full screen background image

Устройство, применение и особенности роторного двигателя

22

Содержание

Устройство, применение и особенности роторного двигателя

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

Немного истории

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

Изобретатель роторного двигателя

Годом позднее выпустили первый автомобиль с РПД. К сожалению, даже главных конструкторов модель новой машины не удовлетворила. Дви́гатель доработали, и в конце 60-х годов на свет появился седан, получивший звание «Авто года». Это был Ro-80 той же компании NSU. До 100 км он разгонялся всего за 12,8 с, развивал скорость до 180 км/ч, а весил немногим больше тонны. По тем временам это были грандиозные показатели. Лицензию на производство роторных моторов стали сразу же приобретать одна автомобильная компания за другой.

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

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

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

Роторный двигатель

Основы устройства роторного двигателя

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

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

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

Роторный двигатель

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

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

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

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

Типы роторных двигателей

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

  • герметично закрыта;
  • постоянно контактировать с внешней средой.

Роторный двигатель

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

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

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

Преимущества РПД

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

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

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

Роторный двигатель

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

Высокий расход топлива РПД

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

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

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

Другие важные недостатки

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

Роторный двигатель

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

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

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

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

Роторный двигатель

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

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

Достоинства

Недостатки

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

Роторно-поршневые двигатели Мазды

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

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

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

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

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

Автомобили с роторным двигателем – в чем их преимущество?

В этой статье рассмотрим принцип работы роторного двигателя, а также поговорим о его плюсах и минусах.
Главный принцип работ роторного двигателя в том, что роторный двигатель не совершает возвратно-поступательных движений – он просто крутится, вследствие чего он не совершает затрат на остановку в верхних и нижних его точках, и именно из-за этого этот двигатель является высоко-оборотистым.

Сам ротор находится в плоском цилиндре. цилиндр по своей форме не круглый, как обычно, а овальный, ротор же имеет треугольную форму.

В отличие от поршневого двигателя, ротор «освобожден» от коленвала, шатунов, ГБЦ, противовесов, благодаря чему его конструкция становится ещё проще.

Также, для того, чтобы разжечь топливо, в отличие от поршневого двигателя, нужно только две свечи из-за конструктивных особенностей камеры сгорания, мощности у такого двигателя выдаётся как у шестицилиндрового, а кпд у роторного двигателя в 2 раза больше, чем у поршневого – 40%.

К проблемам роторного двигателя относится плохая герметизация камеры сгорания, впуска-выпуска из-за небольшого контакта ротора со стенками цилиндра. без высокоточных расчетов тут никак не обойтись, и, если бы не они, то падала бы компрессия, уменьшался бы кпд при прогреве. большим недостатком является то, что роторный двигатель склонен к перегрву, чего не скажешь об обычном двигателе.

Также к недостаткам стоит отнести, то, что в камере сгорания температура выше, чем во впуске-выпуске, из-за этого цилиндр расширяется в разных местах по-разному, поэтому приходится использовать далеко недешевый высокотехнологический материал в разных местах цилиндра.

Из-за всех этих конструктивных особенностей ресурс роторного двигателя в несколько раз меньше, чем у обычного – в среднем, роторные двигатели «живут» до 80 тысяч километров. плюс ко всему, эти двигатели очень прожорливые – на «низах» они «жрут» много топлива, что важно для города, и при его маленьком объёме в 1.3 литра, расход в среднем достигает 20 литров. это не говоря о том, что обслуживать его и делать то нужно каждые 5 тысяч километров.

Роторный двигатель принцип работы роторного двигателя мазда

Что такое ротативный двигатель

  • Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии.
  • Добавить иллюстрации.
  • Проставить шаблон-карточку, который существует для предмета статьи. Пример использования шаблона есть в статьях на похожую тематику.

Принцип работы роторного двигателя — устройство, недостатки и преимущества, видео

Мировые автомобильные концерны выпустили на рынок машины с этими силовыми агрегатами, но позднее отказались от данной продукции. Что же произошло? Предлагаем разобраться в преимуществах и недостатках роторов, рассмотреть принцип работы РПД (роторно-поршневого двигателя).

Эти тепловые моторы не нуждаются в запчастях, преобразующих поступательный импульс во вращательный (коленчатый вал). Такая особенность конструкции приводит к сокращению потерь. При наличии поршней в цилиндре производится четыре такта:

В роторе эти процессы происходят в разных частях камеры.

Вывод на рынок авто с высоким КПД — мечта любого автоконцерна. Почему же он так и не получил широкого распространения? Давайте разбираться.

Узнайте стоимость ремонта роторного двигателя онлайн за 3 минуты

Не тратьте время впустую – воспользуйтесь поиском Uremont и получите предложения ближайших сервисов с конкретными ценами!

Подведем итоги

С учетом приведенной выше информации становится понятно, почему роторный двигатель не получил широкого распространения даже с учетом целого ряда преимуществ. Прежде всего, небольшой ресурс, необходимость частого и затратного облуживания, а также сложность ремонта РПД являются серьезными недостатками силовых установок данного типа.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель на водороде. Из этой статьи вы узнаете, какие особенности имеет водородный двигатель, а также какие перспективы имеет двигатель на водороде.

По этой причине следует отдельно изучить все нюансы, рассмотренные выше, особенно если к покупке рассматривается автомобиль с роторным двигателем. Например, Мазда RX-8 на вторичном рынке может показаться отличным вариантом, так как данные авто продаются по привлекательной цене на фоне конкурентов с аналогичными характеристиками.

Однако на практике такой автомобиль может требовать замены или серьезного и дорогостоящего ремонта силового агрегата. Более того, даже если с двигателем все в порядке, не стоит рассчитывать на большой ресурс, а также потенциальным владельцам следует готовиться к более высоким расходам на плановое обслуживание роторного двигателя по сравнению с форсированными поршневыми ДВС (как атмосферными, так и с наддувом).

Устройство роторного двигателя

Действие всех типов моторов основано на давлении, возникающем при сгорании топлива.

В агрегатах с поршневой группой коленчатый вал и шатуны трансформируют возвратно-поступательную энергию во вращение. В результате колеса крутятся. В движке Ванкеля (альтернативное название ДВС с ротором) используется другое техническое решение. Давление производится в камере, являющейся частью корпуса. Закрытая сторона роторного треугольника выступает в роли поршней.

В роторном двигателе внутреннего сгорания производится вращение, похожее на кривую спирографа. При заданной траектории три вершины находятся в контакте с корпусом. Образуются три независимых объема для газа. При вращении запчасти эти камеры сжимаются/расширяются, как следствие:

  • топливно-воздушная смесь поступает в мотор;
  • сжимается;
  • производит необходимую работу в результате расширения;
  • выходит через выхлоп.

Схема роторного двигателя — особенности конструкции

В статоре предусмотрено пространство для горения. Корпусы по бокам служат для герметичности системы. Внутри рабочей камеры размещается цилиндр, а в нем — ротор. Овальная форма с прижатыми боковинами обусловлена параметрами узла. В самом статоре с одной стороны предусмотрено отверстие, впускающее воздух. С другой — окно для свечей зажигания. Ротор в цилиндре смещается относительно оси и одновременно двигается вокруг нее. Вращение в сторону обеспечивается неподвижной шестерней, зацепление с которой и определяет характер движения.

Схема и принцип работы роторного двигателя

Мы уже описывали рабочие такты “впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск”.

В двухтактных агрегатах они совмещены и обычно устанавливаются на мотоциклах.

Раньше на рынке были представлены дизели с мотором Ванкеля — сейчас они в дефиците. “Классика” представлена четырехтактными вариантами, но в этом случае в конструкции предусмотрен газораспределяющий механизм.

В роторах отсутствие поршневой системы дало возможность совместить технические характеристики 2- и 4-тактных движков. Специальное приспособление, распределяющее газ, в данном случае не нужно за счет специальных отверстий в цилиндре.

Устройство роторно-поршневого двигателя — плюсы и минусы

Теперь о достоинствах рассматриваемого агрегата. Одна его секция сравнима по мощности с трехцилиндровым мотором, при этом занимает существенно меньше места. Например, Mazda RX8 обладает хорошей мощностью при средней компоновке движка. Это стало возможно благодаря разнесению веса автомобиля по осям. Такой автомобиль обладает хорошей управляемостью и устойчивостью.

Здесь нет ГРМ, что сильно облегчило конструкцию, благодаря меньшему количеству металла в ней. Дополнительный приятный бонус — пропадает необходимость во многих подвижных запчастях. В результате агрегат прочнее. Сам мотор вибрирует меньше, так как в нем нет разнонаправленных движений (в сравнении с классикой).

Применение роторного двигателя имеет и недостатки. Смазочная система здесь идентична двухтактному аналогу — цилиндрическая поверхность обрабатывается одновременно с горючим. Но способ подачи здесь особенный — через форсунки. Из-за данной особенности такой тип движков требует специального полусинтетического или минерального рабочего раствора. При сгорании масла получаем чрезмерно загрязненный выхлоп, что плохо влияет на экологию.

Куда обращаться при проблемах с движком

Некоторые проблемы можно решить самостоятельно, если вы уверены в своих силах и готовы выделить время. Опытные автовладельцы советуют тщательно оценить ситуацию. Почитайте форумы, где общаются владельцы таких же автомобилях. Найдите пошаговое видео с подробным описанием процесса. Агрегатор Uremont.com предоставляет возможность общения с профессионалами в чате. На вопросы здесь в считаные минуты отвечают специалисты партнерских СТО. Помимо указанной опции, здесь найдете:

  • интерактивную карту с адресами автомастерских;
  • отзывы и оценки пользователей;
  • онлайн-бланк заявки и пр.

Роторные двигатели — почему мы не используем их?

Наверняка вы слышали о таких роторных двигателях, а кому-то даже удалось покататься на авто с такими агрегатами. Другое название РПД — двигатель Ванкеля (в честь изобретателя, внёсшего существенный вклад в его создание).

Как вы знаете, в обычном поршневом двигателей, за счёт сгорания смеси в камерах, получается возвратно-поступательное движение, которое затем трансформируется в вращательное с помощью коленвала.

Во время появления первых рабочих прототипов этот ДВС считался очень перспективным, а мировые автопроизводители поспешили приобрести на него лицензию. Наибольший интерес к двигателю Ванкеля проявили японцы, так что не мудрено, что РДП в большей степени ассоциируется с японскими авто.

У роторного двигателя есть множество преимуществ:

  • Более высокий КПД в сравнении с бензиновым и дизельным двигателем. У роторного двигателя этот показатель составляет 40-45%, против 20-30 у бензинового.
  • Хорошая динамика. Роторные двигатели обладают высокой мощностью и крутящим моментом. Они отлично подходят для спорткаров.
  • Размеры. Роторные двигатели компактнее, имеют меньший вес и лучше сбалансированы.
  • Меньше вибраций. За счёт особенности конструкции такой двигатель создаёт меньше вибраций.

Казалось бы: идеальный мотор! Если рассмотреть РПД, которые ставили на RX-8: 190 л.с. и 210 н*м крутящего момента, при объёме в 1,3 литра. Но, к сожалению, не всё так просто.

  • Ресурс. К сожалению, двигатель Ванкеля обладает меньшим ресурсом, что делает его использование для повседневной езды в городе малопригодным. В среднем такой двигатель ходит от 100 до 200 тыс. км.
  • Дороговизна. Изготовление таких двигателей обходится дороже из-за необходимости использования более сложного оборудования. Соответственно и авто с таким мотором стоит дороже при покупке и в дальнейшей эксплуатации.
  • Требовательность к ГСМ. Роторные двигатели в этом плане очень капризны — масло нужно менять достаточно часто, а его качество всегда должно быть на высоком уровне. Также и с бензином — плохой бензин очень быстро убивает такие моторы.
  • Высокий расход на низких оборотах. Опять же из-за особенностей мотора, при езде в городе он может потреблять больше поршневого, даже при меньшем объёме.

Поэтому, при всей привлекательности этого типа двигателей, установка их на массовые авто не рентабельна. Чаще их используют на гоночных авто. Из крупных производителей больше всех внимание РПД уделила Mazda, но даже они пока сняли их с производства, продолжив разработки новых моделей.

Недостатки изобретения

Так называемые минусы касаются самой конструкции и процесса ее функционирования. Недостатками изобретения Ванкеля считают:

  • Перепады давления в камерах сгорания. Постоянные скачки давления быстро изнашивают уплотнения между форсунками устройства. В итоге силовой агрегат может нуждаться в капитальном ремонте.
  • Маленький объем линзовидной камеры сгорания с большой площадью вызывает перегрев двигателя.
  • Большой расход топлива на низких оборотах. На 100 км пробега понадобится 20 литров бензина. Такие условия бьют по карману владельца транспортного средства. Поэтому многие из них считают невыгодным использование подобного двигателя.
  • Роторный двигатель строго нуждается в регулярной замене моторного масла. Несоблюдение этого требования может серьезно навредить роторному агрегату. В некоторых случаях понадобится его менять на новый. К эксплуатации и обслуживанию такого устройства следует подходить серьезно.
  • Использование роторного двигателя вредит окружающей среде. Малая длина хода и скорость вращения ротора способствует выталкиванию вредных, горячих газов. Вместе с маслом продукты сгорания пагубно сказываются на экологии.
  • Высокая стоимость. Изготовление деталей такого двигателя сложный и кропотливый процесс. Требуется задействовать дорогостоящее и высокоточное оборудование. Привлечение качественного и современного материала увеличивает стоимость автомобильной конструкции.

Когда автовладелец решает приобрести двигатель для машины, очень важно понять, как правильно его выбрать, к чему присмотреться. Помимо стоимости рекомендуют учитывать мощность агрегата, а также вид привода мотора. Не стоит упускать из виду вопрос расхода горючего. Двигатель должен быть полностью исправным и подлежать ремонту в случае возникновения неполадок в его работе.

Как выглядит роторный двигатель

Чем роторный двигатель отличается от обычного

Технический прогресс не стоит на месте и сегодня вместе с самым обычным поршневым двигателем на автомобильном рынке можно встретить и роторно-поршневой вариант. Сегодня вы узнаете, что такое роторный двигатель, и чем он отличается от обычного двигателя, который установлен почти во всех современных автомобилях.

Чем является РПД?

Для того, чтобы сравнивать роторный двигатель с поршневым необходимо полностью разобраться с тем, что же он из себя представляет. Как и поршневой вариант, роторный двигатель использует давление, которое появляется при сгорании топливно-воздушной смеси. Само же название происходит от основной детали – движущегося ротора, за счет которого и происходит процесс работы двигателя. Ротор имеет похожую на треугольник форму и крепится к особому механизму. Примечательно, что его вращение происходит не вокруг конкретной оси, а он будто бегает вокруг шестерни.

Двигатель имеет 4 фазы: Впуск, сжатие, зажигание, выпуск. Сначала топливно-воздушная смесь засасывается в первую камеру, где и смешивается. Затем, при помощи ротора, она сжимается в следующей камере и зажигается при помощи свечей. После смесь идет дальше, где вытесняются использованные части топлива и все начинается сначала.

На сегодняшний день серийным выпуском автомобилей с роторным двигателем занимается только . Стоит признать, они неплохо себя показали, особенно тогда, когда компания не была настолько крупной и шла на большой риск, запуская подобные варианты двигателей.

Преимущества перед обычным двигателем внутреннего сгорания

Преимуществ перед обычным двигателем оказалось достаточно, чтобы могли выпускать их серийно и превратиться в серьезную корпорацию. Какие же преимущества у роторного двигателя перед обычным:

  • Благодаря механическому равновесию двигателя у него заметно меньше вибраций при работе, что влияет на комфорт в легковых автомобилях;
  • Высокая динамика работы двигателя позволяет на низкой передаче разгонять автомобиль до скорости свыше 100 км/час при высоких оборотах.
  • Выше мощность при меньших объемах. Двигатель объемом в 1,3 литра может выдавать до 250 лошадиных сил. Благодаря этому в Японии, где и находится главный офис , они пользовались большой популярностью при большом налоге на топливо;
  • Меньше движущихся деталей и меньшие габариты. Если в поршневом ДВС будет минимум 40 движущихся частей, то, например в двухроторном двигателе их всего 3 – 2 ротора и выходной вал;
  • Экологичность. Хоть РПД выделяет слишком много углеводорода, выброс оксида азота у него значительно меньше, чем у обычных ДВС. Но даже проблема с углеводородом была решена японскими инженерами. После введения в США закона «о чистом воздухе» , двигатели «Mazda» подверглись нескольким модификациям, которые позволили снизить выброс углеводорода;

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.

Роторный двигатель: орел и решка

В 1957 году немецкие инженеры Феликс Ванкель и Вальтер Фройде продемонстрировали первый работоспособный роторный двигатель. Уже через семь лет его усовершенствованная версия заняла место под капотом немецкого спорткара «NSU-Спайдер» — первого серийного автомобиля с таким мотором. На новинку купились многие автомобильные , «Ситроен», «Дженерал моторс». Даже ВАЗ многие годы мелкими партиями выпускал машины с двигателями Ванкеля. Но единственной компанией, которая решилась на крупносерийное производство роторных двигателей и не отказывалась от них долгое время, несмотря ни на какие кризисы, стала «Мазда». Ее первая модель с роторным мотором — «Космо Спортс (110S)» — появилась еще в 1967 году.

Особенность двигателей автомобилей Mazda

Компания Mazda начала производство моделей с роторными движками еще в далеком 1963-ом году.

Наиболее успешным авто компании оснащенным роторным агрегатом стала модель RX-7, выпущенная в 1978-ом году. Правда, до нее было выпущено множество машин, автобусов и грузовиков с роторными двигателями. После модели RX-7, производство которой было остановлено в 1995-ом году, роторным двигателем начали снабжать модель RX-8.

Данный двигатель считался лучшим агрегатом в 2003-ом году. Данный движок с двумя роторами производил 250 лошадиных сил. Однако в 2008-ом году компания прекратила продажу Mazda RX-8 в Европе из-за выбросов ее движка, которые не соответствовали европейским стандартам.

Однако разработчики компании решили на этом не останавливаться и создали современный роторный двигатель Renesis 16X, соответствующий международным и европейским стандартам.

Система впрыска была значительно переработана, благодаря чему топливо расходуется гораздо экономнее.

Помимо этого, корпус движка изготовлен из современного алюминиевого сплава. Компания также выпустила роторный агрегат, который может работать на водороде. Последней разработкой производителя с роторным двигателем на данный момент является модель Premacy Hydrogen RE Hybrid.

rotor1

Есть две версии бензинового 1,3‑литрового атмосферника 13B-MSP с двумя роторами (секциями) — стандартной мощности (192 л.с.) и форсированная (231 л.с.). Конструктивно это бутерброд из пяти корпусов, которые образуют две герметичные камеры. В них под действием энергии сгорания газов вращаются роторы, закрепленные на эксцентриковом валу (подобие коленчатого). Движение это весьма хитрое. Каждый ротор не просто вращается, а обкатывается своей внутренней шестерней вокруг стационарной шестерни, закрепленной по центру одной из боковых стенок камеры. Эксцентриковый вал проходит сквозь весь бутерброд корпусов и стационарные шестерни. Ротор движется таким образом, что на каждый его оборот приходится три оборота эксцентрикового вала.

В роторном моторе осуществляются те же циклы, что и в четырехтактном поршневом агрегате: впуск, сжатие, рабочий такт и выпуск. При этом в нем нет сложного механизма газораспределения — привода ГРМ, распредвалов и клапанов. Все его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках (корпусах) — и сам ротор, который, вращаясь, открывает и закрывает «окна».

Принцип работы роторного двигателя показан на схеме. Для простоты приведен пример мотора с одной секцией — вторая функционирует так же. Каждая боковая сторона ротора образует со стенками корпусов свою рабочую полость. В положении 1 объем полости минимален, и это соответствует началу такта впуска. По мере вращения ротор открывает впускные окна и в камеру всасывается топливовоздушная смесь (позиции 2–4). В положении 5 рабочая полость имеет максимальный объем. Далее ротор закрывает впускные окна и начинается такт сжатия (позиции 6–9). В положении 10, когда объем полости вновь минимален, происходит воспламенение смеси с помощью свечей и начинается рабочий такт. Энергия сгорания газов вращает ротор. Расширение газов идет до положения 13, а максимальный объем рабочей полости соответствует позиции 15. Далее, до положения 18, ротор открывает выпускные окна и выталкивает отработавшие газы. Затем цикл начинается снова.

Конструктивные особенности роторного мотора

Хотя роторный мотор конструктивно имеет меньше деталей, его принцип работы несколько сложнее. Также в устройстве роторного двигателя применены элементы из разных материалов (чугун, алюминий). Еще имеются особые покрытия (например, хром).

Статоры (корпусы роторов) имеют металлические вставки из особой стали, интегрированные в алюминиевый корпус. На деле, статор больше похож на цилиндр с хонингованной гильзой. В свою очередь, боковые корпусы выполнены из чугуна, в них сделаны впускные и выпускные окна. На крайних статорах крепятся шестерни.

Сам ротор является поршнем и шатуном, сделан из облегченного чугуна. Н каждой стороне ротора есть камера сгорания и уплотнители для сохранения герметичности. Во внутренней части ротора стоит роторный подшипник, напоминающий вкладыш коленвала.

  • На обычном поршне традиционного ДВС поршень имеет 3 кольца – пара компрессионных и маслосъемное кольцо. В свою очередь, ротор имеет апексы (уплотнители вершин ротора). Апексы играют роль компрессионных колец. Указанные элементы прижимаются к стенке статора пружиной, а также они прижаты за счет центробежной силы.

Функцию второго пояса компрессионных колец выполняют боковые, а также угловые уплотнения. Они тоже прижимаются пружинами. Эти боковые уплотнители выполнены из металлокерамики, в то же время угловые уплотнители чугунные. Дополнительно имеются уплотнения для изоляции, чтобы отработавшие газы не попадали во впускные окна через зазоры, которые образуются между самим ротором и боковым корпусом соответственно.

Еще с двух сторон ротора имеются особые масляные уплотнения (по аналогии с маслосъемными кольцами), которые удерживают масло, поступающее во внутреннюю полость ротора для охлаждения.

Кстати, система смазки роторного ДВС сложная, включает в себя радиатор охлаждения масла, а также целую группу из нескольких типов масляных форсунок. Форсунки интегрированы в эксцентриковый вал для охлаждения роторов, также они установлены в статоры.

Еще масло подается и в рабочую полость, смешиваясь с горючей смесью и выгорая вместе с топливным зарядом. На деле, роторный мотор весьма требователен к качеству масла. Если заливать неподходящую смазку, агрегат коксуется, возникает детонация и т.д.

Также добавим, что система питания простая, есть несколько форсунок (пара форсунок перед впускными окнами, а также во впускном коллекторе). Что касается зажигания, использованы две свечи на один ротор. Это сделано по причине того, что камеры сгорания сами по себе получились длинными. В результате, чтобы добиться равномерного и полноценного сгорания смеси, используют две свечи, причем их электроды отличаются. При замене свечей важно обращать на это внимание.

rotor2

Остальные рабочие полости работают так же. А поскольку полостей три, то за один оборот ротора происходит аж три рабочих такта! А учитывая, что эксцентриковый (коленчатый) вал вращается в три раза быстрее ротора, на выходе получаем по одному рабочему такту (полезная работа) на один оборот вала для односекционного мотора. У четырехтактного поршневого двигателя с одним цилиндром это соотношение в два раза ниже.

По соотношению числа рабочих тактов на оборот выходного вала двухсекционный 13B-MSP похож на привычный четырехцилиндровый поршневой мотор. Но при этом с рабочего объема 1,3 л он выдает примерно столько же мощности и крутящего момента, сколько поршневой с 2,6 л! Секрет в том, что движущихся масс у роторного мотора в несколько раз меньше — вращаются только роторы и эксцентриковый вал, да и то в одну сторону. У поршневого же часть полезной работы уходит на привод сложного механизма ГРМ и вертикальное движение поршней, которое постоянно меняет свое направление. Еще одна особенность роторного мотора — более высокая стойкость к детонации. Именно поэтому он перспективнее для работы на водороде. В роторном двигателе разрушительная энергия аномального сгорания рабочей смеси действует только в направлении вращения ротора — это следствие его конструкции. А у поршневого мотора она направлена в противоход движению поршня, что и вызывает плачевные последствия.

Классификация поршневых авиадвигателей

Авиационные поршневые двигатели могут быть классифицированы по различным признакам.

В зависимости от рода применяемого топлива — на двигатели легкого или тяжелого топлива.

По способу смесеобразования — на двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные) и с внутренним смесеобразованием (непосредственный впрыск топлива в цилиндры).

В зависимости от способа воспламенения смеси — на двигатели с принудительным зажиганием и двигатели с воспламенением от сжатия.

В зависимости от числа тактов — на двухтактные и четырехтактные.

В зависимости от способа охлаждения — на двигатели жидкостного и воздушного охлаждения.

По числу цилиндров — на четырехцилиндровые, пятицилиндровые, двенадцатицилиндровые и т. д.

В зависимости от расположения цилиндров — на рядные (с расположением цилиндров в ряд) и звездообразные (с расположением цилиндров по окружности).

Рядные двигатели, в свою очередь, подразделяются на однорядные, двухрядные V-образные, трехрядные W-образные, четырехрядные Н-образные или Х-образные. Звездообразные двигатели также бывают однорядные, двухрядные и многорядные.

По характеру изменения мощности в зависимости от изменения высоты двигатели подразделяются на высотные, то есть сохраняющие мощность с подъемом самолета на высоту, и невысотные, мощность которых падает с увеличением высоты полета.

По способу привода воздушного винта — на двигатели с прямой передачей на винт и редукторные двигатели.

Поршневые двигатели работают по циклу периодического действия.

Поршневые двигатели воздушного охлаждения имеют преимущества перед двигателями жидкостного охлаждения: меньшая масса, соответственно, большая удельная мощность и более простая, а значит, и более надежная конструкция, высокая эффективность охлаждения. Для лучшего обдува цилиндров воздухом их располагают в виде звезды. Каждый цилиндр отделен от остальных и доступен для ремонта и обслуживания.

В 1909 году Луисом и Лораном Сеген был создан ротативный двигатель «Гном», получивший широкое распространение и применение самолётах времён Первой мировой войны.

В этом звездообразном двигателе вокруг неподвижного коленчатого вала вращался блок цилиндров.

Преимущества ротативных авиадвигателей: в таких двигателях нет необходимости в установке противовесов. Цилиндры постоянно находятся в движении, что создает хорошее воздушное охлаждение. Можно отказаться от применения маховика, т. к. вращающиеся цилиндры и поршни создают вращающийся момент.

Недостатки: отнести плохое маневрирование самолёта, обусловленное гироскопическим эффектом, создаваемым большой вращающейся массой двигателя, а также плохую систему смазки, поскольку инерционные силы заставляют смазочное масло скапливаться на периферии двигателя. Масло приходилось смешивать с топливом для обеспечения надлежащего смазочного эффекта.

Такая конструкция была проще, но самолеты возвращались из полета покрытые толстым слоем касторового масла, которое во время работы такого двигателя разлеталось от вращающегося блока, щедро разбрасывая капли даже на лётчиков. К тому же на вращающиеся цилиндры действовали большие инерционные нагрузки.

Более поздние двигатели содержали привычный неподвижный блок цилиндров и вращающийся коленчатый вал. Но радиальное расположение имело и свои недостатки: высокое лобовое сопротивление и сложность обслуживания двигателя.

Основные типы поршневых двигателей

В истории авиации мотор никогда не был так популярен, как самолёт: широко известны, например, самолёты Первой мировой войны «Фоккер D-7», «СПАД 13», «Бристоль F.2B», но редко слышно о 185-сильном двигателе БМВ, 235-сильном «Испано-Сюиза», 275-сильном «Фалькон» («Роллс-Ройс»). Хотя без надёжного двигателя удачный самолёт не построишь — всё начиналось с мотора.

В 1918 году французский изобретатель Ратье предложил турбонагнетатель.

rotor3

Боковые корпусы — из специального чугуна. В каждом есть впускные и выпускные окна. А на крайних (переднем и заднем) закреплены стационарные шестерни. У моторов предыдущих поколений эти окна были в статоре. То есть в новой конструкции увеличили их размер и количество. За счет этого улучшились характеристики впуска и выпуска рабочей смеси, а на выходе — КПД двигателя, его мощность и топливная экономичность. Боковые корпусы в паре с роторами по функционалу можно сравнить с механизмом ГРМ поршневого мотора.

НА ДЕЛЕ

Ресурс мотора 13B-MSP составляет примерно 100 000 км. Как ни странно, он страдает теми же проблемами, что и поршневой.

Первым слабым звеном кажутся уплотнения ротора, которые испытывают сильный нагрев и высокие нагрузки. Это действительно так, но прежде естественного износа их прикончат детонация и выработка подшипников эксцентрикового вала и роторов. Причем страдают только торцевые уплотнения (апексы), а боковые изнашиваются крайне редко.

Детонация деформирует апексы и их посадочные места на роторе. В результате вдобавок к снижению компрессии уголки уплотнений могут вывалиться и повредить поверхность статора, который не подлежит обработке. Расточка бесполезна: во‑первых, сложно найти нужное оборудование, а во‑вторых, запчастей под увеличенный размер просто нет. Не подлежат ремонту и роторы при повреждении пазов под апексы. Как водится, корень беды — в качестве топлива. Честный 98‑й бензин найти не так уж просто.

Быстрее всего изнашиваются коренные вкладыши эксцентрикового вала. Видимо, из-за того, что он вращается в три раза быстрее роторов. В результате роторы получают смещение относительно стенок статора. А вершины роторов должны быть равноудалены от них. Рано или поздно уголки апексов выпадают и задирают поверхность статора. Эту беду никак не предугадать — в отличие от поршневого мотора, роторный практически не стучит даже при износе вкладышей.

У форсированных наддувных моторов бывают случаи, когда из-за очень бедной смеси апекс перегревается. Пружина под ним выгибает его — в результате компрессия значительно падает.

Вторая слабинка — неравномерный нагрев корпуса. Верхняя часть (здесь протекают такты впуска и сжатия) холоднее, чем нижняя (такты сгорания и выпуска). Однако корпус деформируется только у форсированных наддувных моторов мощностью более 500 л.с.

Как и следовало ожидать, мотор очень чувствителен к типу масла. Практика показала, что синтетические масла, пусть и специальные, образуют при сгорании очень много нагара. Он накапливается на апексах и снижает компрессию. Нужно использовать минеральное масло — оно сгорает почти бесследно. Сервисмены рекомендуют менять его через каждые 5000 км.

Масляные форсунки в статоре выходят из строя в основном из-за попадания грязи во внутренние клапаны. Атмосферный воздух проникает в них через воздушный фильтр, и несвоевременная замена фильтра ведет к проблемам. Клапаны форсунок промывке не поддаются.

Проблемы с холодным пуском мотора, особенно в зимнее время, обусловлены потерей компрессии вследствие износа апексов и появления отложений на электродах свечей из-за некачественного бензина.

Свечей хватает в среднем на 15 000–20 000 км.

Вопреки расхожему мнению, производитель рекомендует глушить мотор как обычно, а не на средних оборотах. «Знатоки» уверены, что при выключении зажигания в рабочем режиме сгорают все остатки топлива и это облегчает последующий холодный пуск. По мнению сервисменов, толку от подобных ухищрений ноль. А вот действительно полезным для мотора будет хотя бы небольшой прогрев перед началом движения. С теплым маслом (не ниже 50º) его износ будет меньше.

При качественной дефектовке роторного двигателя и последующем ремонте он отходит еще 100 000 км. Чаще всего требуется замена статоров и всех уплотнений роторов — за это придется выложить не менее 175 000 рублей.

Несмотря на вышеперечисленные проблемы, в России хватает поклонников роторных машин — что уж говорить о других странах! Хотя сама «Мазда» сняла роторную «восьмерку» с производства и с ее наследницей пока не спешит.

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

Источник https://moto13.ru/zarubezhnye-avtomobili/s-rotornym-dvigatelem.html

Источник

Источник




Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *