Как устроен роторный двигатель: принцип работы, устройство, недостатки и преимущества, видео

Роторный двигатель. Каковы принципы действия, минусы и плюсы

В этой статье мы узнаем что такое роторный двигатель, рассмотрим принцип действия роторного двигателя, его устройство, узнаем о преимуществах, недостатках и сфере применения.

Оглавление

• 1 Роторный двигатель, принцип действия
• 2 Конструктивные особенности
• 3 Достоинства
• 4 Роторный двигатель, недостатки
• 5 Применение

Роторный двигатель, принцип действия

В роторном двигателе используется давление, которое создается во время сгорания топливно-воздушной смеси в пространстве между ротором и корпусом двигателя.

Только если в поршневом моторе внутреннего сгорания это давление получают в цилиндрах, после чего через поршни, и шатуны передают на коленчатый вал, то в роторном упомянутых промежуточных звеньев нет.

Треугольный ротор в устройстве играет роль поршня, вращающегося по кругу и передающего крутящий момент непосредственно на выходной вал.

Получается, что ротор, в процессе вращения, делит камеру на 3 изолированных сегмента. В объеме каждого из них происходит один из циклов: впуск, сжатие, зажигание и выброс.

Оборот ротора, соответствует трем оборотом вала. Обычно используют два ротора. Это позволяет убрать детонацию, повысить стабильность работы движка.

Ротор устанавливается на вал с эксцентриситетом, это позволяет перенести крутящий момент непосредственно на вал.

Роторный двигатель принцип работы заключается в том, что имеет четыре такта, они изменяются в зависимости от угла расположения ротора. Рассмотрим каждый из тактов:

Конструктивные особенности

Теперь познакомимся с узлами и деталями двигателя. Это поможет более точно понять как работает устройство.

В его составе присутствуют: системы зажигания, питания (в том числе карбюратор), охлаждения, которые напоминают те, что используются в поршневом варианте. Но есть и уникальные элементы.

Ротор содержит три выпуклых поверхности с углублениями, которые увеличивают рабочий объем. На углах расположены однонаправленные уплотнительные пластины.  Они обеспечивают герметизацию пары ротор-корпус.

Еще предусмотрены стальные кольца с каждой стороны, для отделения рабочей камеры от картера.

Также у ротора есть в центре с одной стороны зубчатый венец. Через эту зубчатую передачу снимается крутящий момент.

Корпус роторного движка напоминает многослойный пирог. Он состоит из крышек, рабочих камер, разделительных стенок. Предусмотрено две камеры, разделенные стенкой и с двух сторон крышки.

Внутри корпус представляет собой сложную форму типа овала, с компенсирующими отливами, которые отвечают за герметизацию всех трех камер разделяемых ротором.

Выходной вал имеет два эксцентрика, так как на валу установлены два ротора, работающие в противофазе – на одном цикл выброса отработавших газов, на втором цикл забора смеси.

Использование двух аналогичных узлов исключает возникновение биений и уменьшает детонацию.

При смещении эксцентриков и перемещении каждого ротора по стенкам корпуса, они проворачивают вал.

Достоинства

Главное достоинство – отсутствие шатунов. Также в конструкции не используются клапана, пружины клапанов, распредвал, ремень ГРМ и т. п. Все это уменьшает габариты и массу силовой установки.

Следующий плюс – хорошая сбалансированность деталей. Мотор более продолжительное время передает на выходной вал крутящий момент – передача мощности на вал продолжается ¾ оборота (для поршневого варианта только в течении ½ оборота).

Так как ротор делает всего 1 оборот на 3 оборота вала, это увеличивает его ресурс. Для японский моделей он достигает 300.000 километров.

Роторный двигатель, недостатки

Роторные двигатели не получили массового распространения из-за низких экологических показателей.

Также отмечается потребление большого количества топлива, вследствие невысокого рабочего давления в камере сгорания.

Так как такой тип двигателя редко встречается, при его ремонте и эксплуатации могут возникнуть проблемы.

Практически отсутствует система смазки. Моторное масло постоянно поступает в корпус к ротору из-за чего наблюдается значительный его расход.

Само масло должно иметь высокие качественные показатели и быть минеральным без присадок. Дело в том, что «синтетика» выгорает и образует на поверхности корпуса нагар.

Следует отметить что роторные моторы нагреваются намного сильнее чем поршневые.

Применение

Перспектива у этих двигателей есть. Как только остановим засилье нефтяных компаний, и мир перейдёт на водородное топливо.

К тому же роторный двигатель, работающий на водороде, не подвержен детонации.
Первый автомобиль с таким двигателем был спорткар NSU Spider, он мог двигаться со скоростью до 150 км/час, имея мощность мотора 57 лошадок.

Массово выпускался автомобиль с роторным двигателем компанией NSU – седан Ro-80. Также такими моторами оснащались: Citroen (GS Birotor), Chevrolet (Corvette), Mercedes-Benz (С111), ВАЗ (21018) и некоторые другие.

Самые массовый автомобиль японской компании Mazda, это Mazda RX8. Производство последней из них в версии Spirit R, свернуто в 2012 году из-за выбросов движка, которые не отвечали европейским стандартам.

Правда, компания уже создала современный роторный двигатель Renesis 16X, который соответствует международным экологическим стандартам. В нем значительно переработана топливная система впрыска – теперь горючее расходуется намного экономнее. Корпус движка изготовили из алюминиевого сплава. Также создан агрегат, который работает и на водороде.

Последняя разработка с роторным двигателем ‒ Premacy Hydrogen RE Hybrid в принципе ни в чем не уступает другим новинкам мирового автопрома.

Кстати, многие производители самолетов предпочитают поршневым бензиновым двигателям роторные, например, такие как Skycar и Schleicher.

Думаю, пример роторного двигателя подтверждает истину, что не популярный, не значит – плохой. Просто его время ещё не наступило.

Теперь в знаете принцип действия роторного двигателя. Расскажите об этом устройстве своим друзьям в социальных сетях, пусть подписываются на наш блог, и будут в курсе.

До новых встреч.

Давайте разберёмся, почему роторные двигатели канули в лету

Первым в мире серийным автомобилем, оснащенным роторным Ванкелем стал NSU Spider 1964 года выпуска. С тех пор двигатель просуществовал до 2011…

Первым в мире серийным автомобилем, оснащенным роторным Ванкелем стал NSU Spider 1964 года выпуска. С тех пор двигатель просуществовал до 2011 года, и закончил свою жизнь под капотом Mazda RX-8. Возникает несколько вопросов:

— Как работает роторный двигатель?

— Каковы его преимущества? (Зачем его изобрели)

— Каковы его недостатки? (Почему его перестали производить)

Как работает роторный двигатель

Процесс, происходящий при работе роторного двигателя, весьма схож с обычным. Разница в том, что вместо поршней тут имеется ротор треугольной формы, а вместо цилиндра – овальная полость.

Впуск

Вращаясь внутри полости, ротор создает воздушный карман, тем самым создавая вакуум. Вакуум распространяется на впускные каналы, из которых в камеру внутреннего сгорания и поступают топливо и воздух.

Сжатие

Ротор продолжает вращаться, сжимая смесь воздуха и топлива о прямую сторону овальной полости.

Мощность

Две свечи зажигания используются для розжига смеси топлива и воздуха, помогая ускорить процесс внутреннего сгорания и убедиться в том, что большая часть смеси выгорит. Выделяемая энергия позволяет ротору вращаться далее.

Выхлоп

Похож на цикл впуска, только теперь, вращаясь, ротор выталкивает под давлением выхлопные газы через выхлопные каналы. Важный момент состоит в том, что поскольку в двигателе имеется всего один ротор и одна полость, все эти процессы идут практически одновременно. Таким образом, с одной стороны происходит впуск с другой выделяется энергия, а с третьей выходят выхлопы.

Преимущества Ванкеля

Соотношение массы и мощности

Одним из самых крупных достоинств является небольшой размер Ванкеля. Несмотря на свои маленькие размеры, роторные движки выжимают неплохую мощность.

Меньше подвижных деталей

Частенько в инженерии самое легкое решение является самым лучшим. Роторный двигатель не требует большого количества подвижных деталей. Если быть точнее, то в двухроторном моторе подвижных деталей всего три.

Плавный набор высоких оборотов

Роторный двигатель не имеет возвратно-движущей массы, как клапаны и поршни в традиционном двигателе, что ведет к отличному балансу и плавному набору оборотов.

Почему Ванкель сняли с производства

Mazda RX-8 2011 была последним серийным автомобилем, который оснащался роторным двигателем Renesis 1.3 л. Как бы то ни было, весь мир автолюбителей пустил горькую слезу, закрывая важную страницу в истории двигателей внутреннего сгорания. Так что же произошло? RX-8 не удалось пройти по соответствию стандарту Euro-5, поэтому после 2010 года он не мог продаваться в странах Европы. Хоть он все еще и разрешен в США, производитель был вынужден отречься от Ванкеля.

Недостатки роторного двигателя

Низкий тепловой КПД

В связи с наличием уникальной длинной камеры внутреннего сгорания, тепловой КПД Ванкеля значительно ниже, в сравнении с обычным двигателем. Это часто ведет к тому, что в выхлоп попадает масса несгоревшего топлива (поэтому они и считаются самыми огнедышащими)

Пей, малыш, пей

Ванкели априори жрут масло вёдрами. Во впускном коллекторе установлены разбрызгиватели масла, а также имеются инжекторы, подающие масло непосредственно в камеру внутреннего сгорания. Это значит не только то, что водитель должен постоянно следить за уровнем масла, но еще и то, что из вашей выхлопной трубы будет выходить масса дряни. Окружающая среда не одобряет.

Изоляция ротора

Изолировать роторный движок нелегко, поскольку, если вы помните, в нем одновременно происходит несколько процессов, которые оставляют после себя разные температуры. Например, верхняя часть движка сравнительно холодная, в то время как его днище горячо как ад. С точки зрения изоляции, это проблема, поскольку такая разница температур не дает выбрать один вариант изоляции. Можно, конечно, использовать охлаждающую рубашку, но это многого не изменит.

Выбросы в атмосферу

Именно этот пункт убил роторные движки. Совокупность неэффективного сгорания, прожорливости по маслу и сложностей с изоляцией привела в итоге к тому, что двигатель не проходит по современным стандартам.

Что касается показателей RX-8 в сравнении с другими автомобилями, то из плюсов можно сразу выделить низкий вес и высокую мощность, а из минусов, конечно, огромный расход. Впрочем RX-8, покупателю вряд ли есть дело до экономии топлива, поэтому он может насладиться автомобилем в полной мере.

Подпишись на наш Telegram-канал

Как это работает и его преимущества

На протяжении всей истории автомобильная промышленность создавала двигатели различных конструкций и конфигураций. Наиболее распространенным типом двигателя является поршневой двигатель, в котором цилиндры расположены по прямой линии, горизонтально оппозитно (боксер) или в конфигурации «V». Среди этих жемчужин спрятан нестандартный и уникальный роторный двигатель, который покорил мир во второй половине 20-го века.

Если вы не владели им или не взаимодействовали с ним, скорее всего, вы имеете лишь базовое представление о том, чем роторный двигатель отличается от традиционного поршневого двигателя. Сильно ассоциируется с Mazda , многие люди не знают, что роторный двигатель приводил в действие все, от самолетов до тракторов и мотоциклов. Но благодаря HotCars у вас есть шанс узнать все о революционном двигателе. Потратьте следующие несколько минут на изучение того, почему этот чудак был чудом инженерной мысли. Тем не менее, вот 10 фактов о роторном двигателе, о том, как он работает, и о его преимуществах.

10 Что такое роторный двигатель?

Mazda

Вкратце, роторный двигатель, или двигатель Ванкеля, представляет собой тип двигателя с циклом Отто, в котором вместо поршней для внутреннего сгорания используется ротор(ы) треугольной формы для преобразования давления сгорания во вращательное движение. Центральный ротор вращается, вырабатывая мощность, которая затем передается на колеса через систему трансмиссии.

В отличие от традиционного поршневого двигателя с неподвижным блоком цилиндров и вращающимся коленчатым валом, роторный двигатель имеет неподвижный коленчатый вал и весь блок цилиндров (треугольный ротор), который вращается вокруг него. Роторный двигатель стал альтернативой поршневому двигателю в автомобилестроении.

9 Происхождение и история роторного двигателя

Mazda

Хотя многие люди считают, что роторный двигатель появился в 20 веке, на самом деле его происхождение восходит к 16 веку. Да, это верно. Агостино Рамелли, итальянский инженер, изобрел первый водяной насос роторно-поршневого типа в 1588 году. Примерно два столетия спустя, в 1769 годуДжеймс Уатт разработал первую роторную паровую машину.

Тем не менее, д-р Феликс Ванкель (1902-1988) был гением популяризации роторного двигателя в автомобильной промышленности. В молодом возрасте 22 лет Ванкель, не имея формального образования, создал исследовательскую лабораторию и начал преследовать свою детскую мечту — изобрести полутурбинный, полупоршневой двигатель. В 1951 году он стал партнером NSU (производитель мотоциклов и автомобилей). Шесть лет спустя они завершили работу над первым рабочим прототипом роторного двигателя, получившим название DKM. Хотя у него был треугольный ротор и вращающийся корпус ротора в форме кокона, 1958 DKM со статическим корпусом несущего винта стал настоящим родоначальником революционного роторного двигателя.

СВЯЗАННЫЙ: Проверьте невероятный 12-роторный роторный двигатель, который единственный в своем роде

Mazda

В основе Ванкеля или роторного двигателя находится ротор трохоидной / треугольной формы, который вращается вокруг нетрадиционного вала внутри кокона- фасонный корпус ротора. Эта внутренняя конструкция создает три пространства между корпусом ротора и ротором, создавая камеры для процесса сгорания.

Ротор имеет неподвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, а эксцентриковый вал имеет неподвижное зубчатое колесо с внешними зубьями. В процессе вращения скорость вращения между ротором и валом составляет 1:3. На вершине уплотнения ротора к корпусу ротора установлены уплотнения. С одной стороны корпуса ротора расположены впускные и выпускные отверстия, а прямо напротив расположены свечи зажигания.

7 Принцип работы роторных двигателей

Принцип работы роторного двигателя аналогичен типичному принципу Отто в четырехтактном поршневом двигателе. Это означает, что одна сторона роторного двигателя завершает четырехступенчатый цикл (впуск, сжатие, воспламенение и выпуск) за каждый оборот ротора.

Но, в отличие от поршневого двигателя, роторный двигатель имеет три стороны, то есть все стороны работают одновременно за один полный оборот ротора. Это означает, что роторный двигатель имеет три импульса мощности на один оборот ротора. А так как выходной вал вращается в три раза быстрее, чем ротор, двигатель Ванкеля выдает один импульс мощности за каждый оборот вала. Для справки, поршневой двигатель завершает четырехтактный цикл за два оборота вала (коленчатого вала). Таким образом, роторный двигатель имеет в два раза больше импульсов мощности на один оборот вала.

СВЯЗАННЫЕ С: Почему неисправная Mazda RX-8 чуть не убила роторный двигатель

6 Преимущества роторного двигателя

Mazda

Роторный двигатель — чудо инженерной мысли, и мы не можем отрицать его простой и эффективной конструкции. Самым большим преимуществом этого двигателя является то, что он имеет лучшее отношение мощности к весу по сравнению с его поршневым противником, что делает его более подходящим для автомобилей с высокими характеристиками.

Он также имеет плавную подачу мощности, так как в нем нет возвратно-поступательных частей, что устраняет вибрации двигателя. Двухроторный двигатель Ванкеля, например, работает в два раза мягче, чем четырехцилиндровый поршневой двигатель. Меньшее количество движущихся частей делает роторный двигатель легче, надежнее и дешевле в упаковке и массовом производстве. Он также может достигать более высоких оборотов двигателя (оборотов в минуту), чем поршневой двигатель.

5 Применение роторного двигателя

Mazda

Французский производитель самолетов Gnome et Rhône начал производить роторные силовые установки для самолетов в 1910 году. Эти самолеты сыграли значительную роль в Первой мировой войне, и роторный двигатель стал важной конструкцией двигателя в авиации. промышленность.

Другое успешное применение роторного двигателя было в мотоцикле Norton F1 1989 года, который имел невероятную максимальную скорость 140 миль в час. В автомобильной промышленности несколько производителей, таких как NSU, American Motors, Daimler-Benz, General Motors, Ford и Citroën, тестировали роторный двигатель на своих автомобилях, но окончательный прорыв совершила Mazda.

4 Mazda и роторный двигатель

Сбор автомобилей на аукционах

Мы считаем, что без Mazda роторный двигатель не был бы так популярен, как сегодня. Японский автопроизводитель несет ответственность за принятие концепции дизайна Ванкеля и воплощение ее в полноценный автомобильный двигатель. История Mazda с роторным двигателем восходит к 1961 году, когда Цунеджи Мацуда (тогдашний президент Mazda) заключил лицензионное соглашение с NSU.

В 1967 году Mazda выпустила первый в мире двухроторный двигатель Ванкеля для популярного и коллекционного автомобиля Cosmo Sport. Роторный двигатель 10A мощностью 110 л.с. оснащен недавно разработанными карбоновыми верхними уплотнениями, которые быстро не изнашиваются. На двигателе не было следов вибрации, присущих предыдущим роторным двигателям. Ужесточение норм выбросов и высокая потребность двигателя в бензине вынудили Mazda отказаться от использования двигателя в легковых автомобилях. Вместо этого они втиснули его в спортивные автомобили, такие как RX-3, культовые RX-7, RX-8 и победивший в Ле-Мане 787B.

3 Недостатки роторного двигателя

Mazda

Вы можете задаться вопросом, почему, несмотря на свои преимущества, роторный двигатель редко используется в современных автомобилях. Ну, это из-за выбросов выхлопных газов и эффективности использования топлива. Роторный двигатель склонен сжигать масло, предназначенное для смазки уплотнений вершины. Если в нем заканчивается масло, двигатель перегревается и повреждает верхние уплотнения, что требует полной переборки двигателя или совершенно нового двигателя.

Кроме того, роторный двигатель, возможно, является наименее экономичным двигателем. Конструкция двигателя не сжимает воздушно-топливную смесь так же эффективно, как традиционный поршневой двигатель. Он поддерживает плохую компрессию на более низких оборотах, что делает его неэффективным при вождении по городу.

СВЯЗАННЫЙ: Как этот крошечный новый роторный двигатель Ванкеля спроектирован таким образом, чтобы не выходить из строя

2 Тюнинговый потенциал роторного двигателя тюнеров и хот-роддеров из-за его огромного тюнингового потенциала. Невероятное отношение мощности к весу и высокая скорость вращения делают его обычной заменой в дрифт-карах и другом гусеничном оружии.

Четырехроторный двигатель Ванкеля, например, меньше по размеру, чем оппозитный шестипоршневой двигатель, но не заблуждайтесь, он производит такое же рычание, как массивный двигатель V8. Роторный двигатель может производить около 150 л.с. на ротор. Добавьте турбонагнетатель, и мощность двигателя увеличится примерно до 300 л. с. на ротор. Двигатель сильно набирает обороты, производя импульсы горячего выхлопа, которые могут легко раскрутить массивные турбины. В Top Gear недавно был показан прожигающий шины роторный двигатель RX-7 мощностью 2000 л.с., который воспроизводит один из лучших саундтреков.

1 Существует ли современный роторный двигатель?

Mazda

Mazda десятилетиями поддерживала роторный двигатель, но отказалась от него в 2012 году, когда японский автопроизводитель снял с производства RX-8. Хотя с тех пор Mazda по разным поводам обещала вернуть роторный двигатель, многие объявили его мертвым. Примерно десять лет спустя Mazda повторно представила роторный двигатель в MX-30 R-EV 2023 года.

MX-30 R-EV представляет собой подключаемый гибридный кроссовер, а роторный двигатель работает как расширитель диапазона, а не как основной источник энергии автомобиля. Это однороторный безнаддувный двигатель Ванкеля мощностью 74 л.с., который включается, когда батарея автомобиля разряжается, увеличивая запас хода MX-30 до 372 миль. Хотя это и не легендарный роторный двигатель прошлого, MX-30 R-EV доказывает, что роторный двигатель жив.

Источники: Mazda, Energy Education, How a Car Works, Rotary Revs и How Stuff Works

Как работает роторный двигатель?

Если вы знакомы с Mazda RX-8 (или RX-7), вы знаете, что это один из немногих автомобилей на дорогах с роторным двигателем Ванкеля. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как именно работает роторный двигатель? Почему Mazda — единственный производитель, который до сих пор использует этот дизайн? Каковы его преимущества и недостатки? Действительно ли он так ненадежен, как предполагает его репутация?

Во-первых, посмотрите видео ниже, показывающее, как собирается роторный двигатель Ванкеля и как он работает:

Теперь понятно, не так ли?

Хотя роторная конструкция существует уже несколько десятилетий, только Mazda использует ее в массовом количестве.

Преимущества

Если вы читаете наш обзор Mazda RX-8 2010 года, вы заметите, что мы большие поклонники технических и эксплуатационных возможностей 1,3-литрового двигателя.

Способность роторного двигателя развивать мощность 232 лошадиные силы при рабочем объеме всего 1,3 литра впечатляет, а легкий вес двигателя помогает ему стать одним из самых управляемых автомобилей на дороге. Еще одна замечательная особенность — 9000 об/мин и плавная, линейная подача мощности.

Еще одним преимуществом роторного двигателя является то, что он имеет меньше движущихся частей, чем сопоставимый поршневой двигатель. Меньшее количество деталей и меньший размер позволяют упаковать большую мощность в небольшой корпус.

Наконец, роторный двигатель Ванкеля менее подвержен катастрофическим отказам. Когда поршневой двигатель теряет компрессию или давление масла, он часто заедает или выходит из строя с образованием большого облака дыма.

Роторный двигатель при тех же условиях сначала просто потеряет мощность, дав вам время доехать до ближайшего гаража.

Недостатки

Несмотря на то, что двигатель RX-8 имеет впечатляющую мощность 232 л.

К сожалению, Ванкелю не хватает крутящего момента (всего 152 фунт-фута). Чтобы он работал быстро, важно поддерживать обороты вблизи красной отметки 9000 об/мин. Хотя управлять таким высокооборотным двигателем, безусловно, весело, более высокие обороты также означают, что со временем он будет более склонен к поломке.

Несмотря на то, что ротор эффективен с точки зрения мощности, он ужасно экономит топливо. У Mazda RX-8 2010 года, которую мы рассмотрели, рейтинг EPA составлял 16 миль на галлон по городу, 22 шоссе, что больше, чем у многих конкурирующих поршневых двигателей V8. Мы колебались ближе к диапазону 16 миль на галлон, когда он у нас был. Ой. Это само по себе удерживает многих людей от покупки автомобиля.

Интересно, что роторные двигатели потребляют небольшое количество масла по своей конструкции (для сохранения уплотнений), что требует от владельца периодического добавления небольшого количества масла. Не имеет большого значения для дорожных автомобилей, но заслуживает внимания.

Одним из самых больших недостатков роторных двигателей является их склонность к отказам. Хотя вероятность попасть в большой клуб дыма редка, владельцы Mazda RX-7 и RX-8 обычно жалуются на проблемы с двигателем. В RX-8 Mazda установила свой роторный двигатель Renesis, который является огромным улучшением по сравнению со старой конструкцией, но все еще подвержен поломкам.

Конструкция двигателя

На протяжении десятилетий поршневой двигатель безраздельно доминирует в транспортных средствах, будь то бензин или дизель. Роторный двигатель не займет свое место в ближайшее время, но мы начинаем видеть больше конкурентов в этой области.

Электрические силовые агрегаты действительно набирают обороты, и некоторые уникальные концепции могут увидеть свет, например, невероятный двигатель Maxforce, работающий только за счет магнитной силы. Ожидайте увидеть больше статей о других конструкциях двигателей в ближайшем будущем.