкосновении их с остаточными газами.
Рабочая смесь получается при соприкосновении их с остаточными газами.Соответственно, топливно-воздушная смесь может готовиться вне цилиндров или внутри их. От этого идет разделение двигателей с внутренним или внешним образованием смеси.
Особенности РПД
Преимущества
Преимущества двигателей роторно-поршневого типа по сравнению со стандартными бензиновыми двигателями:
— Низкие показатели уровня вибрации.
В моторах типа РПД отсутствует преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, что позволяет агрегату выдержать высокие обороты с меньшими вибрациями.
— Хорошие динамические характеристики.
Благодаря своему устройству такой мотор, установленный в машине, позволяет ее разогнать выше 100 км/ч на высоких оборотах без избыточной нагрузки.
— Хорошие показатели удельной мощности при малой массе.
Из-за отсутствия в конструкции двигателя коленчатого вала и шатунов достигается небольшая масса движущихся частей в РПД.
— В двигателях такого типа практически отсутствует система смазки.
Непосредственно в топливо добавляется масло. Топливно-воздушная смесь сама осуществляет смазывание пар трения.
— Мотор роторно-поршневого типа имеет небольшие габаритные размеры.
Установленный роторно-поршневой мотор позволяет максимально использовать полезное пространство моторного отсека автомобиля, равномерно распределить нагрузку на оси автомашины и лучше рассчитать расположение элементов коробки передач и узлов. Например, четырехтактный двигатель такой же мощности будет в два раза больше роторного двигателя.
Недостатки двигателя Ванкеля
— Качество моторного масла.
При эксплуатации такого типа двигателей необходимо уделять должное внимание к качественному составу масла, применяемого в двигателях Ванкеля. Ротор и находящаяся внутри камера двигателя имеют большую площадь соприкосновения, соответственно, износ двигателя происходит быстрее, а также такой двигатель постоянно перегревается.
Нерегулярная смена масла наносит огромный урон двигателю. Износ мотора возрастает в разы из-за наличия абразивных частиц в отработанном масле.
— Качество свечей зажигания.
Эксплуатантам таких двигателей приходится быть особо требовательным к качественному составу свечей. В камере сгорания из-за ее небольшого объема, протяженной формы и высокой температуры затруднен процесс зажигания смеси. Следствием является повышенная рабочая температура и периодическая детонация камеры сгорания.
— Материалы уплотнительных элементов.
Существенной недоработкой мотора типа РПД можно назвать ненадежную организацию уплотнений промежутков между камерой, где сгорает топливо, и ротором. Устройство ротора такого мотора достаточно сложное, поэтому уплотнения требуются и по граням ротора, и по боковой поверхности, имеющей соприкосновение с крышками двигателя. Поверхности, которые подвергаются трению, необходимо постоянно смазывать, что выливается в повышенный расход масла. Практика показывает, что мотор типа РПД может потребить от 400 гр до 1 кг масла на каждые 1000 км.
Снижаются экологичные показатели работы двигателя, так как горючее сгорает вместе с маслом, в результате в окружающую среду выбрасывается большое количество вредных веществ.
Из-за своих недоработок такие моторы не получили широкого распространения в автомобилестроении и в изготовлении мотоциклов. Но на базе РПД изготавливаются компрессоры и насосы. Авиамоделисты часто используют такие двигатели для конструирования своих моделей. Из-за невысоких требований к экономичности и надежности конструкторы не применяют сложную систему уплотнений в таких моторах, что значительно снижает его себестоимость. Простота его конструкции позволяет без проблем встроить в авиамодель.
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%.
Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:
- 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.
- 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.
- 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.
Современное состояние роторно-поршневого двигателя
На пути массового применения двигателя встали значительные технические трудности:
— отработка качественного рабочего процесса в камере неблагоприятной формы;
— обеспечение герметичности уплотнения рабочих объемов;
— проектировка и создания конструкции корпусных деталей, которые надежно прослужат весь жизненный цикл работы двигателя без коробления при неравномерном нагрева этих деталей.
В результате огромной проделанной научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы этим фирмам удалось решить почти все наиболее сложные технические задачи на пути создания РПД и выйти на этап их промышленного производства.
Первый массовый автомобиль NSU Spider с РПД начала выпускать фирма NSU Motorenwerke. Вследствие частых переборок двигателей из-за выше сказанных технических проблем на раннем этапе развития конструкции двигателя Ванкеля, взятые NSU гарантийные обязательства привели ее к финансовому краху и банкротству и последовавшему слиянию с Audi в 1969 году.
Наиболее успешно с данными проблемами справились инженеры фирмы Mazda. Она и остается единственным массовым производителем машин с роторно-поршневыми двигателями. Доработанный мотор серийно начался ставить на автомобиль Mazda RX-7 с 1978 года.
С 2003 преемственность приняла модель Mazda RX-8, она и является на данный момент массовой и единственной версией автомобиля с двигателем Ванкеля.
Российские РПД
Первое упоминание о роторном двигателе в Советском Союзе относится к 60-м годам. Исследовательские работы по роторно-поршневым двигателям начались в 1961 году, соответствующим постановлением Минавтопрома и Минсельхозмаша СССР. Промышленное же изучение с дальнейшем выводом на производство данной конструкции началось в 1974 году на ВАЗе. специально для этого было создано Специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей (СКБ РПД). Поскольку лицензию купить не было возможности, был разобран и скопирован серийный «ванкель» от NSU Ro80. На этой основе разработали и собрали двигатель Ваз-311, а произошло это знаменательное событие в 1976 году. На ВАЗе разрабатывали целую линейку РПД от 40 до 200 сильных двигателей. Доработка конструкции тянулась почти шесть лет. Удалось решить целый ряд технических проблем связанные с работоспособностью газовых и маслосъемных уплотнений, подшипников, отладить эффективный рабочий процесс в камере неблагоприятной формы.
Свой первый серийный автомобиль ВАЗ с роторным двигателем под капотом представил публике в 1982 году, это был Ваз-21018. Машина внешне и конструктивно была как и все модели данной линейки, за одним исключением, а именно, под капотом стоял односекционный роторный двигатель мощностью 70 л.с. Длительность разработки не помешала случиться конфузу: на всех 50 опытных машинах при эксплуатации возникли поломки мотора, заставившие завод установить на его место обычный поршневой.
Ваз 21018 с Роторно-поршневым двигателем
Установив, что причиной неполадок являлись вибрации механизмов и ненадёжность уплотнений, конструкторы предприняли спасти проект. Уже в 83-ем появились двухсекционные Ваз-411 и Ваз-413 (мощностью, соответственно, 120 и 140 л.с.). Несмотря на низкую экономичность и малый ресурс, сфера применения роторного двигателя всё-таки нашлась – ГАИ, КГБ и МВД требовались мощные и незаметные машины. Оснащённые роторными двигателями «Жигули» и «Волги» легко догоняли иномарки.
С 80-ых годов 20 века СКБ был увлечён новой темой – применение роторных двигателей в смежной отрасли — авиационной. Отход от основной отрасли применения РПД привело к тому, что для переднеприводных машин роторный двигатель Ваз-414 создаётся лишь к 1992 году, да ещё три года доводится. В 1995 году Ваз-415 был представлен к сертификации. В отличие от предшественников он универсален, и может устанавливаться под капотом как заднеприводных («классика» и ГАЗ), так и переднеприводных машин (ВАЗ, Москвич). Двухсекционный «Ванкель» имеет рабочий объём 1308 см3 и развивает мощность 135 л.с. при 6000об/мин. «Девяносто девятую» он ускоряет до сотни за 9 секунд.
Роторно-поршневой двигатель ВАЗ-414
На данный момент проект по разработке и внедрения отечественного РПД заморожен.
Ниже представлено видео устройства и работы двигателя Ванкеля.
Роторный двигатель — устройство, принцип работы, плюсы и минусы
Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива.
Двигатели эти на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись различные конструкции моторов. Одной из прогрессивных, но так и не получивших распространение конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Об особенностях этого типа двигателя, его достоинствах и недостатках мы поговорим в сегодняшнем материале.
История
Разработчиком роторно-поршневого двигателя стал дуэт инженеров компании NSU – Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля.
Феликс Ванкель и роторный двигатель. Фото — Kolesa.ruЭта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил.
Производилась эта модель на протяжении трех лет (1964-1967 годы).
По настоящему массовым автомобилем с роторным двигателем стало второе детище компании NSU – седан Ro-80.
NSU Ro 80В названии автомобиля указывалось, что модель оснащается роторным агрегатом. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а пионером в этом деле стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем – RX (Rotor-eXperiment). Производство последней модели из этого семейства, Mazda RX-8 в специальной версии Spirit R, было свернуто в середине 2012 года. Впрочем, не все экземпляры роторной «восьмерки» еще распроданы – официальный дилер Mazda в Индонезии еще продает эти автомобили.
Устройство
Особенностью роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания стало присутствие в его конструкции трехгранного ротора – поршня. Он вращается в цилиндре, который имеет специальную форму. Ротор насажен на вал, и соединен с зубчатым колесом, которое, в свою очередь, имеет сцепление со статором – шестерней. Ротор вращается вокруг статора по так называемой эпитрохоидальной кривой, его лопасти попеременно перекрывают камеры цилиндра, в которых происходит сгорание топлива.
Роторный двигательВ конструкции роторного двигателя отсутствует газораспределительный механизм – его функцию выполняет сам ротор, который при помощи своих лопастей распределяет поступающую горючую смесь и выпускает отработанные в цилиндре газы. Подобная конструкция двигателя позволяет обойтись без множества узлов, крайне необходимых для простого поршневого двигателя (например, коленчатый вал, шатуны), что, во-первых, позволяет уменьшить размер и массу силового агрегата, а во-вторых – уменьшить стоимость его производства.
Достоинства и недостатки
Роторно-поршневой двигатель не зря привлек внимание многих именитых автомобильных компаний. Его конструкция и принцип действия позволяли получить несколько довольно весомых преимуществ перед обычными двигателями.
Во-первых, роторно-поршневой мотор в силу своей конструкции обладал лучшей среди остальных типов силовых установок сбалансированностью, и был подвержен минимальным вибрациям.
Во-вторых, у этой силовой установки отмечались отменные динамические характеристики: без существенной нагрузки на двигатель, авто с роторно-поршневым мотором легко можно разогнать до 100 км/час и более на низкой передаче при высоких оборотах двигателя.
В-третьих, роторный двигатель компактнее и легче, чем стандартный поршневой силовой агрегат. Эта особенность позволяла конструкторам добиться практически идеальной развесовки по осям, что влияло на устойчивость автомобиля на дороге.
Роторный двигатель в разобранном виде.
Фото — Автостронг-МВ-четвертых, в нем используется намного меньшее количество узлов и агрегатов, чем в обычном двигателе.
Наконец, в-пятых, роторный двигатель обладает высокой удельной мощностью.
Роторный двигатель Mazda RenesisНедостатки
К минусам роторно-поршневого двигателя, из-за которых он так и не смог получить массового применения и не используется сегодня в автомобилях всех брендов, относится, во-первых, большой расход топлива на низких оборотах. На некоторых моделях он достигает 20 литров на 100 км пробега, что, согласитесь, совсем не экономично и бьет по карману владельца авто с роторным двигателем.
Во-вторых, недостатком этого типа двигателей является сложность изготовления его деталей: чтобы ротор правильно прошел эпитрохоидальную кривую, необходима высокая геометрическая точность при создании как самого ротора, так и цилиндра. Для этого производители роторных двигателей используют высокоточное и дорогостоящее оборудование, а стоимость производства закладывают в цену автомобиля.
В-третьих, роторный двигатель склонен к перегреву из-за особенности конструкции камеры сгорания: она имеет линзовидную форму, а не сферическую, как у обычных поршневых моторов. Топливная смесь, сгорая в такой камере, превращается в тепловую энергию, которая расходуется в большей части неэффективно – ее избыток нагревает цилиндр, что в конечном итоге приводит к износу и выходу его из строя.
В-четвертых, высокий износ уплотнителей между форсунками ротора из-за перепадов давления в камерах сгорания двигателя. Именно поэтому ресурс таких двигателей составляет 100-150 тысяч км, после чего, как правило, требуется капитальный ремонт силового агрегата.
Капитальный ремонт роторного двигателя Mazda RX-8. Фото — drive2В-пятых, роторно-поршневой двигатель нуждается в своевременной и четко соблюдаемой процедуре смены моторного масла: мотор потребляет примерно 600 мл моторного масла на 1000 км, так что менять его приходится раз в 5000 км пробега. Если его вовремя не заменить, это чревато выходом из строя узлов и агрегатов мотора, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт.
То есть, к эксплуатации и обслуживанию роторно-поршневых двигателей следует подходить более ответственно, чем к обслуживанию обычных моторов, вовремя проводя их техническое обслуживание и капитальный ремонт.
Автор — Александр Гилев.
Rotary vs. Piston — журнал DSPORT
T Роторный двигатель Ванкеля: самое ценное предложение Mazda также является источником сотен веселых интернет-мемов. В то время, когда поршневые двигатели внутреннего сгорания были основной технологией, используемой в автомобилях, Mazda решила разработать конкурирующую технологию. В начале 70-х двигатель Rotary приводил в действие почти все автомобили модельного ряда Mazda. Когда случился кризис газа, он все еще использовался в высокопроизводительных автомобилях Mazda. Mazda Rotary обладала преимуществами по сравнению с поршневыми двигателями, но также обладала огромным списком недостатков. Давайте посмотрим, чем он отличается от поршневого двигателя, а также некоторые его плюсы и минусы.
Текст Bassem Girgis и Jim Mederer // Фотографии Staff and Racing Beat
ДСПОРТ Выпуск #206
Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из блока, кривошипа, шатунов, поршней, головок, клапанов, распределительных валов, системы впуска, системы выпуска и системы зажигания. Все они работают вместе, чтобы преобразовать химическую энергию в механическую энергию, которая позволяет вашему автомобилю двигаться. Внутри блока коленчатый вал соединен с рядом шатунов (в зависимости от того, сколько цилиндров у вашего двигателя), а шатуны прикреплены к такому же количеству поршней. Когда поршни двигаются вверх и вниз, они вращают коленчатый вал с помощью шатунов.
Начиная с поршня в верхней мертвой точке (первый шаг в четырехтактном цикле), впускные клапаны открываются, а выпускные закрыты (открытие и закрытие управляется распределительным валом, который синхронизирован с коленчатым валом с помощью ремень или цепь).
Когда коленчатый вал продолжает вращаться, он тянет поршень вниз, всасывая воздух в цилиндры. К тому времени, когда поршень достигает дна, цилиндр уже заполнен воздухом и топливом.
Для завершения полного четырехтактного процесса поршень должен совершить два полных прохода в цилиндре.
Затем поршень начинает двигаться вверх во время такта сжатия. Во время этого такта впускной и выпускной клапаны закрыты. Движение поршня вверх сжимает воздушно-топливную смесь, которая смешивает молекулы воздуха и топлива, когда они сближаются. Этот процесс создает смесь, оптимизированную для сгорания. Как только поршень снова приближается к верхней мертвой точке, свеча зажигания срабатывает, вызывая воспламенение в цилиндре.
Рабочий ход создает управляемое сгорание, вызванное искрой. Сгорание толкает поршень вниз по цилиндру. Давление, создаваемое сгоранием, является движущей силой, которая приводит в движение колеса вашего автомобиля. Когда поршень движется к нижней мертвой точке, выступ выпускного распредвала начинает открывать выпускной клапан, готовясь к последнему такту в четырехтактном цикле.
Когда цилиндр снова начинает подниматься вверх, выпускные клапаны полностью открываются. Это позволяет выхлопным газам выходить из цилиндров, чтобы снова освободить место для следующего четырехтактного цикла. Выхлопные газы выходят через выпускной коллектор, через каталитический нейтрализатор и через выхлопную трубу и глушитель. К тому времени, когда поршень возвращается в верхнюю мертвую точку, выпускной клапан почти закрыт, а впускной клапан начинает открываться. Затем процесс повторяется.
Роторный двигатель имеет тот же четырехтактный цикл, что и поршневой двигатель, для выработки мощности на маховике. В отличие от поршневого двигателя, в котором сгорание происходит в цилиндре, роторный двигатель опирается на давление, содержащееся в камере в корпусе, которая герметизирована одной стороной ротора. Два ротора используются вместо поршней. Ротор трехгранный, который вращается вокруг корпуса ротора с помощью эксцентрикового вала.
Три стороны изогнуты в виде трех лепестков, а корпус ротора имеет форму грубой восьмерки (8). Когда ротор вращается внутри корпуса, зазор между ротором и корпусом то увеличивается, то уменьшается.
В то время как поршневой двигатель использует ремень ГРМ или цепь для распределительных валов и клапанов, в роторном двигателе используется только цепь для масляного насоса.
Воздух и топливо попадают в корпус ротора по мере увеличения объема между одной из лопастей ротора и стенкой корпуса. По мере вращения ротора и увеличения объема создается вакуум, который втягивает воздух и топливо в корпус. Как только кончик одной из сторон ротора выходит из этой области всасывания, следующая сторона ротора начинает процесс всасывания. Ротор продолжает вращаться до тех пор, пока объем между кулачком ротора и стенкой корпуса не начнет уменьшаться. Это сжимает воздушно-топливную смесь подобно тому, как это происходит в поршневом двигателе, когда поршень движется вверх. Затем сжатая смесь поступает в следующую часть корпуса, где находится свеча зажигания.
Свеча зажигания воспламеняет сжатую смесь. В то время как нижняя свеча зажигания воспламеняет большую часть смеси через большее отверстие, верхняя свеча зажигания воспламеняет топливо в меньшем конце камеры сгорания. Воспламененный воздух и топливо сгорают (сгорают с контролируемой скоростью), что приводит в движение ротор по часовой стрелке. Поскольку ротор продолжает вращаться после первого удара, объем между ротором и корпусом увеличивается, что позволяет газам расширяться. Последний шаг — это когда объем уменьшается в последний раз, чтобы вытолкнуть выхлопные газы через выпускные отверстия, прежде чем сделать еще один оборот и снова запустить четырехтактный цикл.
Сгорание — это то, что приводит в действие большинство двигателей. Как роторные, так и поршневые двигатели работают по четырехтактному циклу. Четырехтактный двигатель включает такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска. Оба двигателя нуждаются в воздухе, топливе и искре для работы.
Все углы поворота указаны для выходного вала (эксцентрикового вала/коленчатого вала), а не для ротора.
Оба двигателя сжигают сжатую топливно-воздушную смесь для развития мощности вращения. Оба двигателя четырехтактные.
Ротор вращается вокруг эксцентрикового вала внутри корпуса. Воздух сжимается вместе с топливом, затем вводится искра , и, наконец, выхлоп выходит через выпускное отверстие.
Однако одно большое различие между ними заключается в том, что реципиент имеет 180 градусов на ход (или 4 x 180 = 720 градусов на термодинамический цикл, это два оборота кривошипа для одного полного четырехтактного цикла в цилиндре), в то время как роторный имеет 270 градусов за «ход» (или 4 х 270 = 1080 градусов за термодинамический цикл, это три оборота кривошипа за один полный оборот ротора). Да, вам, возможно, придется немного подумать об этом, но поверьте нам, это правда.
Для каждого полного ротора производится в два раза больше импульсов мощности, чем для одного цилиндра. Это означает, что 1,3-литровый двигатель выдает в 1,5 раза больше мощности и крутящего момента, чем двигатель аналогичного объема.
Это имеет хорошие и плохие последствия. Предполагая, что оба двигателя имеют одинаковые максимальные обороты, это означает, что у роторного двигателя есть в 1,5 раза больше миллисекунд для выполнения каждого «хода». Это одна из причин, почему ротарианцы так хорошо дышат — у них больше времени (в миллисекундах), чтобы втянуть и выплюнуть смесь.
У них также больше времени для рабочего хода – реальный плюс, позволяющий получить максимальную отдачу от продуктов сгорания, особенно на высоких оборотах. Теперь плохая часть. У ротора также есть в 1,5 раза больше миллисекунд для передачи тепла от горящей смеси к маслу и воде.
Это одна из причин, по которой вращающиеся устройства тратят больше тепла в процессе охлаждения. Другим последствием является то, что если вы рассматриваете только одну сторону одного ротора, ротор получает только 2/3 от количества импульсов мощности, чем реципиент. Однако на самом деле у каждого ротора есть три боковых стороны, каждая из которых находится в разных точках термодинамического цикла, поэтому каждый полный ротор фактически дает в два раза больше импульсов мощности (в 3 раза 2/3), чем одноцилиндровый реципиент. Смущенный? Найдите минутку, чтобы изучить рисунки 2 и 3 и вникнуть во все это. Суть в том, что 1,3-литровый роторный двигатель развивает мощность и крутящий момент в 1,5 раза больше, чем двигатель аналогичного размера. Это как 2,0-литровый поршневой двигатель.
Иными словами, 2-роторный роторный двигатель имеет такое же количество пусковых импульсов, что и 4-цилиндровый ресивер, но поскольку продолжительность каждого пускового импульса составляет 270 градусов, двигатель работает более плавно из-за перекрытия стреляющие импульсы.
Итак, в чем смысл всей этой математики? Ну, смысл в том, чтобы лучше понять, ПОЧЕМУ некоторые вещи так важны для роторного двигателя, особенно теплопередача. Помните, что тепло — это потенциальная мощность, поэтому сохранение тепла в горючей смеси увеличивает мощность, которую вы можете использовать.
К следующему пункту: По сравнению с реципиентом всасываемый заряд (когда он находится внутри двигателя) на самом деле проходит долгий и мучительный путь. На приведенных выше рисунках это показано в деталях.
В реципиенте центр тяжести всасываемого заряда перемещается только на дюйм или два, когда поршень перемещается вперед и назад между верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ). В роторной машине Mazda заряд перемещается на большое расстояние — около 20 дюймов — от впуска до выхлопа. Одним из плохих результатов является то, что существует много квадратных дюймов поверхности, через которую передается тепло, что снижает тепловую эффективность. Однако есть важный момент: вся масса всасываемого заряда должна пройти через узкую область между корпусом ротора и ротором, поскольку каждая боковая сторона ротора проходит через ВМТ. Это стало возможным благодаря «роторной выемке», отлитой в каждой боковой поверхности ротора — если бы не этот путь, частично сгоревшая смесь никогда не смогла бы протиснуться через узкий зазор между корпусом ротора и ротором ( обычно около 0,010 ~ 0,015 дюйма) при высоких оборотах. Существует грубая параллель с поршнем, который имеет «всплывающий» поршень, который стремится разрезать камеру сгорания надвое в ВМТ. Некоторые рецептуры даже прорезают «огневую щель» (выемку) в середине всплывающей области, чтобы она не мешала распространению фронта пламени в камере. По этой и другим причинам форма углубления ротора очень важна. Он также оказывает большое влияние на определение степени сжатия двигателя, и, как указано во всех учебниках по двигателю внутреннего сгорания, степень сжатия является основным фактором, определяющим мощность и эффективность любого двигателя. Собственно, это и указывает на слабое место ротора — максимальная ПРАКТИЧЕСКАЯ степень сжатия определяется не детонацией (как это принято в рецептах), а способностью горящего заряда проходить через разрежение ротора. Если разрежение слишком маленькое, вблизи задней свечи зажигания создается давление, вызывающее НЕГАТИВНУЮ РАБОТУ! Это может привести к снижению мощности, перегреву задней свечи зажигания и значительному увеличению тепловыделения масла и воды. Таким образом, форма углубления ротора является методом проб и ошибок, чтобы найти наилучший компромисс. Прежде чем мы покинем тему углубления ротора, еще один момент: физическая форма углубления на его передней кромке во многом связана с максимально используемым опережением зажигания. Вы можете понять это лучше, если установите ротор последней модели на 35 градусов BTC, вытащите ведущую свечу зажигания № 1 и посмотрите в отверстие для свечи зажигания. Вы увидите, что изогнутая сторона ротора довольно плотно прилегает к нижней части отверстия свечи зажигания. Если бы в этот момент свеча зажигания воспламенилась, двигатель мог бы дать осечку, потому что фронт пламени мог бы погаснуть (погаснуть) при ударе о поверхность ротора.
Если сейчас повернуть двигатель на 20 градусов BTC, открывается путь для сгорания смеси в разрежении ротора.
Это важная часть причины, по которой почти все двигатели 1974 года и более поздние могут работать с опережением зажигания не более чем на 20-25 градусов при высокой мощности (двигатели более ранних моделей США имели очень длинное, неглубокое углубление, которое позволяло увеличить опережение).
Как я объяснял ранее, здесь есть некоторые параллели между роторными двигателями и реципиентами — камера сгорания и конструкция верхней части поршня являются главными проблемами в реципиентах — но есть некоторые отличительные особенности, которые следует учитывать при работе с роторными двигателями.
По правде говоря, мало что можно сделать, чтобы изменить форму депрессии сгорания, особенно в двигателях 1989 года и позже с тонкими стенками литья, но кое-что полезное сделать можно. Во-первых, вы можете гарантировать, что расстояние от канавки уплотнения вершины до передней кромки углубления сгорания будет одинаковым на всех боковых сторонах всех роторов, чтобы все допускали одинаковое опережение зажигания (отшлифуйте переднюю кромку углубления по мере необходимости).
Затем вы можете попытаться уменьшить теплопередачу в ротор, отполировав углубление сгорания и/или покрыв его «теплозащитным» покрытием (Примечание: не добавляйте измеримой толщины изогнутой боковой поверхности ротора, в противном ротор может удариться о корпус ротора).
Многие реципиентные гонщики делают то же самое с поршнями и камерами сгорания по тем же причинам. Я знаю, что тем из вас, кто не очень хорошо знаком с роторными двигателями, будет нелегко разобраться в этой информации, но если вы не понимаете этих основных понятий, другие вопросы (например, синхронизация портов и опережение зажигания) не будут иметь смысла. позже.
Я дам вам еще один предмет для размышления — свечу зажигания. О зажигании роторных двигателей написаны книги, поэтому я коснусь только одной области — теплового диапазона. Для тех, кто этого не знает, роторные двигатели, как правило, используют очень холодные свечи зажигания, то есть свечи, которые хорошо охлаждают свои электроды через водяную рубашку. Этому есть много причин, но одна из наиболее очевидных заключается в том, что, хотя поршневой двигатель имеет горящую смесь вокруг свечи зажигания в течение номинальных 180 градусов (рабочий ход) из 720 полных градусов (или 25% термодинамического цикла время), роторный двигатель имеет горящую смесь вокруг своей ведущей свечи зажигания в течение примерно 70% времени цикла.
Джим Медерер (1942-2016) поделился с нами своими знаниями о роторных двигателях во втором выпуске Drag Sport в 2002 году, прежде чем мы стали журналом DSPORT. Его наследие будет жить как пионер всех вращающихся вещей. Несмотря на то, что его больше нет с нами, его всегда будут помнить за то, что он проложил путь в разработке роторных двигателей в мире производительности с 70-х годов.
Так как у него так мало времени на «остывание», его необходимо охлаждать через водяную рубашку. На самом деле это не относится к задней свече зажигания — она имеет горящую смесь только в течение 25–30% времени цикла, как в поршневом двигателе. Другие обстоятельства заставляют его получать много тепла, но мы прибережем это до другого раза.
Ротационно-поршневой вакуумный насос | Поршневой насос
Роторно-поршневые вакуумные насосы
Надежным типом вакуумного устройства является роторно-поршневой вакуумный насос.
В таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, вакуумная дегазация, вакуумирование, сушка металлов и вакуумная пропитка, для создания вакуума используется роторно-поршневой вакуумный насос. Этот тип насоса подходит для работы с сухими неконденсируемыми нагрузками.
Как роторно-поршневые насосы создают вакуум
Система Wintek SN 19261: Достигает 5 торр при работе с небольшим количеством воздуха и следами ацетона.
Поршень эксцентричен по отношению к главному отверстию цилиндра насоса. Газ втягивается в камеру по мере того, как объем «ковша» увеличивается при движении поршня по камере. Когда этот объем достигает своего максимума, ковш запирается, когда поршень закрывает впускное отверстие. При вращении отпаянного газа вокруг камеры он сжимается и выбрасывается через выходное отверстие под давлением, немного превышающим атмосферное.
Тонкая пленка смазочного масла покрывает внутреннюю часть вакуумной камеры внутри роторно-поршневого насоса для достижения лучшего вакуумного уплотнения.
Однако это масло может уноситься технологическими парами и присутствует в парах нагнетания вакуумного насоса. Загрязненный технологический газ неизбежен.
Роторно-поршневой насос имеет две конфигурации, одноступенчатую и двухступенчатую. Подобно жидкостно-кольцевым вакуумным насосам, двухступенчатые конфигурации имеют более высокую производительность при более глубоком вакууме, чем одноступенчатые конструкции. Дополнительные компоненты могут быть добавлены к вакуумной системе с роторным поршнем для повышения удобства работы и удобства, в том числе: уловители масляного тумана для сбора и рециркуляции уносимого масла, доконденсаторы и приемники для сбора следовых количеств конденсата на выходе из системы и многие другие. .
Плюсы и минусы:
Роторно-поршневой насос имеет много преимуществ:
- Относительно дешевый и высокая производительность при глубоком вакууме (<0,01 Торр)
- Прочная конструкция, обеспечивающая долгий срок службы
- Может допускать следовые количества растворителей
Вакуумный насос этого типа имеет следующие ограничения:
- Не может работать с жидкостями или любым переносом технологического процесса, поскольку они могут повредить внутренние части насоса
- Не может легко обрабатывать конденсирующиеся пары
- Извлечение растворителя невозможно из-за загрязнения маслом
- Дизайн может быть шумным
Одноступенчатые роторно-поршневые насосы
| Модель № | ACFM | HP | Охлаждение | 6 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HV55A | 52 | 3 | Воздух | 2 дюйма | 1,5 дюйма | |||||||
| HV140A | 130 | 5 | Воздух | 2,5 дюйма | 2 дюйма | |||||||
| HV170 | 170 | 7,5 | Вода | 3 дюйма | 2 дюйма | |||||||
| HV412XT | 300 340 | 10 15 | Вода Вода | 4 « 4″ | 3 « | 4″ 4 « | 3″ | 4 « 4″ | 3 « 3″ 4 « | 3″ 3 « 2 4″ | 3 « 3″ 2 4 « | 3″ 3 « 2 4″ |
| HV450 | 450 | 20 | Вода | 4 дюйма | 3 дюйма | |||||||
| HV635 | 635 | 30 | Вода | 6 дюймов | 4 дюйма | |||||||
| HV850 | 850 | 40 | Вода | 8 дюймов | 5 дюймов |
Two-Stage Rotary Piston Pumps
| Model # | ACFM | HP | Cooling | In | Out |
|---|---|---|---|---|---|
| HVC35A | 32 | 3 | Воздух | 2 дюйма | 1,5 дюйма |
| HVC65 | 65 | 5 | Вода | 2,5 дюйма | 2 дюйма |
| HVC100A | 95 | 5 | Воздух | 2,5 дюйма | 2 дюйма |
| HVC180 | 180 | 10 | Вода | 3 дюйма | 2,5 дюйма |
| HVC340 | 340 | 20 | Вода | 4 дюйма | 3 дюйма |
Нижний колонтитул
Подписывайтесь на нас
О нас
Wintek предоставляет надежные решения для технологического вакуума и сепарации с 1986 года.