Роторный мотор принцип работы: принцип работы, устройство, недостатки и преимущества, видео

Принцип работы роторного двигателя

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

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

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

Содержание

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

Почему этот вариант не прижился

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

На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя:

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

Но к сожалению, минусы у роторного двигателя имеются. К таким вот явным ляпам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра.

При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.

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

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

Преимущества ротора, или Как японцы взялись за дело

На видео показан принцип работы роторного двигателя Ахриевых:

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

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

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

На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя Ванкеля:

Такая ситуация просто вынуждает причислять роторные двигатели к спортивным моделям автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя сегодня нашлись. Это известный автопроизводитель Мазда, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Субару, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за всё старое и отброшенное западниками как ненужное. А на деле японцам удаётся создавать новое из старого. То же тогда произошло с оппозитными двигателями, являющимися на сегодняшний день «фишкой» Субару. В те же времена использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.

Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Мазды. Они создали роторный двигатель 13b-REW и наделили его системой твин-турбо. Теперь Мазда могла спокойно поспорить с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадок, но грешила опять же большим расходом топлива.

Пришлось идти на крайние меры. Очередная модель Мазда RX-8 с роторным двигателем уже выходит с 200 лошадками, что позволяет сократить расход топлива. Но не это главное. Заслуживает уважения другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность в 200 л. с. Мазда RX-8 открывала с двигателем объёмом 1,3 литра. Одним словом, новая Мазда выходит уже на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, беря не только мощностью мотора, но и другими параметрами, в том числе и низким расходом топлива.

На видео рассмотрено устройство и принцип работы роторного двигателя Желтышева:

Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб.

Но проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.

Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет новая Мазда, уже с совершенно другим агрегатом.

Заглянем внутрь РПД

Схема работы роторного двигателя представляет собой нечто совершенно иное, чем обычный ДВС. Во-первых, следует оставить в прошлом конструкцию двигателя внутреннего сгорания, известную нам. А во-вторых, попытаться впитать в себя новые знания и понятия.

РПД назван так из-за ротора, то есть такой части мотора, которая движется. Благодаря этому движению мощность передаётся на сцепление и КПП. По сути, ротор выталкивает энергию топлива, которая затем передаётся колёсам через трансмиссию. Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.

На видео показан принцип работы роторно-поршневого двигателя Зуева:

Капсула, где находится ротор, — это своеобразная матрица, центр вселенной, где все процессы и происходят. Другими словами, именно в этом овальном корпусе происходит:

• сжатие смеси;
• топливный впрыск;
• поступление кислорода;
• зажигание смеси;
• отдача сгоревших элементов в выпуск.

Одним словом, шесть в одном, если хотите.

Сам ротор крепится на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а как бы бегает. Таким образом, создаются изолированные друг от друга полости внутри овального корпуса, в каждой из которых и происходит какой-либо из процессов. Так как ротор треугольный, то полостей получается всего три.

Всё начинается следующим образом. В первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается.

После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.

Смесь после этого идёт в третью полость, где и происходит вытеснение частей использованного топлива в систему выхлопа.

Это и есть полный цикл работы РПД. Но не всё так просто. Это мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. А действия эти проходят постоянно. Если говорить иначе, процессы возникают сразу с трёх сторон ротора. В итоге всего за единственный оборот агрегата повторяется три такта.

Кроме того, японским инженерам удалось усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Мазда имеют не один, а два и даже три ротора, что в значительной мере повышает производительность, тем более если сравнить его с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а 3-роторный с двенадцатицилиндровым. Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и преимущества роторного мотора сразу распознали.

Опять же, производительность — это не одно достоинство РПД. Их у него много. Как и было сказано выше, роторный двигатель очень компактный и в нём используется на целых тысячу деталей меньше, чем в том же ДВС. В РПД всего две основные детали — ротор и статор, а проще этого ничего не придумаешь.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил в своё время многих талантливых инженеров удивлённо вскинуть бровями. И сегодня талантливые инженеры компании Мазда заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли, поверить в производительность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да ещё какую!

схема устройства РПД, плюсы и минусы

На чтение 8 мин. Просмотров 10.8k. Опубликовано 31.10.2019 Обновлено 19.11.2019

Чтобы понять, почему промышленники прекратили оснащение автомобилей силовыми агрегатами этого типа, полезно ознакомиться с принципом работы роторного двигателя. Зная основные характеристики, конструкцию, достоинства и недостатки, изучив разновидности РПД, можно оценить перспективы и вероятность последующего серийного выпуска таких моделей машин.

Содержание

1. Принцип работы роторного двигателя
2. Схема устройства РПД
3. Мощность и ресурс
4. Достоинства и недостатки роторного двигателя
5. Достоинства РПД
6. Недостатки РПД
7. Машины с роторным двигателем
8. В заключение

Принцип работы роторного двигателя

Роторный мотор работает по схеме, отличающейся от технологии, характерной для стандартного ДВС с поршнями в качестве основного подвижного элемента. Кроме того, силовые агрегаты имеют различную конструкцию.

По аналогии с поршневым двигателем принцип действия РПД базируется на преобразовании энергии, получаемой в результате сгорания воздушно-топливной смеси. В первом случае давление, создаваемое в цилиндрах при сжигании горючего, вынуждает поршни двигаться. Возвратно-поступательные движения шатун и коленчатый вал преобразуют во вращательные, которые заставляют крутиться колеса.

Ротор движется во внутренней полости овальной капсулы, передавая мощность сцеплению и коробке передач. Благодаря треугольной форме, он выдавливает энергию топлива, направляя через трансмиссию на колесную систему. Обязательное условие – в качестве материала используется легированная сталь.

Внутри цилиндра, где располагается ротор, происходят следующие процессы:

1. воздушно-топливная смесь сжимается;
2. впрыскивается очередная доза горючего;
3. поступает кислород;
4. топливо воспламеняется;
5. сгоревшие элементы направляются в выпускное отверстие.

Треугольный ротор закрепляется на особом механизме. При запуске двигателя он выполняет специфические движения, не вращаясь, а как бы бегая внутри овальной капсулы.

Благодаря своей форме, он образует в корпусе 3 изолированные камеры.

В них наблюдаются такие процессы:

• в первую полость через впускное окно подается горючее и всасывается кислород, при перемешивании образующие воздушно-топливную смесь;
• во втором отсеке происходит сжатие и воспламенение;
• продукты сгорания вытесняются в выпускное отверстие из третьей камеры.

Схема устройства РПД

В конструкцию РПД входят следующие элементы:

1. Ротор с 3 выпуклыми гранями, выполняющими функции поршня. За счет углублений увеличивается скорость вращения, образуется больше пространства для воздушно-топливной смеси.
2. Пластины из металла, закрепленные на вершинах каждой из сторон. Их предназначение – формирование полостей в корпусе, где происходят рабочие процессы силовой установки.
3. 2 металлических кольца на гранях ротора служат для образования камерных стенок.
4. В центре конструкции располагаются 2 больших колеса с большим количеством зубьев, вращающихся вокруг шестерней меньшего диаметра. Зубчатая передача соединена с приводным устройством, закрепленном на выходном валу. Направление и траектория движения внутри камеры зависят от этого соединения.
5. Корпус ротора. Изготавливается в форме условного овала. Такая конфигурация обеспечивает постоянный контакт вершин треугольника со стенками капсулы, создавая 3 изолированных объема газа.
6. Окна впрыска и выхлопа. Клапанов не имеют. Впускное отверстие соединено с системой подачи топлива, а выпускное – с выхлопной трубой.
7. Выходной вал с эксцентриковой конструкцией. На нем расположены особые кулачки, смещенные относительно осевой линии. На каждый из этих выступов надевается отдельный ротор. Благодаря несимметричной установке, происходит неравномерное распределение силы давления. Это приводит к образованию крутящего момента, вызывающего стабильную работу силовой установки, основанную на оборотах вала.

5 основных слоев, скрепленных по окружности длинными шурупами, составляют стандартную конструкцию двухроторного двигателя. При этом создаются условия для свободной циркуляции охлаждающей жидкости внутри системы. Движущиеся части, представленные 2 роторами и эксцентриковым выходным валом, располагаются между 2 стационарными участками.

Мощность и ресурс

По сравнению со стандартным ДВС, роторный агрегат характеризуется большей удельной мощностью, которая измеряется в л.с./кг. Это объясняется меньшей массой подвижных деталей, составляющих конструкцию РПД. Обоснование – отсутствие газораспределительного механизма, клапанной системы, коленчатого вала и шатунов.

Кроме того, однороторный двигатель преобразует энергию сгорания топлива во вращательное движение на протяжении ¾ тактов рабочего цикла. Для поршневых моторов этот показатель снижен до ¼.

В результате при вместимости цилиндров 1,3 л современный РПД серийного производства развивает мощность до 220 л.с. А если базовая конструкция дополнена турбинным надувом, то до 350 л. с.

До 2011 г. только японские промышленники концерна «Мазда» выпускали автомобили с двигателями роторного типа. А потом и они сняли агрегат с производства. Вероятная причина – заниженный ресурс силовой установки. До первого капитального ремонта транспортные средства проезжают всего 100 тыс. км. При аккуратном стиле вождения и бережном отношении пробег увеличивается до 200 тыс. км.

Уязвимое звено – уплотнители ротора, страдающие от перегрева и высоких нагрузок. Кроме этих факторов на них оказывают негативное влияние детонация и износ подшипников, расположенных на эксцентриковом валу.

Впервые машина с роторным силовым агрегатом вышла на трассу для тестирования в 1958 г. У истоков его создания стоит Феликс Ванкель, именем которого часто называют РПД.

Игнорируя достоинства изобретения немецкого инженера, работавшего над ним совместно с коллегой-единомышленником Вальтером Фройде, многие автопромышленники не рискнули устанавливать новинку на серийные модели своих автомобилей.

К их числу не относятся производители Mazda, выпустившие первую версию транспортного средства с роторной силовой установкой в 1967 г.

Достоинства РПД

Плюсы РПД:

1. Высокий КПД, достигающий 40%. Обоснование – на 1 оборот эксцентрикового вала приходится 3 рабочих цикла.
2. Упрощенная конструкция. В ней отсутствуют многие узлы, характерные для поршневых ДВС, в т.ч. газораспределительный механизм, шатуны, клапаны и т.п.
3. Высокие обороты. Двигатель на базе треугольного роторного элемента раскручивается до 10 тыс. об/минуту.
4. Плавная работа при полном отсутствии вибраций. Объяснение – стабильная ориентация движения ротора в одном направлении.
5. Устойчивость перед детонацией. Это позволяет в процессе эксплуатации применять водород.
6. Компактные размеры. По сравнению с поршневыми агрегатами габариты РПД в 2 раза меньше. Следствие этого – небольшой вес полностью укомплектованной конструкции и наличие свободного пространства для комфортного расположения водителя и пассажиров.
7. Отсутствие дополнительных нагрузок при увеличении количества оборотов. С учетом указанного фактора можно разгонять транспортное средство до 100 км/ч на низкой передаче.
8. Сбалансированность. Позволяет эффективнее уравновесить автомобиль, создавая стабильную устойчивость на любом дорожном покрытии.

Недостатки РПД

Конструкторы, разработавшие роторную силовую установку, так и не смогли устранить недостатки:

1. Основной недоработкой создателей автомобилисты считают ограниченный ресурс двигателя, обоснованный особенностями конструкции. Постоянные изменения рабочего угла апексов вызывают их ускоренный износ.
2. Срок службы заканчивается быстрее из-за перепадов температур, сопровождающих каждый такт. В комбинации с нагрузками, которым подвергаются трущиеся детали, они наносят непоправимый вред функциональным узлам и материалам. Проблему можно решить прямым впрыскиванием минеральной смазки в коллектор.
3. Поскольку внутренние полости камер имеют серповидную форму, топливо в них сжигается не полностью. Ротор, вращаясь на скорости при ограниченной длине рабочего хода, выталкивает раскаленные газы в выхлопное отверстие. Присутствие фрагментов масла в продуктах сгорания приводит к токсичности выброса.
4. Недостаточная герметичность конструкции, вызванная износом уплотнителей – причина утечки между отсеками с большими перепадами давления между отделениями. Результат – снижение КПД и повышение вреда окружающей природе.
5. Высокий расход ГСМ. По сравнению с поршневым двигателем, роторный агрегат потребляет намного больше топлива (20 л на 100 км) и масла (1 л на 1 тыс. км). Забывчивость водителя, пропустившего очередную заправку смазкой, приводит к незапланированному капитальному ремонту или полной замене мотора.
6. Для производства РПД применяется высокоточное оборудование. К качеству материалов также предъявляются повышенные требования. В результате конечная стоимость роторного двигателя увеличивается.

Машины с роторным двигателем

В разработке усовершенствованных концепций силового агрегата с базовым элементом конструкции в виде подвижного ротора участвовали и российские конструкторы, включая Зуева, Желтышева, ингушских изобретателей братьев Ахриевых.

Игнорируя инновации, на автомобили по-прежнему устанавливают двигатели Ванкеля.

В число моделей с РПД входят:

1. Мазда RX-8. Конструкторское бюро японского концерна достигло прогресса в усовершенствовании. Их последняя разработка вместимостью 1,3 л развивает мощность 215 л.с. Более поздняя версия с аналогичным объемом выдает 231 л.с. Производство прекращено с августа 2011 г. в результате снижения спроса.
2. ВАЗ 2109-90. Такими машинами пользовались в служебных целях сотрудники российских правоохранительных органов. Милицейские автомобили за 8 секунд могли разогнаться до 100 км/ч и развивали скорость 200 км/ч, легко догоняя преступников. Производились и агрегаты с большей мощностью. Но большая цена и малый ресурс не позволили прижиться РПД, и полицейским пришлось пересесть на транспортные средства с поршневыми моторами.
3. Мерседес С-111. Впервые был представлен автолюбителям на женевском автосалоне в 1970 г. Спортивный автомобиль оснащался трехкамерным двигателем Ванкеля. Максимальная скорость составляла 275 км/ч. На разгон до первой сотни уходило 5 секунд.
4. ВАЗ 21019 Аркан. Модель также закупалась для нужд МВД. Советских милиционеров на таких машинах догнать было невозможно и, тем более, уйти от погони. Большинство преследований завершалось поимкой преступников. Объяснение тому – способность служебного транспорта развивать предельную скорость 160 км/ч. Трехсекционный мотор в 1,3 л выдавал 120 л.с.

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.

Принцип работы роторного двигателя

Изобретенный доктором Ванкелем роторный двигатель, относится к группе двигателей внутреннего сгорания. Однако, в отличие от обычных поршневых конструкций двигателей, роторный двигатель принцип работы имеет совершенно другой. Основными деталями поршневых двигателей являются цилиндры и поршни, создающие рабочий объем и выполняющие определенное количество стандартных циклов. В роторных двигателях функции поршней выполняет ротор, представляющий собой деталь треугольной формы.

Как работает роторный двигатель

Движение роторного двигателя, как и в поршневом варианте, осуществляется благодаря давлению, создаваемому в процессе сгорания смеси топлива и воздуха. Здесь также происходит соединение входного отверстия и дроссельной заслонки, выпускного отверстия и выхлопной системы. В отличие от стандартного двигателя, в роторной конструкции нет передаточных звеньев. Ротор, имеющий треугольную форму, представляет собой своеобразный поршень, который вращается по кругу и осуществляет передачу крутящего момента к выходному валу.

В процессе вращения ротора, происходит разделение общей камеры на три отдельных, где в каждой из них, по очереди, происходит свой собственный цикл. Обычно, в конструкции роторного двигателя используется два ротора. За счет этого, уменьшается детонация, а работа двигателя становится более стабильной. Фактически, ротор выполняет ту же работу, что и поршни в обычном двигателе. Установка ротора на вал производится с определенным эксцентриситетом, позволяющим выполнять передачу крутящего момента.

Работа механизма разделяется на несколько этапов:

• Забор воздушно-топливной смеси происходит при прохождении одной из вершин ротора впускного клапана, расположенного в корпусе. За счет расширения объема камеры, смесь принудительно попадает в ее увеличенное пространство. Новый такт начинается во время прохождения впускного клапана следующей вершиной.
• Сжатие смеси происходит при повороте ротора, что приводит к уменьшению ее объема и возрастанию давления. Его максимальное значение образуется в момент нахождения смеси в зоне действия свечей.
• Зажигание смеси осуществляется с помощью двух свечей, срабатывающих синхронно. За счет этого происходит быстрое и равномерное воспламенение. В результате, образуется взрывная волна, давление которой создает рабочее усилие. Происходит проворачивание ротора на расстояние до выпускного отверстия. Одновременно, производится передача крутящего момента к выходному валу.
• Когда вершина ротора подходит к выпускному отверстию, наступает процесс выбрасывания отработанных выхлопных газов. После этого, начинается новый рабочий цикл.

Плюсы и минусы роторных двигателей

Основное достоинство роторных двигателей заключается в отсутствии передающих звеньев, характерных для поршневых двигателей. Здесь совершенно не нужны клапана и пружины к ним, распределительный вал, ремень ГРМ и другие детали. В связи с этим, значительно уменьшаются размеры и вес двигателя. За счет этого, вся масса автомобиля равномерно распределяется по осям. Это делает машину более устойчивой на дороге. Данные агрегаты отличаются хорошей сбалансированностью деталей, что позволяет практически полностью исключить вибрации. Крутящий момент, поступающий на выходной вал, продолжается значительно дольше. Одно вращение ротора соответствует трем оборотам вала, что существенно увеличивает его ресурс. В целом, эта силовая установка отличается прекрасными динамическими характеристиками.

Однако, данная конструкция имеет ряд существенных недостатков, из-за которых стало невозможно ее массовое использование. Прежде всего, низкие обороты мотора вызывают очень высокий расход топлива. Во время испытаний различных моделей, он достигал 20-ти литров на сто километров. То есть, экономичность в данном случае находится на очень низком уровне.

Другим серьезным недостатком являются сложности при изготовлении деталей. Особенно высокие требования предъявляются к геометрической точности цилиндров и роторов, которой можно добиться только на высокоточном дорогостоящем оборудовании.

Камера сгорания имеет особенности конструкции, из-за которых моторы этого типа могут часто перегреваться. Это происходит по причине избыточной тепловой энергии, образующейся при сгорании топливной смеси. Перегрев вызывает преждевременный износ основных деталей и выход из строя всего двигателя. Установленные между форсунками уплотнители очень быстро изнашиваются, поскольку камеры сгорания отличаются высокими перепадами давления. Из-за этого, агрегаты имеют низкий моторесурс и требуют частых капитальных ремонтов.

В данном двигателе, фактически отсутствует система смазки. Замену масла приходится проводить через каждые 5 тысяч км. В противном случае, узлы и детали выйдут из строя, после чего, понадобятся очень дорогие ремонтные работы.

Роторные двигатели

: как работает роторный двигатель?

Сложная работа транспортного средства может быть интересной для одних и совершенно запутанной для других. От разноцветных проводов до количества автомобильных масел для любознательных умов становится задачей понять, как все работает.

На самом деле, как только вы поймете, как все устроено, вам станет намного проще ухаживать за своей драгоценной машиной и обслуживать ее. В этой статье мы говорим о другом типе двигателя, который оставил заметный след в области транспортных средств.

Роторный двигатель делает шаг назад от традиционного типа двигателя, который является сердцем любого транспортного средства, и представляет собой другой механизм, направленный на повышение эффективности. Появившийся и широко использовавшийся во время Первой мировой войны, роторный двигатель вышел из моды в 1920-х годах. Тем не менее, с современными технологиями и многими производителями автомобилей, многие компании принимают вызов, чтобы сделать полностью функциональный роторный двигатель, который будет работать в течение длительного времени.

Прежде чем я начну объяснять, как работает роторный двигатель, давайте взглянем на обычный двигатель пистолетного типа и его работу.

Как работает поршневой двигатель?

Обычный двигатель внутреннего сгорания состоит из поршней, которые совершают линейное движение внутри цилиндров. Поршни крепятся к коленчатому валу с помощью шатуна. Когда поршень движется вверх и вниз, его соединение с коленчатым валом заставляет вал вращаться. Это вращение в конечном итоге достигает коробки передач, а через них – и колес, позволяя транспортному средству двигаться вперед.

Зеркально повторяя коленчатый вал, имеется камера сгорания с клапанами, которые позволяют поступать топливу и воздуху, а ненужным газам выходить. Когда поршень движется вверх, он сжимает взрывоопасную топливно-воздушную смесь, которая затем воспламеняет свечу зажигания. Взрыв заставляет поршень двигаться вниз, тем самым вызывая вращательное движение кривошипа, которое в конечном итоге достигает колес.

Теперь, когда вы знаете, как работает обычный поршневой двигатель, давайте перейдем к более важному вопросу — как работает роторный двигатель?

| Читайте также: Моторные масла : как выбрать лучшее моторное масло для вашего автомобиля? |

Что такое роторный двигатель и как он работает?

Роторный двигатель был блестящим изобретением, хотя и несколько необычным. Он использует те же принципы горения, но использует его совершенно по-другому. Однако в двигателе бочкообразной формы отсутствует большинство деталей, которые вы обычно найдете в обычном двигателе.

Как мы упоминали ранее, в обычном двигателе давление поддерживается в цилиндрах, что в конечном итоге заставляет поршень двигаться вперед и назад. В роторном двигателе такое же давление сгорания находится в роторе, треугольной камере, которую двигатель использует вместо поршней. Таким образом, вместо поршней, пыхтящих вверх и вниз, в нетрадиционном двигателе используется один, два, а иногда и три треугольных ротора.

Как и в обычных двигателях, топливо и воздух закачиваются в двигатель, но они занимают место на боковых сторонах роторов и внутренних стенках цилиндра. Когда топливо и воздух воспламеняются в камере, расширение газов заставляет роторы вращаться. Это помогает генерировать мощность, необходимую двигателю, чтобы заставить колеса двигаться вперед.

Чтобы работа была более понятной, давайте подробнее рассмотрим принцип работы роторного двигателя.

Если цилиндры размещены в обычном двигателе, роторный двигатель имеет корпуса, внутри которых находятся треугольные роторы. Прикрепленные к эксцентриковому валу, эти роторы остаются в контакте с корпусом все время, пока он вращается. Конструкция ротора и корпуса такова, что создается полость, которая расширяется и сжимается в зависимости от положения ротора. Каждая из этих пустот предназначена для обслуживания одного аспекта цикла сгорания.

Когда ротор вращается, он сжимает смесь, снова расширяет камеру при воспламенении, затем выдавливает выхлопные газы из выпускного отверстия.

Феликс Ванкель, немецкий инженер, был вдохновителем очень эффективного и энергосберегающего прототипа роторного двигателя. В 1920-х годах инженер хорошо работал над развитием своего видения, но из-за войны не смог далеко развить свое видение, пока в 1951 году немецкий автопроизводитель NSU не пригласил его для создания прототипа.

Вскоре другой инженер, Ханнс Дитер Пашке, которого NSU также пригласил для ознакомления с оригинальной концепцией Ванкеля, разработал простой прототип роторного двигателя, который стал использоваться в Mazda в 21 веке.

Роторный двигатель приобрел популярность благодаря меньшему количеству компонентов, но с тем же процессом, что и обычный двигатель. Отсутствие клапанов, зубчатых колес, шатунов, поршня, коленчатого вала значительно облегчает и удешевляет конструкцию. Всего три основных движущихся части составляют весь двигатель и работают довольно хорошо по сравнению с «обычной».

| Читайте также: Как работает тормозная система автомобиля? |

Части роторного двигателя

Вы знаете, как работает роторный двигатель, давайте теперь посмотрим на различные части роторного двигателя, чтобы получить лучшее представление.

Роторный двигатель общего назначения включает систему зажигания и систему подачи топлива, аналогичную системе поршневых двигателей. Однако есть несколько деталей, которые настолько отличаются от обычного двигателя, что даже самые заядлые автолюбители в замешательстве почесывают голову.

Ротор

Ротор является основным MVP двигателя, обычно по сравнению с поршнем в «обычном» двигателе. Треугольный по форме, он имеет три выпуклые стороны, каждая из которых имеет карман, обеспечивающий давление и пространство для воздушно-топливной смеси.

В верхней части каждой из выпуклых поверхностей имеется металлическая пластина, предназначенная для фиксации ротора снаружи камеры сгорания. Металлические кольца на каждой стороне ротора также помогают герметизировать компонент по бокам камеры.

Кроме того, ротор также содержит набор внутренних зубьев шестерни, вырезанных в центре одной стороны. Эти зубья используются для крепления к шестерне, находящейся в корпусе. Это очень важный вопрос, поскольку это соединение определяет путь, по которому ротор пройдет через корпус.

Корпус

После ротора следует корпус, который является важной частью роторного двигателя. Он имеет эпитрохоидальную форму, также известную как овальная форма, которая сконструирована таким образом, что кончики ротора всегда соприкасаются со стенками камеры. Корпус чрезвычайно важен, так как каждая его часть используется для завершения одной части процесса сгорания, которая включает впуск, сжатие, сгорание и выпуск.

Впускной и выпускной порты расположены в корпусе, однако в этих портах нет клапанов. Выпускное отверстие напрямую соприкасается с выпускным отверстием, а впускное отверстие соединяется непосредственно с дроссельной заслонкой.

Выходной вал

После ротора и корпуса следует выходной вал.

Выходной вал содержит круглые выступы, которые установлены со смещением, т. е. немного в стороне от центра вала. Роторы сконструированы таким образом, чтобы надеваться на эти кулачки, подобно коленчатому валу в поршневом двигателе.

Когда ротор движется, он давит на кулачки, что создает крутящий момент на валу, заставляя его вращаться.

| Читайте также: Дизельный сажевый фильтр: что такое DPF в автомобиле? |

Как роторный двигатель производит энергию?

В обычном двигателе используется концепция четырехтактного поршня, который используется для питания сердца машины. Точно так же роторный двигатель использует четырехтактный цикл сгорания, который выполняет ту же работу другим способом.

Ротор, также известный как сердце двигателя, расположен на круглом выступе выходного вала. Как мы уже говорили, кулачок представляет собой необычно расположенный вал, который позволяет ротору вращать выходной вал. Когда ротор завершает оборот внутри корпуса, он вращает лопасть по кругу, совершая три оборота на каждый оборот ротора.

Когда ротор вращается внутри корпуса, камеры, образованные ротором, изменяются в размерах, что вызывает действие, аналогичное нагнетанию.

Давайте рассмотрим это шаг за шагом, чтобы лучше понять работу роторного двигателя.

Впуск

Фаза впуска роторного двигателя начинается, когда конец ротора касается впускного отверстия.

Впускное отверстие открывается в камеру. В этот момент объем камеры минимальный.

По мере прохождения ротора через впускное отверстие объем камеры увеличивается, тем самым всасывая в себя воздушно-топливную смесь.

Когда пиковая точка ротора проходит, камера закрывается, и начинается сжатие.

Сжатие

На этом этапе ротор продолжает свое круговое движение вокруг корпуса, что снова заставляет камеру уменьшаться. Это приводит к сжатию воздушно-топливной смеси.

Когда торец ротора достигает свечей зажигания, объем камеры снова достигает минимума. Это вызывает процесс горения.

Сгорание

Роторные двигатели оснащены двумя свечами зажигания. Поскольку камера сгорания довольно длинная, для распространения пламени требуются две свечи зажигания. Когда свеча зажигания воспламеняет воздушно-топливную смесь, давление в здании заставляет ротор двигаться дальше.

По мере движения ротора объем камеры увеличивается. Газы сгорания продолжают расширяться, толкая ротор, инициируя мощность, пока ротор не упирается в выпускное отверстие.

Выхлоп

Как только вершина ротора проходит через выпускное отверстие, продукты сгорания под высоким давлением могут свободно вытекать из выхлопных газов. Ротор продолжает двигаться вперед, сжимая камеру и выталкивая остатки выхлопа из отверстия.

Когда объем камеры приближается к минимальной стороне, ротор проходит через впускное отверстие, начиная весь процесс заново. Интересным моментом здесь является то, что ротор всегда работает в одной части цикла, а это означает, что за полный оборот приходится три такта сгорания.

Поскольку выходной вал вращается три раза за каждый оборот ротора, на каждый оборот выходного вала приходится один такт сгорания.

Связанные посты

Теги: роторный двигатель mazda, поршневой двигатель, роторный двигатель, детали роторного двигателя, давление роторного двигателя, работа роторного двигателя, роторы

Общая информация о роторных двигателях

Роторный двигатель (также известный как двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля) — двигатель внутреннего сгорания, изобретенный в 1954 немецкого инженера-механика Феликса Генриха Ванкеля в качестве альтернативы классическому поршневому двигателю.

После некоторых технических усовершенствований, сделанных инженером Ханнсом Дитером Пашке, роторный двигатель Ванкеля был впервые представлен специалистам и прессе на заседании Союза немецких инженеров в Мюнхене в 1960 году.

Благодаря своей простоте, отличному соотношению мощности и веса, а также плавности хода и плавности хода двигатели Ванкеля были у всех на слуху в автомобильной и мотоциклетной промышленности в 1919 году.60-е годы. В августе 1967 года компания NSU Motorenwerke AG привлекла большое внимание к очень современному NSU Ro 80, имевшему 115-сильный двигатель Ванкеля с двумя роторами. Это был первый немецкий автомобиль, выбранный «Автомобилем года» в 1968 году.

В течение следующих десятилетий ряд крупных производителей автомобилей подписали лицензионные соглашения на разработку роторных двигателей Ванкеля, включая Ford, Toyota, Mercedes-Benz, Porsche, Rolls-Royce и Mazda.

После дальнейших усовершенствований двигателя, в том числе решения проблемы уплотнения вершины, Mazda успешно использовала двигатели Ванкеля в своих спортивных автомобилях серии RX до 2012 года.91 Гонка «24 часа Ле-Мана», поскольку автомобиль с 4-роторным двигателем Mazda 26B выиграл престижное соревнование.

В наши дни роторные двигатели Ванкеля, постоянно совершенствуемые такими компаниями, как Wankel Supertec GmbH, можно найти в мотоциклах, гоночных автомобилях, самолетах, небольших судах и генераторах. Следующий этап развития относится к использованию роторных двигателей внутреннего сгорания в грядущей эре низкоуглеродного, экологически безопасного, надежного и доступного энергоснабжения. Таким образом, успешное испытание роторного двигателя Hydrogen 20 сентября 2019 г.позволяет Wankel Supertec уверенно смотреть в будущее.

Источник: findagrave.com

Источник: motorsport-total.com

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором используется один или несколько треугольных роторов для преобразования давления, создаваемого при сгорании воздушно-топливной смеси, в кинетическую энергию. Объемы газа, транспортируемые в пространствах между флангами ротора и корпусом, поочередно выполняют четыре различные работы: а) всасывание; б) сжатие; в) горение и г) выхлоп. Эти этапы известны как такты, что делает двигатель Ванкеля четырехтактным двигателем, подобным поршневому двигателю Отто.

ВПУСК

На этом этапе падение давления, вызванное движением ротора, втягивает воздушно-топливную смесь. Эта смесь обтекает ротор и нагнетается во второй такт цикла.

СЖАТИЕ

По мере того как ротор продолжает вращаться, захваченный (заштрихованный) объем, заключенный между ротором и корпусом, уменьшается, сжимая воздушно-топливную смесь.

ГОРЕНИЕ

Когда объем активной смеси минимален, одна или несколько свечей зажигания инициируют сгорание, вызывая быстрое повышение давления и температуры. Внезапное расширение газообразной топливной смеси передает усилие на эксцентрик через ротор.

ВЫПУСК

По мере вращения расширяющиеся газы приводят в движение ротор до тех пор, пока не откроется выпускное отверстие, освобождая их. Процесс выхлопа продолжается, когда впускное отверстие открывается, чтобы начать новый цикл.

Благодаря своей конструкции двигатель Ванкеля намного легче, компактнее и проще классического поршневого двигателя. Нет ни возвратно-поступательной массы, ни кривошипов, клапанов, штоков или других сложных деталей, подверженных поломкам. Двигатели Ванкеля содержат всего три движущихся части, что делает их более надежными, долговечными и удобными в обслуживании, чем их поршневые аналоги. Кроме того, эти движущиеся части находятся в непрерывном однонаправленном вращении, что обеспечивает более высокие рабочие скорости, простоту балансировки и низкий уровень вибрации. Благодаря беспрецедентному соотношению мощности к размеру и мощности к весу двигатели Ванкеля незаменимы в различных областях применения, начиная от сектора легких самолетов и заканчивая комбинированными теплосиловыми установками и морской промышленностью.

Одним из основных недостатков двигателя Ванкеля является его низкий тепловой КПД. Длинная, тонкая и подвижная камера сгорания приводит к медленному и неполному сгоранию топливной смеси. Это приводит к более высоким выбросам углерода и снижению эффективности использования топлива по сравнению с поршневыми двигателями. Однако этот недостаток превращается в преимущество при переходе на водородное топливо.

Еще одна слабость двигателей Ванкеля связана с уплотнением ротора и вершины. Плохая герметизация между краями ротора и корпусом – например, из-за износа или недостаточной центробежной силы на более низких диапазонах оборотов – может привести к просачиванию продуктов сгорания в следующую камеру.

Поскольку сгорание происходит только в одной секции роторного двигателя, в двух отдельных камерах существует большая разница температур. Как следствие, разные коэффициенты расширения материалов приводят к неоптимальному уплотнению ротора. Потребление масла также является проблемой, так как масло необходимо впрыскивать в камеры для добавления смазки и обеспечения герметичности ротора.

Принцип вращения двигателя. Роторный двигатель: принцип работы

Роторный двигатель внутреннего сгорания (или как его еще называют роторно-поршневой, так как сам ротор выступает в роли поршня) был изобретен еще в 19 году57 талантливых инженеров Феликса Ванкеля и Вальтера Фройде. Этот двигатель существенно отличается от обычного двигателя внутреннего сгорания. В этой статье мы подробно рассмотрим эти основные отличия, а также преимущества и недостатки роторного двигателя перед обычным двигателем, и почему РПД до сих пор не так распространен, как обычный ДВС.

Основным отличием роторно-поршневого двигателя от обычного поршневого двигателя является отсутствие цилиндропоршневой группы, то есть с кольцами, и. А самое главное — отсутствие многих деталей газораспределительного механизма, что позволило сэкономить на производстве около тысячи деталей!

И в таком моторе деталей гораздо меньше, чем в привычном нам ДВС. Это хорошо видно на фото слева. И это далеко не все преимущества, а более подробно о достоинствах РПД написано ниже.

Преимущества роторного двигателя.

• Меньшие габариты, чем у обычного ДВС (примерно в полтора, а то и в два раза). Это делает машину более вместительной и удобной в обслуживании.
• Более высокая удельная мощность при меньшем объеме камеры сгорания, чем у обычного ДВС. Это достигается за счет того, что однороторный двигатель выдает мощность на три четверти оборота каждого вала. А на привычном нам обычном двигателе мощность выдается только в течение одной четверти оборота коленчатого вала.
• Деталей меньше (около тридцати), а у обычного ДВС несколько сотен деталей.
• Способность развивать высокую скорость при отсутствии вибрации, так как отсутствует кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршней во вращательное.
• Низкая вибрация и двигатель хорошо сбалансирован.
• Отличные динамические показатели автомобиля с РПД, а на пониженной передаче можно легко разогнаться более ста км/ч.
• Ну и главный плюс, который, я считаю, вернет эти моторы на дороги в будущем, это меньшая склонность к детонации, по сравнению с обычным ДВС. Это означает, что в качестве топлива можно использовать не только бензин, но и водород — топливо будущего.

Так почему же такой двигатель не стал популярен у автопроизводителей (кроме Mazda) и до сих пор распространены обычные двигатели? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим недостатки роторно-поршневого двигателя (РПД).

Недостатки роторного двигателя.

Помимо множества достоинств, РПД имеет ряд недостатков, из-за которых не получил широкого распространения:

• Повышенный расход топлива, особенно на малых оборотах, по сравнению с обычным двигателем.
• Сложность производства, так как требуется очень высокая точность изготовления трущихся пар и очень качественные сплавы (легированные стали). Кроме того, в производстве должны быть очень дорогие, сложные и точные металлообрабатывающие станки, так как фреза должна проходить очень сложный путь при обработке (например, внутренней поверхности статора).
• Быстрый износ уплотнений, так как площадь контакта мала, а скорость вращения вала большая. А при износе уплотнений из-за прорыва газов токсичность возрастает, резко теряется КПД двигателя и потеря мощности.
• Более высокая склонность к перегреву, чем у обычных двигателей внутреннего сгорания. Из-за повышенного перегрева возникают даже проблемы с воспламенением смеси в камере, и для улучшения воспламенения на такие моторы устанавливают по два мотора на камеру. Две свечи ставят еще и потому, что камера сгорания имеет вытянутую плоскую форму, и одной свечи в ней мало.
• В большинстве регионов ремонт таких двигателей невозможен, так как нет адекватных специалистов и запчастей.
• Более частая замена моторного масла, в связи с тем, что ротор соединен с выходным валом через эксцентриковый механизм и получается большое давление между трущимися деталями. Помимо этого, высокая температура также приводит к быстрому износу двигателя, особенно если вовремя не менять масло, а, как я уже говорил, менять его надо чаще. Если вовремя менять масло, сальники и капитальный ремонт, то ресурс РПД будет достаточно большим. А у некоторых двигателей японской фирмы Mazda РПД может работать без поломок около трехсот тысяч км.

Устройство и более подробный принцип работы роторно-поршневого двигателя.

В роторном двигателе, как и в обычном двигателе внутреннего сгорания, вращение выходного вала (работа двигателя) происходит за счет сгорания топливно-воздушной смеси. И так же, как и в нашем обычном обычном двигателе, РПД имеет впускной канал, через который впрыскивается рабочая смесь, и выпускной канал, через который отводятся выхлопные газы.

Но главное отличие в том, что образующиеся при сгорании топлива газы давят не на поршень (поршни), а на ротор, и от этого ротор передает вращение через зубья шестерни и эксцентрики на ведущий вал. При этом сам ротор также играет роль газораспределителя (как в двухтактном моторе, но не совсем), и делит внутренний объем картера на три отдельные камеры.

И в каждой камере в определенный момент происходит всасывание рабочей смеси, сжатие, выброс рабочей смеси и сам рабочий ход от расширения газов, и выпуск отработавших газов (четыре такта). Это подробно показано на рисунке слева и описано ниже.

1. Такт впуска … Смесь всасывается, когда соответствующий наконечник ротора проходит через впускное отверстие в картере. А при дальнейшем движении ротора объем соответствующей камеры увеличивается и создается разрежение, при котором рабочая смесь засасывается в камеру.
2. Цикл сжатия … Далее при вращении ротора вход отсекается кромкой другой (соседней) вершины ротора, при этом объем камеры уменьшается, таким образом рабочая смесь сжимается и давление в камере увеличивается. Пик сжатия (самого высокого давления смеси) достигается в районе свечей зажигания.
3. Цикл рабочего хода … В этот момент происходит разряд на двух свечах зажигания и, соответственно, вспышка сжатой рабочей смеси. От вспышки происходит сгорание и расширение продуктов сгорания, которые с силой толкают ротор, и от этого он проворачивает и вращает выходной вал.
4. Цикл выпуска … Далее, при вращении ротора, край одной из вершин ротора проходит через выпускное отверстие в картере, открывая его, и через это выпускное отверстие под давлением выходят выхлопные газы. Далее первый ротор за счет силы инерции, а также за счет действия второго ротора, работающего асинхронно с первым ротором, продолжает свое вращение и приближается кромкой снова ко входу для нового такта впуска, и все повторяется заново.

Но как читатель понял из вышеизложенного, для лучшей балансировки РПД, а также снижения вибрации и предотвращения, используют не один, а два ротора (см. фото выше, где РПД показан в разобранном виде). А сам ротор (роторы) немного смещен (эксцентрично) от выходного вала, ось которого расположена строго по центру и передает вращение валу, как бы перекатывая его по кругу.

Вращение передается за счет действия шестерни ротора на шестерню вала (а шестерня вала находится внутри шестерни ротора), причем передаточное число рассчитывается так, что за один оборот ротора вал делает три оборота.

Основные части роторно-поршневого двигателя. Основной частью РПД является ротор в форме треугольника. При этом на каждой из трех слегка выпуклых плоскостей несущего винта имеются образцы (углубления — см. фото), которые изготавливаются на заводе с целью немного увеличить рабочий объем двигателя.

В каждую из трех вершин ротора вставлены уплотнительные пластины, которые герметизируют сам ротор относительно внутренней поверхности картера двигателя и делят внутреннюю полость картера на три камеры. Пластины с большой скоростью трутся о внутреннюю поверхность картера и естественно изнашиваются постепенно. Поэтому их вставляют в верхнюю часть ротора, чтобы при необходимости можно было заменить на новые вместо изношенных.

Также с каждой стороны ротора (ближе к центру — см. фото) имеются уплотнительные кольца, герметизирующие (отделяющие) полость камер от картера. Ну а в самом центре ротора жестко закреплена кольцевая шестерня (зубчатый венец), которая как бы обкатывает меньшую шестерню, прикрепленную к валу двигателя, и вращение передается на выходной вал.

Сам ротор (роторы) размещен в картере, а картер состоит из нескольких пластин, которые жестко соединены друг с другом, образуя несколько отсеков и разделяющих их стенок. Как правило, перегородка делит двигатель на две основные части (полости), каждая из которых имеет свой отдельный ротор (в двигателе обычно два ротора).

Каждая полость имеет вход и выход, а также сложную форму восьмерки, которую непросто изготовить. Кроме того, стенки должны быть выполнены из очень твердого материала, иначе они быстро изнашиваются, а от этого будет падать давление в камерах, а соответственно и мощность мотора.

Сам картер имеет двойную стенку снаружи (как блок обычного ДВС) для циркуляции между стенками охлаждающей жидкости системы охлаждения. А в центре картера имеются отверстия, в которые запрессованы подшипники, на которых висит вал двигателя.

Вал роторного двигателя похож на распредвал обычного двигателя внутреннего сгорания (см. фото), так как имеет эксцентрики, аналогичные кулачкам распредвала обычного двигателя. Вал выполнен так, что эксцентрики расположены на нем с противоположных сторон от вал. А когда при сборке на этих эксцентриках будут установлены два ротора (на подшипниках скольжения), то роторы будут работать в противофазе, помогая друг другу в своей работе.

То есть работа двух роторов будет аналогична работе двух поршней четвертого и второго цилиндров обычного четырехцилиндрового двигателя — один из них находится на начальном этапе впуска рабочей смеси, а другой на этапе выпуска выхлопных газов. И именно за счет того, что роторы сидят на эксцентриках вала, при вращении роторов в противофазе будет вращаться и вал РПД, передавая вращение трансмиссии.

А как же использование роторно-поршневого двигателя на автомобилях — есть ли смысл?

Первым автопроизводителем, установившим РПД на свой автомобиль еще в конце 60-х годов прошлого века, была компания NSU (об их автомобиле, двигателе и автомобилях Mazda смотрите интересное видео под статьей). А производителем автомобилей, сумевшим поставить такие двигатели на поток, используя их на своих автомобилях, является всем известная японская Mazda.

Установленный на некоторых ее автомобилях РПД рабочим объемом всего 1,3 литра способен развивать мощность в 250 лошадей. Но и это еще не все, благодаря постоянному совершенствованию своих роторных двигателей им удалось значительно снизить расход топлива и масла, а главное снизить токсичность. Это позволило вывести автомобили с РПД на европейский рынок, наиболее строгий с точки зрения экологических норм.

Кроме того, в 1995 году был разработан новейший РПД, получивший название RENESIS, что означает «новый жизненный роторный двигатель». Этот двигатель впервые был установлен на новый концепт-кар Mazda RX-01 и показал отличную динамику разгона. Усовершенствованная версия такого мотора была установлена ​​в 1999 году на спортивный концепт-кар «RX-EVOLV». Этот двигатель планируется серийно устанавливать на автомобиль Mazda RX-8.

Большая экономичность нового двигателя достигнута за счет применения более совершенных форсунок и применения боковых окон для отвода выхлопных газов. Также были установлены усовершенствованные свечи зажигания, значительно улучшившие полноту сгорания топлива.

Кроме того, выпускной коллектор выполнен с двойной стенкой, что позволяет повысить температуру выхлопных газов и быстро прогреть каталитический нейтрализатор даже при минусовой температуре окружающего воздуха. Ну и улучшена система смазки с мокрым картером, а количество масла в картере уменьшено вдвое по сравнению с обычными РПД. Ну и помимо идеальной плавности работы нового двигателя улучшен звук выхлопа, что нельзя описать, это нужно услышать.

Многие могут сказать, что несмотря на множество преимуществ, технология производства таких двигателей достаточно сложна и требует новейшего оборудования… А ведь многие высокотехнологичные детали, которые сейчас стоят на многих серийных автомобилях, когда-то казались сложными и не практичны, и использовались только на спортивных автомобилях.

Например, когда это никелированный цилиндр серийного двигателя, или вентилируемые тормозные диски, казалось сложным, дорогим и сложным в реализации, а сейчас на большинстве серийных автомобилей это обычное явление.

Сейчас ведутся работы по использованию водородного топлива на таких двигателях, т.к. роторный двигатель не склонен к детонации и способен работать на водороде, и скорее всего будущее за РПД, поживем увидим.

Говорят, что Феликс Ванкель изобрел роторный двигатель в 17-летнем возрасте. Однако первые чертежи двигателя были представлены Ванкелем только в 1924 году, когда он окончил среднюю школу и начал работать в техническом издательстве. Позже он открыл собственную мастерскую, а в 1927 представил первый двигатель с вращающимся поршнем. С этого момента его двигатель начинает свой долгий путь по подкапотному пространству автомобилей многих марок.

NSU Spider
К сожалению, во время ВОВ роторный двигатель никому не был нужен, так как он не прошел достаточной «обкатки» в автомобильном сообществе, и только после ее завершения чудо-двигатель начинает «ломаться» выйти в народ». В послевоенной Германии первой фирмой, заметившей интересный агрегат, была NSU. Именно двигатель Ванкеля должен был стать ключевой особенностью модели. В 1958 началась разработка первого проекта, а в 1960 году готовая машина была показана на конференции немецких конструкторов.

НСУ Паук поначалу вызывал у дизайнеров лишь смех и легкое недоумение. По заявленным характеристикам двигатель Ванкеля развивал всего 54 л.с. и многие посмеивались над этим, пока не узнали, что разгон до 100 км/ч у этой 700-килограммовой малышки составляет 14,7 секунды, а максимальная скорость — 150 километров в час. Такие характеристики шокировали многих конструкторов автомобилей. Двигатель безусловно произвел фурор в автомобильной среде, но Ванкель на этом не остановился.

NSU Ro-80
Интересно, что не NSU Spider сделал Феликса Ванкеля популярным, а его вторая машина, NSU Ro-80. Он был представлен в 1967 году, сразу после прекращения производства предыдущей модели. Компания решила не медлить и как можно быстрее освоить «роторный рынок». Седан оснащался 1,0-литровым двигателем, развивавшим 115 лошадиных сил. Автомобиль, весивший всего 1,2 тонны, разгонялся до «сотни» за 12,8 секунды и имел максимальную скорость в 180 км/ч. Сразу после выпуска автомобиль получил статус «Авто года», о роторном двигателе стали говорить как о двигателе будущего, а лицензии на производство роторных двигателей Феликса Ванкеля купило огромное количество автопроизводителей.

Однако сам НСУ Ро-80 имел ряд отрицательных качеств, которые были, без преувеличения, масштабными. Расход топлива у Ро-80 был от 15 до 17,5 литров на 100 км, а в топливный кризис просто ужас. Причем неопытные водители очень часто так быстро «убивали» эти хрупкие двигатели, что они не успевали проехать и двух тысяч километров. Но, даже не смотря на это, машина пользовалась бешеной популярностью, а роторный двигатель укрепил свои позиции.

Mercedes C111
В 1970 году на Женевском автосалоне Mercedes представил C111 с роторным двигателем. Правда, он был анонсирован годом раньше, но это был лишь прототип, который, однако, имел просто заоблачные характеристики. Автомобиль оснащался трехсекционным двигателем объемом 1,8 литра мощностью 280 лошадиных сил. Mercedes C111 разгонялся до 100 км/ч за 5 секунд и имел максимальную скорость 275 км/ч.

Представленная в Женеве версия даже превзошла эти показатели: максимальная скорость составляла 300 километров в час, а до отметки 100 км/ч можно было добраться за 4,8 секунды. При этом роторный двигатель выдавал целых 370 лошадиных сил. Этот автомобиль был уникален по своей сути и пользовался просто огромной популярностью у автомобилистов, но Mercedes не собирался снова пускать С111 на конвейер из-за чрезмерно прожорливого двигателя. К сожалению, машина так и осталась на стадии прототипа, тем самым практически похоронив роторный двигатель.

Мазда космо спорт
Казалось бы, роторный двигатель канул в лету и окончательно скрылся из виду, если бы не японцы, пристально наблюдавшие за детищем Ванкеля. Mazda Cosmo Sport стала первым автомобилем компании из Страны восходящего солнца, который был оснащен этим замечательным двигателем. В 1967 году началось серийное производство этого автомобиля, и оно не увенчалось успехом – свет увидели всего 343 машины. Это связано с ошибкой в ​​конструкции автомобиля: изначально Cosmo Sport имел 1,3-литровый двигатель мощностью 110 лошадиных сил, разгонялся до 185 км/ч с помощью 4-ступенчатой ​​механической коробки передач, но имел обычную тормозную систему и, как показалась разработчикам слишком короткой колесной базой.

В 1968 году японцы выпустили вторую серию Mazda Cosmo Sport, которая получила 128-сильный роторный двигатель, 5-ступенчатую механическую коробку передач, улучшенные 15-дюймовые тормоза и более длинную колесную базу. Теперь машина лучше чувствовала себя на дороге, разгонялась до 190 км/ч и имела хорошие продажи. Всего было выпущено около 1200 автомобилей.

Mazda Parkway Rotary 26
Mazda настолько понравился двигатель Феликса Ванкеля, что в 1974 году родился Parkway Rotary 26 — единственный в мире автобус с роторным двигателем. Он был оснащен 1,3-литровым агрегатом, который выдавал 135 л. из. и, что немаловажно, обладал низким уровнем содержания вредных веществ в выхлопных газах.

Вместе с 4-ступенчатой ​​механической коробкой передач 3-тонный автобус мог легко набирать скорость 160 км/ч и имел достаточно вместительный салон… Цифра 26 в названии означала количество мест на автобус, но была и люксовая версия на 13 человек. Модель отличалась низким уровнем вибрации и тишиной в салоне, что обеспечивалось плавной работой роторного двигателя. Производство модели завершилось в 1976 году, но, к слову, машина пользовалась довольно большой популярностью.

Mazda RX-8
С производством автомобилей с роторным двигателем «Мазда» не останавливалась вплоть до XXI века. А спортивное четырехместное заднеприводное купе с распашными дверями без стойки Mazda RX-8 стало настоящей иконой для автомобилистов. Последняя версия автомобиля оснащалась 1,3-литровым двигателем мощностью 215 л.с. из. и 6-ступенчатым автоматом, а также 1,3-литровым двигателем мощностью 231 л.с. из. с крутящим моментом 211 Нм и 6-МКПП. Кроме того, это, несомненно, самый красивый член семейства роторных.

Казалось, что на смену RX-7 пришла единственная серийная модель с роторным двигателем, которая останется живым символом этого изобретения, но с 2004 года продажи купе стали падать. Настолько, что к 2010 году сократить с 25 000 автомобилей до 1 500 в год. Mazda попыталась спасти положение, но инженеры компании не смогли исправить все проблемы — повысить экологичность, снизить вес, снизить расход топлива и улучшить крутящий момент. Кроме того, начавшийся кризис вынудил японцев отказаться от вложений денег в проект, не приносящий отдачи. Поэтому в августе 2011 года было объявлено о снятии с производства Mazda RX-8.

«ВАЗ-2109-90»
Однажды была байка: мол, на скорости 200 км/ч «девятка» ГИБДД догоняет летящий Мерседес. И многие восприняли эту историю как шутку. Но в каждой шутке есть доля правды. И определенно в этой забавной истории правды гораздо больше, чем лжи. В России также выпускались автомобили с роторным двигателем. В 1996 году был разработан опытный образец ВАЗ-2109-90 с роторно-поршневым двигателем большой мощности. Указывалось, что по динамическим и скоростным качествам автомобиль должен превосходить все модели автомобилей отечественного производства. Ведь под капотом «девятки» был установлен 140-сильный роторный двигатель, который разгонял машину до 100 км. /ч всего за 8 секунд и имел максимальную скорость 200 км/ч. Вдобавок ко всему, в багажнике установили топливный бак емкостью 39 л.литров, потому что расход бензина был огромным. Благодаря этому можно было проехать из Москвы в Смоленск и обратно без дозаправки.

Позже были представлены еще 2 «заряженные» модификации «девятки»: роторный двигатель, развивающий 150 лошадиных сил, и форсированный вариант с 250 «кобылами». Но из-за такой избыточной мощности агрегаты очень быстро пришли в негодность – всего 40 тысяч километров пробега. Правда, в России этот тип автомобилей не прижился из-за высокой цены автомобиля, большого расхода топлива и высоких затрат на обслуживание.

Обычно «сердцем» машины является цилиндро-поршневая система, то есть в ее основе лежит возвратно-поступательное движение, но есть и другой вариант — роторный двигатель авто .

Роторные двигатели автомобилей — основное отличие

Основная сложность в работе двигателя внутреннего сгорания с классическими цилиндрами заключается в преобразовании возвратно-поступательного движения поршней в крутящий момент, без которого колеса не будут вращаться. Именно поэтому с момента создания первого ученые и механики-самоучки ломали голову над тем, как сделать двигатель с исключительно вращающимися узлами. Это удалось немецкому специалисту по самородкам Ванкелю.

Первые эскизы были разработаны им в 1927 году, после окончания средней школы. Позже механик купил небольшую мастерскую и взялся за свою идею. Результатом многолетней работы стала действующая модель роторного двигателя внутреннего сгорания, созданная в сотрудничестве с инженером Вальтером Фройде. Механизм получился похожим на электродвигатель, то есть в его основе лежал вал с треугольным ротором, очень похожим на треугольник Рело, который был заключен в камеру овальной формы. Углы упираются в стены, создавая с ними герметичный подвижный контакт.

Полость статора (корпуса) разделена сердечником на число камер, соответствующее числу его сторон, и за один оборот ротора отрабатываются: впрыск топлива, зажигание, выхлоп эмиссия. На самом деле их, конечно, 5, но двумя промежуточными, сжатием топлива и расширением газа, можно пренебречь. За один полный цикл приходится 3 оборота вала, а если учесть, что два ротора обычно устанавливаются в противофазе, то автомобили с роторным двигателем имеют в 3 раза большую мощность, чем классические цилиндро-поршневые системы.

Насколько популярен роторный дизельный двигатель?

Первыми автомобилями, на которые был установлен ДВС Ванкеля, были автомобили NSU Spider 1964 года выпуска, мощностью 54 л.с., что позволяло разгонять автомобили до 150 км/ч. Далее в 1967 году была создана скамья версия седана НСУ Ро-80, красивая и даже элегантная, с зауженным капотом и чуть более высоким багажником. Он так и не пошел в серийное производство. Однако именно этот автомобиль подтолкнул многие компании к покупке лицензий на роторный дизель. К ним относятся Toyota, Citroen, GM, Mazda. Новинка нигде не прижилась. Почему? Это было связано с его серьезными недостатками.

Объем камеры, образованной стенками статора и ротора, значительно превышает объем классического цилиндра, топливно-воздушная смесь неравномерна … Из-за чего даже при использовании синхронного разряда двух свечей, полное сгорание топлива не обеспечивается. В результате двигатель внутреннего сгорания неэкономичен и не экологичен. Именно поэтому, когда разразился топливный кризис, NSU, делавшая ставку на роторные двигатели, была вынуждена слиться с Volkswagen, где отказались от дискредитировавших себя Ванкелей.

Mercedes-Benz выпустил всего две машины с ротором — С111 первой (280 л.с., 257,5 км/ч, 100 км/ч за 5 секунд) и второй (350 л.с., 300 км/ч, 100 км/ч) за 4,8 сек) генерация. Chevrolet также выпустил два тестовых автомобиля Corvette с двухсекционным двигателем мощностью 266 л.с. и с четырехсекционным 390 л.с., но все ограничилось их демонстрацией. За 2 года, начиная с 1974 года, Ситроен выпустил 874 автомобиля citroen GS Birotor мощностью 107 л.с., затем их отозвали на ликвидацию, но около 200 осталось у автомобилистов. А это значит, что вполне вероятно встретить их сегодня на дорогах Германии, Дании или Швейцарии, если, конечно, их владельцам дан капитальный ремонт роторного двигателя.

Mazda смогла наладить самое стабильное производство, с 1967 по 1972 год было выпущено 1519 автомобилей Cosmo, воплощенных в две серии 343 и 1176 автомобилей. В этот же период в серийное производство было запущено купе Luce R130. «Ванкели» начал делать ставку на все без исключения модели mazda с 1970 года, включая автобус Parkway Rotary 26, развивающий скорость до 120 км/ч при массе 2835 кг. Примерно в то же время в СССР началось производство роторных двигателей, правда, без лицензии, а потому до всего дошли умом на примере разобранной Ванкеля с НСУ Ро-80.

Разработка велась на заводе ВАЗ. В 1976 году был качественно изменен двигатель ВАЗ-311, а спустя шесть лет начала серийно выпускаться марка ВАЗ-21018 с ротором мощностью 70 л.с. Правда, вскоре на всю серию поставили поршневой двигатель внутреннего сгорания, так как все Ванкели ломались при обкатке, и роторный двигатель пришлось заменить. С 1983 года с конвейера стали сходить модели Ваз-411 и Ваз-413 мощностью 120 и 140 л.с. соответственно. Ими были укомплектованы отряды ГИБДД, МВД и КГБ. В настоящее время роторы обслуживает исключительно Mazda.

Возможен ли ремонт роторного двигателя своими руками?

Самостоятельно что-либо сделать с ДВС Ванкеля достаточно сложно. Самое доступное действие – замена свечей. На первых моделях они монтировались непосредственно в неподвижный вал, вокруг которого вращался не только ротор, но и сам корпус. В дальнейшем, наоборот, статор сделали стационарным, установив в его стенку 2 свечи напротив впрыскивающего и выпускного клапанов. Любые другие ремонтные работы, если вы привыкли к классическому поршневому двигателю внутреннего сгорания, практически невозможны.

Двигатель Ванкеля имеет на 40% меньше деталей, чем стандартный ДВС, в основе которого лежит ЦПГ (цилиндропоршневая группа).

Опорные вкладыши валов меняем, если начинает просвечиваться медь, для этого снимаем шестерни, заменяем и снова напрессовываем шестерни. Затем осматриваем сальники и при необходимости меняем и их. При ремонте роторного двигателя своими руками будьте внимательны при снятии и установке пружин маслосъемных колец, передние и задние отличаются по форме. Торцевые пластины при необходимости также заменяются, и они должны быть установлены в соответствии с буквенной маркировкой.

Угловые уплотнения в первую очередь монтируются с лицевой стороны ротора, их желательно смазывать зеленой смазкой Castrol для фиксации при сборке механизма. После установки вала устанавливаются задние угловые уплотнения. Нанесите прокладки на статор и смажьте их герметиком. Вершины с пружинами вставляются в угловые уплотнения после размещения ротора в корпусе статора. В последнюю очередь прокладки передней и задней секций смазывают герметиком перед креплением крышек.

Главной особенностью любого роторно-поршневого двигателя можно считать использование специального ротора (поршня), имеющего три грани, который вращается внутри специального цилиндра по эпитрохоиде (однако возможны и другие формы цилиндров). Постараемся подробно разобрать конструкцию РПД, его преимущества и недостатки перед другими типами двигателей.

Конструктивные особенности роторно-поршневых двигателей Wenckel

Впервые этот тип двигателя был разработан в 1957 двумя инженерами: Вальтером Фройде и Феликсом Ванкелем. На вал установлен ротор, имеющий жесткое соединение со специальной шестерней. Это колесо входит в зацепление со статором, который выглядит как стационарная шестерня. Диаметр ротора больше диаметра статора, что позволяет зубчатому колесу полностью обкатывать статор. Каждая вершина граней ротора движется по эпитрохоидальной поверхности и разделяет три постоянно меняющихся объема.

Данная конструкция позволяет выполнять действия всех четырех мер любого из существующих двигателей внутреннего сгорания, причем без использования механизма, отвечающего за газораспределение. Камеры сгорания уплотнены с помощью специальных пружинных лент и пластин, которые прижимаются к поверхности цилиндра давлением, создаваемым газом. Поскольку роторно-поршневой двигатель не имеет ремня ГРМ, это делает его конструкцию намного проще, чем у любого другого двигателя. Кроме того, отсутствие различных тяжелых элементов, таких как шатуны и коленчатый вал, позволяют сделать его намного меньше, а мощность увеличивается. Один оборот такого двигателя равен одному циклу, что можно сравнить с полным оборотом двухцилиндрового поршневого двигателя.

Подача топлива в камеру сгорания, смазка движущихся частей двигателя, охлаждение и пуск осуществляются так же, как и на обычном двигателе внутреннего сгорания. Расход топлива может варьироваться от

Видео — Как работает РДП

Преимущества и недостатки РДП

Преимущества

1. Во-первых, у этого мотора самый низкий уровень вибрации. Его конструкция абсолютно сбалансирована и делает управление легковым автомобилем намного комфортнее.

2. Очень высокие динамические характеристики. Такой двигатель позволяет разогнать автомобиль на первой передаче до 100 километров в час при малой нагрузке на механизмы. Двигатель длительное время поддерживает скорость до 8000 об/мин.

3. Движущиеся части очень легкие, а ротор двигателя обеспечивает мощность на всех четвертях каждого оборота. Это позволяет достичь достаточно высокой удельной мощности, в отличие от обычного поршневого двигателя. Для сравнения, роторно-поршневой двигатель рабочим объемом 1,3 литра выдает мощность, равную 220 лошадиным силам, тогда как обычный поршневой двигатель того же рабочего объема выдает мощность, не превышающую 100 лошадиных сил.

4. Вместо сотен различных деталей в роторно-поршневых двигателях используется всего 2-3 десятка. Кроме того, размер и вес РПД намного меньше, чем у обычных шатунных и коленчатых двигателей.

недостатки

1. Соединение вала ротора с выходным валом посредством эксцентрикового механизма вызывает слишком большое давление между соединенными трющимися частями. Это приводит к ненужному перегреву двигателя и повышенному износу деталей механизма. В связи с этим возникает острая необходимость в периодической замене масла и уплотнительных элементов. Если эти требования выполнять в соответствии с регламентом, то ресурс двигателя значительно увеличится, в противном случае происходит поломка, которая непременно выведет агрегат из строя. .

2. Камера сгорания имеет форму линзы, а это значит, что при очень малом объеме она имеет очень большую площадь. Все это приводит к образованию лучистой энергии, которая бесполезно влияет на работу двигателя, а также приводит к чрезмерному перегреву. Таким образом, значительно снижается КПД двигателя, что не позволяет использовать его в полной мере.

3. На пониженной передаче такой двигатель имеет очень высокий расход топлива по сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания.

4. Площадь контакта уплотнений с вращающимися деталями быстро уменьшается, что свидетельствует о быстром износе уплотнений, что способствует утечке смазки и попаданию масла в камеру сгорания. В результате выхлоп очень токсичен, а срок службы двигателя быстро сокращается. Тем не менее эта проблема была устранена за счет использования при изготовлении РПД высоколегированных сталей.

5. В связи с жесткими требованиями к геометрии всех частей механизма возникает потребность в высокоточном оборудовании для изготовления таких двигателей. Это усложняет и удорожает производственный процесс.

Где используются роторно-поршневые двигатели?

Изначально разработка роторно-поршневых двигателей велась для спортивных автомобилей. Ведь для гоночных автомобилей не так важен большой ресурс, так как ремонт поршневых двигателей также требовался после первого запуска.

В серийном производстве РПД устанавливался на автомобили немецкого производства. Это был седан представительского класса NSU Ro 80. Автомобиль был достаточно современным для своего времени, так как обладал привлекательным дизайном и хорошими аэродинамическими свойствами. Однако из-за серьезных недостатков роторно-поршневые двигатели, связанные со слишком частым обслуживанием, получили отрицательную оценку, в связи с чем стали оснащаться обычными поршневыми двигателями. Это связано с тем, что двигатель приходил в негодность после 50 тысяч километров пробега, что было малозатратным показателем.

В настоящее время роторно-поршневые двигатели производят только два завода в мире — это ВАЗ (Россия) и Mazda (Япония).

› Роторный двигатель

Роторный двигатель: принцип работы

Принцип работы роторного двигателя. Роторный двигатель был изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля.

Роторный двигатель, как и традиционный поршневой двигатель, является двигателем внутреннего сгорания, но работает совершенно по-другому. В поршневом двигателе в одном и том же объеме пространства (в цилиндре) поочередно происходят четыре различных работы — впуск, сжатие, сгорание и выпуск (такты).

Роторный двигатель делает эти четыре такта в одном объеме (камере), но каждый из этих тактов происходит в своей отдельной части этой камеры. Это как если бы для каждого цикла использовался отдельный цилиндр, и поршень перемещался бы от одного цилиндра к другому.
Принцип работы роторного двигателя.

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, которое создается за счет сжигания смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях это давление накапливается в цилиндрах и перемещает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, которое можно использовать для поворота колес автомобиля.

В роторном двигателе давление сгорания содержится в камере, образованной частью объема камеры с закрытой стороной треугольного ротора, который используется в данном случае вместо поршней.

Роторный двигатель

Роторный двигатель Mazda RX-7 Ротор и корпус: Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны, шатуны и распределительные валы в поршневых двигателях.

Ротор соединяется со стенками камеры в каждой из трех ее вершин, создавая три отдельных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Цепная реакция засасывает воздух и топливо в рабочую камеру, сжимает смесь, расширяясь, совершает полезную работу, затем выталкиваются выхлопные газы, всасывается новая порция воздуха и топлива и так далее.

Мы заглянем внутрь роторного двигателя, чтобы понять, как он работает, но сначала давайте взглянем на новые модели транспортных средств с роторным двигателем.

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторными двигателями. Спорткар RX-7, поступивший в продажу в 1978 году, был, пожалуй, самым успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторной силовой установкой, начиная с Cosmo Sport 1967 года.

Однако RX-7 не продается с 1995 года, но идея роторного двигателя не угасла. Mazda RX-8, новейший спортивный автомобиль Mazda, оснащен новейшим роторным двигателем RENESIS. Этот безнаддувный двухроторный двигатель, названный лучшим двигателем 2003 года, развивает мощность около 250 лошадиных сил.

Конструкция роторного двигателя.

Роторный двигатель имеет систему зажигания и впрыска топлива, очень похожую на ту, что используется в поршневых двигателях. Однако, если вы никогда не видели внутренности роторного двигателя, то будьте готовы удивиться, ведь ничего знакомого вы не увидите.

Ротор имеет три выпуклые стороны, каждая из которых действует как поршень.
Каждая сторона ротора имеет углубление, которое увеличивает скорость ротора в целом, обеспечивая больше места для топливно-воздушной смеси.

В верхней части каждой стороны находится металлическая пластина, образующая камеры, в которых работает двигатель. Стенки этих камер образуют два металлических кольца с каждой стороны ротора. В середине ротора находится круг с множеством зубцов. Они соединены с исполнительным механизмом, прикрепленным к выходному валу. Это соединение определяет траекторию и направление движения ротора внутри камеры.

Камера двигателя имеет приблизительно овальную форму (а если быть точным, то это эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, представляющую собой плоскую кривую, образованную неподвижной точкой круга, катящегося по другому кругу). Форма камеры разработана таким образом, что три вершины ротора всегда соприкасаются со стенкой камеры, образуя три замкнутых объема газа.

В каждой части камеры происходит одно из четырех сокращений:

Вход
Компрессия
Горение
Выпуск
Впускное и выпускное отверстия расположены в стенках камеры и клапанов на них нет. Выпускное отверстие соединяется непосредственно с выхлопной трубой, а впускное отверстие напрямую соединяется с газом.

Выходной вал

Выходной вал имеет полукруглые выступы кулачка, которые смещены от центра, т. е. смещены от осевой линии вала. Каждый ротор скользит по одному из этих выступов. Выходной вал аналогичен коленчатому валу в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает собственный кулачок.

Так как кулачки установлены несимметрично, сила, с которой на них давит ротор, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.
Теперь давайте посмотрим, как взаимодействуют эти части.

Конструкция роторного двигателя

Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторные двигатели состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе длинными болтами, расположенными по кругу. Теплоноситель проходит через все части конструкции.

Два внешних слоя закрыты и содержат подшипники выходного вала. Они также герметизированы в основных секциях камеры, где находятся роторы. Внутренняя поверхность этих деталей очень гладкая и помогает роторам работать. Секция подачи топлива расположена в конце каждой из этих частей.

Следующий слой содержит сам ротор и выхлопную часть.

Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной на каждый ротор. Он также разделяет два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.

В центре каждого ротора находятся две большие шестерни, которые вращаются вокруг меньших шестерен и прикреплены к корпусу двигателя. Это орбита вращения ротора.

Мощность роторного двигателя

Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, как и обычный поршневой двигатель. А вот в роторном все происходит совсем по-другому.

Сердцем роторного двигателя является ротор. Это несколько эквивалентно поршню в поршневом двигателе. Ротор установлен на большом закругленном лепестке выходного вала. Этот лепесток смещен от осевой линии вала и действует как кривошип на лебедке, давая ротору место для вращения выходного вала. В то время как ротор вращается внутри корпуса, он проталкивает лепесток внутрь жестких кругов, вращаясь 3 раза за каждый оборот ротора.
При вращении ротора в корпусе три отсека внутри меняют свой размер. Изменение размера этих камер создает давление. Пройдемся по всем 4 моторным отсекам.

Первая фаза начинается, когда верхняя часть ротора находится на уровне отсека подачи. В тот момент, когда кормовая камера открыта для основного отсека, объем этой камеры близок к минимуму. Как только ротор проходит камеру подачи, объем камеры расширяется и впрыскивает воздух/топливо в основной отсек. Как только ротор проходит камеру подачи, отсек полностью изолируется и начинается сжатие.

Сжатие

По мере того, как ротор продолжает движение через основной отсек, пространство в отсеке становится меньше, и воздушно-топливная смесь сжимается. Как только ротор проходит отсек свечи зажигания, объем камеры снова уменьшается до минимума. В это время смесь воспламеняется.

Сгорание

Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания достаточно длинная, одной свечи мало. Как только свечи зажигания зажгут воздушно-топливную смесь, давление в отсеке резко возрастет, приводя в движение ротор. Давление в камере сгорания продолжает расти, вызывая движение ротора и расширение отсека. Газы от сгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока ротор не пройдет выхлопное отделение.

После того, как ротор прошел выпускной отсек, продукты сгорания под высоким давлением свободно перетекают в выхлопную трубу… По мере того, как ротор продолжает двигаться, камера начинает сжиматься, вытесняя оставшиеся выхлопные газы в свободный отсек. К этому времени объем камеры снова падает до минимума, и цикл начинается заново.

Отличия и проблемы

Роторный двигатель имеет много отличий от обычного поршневого двигателя.

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет гораздо меньше деталей, чем, скажем, 4-цилиндровый поршневой двигатель. Двухроторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-цилиндровый поршневой двигатель имеет не менее 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, шток, клапаны, коромысла, пружины клапанов, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимальное количество движущихся частей позволяет роторным двигателям достичь более высокой надежности. Вот почему некоторые производители самолетов (например, Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.

Мягкость

Все части роторного двигателя постоянно вращаются в одном и том же направлении, в отличие от постоянно меняющегося направления поршней в обычном двигателе. Роторный двигатель использует сбалансированные вращающиеся противовесы для подавления любых вибраций. Отдача мощности в роторном двигателе также мягче. Каждый цикл сгорания происходит за один оборот ротора на 90 градусов, выходной вал совершает три оборота на каждый оборот ротора, каждый цикл сгорания занимает 270 градусов, за которые поворачивается выходной вал. Это означает, что один роторный двигатель производит три четверти мощности. По сравнению с одноцилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота или только четверть оборота коленчатого вала.

Медлительность

Из-за того, что роторы вращаются на одну треть оборота выходного вала, основные части двигателя вращаются медленнее, чем детали в обычном поршневом двигателе. Это также помогает с надежностью.

Проблемы

Наиболее важные проблемы в производстве роторных двигателей:

Трудно (но не невозможно) адаптироваться к нормам выбросов CO2 в окружающую среду, особенно в США.