Принцип работы роторного двигателя — видео

В заключение

Двигатель роторного типа — отличный вариант для спортивных и гоночных автомобилей, где не требуется большой ресурс. Высокие скоростные и мощностные показатели позволяют надеяться, что промышленники обратят на него внимание и с небольшими доработками снова начнут выпускать машины с моторами Ванкеля.

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )

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.

Устройство и принцип работы

Принцип работы роторного и поршневого двигателей идентичен: энергии горения преобразовывается в механическую работу. Различие заключается в способе преобразования энергии. Основным рабочим элементом в роторном двигателе (РПД) является ротор, который совершает вращательное движение, а в поршневом – поршни, совершающие возвратно-поступательные движения. Роторный двигатель получил название от части мотора – ротора. Так как ротор движется, мощность передается на сцепление и коробку переключения передач.

Роторный двигатель внутреннего сгорания (двигатель Ванкеля) не имеет ГРМ и КШМ, которыми оснащены поршневые двигатели. Их функции исполняют следующие основные детали: эксцентриковый вал, роторы, выполняющие роль поршней, неподвижные шестерни, задающие траекторию вращения роторов. Устройство роторного двигателя состоит из промежуточного корпуса, статоров, образующих рабочие камеры, переднего и заднего корпуса, которые закрывают рабочие камеры, также на них зафиксированы неподвижные шестерни. Весь двигатель стягивается длинными болтами. Двухсекционный роторно-поршневой ДВС означает, что в двигатели два ротора.

Роторный двигательМодель роторного двигателя

Один рабочий цикл данного двигателя состоит из четырех тактов, которые выполняются за один оборот ротора, в то время как эксцентриковый вал совершает три оборота.

Чтобы понять, как работает двигатель, следует рассмотреть один рабочий цикл:

  1. 1-й такт – впуск. Ротор, вращаясь, увеличивает размер рабочей камеры, образованной формой статора и ротора. Создается разряжение, которое засасывает топливно-воздушную смесь посредством впускного окна. В конце такта ротор перекрывает впускное окно.
  2. 2-й такт – сжатие. Ротор продолжает вращение, но размер камеры уже уменьшается, вследствие чего сжимается смесь топлива и воздуха. В конце такта с помощью одной или нескольких свечей зажигания происходит воспламенение сжатой смеси. Свечи зажигания не выпирают, а утоплены в статоре. В стенках находятся выемки, образующие объем камеры сгорания.
  3. 3-й такт – рабочий ход (расширение). Протекает пик горения, в результате чего в камере увеличивается температура и давление расширяющихся газов. Ротор, воспринимая давление, раскручивает эксцентриковый вал, чем преобразовывает тепловую энергию в механическую работу.
  4. 4-й такт – выпуск. Ротор открывает выпускное окно и выдавливает из уменьшающейся камеры отработавшие газы.

Когда рабочий цикл закончен, начинается и повторяется новый.

Схема циклов РПД

С каждой из трех сторон ротора протекает свой такт, а это значит, что такт расширения проходит не каждые 360 градусов вращения, а каждые 120 градусов вращения или каждый оборот эксцентрикового вала.

Видео о РПД Ванкеля:

Преимущества и недостатки

У такого мотора есть свои «плюсы» и «минусы».

К преимуществам можно отнести:

  1. Мало подвижных элементов. Роторный двигатель содержит намного меньше механизмов и узлов, чем поршневой. В роторном – три главных движущих элемента: два ротора и вал, а в самом простейшем поршневом моторе минимум 45 движущихся элементов. Так как в РПД минимальное количество механизмов, то и надежность, соответственно, выше.
  2. Вибрация. Все элементы РПД совершают плавную непрерывную работу и вращаются в одном направлении, тогда как в поршневом моторе движение постоянно меняется.
  3. Компактность. Двигатель имеет небольшой вес и габариты.

К недостаткам относятся:

  1. Потребление топлива. Роторному мотору требуется больше ГСМ.
  2. Высокая стоимость. Изготовление отличается сложностью, высокой точностью производства, дорогого оборудования, что способствует удорожанию.
  3. Частые перегревы. Данные двигатели в силу своей конструкции подвержены к перегреву, что приводит к «закипанию».
  4. Невысокий ресурс. Из-за постоянных перепадов давления, мотор вырабатывает ресурс не более 130-150 тыс. км.

Учитывая недостатки и преимущества роторного мотора, автолюбители обращают внимание и на вождение автомобиля, считая его сложным и непривычным.

Прогресс не стоит на месте и, возможно, у РПД есть будущее. Его особенностью является то, что двигатель может работать на газе и водороде, а это откроет ему перспективу в будущем.

Возможен ли самостоятельный ремонт роторного мотора

Ответ, безусловно, будет скорее отрицательный. И дело не в том, что таких автомобилей в мире очень мало – их конструкция настолько уникальна, что что-либо менять внутри самому не представляется возможным.

Конечно, с заменой свечей дела обстоят не так плохо, однако не для первых моделей. У них свечи оказались спрятанными в стационарный вал (подвижными были не только ротор, но и корпус двигателя). Со временем конструкторы перешли к более простому варианту, а свечи начали устанавливать на стенки неподвижного статора, напротив портов впрыска/выпуска.

Большинство других ремонтных работ самостоятельно произвести практически нереально.

Отметим, что классический мотор Ванкеля имеет примерно на 40% меньше комплектующих, чем поршневой двигатель, но это детали, не имеющие аналогов.

Роторный двигатель ВАЗ

Что ещё можно сделать своими руками? Например, поменять вкладыши приводного вала. Эту операцию выполняют, когда они стерлись настолько, что местами проступает медь. Для этого нужно демонтировать шестерни, поменять вкладыши и напрессовать зубчатые колёса на штатное место. Одновременно можно проверить состояние сальников и при необходимости установить новые.

Если при выполнении ремонтных работ демонтаж пружин маслосъемных колец, следует запомнить, где какие стоят, поскольку по форме передние не совпадают с задними. При необходимости можно выполнить замену торцевых пластин, которые тоже не совместимы друг с другом и имеют соответствующую маркировку.

При замене угловых уплотнителей начинать нужно с передней части ротора. Рекомендуется использовать смазку зелёного цвета от Castrol – это поможет зафиксировать уплотнители, пока вы будете заниматься сборкой остальных деталей. Тыльные угловые уплотнители меняются уже после установки приводного вала. При установке прокладок не забудьте смазать их подходящим герметиком. Апексы следует устанавливать в уплотнители после того, как поместите ротор в корпусе. Последнее, что нужно сделать – смазать прокладки тыловой и фронтальной крышек статора перед их установкой.

История создания

Самым первым тепловым двигателем роторного типа принято считать эолипил. В первом веке нашей эры его создал и описал греческий механик-инженер Герон Александрийский.

Конструкция эолипила довольна проста: на оси, проходящей через центр симметрии, расположена вращающаяся бронзовая сфера. Водяной пар, используемый как рабочее тело, истекает из двух сопел, установленных в центре шара друг напротив друга и перпендикулярно оси крепления.
Геронов шар (элеопил)

Механизмы водяных и ветряных мельниц, использующих в качестве энергии силу стихии, тоже можно отнести к роторным двигателям древности.

Список автомобилей с роторно-поршневым двигателем

Марка Модель
NSU Spider
Ro80
Mazda Cosmo Sport (110S)
Familia Rotary Coupe
Parkway Rotary 26
Capella (RX-2)
Savanna (RX-3)
RX-4
RX-7
RX-8
Eunos Cosmo
Rotary Pickup
Luce R-130
Mercedes C-111
Corvette XP-882 Four Rotor
Citroen M35
GS Birotor (GZ)
ВАЗ 21019 (Аркан)
2105-09
ГАЗ 21
24
3102

Разные роторные мазды

Savanna RX-7

Список роторных двигателей Mazda

Тип Описание
40A Первый стендовый экземпляр, радиус ротора 90 мм
L8A Система смазки с сухим картером, радиус ротора 98 мм, объем 792 куб. см
10A (0810) Двухсекционный, 982 куб. см, мощность 110 л. с., смешение масла с топливом для смазки, вес 102 кг
10A (0813) 100 л. с., увеличение веса до 122 кг
10A (0866) 105 л. с., технология снижения выбросов REAPS
13A Для переднеприводной R-130, объем 1310 куб. см, 126 л. с., радиус ротора 120 мм
12A Объем 1146 куб. см, упрочнен материал ротора, увеличен ресурс статора, уплотнения из чугуна
12A Turbo Полупрямой впрыск, 160 л. с.
12B Единый распределитель зажигания
13B Самый массовый двигатель, объем 1308 куб. см, низкий уровень выбросов
13B-RESI 135 л. с., RESI (Rotary Engine Super Injection) и впрыск Bosch L-Jetronic
13B-DEI 146 л. с., переменный впуск, системы 6PI и DEI, впрыск с 4 инжекторами
13B-RE 235 л. с., большая HT-15 и малая HT-10 турбины
13B-REW 280 л. с., 2 последовательные турбины Hitachi HT-12
13B-MSP Renesis Экологичный и экономичный, может работать на водороде
13G/20B Трехроторные двигатели для автогонок, объем 1962 куб. см, мощность 300 л. с.
13J/R26B Четырехроторные, для автогонок, объем 2622 куб. см, мощность 700 л. с.
16X (Renesis 2) 300 л. с., концепт-кар Taiki

Capella RX-2

День сегодняшний

На сегодняшний день производится серийный выпуск модели Mazda RX-8, оснащенной двигателем Renesis (сокращение Rotary Engine + Genesis).
Роторная мазда

Конструкторам удалось вдвое сократить потребление масла и на 40% расход топлива, а экологический класс довести до уровня Euro-4. Двигатель с рабочим объемом 1.3 литра выдает мощность в 250 л. с.

Несмотря на все достижения японцы не останавливаются на достигнутом. Вопреки утверждениям большинства специалистов о том, что РПД не имеет будущего, они не прекращают совершенствовать технологию, и не так давно представили концепт спортивного купе RX-Vision, с роторным двигателем SkyActive-R.Mazda RX-vision

Проблемы

Роторные двигатели имеют ряд проблем:

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

Роторно-лопастной двигатель

Роторно-лопастной двигатель

Идея такой тепловой машины была предложена еще в 1910 году в Германии. Но только на бумаге. Дальше идеи, чертежей и схем дело не пошло. Слишком спорной и фантастической казалась тогда конструкция двигателя, хотя теоретически, ничего сложного в ней не было. Двигатель представлял собой цилиндр, в котором соосно размещались два независимых вала. На каждом из них был жестко зафиксирован блок из двух лопастей. Лопасти делят цилиндр на четыре независимых камеры, а каждая камера за один оборот выполняет четыре рабочих такта. Именно это привлекло конструкторов — по идее, такой мотор мог заменить поршневой двигатель с 8 цилиндрами. Преимущества налицо:

  • компактные размеры;
  • высокий КПД;
  • не нужен сложный механизм газораспределения.Простая конструкция

Эта конструкция не смогла быть воплощена в начале века, поэтому за нее взялись в 90-е. Технологии продвинулись, появились новые материалы, но… Ни одного рабочего экземпляра роторно-лопастного двигателя изготовлено не было, и существует он только, как утопический проект. Несмотря на то что в 2002 году появилась информация о возможных решениях технических проблем с реализацией этого проекта, до сих пор работы не проводятся и конструкция считается бесперспективной.

Читайте также:

Что это такое РПД?

В классическом четырехтактным двигателем одно и то же цилиндр используется для различных операций — впрыск, сжатие, сжигание и выпуска. В роторном же двигателе каждый процесс выполняется в отдельном отсеке камеры. Эффект мало чем отличается от разделения цилиндра на четыре отсека для каждой из операций.
В поршневом двигателе давление возникает при сгорании смеси заставляет поршни двигаться вперед и назад в своих цилиндрах. Шатуны и коленчатый вал преобразуют этот толкательной движение во вращательное, необходимое для движения автомобиля.
В роторном двигателя нет прямолинейного движения которое надо было бы переводить во вращательное. Давление образуется в одном из отсеков камеры заставляя ротор вращаться, это снижает вибрацию и повышает потенциальную величину оборотов двигателя. В результате всего большая эффективность, и меньшие размеры при той же мощности, что и обычного поршневого двигателя.

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:

  1. Воздух смешивается с жидким топливом перед поступлением в цилиндры, куда поступает горючая смесь.
  2. 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.

Соответственно, топливно-воздушная смесь может готовиться вне цилиндров или внутри их. От этого идет разделение двигателей с внутренним или внешним образованием смеси.

Технические характеристики роторно-поршневого двигателя

параметры ВАЗ-4132 ВАЗ-415
число секций 2 2
Рабочий объем камеры двигателя, куб.см 1,308 1,308
степень сжатия 9,4 9,4
Номинальная мощность, кВт (л.с.) / мин-1 103 (140) / 6000 103 (140) / 6000
Максимальный крутящий момент, Н * м (кгс * м) / мин-1 186 (19) / 4500 186 (19) / 4500
Минимальная частота вращения эксцентрикового вала на холостом ходу, мин-1 1000 900

Масса двигателя, кг

136

113

Габаритные размеры, мм

   

высота

560

570

ширина

546

535

длина

495

665

Минимальный удельный расход топлива (по ВСХ), г / кВт *

ч

(г / л.с. * Час)

312.2 (230)

312.2 (230)

Расход масла в% от расхода топлива

0,7

0,6

Ресурс двигателя до первого капитального ремонта, тыс. Км

125

125

назначение

ВАЗ-21059/21079

ВАЗ-2108/2109/21099/2115/2110

выпускаются модели

модель

двигатель РПД

Время разгона 0-100, сек

Максимальная скорость, км \ ч

ВАЗ 21018

ВАЗ-311

160

ВАЗ 21019

ВАЗ-411

178

ВАЗ 21059

ВАЗ-4132

9

180

ВАЗ 21079

ВАЗ-4132

9

180

ВАЗ 2108-91

ВАЗ-415

8

200

ВАЗ 2109-91

ВАЗ-415

9

190

ВАЗ 21099-91

ВАЗ-415

9

190

ВАЗ 2110-91

ВАЗ-415

9

190

ВАЗ 2115-91

ВАЗ-415

9

190

КПД роторно-поршневой конструкции

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

Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:

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

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

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

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

  1. 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.

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля

Преимущества и недостатки роторных двигателей

Основными преимуществами роторных двигателей по сравнению с поршневыми являются:

  • Меньшее количество движущихся деталей;
  • Более плавная работа;
  • Более высокая надежность.

В двухроторном двигателе движется только выходной вал и оба ротора, в то время, как даже в самом простом по конструкции поршневом ДВС движущихся деталей насчитывается не менее сорока. Соответственно, надежность роторного силового агрегаты оказывается существенно более высокой.

В роторных двигателях все движущиеся части вращаются только в одном направлении, что значительно уменьшает вибрации. Для эффективного гашения тех, которые все же возникают, используются противовесы. Следует также отметить, что вращение ротора в роторном двигателе составляет лишь треть от скорости вращения вала. Это также положительно сказывается на надежности силового агрегата.

У роторных двигателей есть и несколько существенных недостатков. Пожалуй, главный из них состоит в том, что по сравнению с поршневыми ДВС они расходуют существенно больше топлива. При этом затраты на их производство значительно выше, поэтому на сегодняшний день большими сериями они не выпускаются. 

Видео на тему

Поделитесь с друзьями в соц.сетях:

РПД на Западе

На Западе роторный двигатель не произвел бума, а конец его разработкам в США и Европе положил топливный кризис 1973 года, когда цены на бензин резко взлетели, и покупатели машин стали прицениваться к моделям с экономным расходованием топлива.

Если учесть, что роторный двигатель съедал до 20 литров бензина на сотню км, продажи его во время кризиса упали до предела.

Единственной страной на Востоке, не утратившей веру, стала Япония. Но и там производители довольно быстро охладели к двигателю, который никак не желал совершенствоваться. И в конце концов там остался один стойкий оловянный солдатик — компания Mazda. В СССР топливный кризис не ощущался. Производство машин с РПД продолжалось и после распада Союза. ВАЗ прекратил заниматься РПД только в 2004 году. Mazda смирилась только в 2012.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...