Принцип работы роторного двигателя

Для того чтобы понять, почему промышленники перестали оснащать автомобили данным типом силового агрегата, полезно ознакомиться с принципом работы роторного двигателя. Зная основные характеристики, конструкцию, преимущества и недостатки, изучив типы РПД, можно оценить перспективы и вероятность дальнейшего серийного производства 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

Принцип работы роторного двигателя

Роторный двигатель работает по схеме, отличной от технологии, характерной для стандартного двигателя внутреннего сгорания с поршнями в качестве основного подвижного элемента. Также силовые агрегаты имеют разную конструкцию.

По аналогии с поршневым двигателем принцип работы РПД основан на преобразовании энергии, получаемой в результате сгорания топливовоздушной смеси. В первом случае давление, создаваемое в цилиндрах при сгорании топлива, заставляет двигаться поршни. Возвратно-поступательные движения шатуна и коленчатого вала преобразуются во вращательные движения, приводящие во вращение колеса.

Ротор движется во внутренней полости овальной капсулы, передавая мощность на сцепление и коробку передач. Благодаря своей треугольной форме он выжимает энергию из топлива, направляя ее через трансмиссию на колесную систему. Обязательным условием является использование в качестве материала легированной стали.

Внутри цилиндра, где расположен ротор, происходят следующие процессы:

1. топливно-воздушная смесь сжимается;
2. впрыскивается очередная доза топлива;
3. поступает кислород;
4. воспламеняется топливо;
5. сгоревшие элементы отправляются в розетку.

Треугольный ротор закреплен на специальном механизме. При запуске двигателя он совершает специфические движения, не вращательные, а как бы бегущие внутри овальной капсулы.

Благодаря своей форме он образует в теле 3 изолированные камеры.

Они имеют следующие процессы:

• топливо подается в первую полость через входное отверстие и всасывается кислород, образуя при смешении смесь воздуха и топлива;
• сжатие и воспламенение происходят во втором отсеке;
• продукты сгорания вытесняются из третьей камеры.

Схема устройства РПД

В конструкцию РПД входят следующие элементы:

1. Ротор с 3 выпуклыми гранями, выполняющими роль поршня. За счет углублений увеличивается скорость вращения, образуется больше места для топливовоздушной смеси.
2. Металлические пластины прикреплены к верхней части каждой стороны. Его назначение – образование полостей в корпусе, где происходят рабочие процессы силовой установки.
3. 2 металлических кольца по бокам ротора служат для образования стенок камеры.
4. В центре конструкции находятся 2 больших колеса с большим количеством зубьев, которые вращаются вокруг шестерен меньшего диаметра. Зубчатая передача соединена с приводным устройством, установленным на выходном валу. От этой связи зависит направление и траектория движения внутри камеры.
5. Корпус ротора. Он выполнен в виде условного овала. Такая конфигурация обеспечивает постоянный контакт вершин треугольника со стенками капсулы, создавая 3 изолированных газовых объема.
6. Инжекторные и выхлопные окна. У них нет клапанов. Вход соединен с системой подачи топлива, а выход – с выхлопной трубой.
7. Выходной вал эксцентриковой конструкции. Он имеет специальные кулачки, смещенные от центральной линии. На каждый из этих выступов ставится отдельный ротор. Из-за асимметричной установки происходит неравномерное распределение усилия прессования. Это приводит к созданию крутящего момента, который обеспечивает стабильную работу силовой установки на основе оборотов вала.

5 основных слоев, скрепленных по окружности длинными винтами, составляют стандартную конструкцию двухроторного двигателя. Это создает условия для свободной циркуляции теплоносителя внутри системы. Подвижные части, представленные 2 роторами и эксцентриковым выходным валом, расположены между 2 неподвижными секциями.

Мощность и ресурс

По сравнению со стандартным двигателем внутреннего сгорания роторный агрегат характеризуется более высокой удельной мощностью, измеряемой в л.с./кг. Это связано с меньшей массой подвижных частей, из которых состоит конструкция РПД. Обоснование: отсутствие газораспределительного механизма, клапанной системы, коленчатого вала и шатунов.

Также однороторный двигатель преобразует энергию сгорания топлива во вращательное движение за ¾ такта рабочего цикла. Для поршневых двигателей этот показатель снижается до ¼.

В результате при рабочем объеме 1,3 литра современный серийный РПД развивает мощность до 220 л.с. А если базовую конструкцию дополнить турбинным наддувом, то и до 350 л.с.

До 2011 года только японские производители концерна Mazda выпускали автомобили с роторными двигателями. А потом сняли агрегат с производства. Вероятная причина — заниженный ресурс силовой установки. До первого капремонта автомобили проезжают всего 100 тыс км. При аккуратной манере вождения и бережном отношении пробег увеличивается до 200 тыс км.

Уязвимым звеном являются уплотнения ротора, которые страдают от перегрева и высоких нагрузок. Помимо этих факторов, на них негативно влияет детонация и износ подшипников, расположенных на эксцентриковом валу.

Впервые автомобиль с роторной силовой установкой вышел на трассу для испытаний в 1958 году. У истоков его создания стоит Феликс Ванкель, имя которого часто называют РПД.

Игнорируя преимущества изобретения немецкого инженера, работавшего над ним вместе с коллегой-единомышленником Вальтером Фройде, многие автопроизводители не решились устанавливать новинку в серийные модели своих автомобилей.

К ним не относится Mazda, выпустившая первую версию автомобиля с роторной силовой установкой в ​​1967 году.

Достоинства РПД

Преимущества РПД:

1. Высокий КПД до 40%. Обоснование: 1 оборот эксцентрикового вала соответствует 3 рабочим циклам.
2. Упрощенный дизайн. В нем отсутствуют многие узлы, характерные для поршневых двигателей внутреннего сгорания, в том числе газораспределительный механизм, шатуны, клапаны и др.
3. Высокая ротация. Двигатель на основе треугольного элемента ротора вращается до 10 тысяч об/мин.
4. Плавная работа без вибраций. Объяснением является устойчивая ориентация движения ротора в одном направлении.
5. Детонационная стойкость. Это позволяет использовать водород во время работы.
6. Компактные размеры. По сравнению с поршневыми агрегатами габариты РПД в 2 раза меньше. Следствием этого является небольшой вес полностью укомплектованной конструкции и наличие свободного места для комфортного расположения водителя и пассажиров.
7. Никаких дополнительных нагрузок при увеличении числа оборотов. Учитывая этот фактор, можно разогнать автомобиль до 100 км/ч на пониженной передаче.
8. Остаток средств. Он позволяет более эффективно балансировать автомобиль, создавая стабильную устойчивость на любом дорожном покрытии.

Недостатки РПД

Конструкторы, разрабатывавшие роторную силовую установку, не смогли устранить недостатки:

1. Основным недостатком создателей автолюбители считают ограниченный ресурс двигателя, оправданный конструктивными особенностями. Постоянные изменения рабочего угла наконечников вызывают их ускоренный износ.
2. Срок годности заканчивается быстрее из-за колебаний температуры, сопровождающих каждый цикл. В сочетании с нагрузками, которым подвергаются трущиеся детали, они наносят непоправимый ущерб функциональным узлам и материалам. Проблему можно решить, впрыскивая минеральную смазку непосредственно в коллектор.
3. Поскольку внутренние полости камер имеют серповидную форму, содержащееся в них топливо не сгорает полностью. Ротор, вращающийся со скоростью с ограниченной длиной хода, толкает горячие газы к выпускному отверстию. Наличие фрагментов масла в продуктах сгорания приводит к токсичности выбросов.
4. Недостаточная герметичность конструкции, вызванная износом уплотнений, является причиной протечек между отсеками с большими перепадами давления между отсеками. В результате снижается эффективность и увеличивается ущерб окружающей среде.
5. Высокий расход топлива. По сравнению с поршневым двигателем роторный агрегат расходует намного больше топлива (20 литров на 100 км) и масла (1 литр на 1 тыс км). Забывчивость водителя, пропустившего очередную заправку смазкой, приводит к внеплановому капитальному ремонту или полной замене двигателя.
6. Для производства РПД используется высокоточное оборудование. К качеству материалов также предъявляются повышенные требования. В результате конечная стоимость роторного двигателя увеличивается.

Машины с роторным двигателем

К разработке усовершенствованных концепций силовой установки с основным конструктивным элементом в виде подвижного ротора привлекались и российские конструкторы, в том числе Зуев, Желтышев, ингушские изобретатели, братья Ахриевы.

Игнорируя инновации, двигатели Ванкеля до сих пор устанавливают на автомобили.

Модели РПД включают:

1. Мазда РХ-8. Конструкторское бюро японской компании добилось успехов в усовершенствовании. Его последняя разработка объемом 1,3 литра развивает 215 л.с. Более поздняя версия того же объема выдает 231 л.с. Производство было остановлено в августе 2011 года в связи со снижением спроса.
2. ВАЗ 2109-90. Такие машины использовались в служебных целях сотрудниками российских правоохранительных органов. Полицейские машины за 8 секунд могли разгоняться до 100 км/ч и развивать скорость 200 км/ч, легко обгоняя преступников. Выпускались также агрегаты большей мощности. Но высокая цена и малый ресурс не позволили РПД прижиться, и полиции пришлось пересесть на автомобили с поршневыми двигателями.
3. Мерседес С-111. Впервые он был представлен автолюбителям на автосалоне в Женеве в 1970 году. Спорткар был оснащен трехкамерным двигателем Ванкеля. Максимальная скорость составляла 275 км/ч. Ему понадобилось 5 секунд, чтобы разогнаться до первой сотни.
4. ВАЗ 21019 Аркан. Также модель была закуплена для нужд МВД. Обогнать на таких машинах советских полицейских и тем более уйти от преследования было невозможно. Большинство процессов заканчивались поимкой виновных. Объяснение этому — способность служебных автомобилей развивать максимальную скорость 160 км/ч. Трехсекционный двигатель объемом 1,3 литра выдавал 120 л.с.

Роторный двигатель – отличный вариант для спортивных и гоночных автомобилей, где не требуется большой ресурс. Скоростные и мощностные показатели позволяют надеяться, что промышленники обратят на него внимание и с небольшими доработками снова начнут выпускать автомобили с двигателями Ванкеля.

Классификация роторных двигателей | Роторные двигатели

Ни в традиционной книжно – журнальной литературе, ни в обширных залежах интернет – сайтов нет серьезных и развернутых исследований в отношении такой перспективно продуктивной области технических устройств как роторные двигатели. Настоящий сайт усилиями его автора попытается заполнить этот пробел в истории техники и в сфере её нынешнего развития.

Безраздельно властвующие сегодня в мировой технике поршневые двигатели с линейным возвратно — поступательным движением поршня имеют огромные недостатки, которые невозможно преодолеть в принципе никакими конструкционными ухищрениями, никакими «электронными обвесами», никаким тюнингом. Поэтому мировая техническая мысль не менее ста лет пытается найти достойную альтернативу поршневым двигателям внутреннего сгорания. Надо сказать, что в области машин с выводом мощности на вал вращения (не реактивные двигатели) поршневой мотор уже давно вытеснен из многих сфер применения. В стационарных установках это место давно и прочно занял электрический мотор, а в авиации — газотурбинный двигатель, в энергетических установках больших мощностей – на крупных электростанциях и в быстроходных судовых силовых машинах надежно работают паровые турбины. Надо сказать, что все эти типы двигателей относятся к роторным машинам – в них главный рабочий орган совершаетпростое вращательное движение.

С точки зрения кинематики механической схемы и динамики термодинамических процессов – это самый простой, эффективный тип движения. Но вот в области поршневых двигателей внутреннего сгорания, которые безраздельно господствуют в области мобильных моторов малой и средней мощности, все еще безальтернативно применяется малоэффективный метод движения главных рабочих органов – поршней в цилиндрах по типу возвратно – поступательного движения. При этом подобные моторы для преобразования возвратно – поступательного движения поршня во вращательное движение рабочего вала используют кривошипно — шатунный механизм. Главные характеристики такого механизма- высокая динамическая нагруженность знакопеременными нагрузками от возвратно – поступательных движений, значительные размеры и сложность в изготовлении. Именно несовершенный способ организации технологических процессов в поршневом двигателе и своеобразный режим работы кривошипно-шатунного механизма, приводят к плохому (пульсирующему) режиму крутящего момента поршевых моторов. Именно обладание таким некачественным типом крутящего момента требует от поршневых ДВС обязательногоприменения на транспортных средствах коробки передач.
Массовый потребитель неудовлетворён тяговыми и стартовыми возможностями традиционных поршневых двигателей, поэтому многие из владельцев автомобилей прибегают к разным типам «тюнинга двигателя«, чтобы повысить мощность и приемистость своих моторов.

Надо сказать, что подобная организация рабочих процессов и типов движений досталась современным двигателям внутреннего сгорания от паровых машин 19-го века, которые по своей сути были крайне малоэффективными машинами, а первые двигатели внутреннего сгорания в 60-х и 70-х годах позапрошлого века были именно копиями паровых машин, которые унаследовали от паровиков очень многие их родовые недостатки…
Выражаясь современным языком — создатель первого ДВС французский техник Ленуар в 60-х годах 19-го века совершил средней сложности тюнинг парового поршневого двигателя и у него получился поршневой атмосферный ДВС, работающий без сжатия.

Постараемся ответить на трудный вопрос — почему же наиболее массовая область техники – транспортное двигателестроение до сих пор оказывается в положении заповедника устаревших инженерных решений и архаических конструкций? И возможно ли мировому техническому прогрессу выбраться из этого более чем векового застоя?

Ответ на такие сложные вопросы таков – выбраться из такого незавидного положения возможно, но сложно. Именно такая изначальная сложность инженерной задачи и объясняет причину, по которой более ста лет в этой области массовой техники применяются устаревшие и малоэффективные, но технологически легко исполнимые и конструктивно надежные технические решения.

Возможность совершить технический прорыв, и выйти на новый уровень инженерных решений, возможен в области все тех же роторных машин, то есть использовать принцип простого вращения главного рабочего органа, как это используется в электродвигателях или в силовых турбинах. Но вся сложность заключается в том, что организовать рабочий цикл из четырёх тактов полноценного двигателя внутреннего сгорания вокруг простого вращения главного рабочего органа очень сложно.

И именно вокруг этой сложной инженерной задачи вращались все усилия и творческие порывы конструкторской мысли не один десяток лет. Но сложность темы оказалась настолько велика, что до сегодняшнего дня массового вывода на рынок роторных двигателей и достойной их конкуренции с традиционными поршневыми двигателями так и не произошло. Сверх прогрессивной конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, которая бы по всем параметрам превосходила традиционные поршневые моторы до сих пор так и не создано.

Задачу настоящего сайта его автор видит как раз в том, чтобы исследовать саму возможность решения такой задачи, ввести читателя в круг уже имеющихся разработок и перспективных инженерных изысканий. Познакомить посетителей сайта как с мировыми новациями на эту тему, так и представить собственные разработки в этой области.

 

 

Классификация роторных двигателей весьма важна, так как она сразу очерчивает весьма обширный круг потенциально возможных конструкций, и главное — позволяет с первого шага выбрать наиболее перспективные и эффективные конструкции среди прочих мало работоспособных и не технологичных типов роторных машин.

Классификация роторных двигателей будет излагаться на основе авторского понимания этой схемы, которое опирается на систематизацию роторных машин, изложенную в разных аспектах в двух весьма обстоятельных книгах, которые, к сожалению, выходили мизерными тиражами, очень давно и не имели переизданий. Это Акатов, Бологов «Судовые роторные двигатели», Ленинград, 1967г. и Н.Ханин, С.Чистозвонов «Автомобильные роторно – поршневые двигатели», Москва, 1964г.

 

1) Роторные двигатели с неравномерным разнонаправленным (возвратно-вращательным) движением главных рабочих элементов.

Данный тип двигателя характеризуется тем, что в нем нет вращения ротора, а происходит его возвратно — дуговые качания вокруг оси. Процессы сжатия и расширения происходят между неподвижными лопатками ротора и статора, которые и не позволяют совершать ротору непрерывное вращение. По своим очертаниям этиот двигатель выглядит роторным, но по организации кинематики движения он по сути дела ближе к поршневым машинам с кривошипным механизмом, так как требует применения для преобразования колебательных движений вала во вращетельные особых сложных механизмов.

В этом заключен главный недостаток его конструкции, поэтому данная схема не получила распространения. Кроме того в этой схеме возможны ударные столкновения лопастей между собой.

 

2) Роторные двигатели с неравномерным однонаправленным (пульсирующе-вращательным) движением главного рабочего элемента.

 

Внутри корпуса вращаются два ротора с неравномерным вращением, которые пульсируя как бы «догоняют друг друга». Такты сжатия и расширения происходят меджу лопастями этих двух роторов во время их сближения и удаления. Главный недостаток этой роторной схемы — два вала двух роторов вращаются неравномерно — рывками, толчковыми импульсами. Поэтому требуется применение сложного, нагруженного знакопеременными нагрузками механизма для выравнивания скорости вращения валов мотора. Кроме того в этой схеме возможны ударные столкновения лопастей между собой.

 

3) Роторные двигатели с уплотнительными заслонками — лопастями, которые движутся роторе совершая возвратно-поступательные или качающиеся движения. Частный случай – с заслонками – лопастями, отклоняющимися на шарнирах на роторе;

Надо сказать, что подобная схема роторных машин давно и широко применяется в пневмомоторах, где сжатый воздух вращает лопатки таких устройств.Поэтому у многих инженеров и изобретателей при взгляде на такие роторные пневмомоторы появляется понятная мысль приспособить такую машину под двигатель внутреннего сгорания. Для этого нужно лишь встроить такт сжатия в кинематическую схему такой машины. И пытливые умы меняют форму внутренней камеры мотора — получается теоретическая схема, которая на бумаге вполне может качественно работать…. Но на практике все не так просто, реализация в жизнь этой схемы сталкивается с огромными сложностями. Первая трудность — в условиях высоких температур и давлений в ДВС очень сложно обеспечить подвижность лопаток ротора и практически невозможно обеспечить герметичность линий их контакта с корсусом…

При этом лопатки должны постоянно двигаться — под действием центробежной силы вращения и пружин или приводом от специального механизма — но оба варианта реализовать очень сложно. Поэтому в технике до сих пор нет работоспособных образцов этого типа роторных двигателей внутреннего сгорания.

 

Ниже приведены две различные теоретические схемы роторных ДВС этого типа, взятые из патентной литературы.

4) Роторные двигатели с уплотнительными заслонками, которые движутся в совершая возвратно — поступательные или качающиеся движения корпусе.

 

Данная схема по принципу работы похожа на предыдущую, только заслонки — лопасти, разделяющие камеры двигателя выдвигаются не из ротора, а из корпуса. При этом ротор должен иметь сложную форму с лопастями — лопатками, которые и будут воспринимать на себя давление газов, которые должны отсекать от других объемов рабочей камеры лопатки- заслонки в корпусе. Эта схема имеет примерно те же принципиальные недостатки, что и предыдущая схема.

 

5) Роторные двигатели с простым и равномерным вращательным движением главного рабочего и всех иных элементов.

По своей концепции такие схемы двигателей — наиболее перспективные и наиболее технически совершенные. В таких конструкциях нет ни одной детали совершающей возвратно — поступательные, качательные или планетарно- вращательные движения. Поэтому двигатели этого типпа могут без труда достигать скоростей вращения в десятки тысяч оборотов в минуту с соотвествующим набором мощности. В 19-м веке были созданы несколько типов роторных паровых двигателей этой схемы и они показывали значительно лучшие характеристики, чем поршневые паровые двигатели.

Но вот работоспособных двигателей внутреннго сгорания этой схемы построено не было, даже на уровней идей, отраженных в патентных заявках обнаружено буквально несколько единиц, да и те — малореализуемых конструкций.

 

6) Роторные двигатели с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента. 

 

Наиболее известные широкой общественности роторные двигатели Ванкеля относятся именно к последней классификационной группе. О нем речь пойдет на отдельной страничке этого сайта.

 

 

И ещё немного

 

 

 

ТАБЛИЦА КЛАССИФИКАЦИИ

 

 

 

 

Подводя итог

 

Конечно, не все потенциально конструкции различных типов роторных двигателей из представленного перечня обладают выраженными достоинствами и обладают хорошей технической перспективой. Ибо принципиальным достоинством роторных моторов – абсолютным отсутствием возвратно поступательных движений обладают лишь роторные машины двух последних типов – классификационных групп № 5) и № 6). Но вот главным и безоговорочным преимуществом роторных механизмов – полным отсутствием знакопеременных, пульсирующих инерционным нагрузок и абсолютной уравновешенностью не обладают даже роторные двигатели типа Ванкеля. Такое идеальное положение характерно лишь для классификационной группы № 5), которую с полным правом и можно назвать совершенным роторным двигателем. Именно с позиций такого совершенного роторного двигателя будут рассматриваться все преимущества моторов роторной схемы и производится сравнения, как с традиционными поршневыми двигателями, так и с двигателями Ванкеля – роторными моторами с планетарным вращением главного рабочего органа.Тем более что автор этих строк прикладывает немалые усилия по реализации в жизнь именно такой схемы и надеется, что ему удастся создать действующий и промышленно применимый двигатель внутреннего сгорания именно такого типа.

Опубликовано в Без рубрики 12 мая 2018
2 комментария »

Принцип работы роторно-поршневого двигателя ванкеля, история создания и развития. Что такое роторный двигатель Чем отличается роторный двигатель от поршневого

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.

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.

Строение и принцип работы роторного двигателя

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.

Как и поршневой, роторный двигатель использует давление которое создается при сжигании смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и двигает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

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.

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 роторного двигателя

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!

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых действует как поршень. Каждая сторона ротора имеет углубление в ней, что повышает скорость вращения ротора в целом, предоставляя больше пространства для топливо-воздушной смеси. На вершине каждой грани находится по металлической пластине, которые и формируют камеры, в которых происходят такты двигателя. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер. В середине ротора находится круг, в котором имеется множество зубьев. Они соединены с приводом, который крепится к выходному валу. Это соединение определяет путь и направление, по которому ротор движется внутри камеры.

Камера двигателя приблизительно овальной формы (но если быть точным — это Эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, которая является плоской кривой, образуемой фиксированной точкой окружности, катящейся по другой окружности). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три закрытых объемах газа. В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:

• Впуск
• Сжатие
• Сгорание
• Выпуск

Отверстия для впуска и выпуска находятся в стенках камеры, и на них отсутствуют клапаны. Выхлопное отверстие соединено непосредственно с выхлопной трубой, а впускное напрямую подключено к газу.

Выходной вал имеет полукруглые выступы-кулачки, размещенные несимметрично относительно центра, что означает, что они смещены от осевой линии вала. Каждый ротор надевается на один из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает свой кулачок.

Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторный двигателя состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе благодаря длинным болтам, расположенным по кругу. Охлаждающая жидкость протекает через все части конструкции.

Два крайних слоя закрыты и содержат подшипники для выходного вала. Они также запечатаны в основных разделах камеры, где содержатся роторы. Внутренняя поверхность этих частей очень гладкая и помогает роторам в работе. Отдел подачи топлива расположен на конце каждой из этих частей.

Следующий слой содержит в себе непосредственно сам ротор и выхлопную часть.

Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной для каждого ротора. Он также разделяет эти два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.

В центре каждого ротора крепится две большие шестерни, которые вращаются вокруг более маленьких шестерней и крепятся к корпусу двигателя. Это и является орбитой для вращения ротора.

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 роторного двигателя

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-х цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-х цилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, стержень, клапаны, рокеры, клапанные пружины, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимизация движущихся частей позволяет получить роторным двигателям более высокую надежность. Именно поэтому некоторые производители самолетов (к примеру Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.

Мягкость

Все части в роторном двигателе непрерывно вращаются в одном направлении, в отличие от постоянно изменяющих направление поршней в обычном двигателе. Роторный движок использует сбалансированные крутящиеся противовесы, служащие для подавления любых вибраций. Подача мощности в роторном двигателе также более мягкая. Каждый цикл сгорания происходит за одни оборот ротора в 90 градусов, выходной вал прокручивается три раза на каждое прокручивание ротора, каждый цикл сгорания проходит за 270 градусов за которые проворачивается выходной вал. Это значит, что одно роторный двигатель вырабатывает мощность в три четверти. Если сравнивать с одно-цилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота, или только четверти оборота коленчатого вала.

Неспешность

В связи с тем, что роторы вращаются на одну треть вращения выходного вала, основные части двигателя вращаются медленней, чем части в обычном поршневом двигателе. Это также помогает и в надежности.

Малые габариты + высокая мощность

Компактность системы вместе с высоким КПД (сравнительно с обычным ДВС) позволяет из миниатюрного 1,3-литрового мотора выдавать порядка 200-250 л. с. Правда, вместе с главным недостатком конструкции в виде высокого расхода топлива.

Недостатки роторных моторов

Самые главные проблемы при производстве роторных двигателей:

• Достаточно сложно (но не невозможно) подстроиться под регламент выброса CO2 в окружающую среду, особенно в США.
• Производство может стоить намного дороже, в большинстве случаев из-за небольшого серийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.
• Они потребляют больше топлива, так как термодинамическое КПД поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также благодаря низкой степени сжатия.
• Роторные двигатели в силу конструкции ограничены в ресурсе — в среднем это порядка 60-80 тыс. км

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.

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, однако 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.

Разные конструкции и разработки роторных двигателей

Двигатель Ванкеля

Двигатель Желтышева

Двигатель Зуева

Роторный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, устройство которого в корне отличается от обычного поршневого двигателя.
В поршневом двигателе в одном и том же объеме пространства (цилиндре) выполняются четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Роторный двигатель осуществляет те же такты, но все они происходят в различных частях камеры. Это можно сравнить с наличием отдельного цилиндра для каждого такта, причем поршень постепенно перемещается от одного цилиндра к другому.

Роторный двигатель изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля.

В этой статье мы расскажем о том, как работает роторный двигатель. Для начала рассмотрим принцип его работы.

Принцип работы роторного двигателя

Ротор и корпус роторного двигателя Mazda RX-7. Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны и распредвал поршневого двигателя.

Как и поршневой, роторный двигатель использует давление, которое создается при сгорании топливовоздушной смеси. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и приводит поршни в движение. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

В роторном двигателе, давление сгорания образуется в камере, сформированной частью корпуса, закрытой стороной треугольного ротора, который используется вместо поршней.

Ротор вращается по траектории, напоминающую линию, нарисованную спирографом. Благодаря такой траектории, все три вершины ротора контактируют с корпусом, образуя три разделенных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Это обеспечивает поступление топливовоздушной смеси в двигатель, сжатие, полезную работу при расширении газов и выпуск выхлопа.

Mazda RX-8

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторным двигателем. RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был, пожалуй, наиболее успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал целый ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторным двигателем, начиная с Cosmo Sport 1967 года. Однако RX-7 не производится с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла.

Mazda RX-8 оснащена роторным двигателем под названием RENESIS. Этот двигатель был назван лучшим двигателем 2003 г. Он является атмосферным двухроторным и производит 250 л.с.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, схожие с используемыми в поршневых двигателях. Строение роторного двигателя в корне отличается от поршневого.

Ротор

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых выполняет роль поршня. Каждая сторона ротора имеет углубление, что повышает скорость вращения ротора, предоставляя больше пространства для топливовоздушной смеси.

На вершине каждой грани расположена металлическая пластина, которая разделяет пространство на камеры. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер.

В центре ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев. Оно сопрягается с шестерней, закрепленной на корпусе. Такое сопряжение задает траекторию и направление вращения ротора в корпусе.

Корпус (статор)

Корпус имеет овальную форму (форму эпитрохоиды, если быть точным). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три изолированных объемах газа.

В каждой части корпуса происходит один из процессов внутреннего сгорания. Пространство корпуса разделено для четырех тактов:

• Впуск
• Сжатие
• Рабочий такт
• Выпуск

Порты впуска и выпуска расположены в корпусе. В портах отсутствуют клапаны. Выпускной порт непосредственно соединен с выхлопной системой, а впускной порт — с дросселем.

Выходной вал

Выходной вал (обратите внимание на эксцентриковые кулачки)

Выходной вал имеет закругленные выступы-кулачки, расположенные эксцентрично, т. е. смещены относительно центральной оси. Каждый ротор сопряжен с одним из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. При вращении ротор толкает кулачки. Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Сбор роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель состоит из пяти слоев, удерживаемых длинными болтами, установленными по кругу. Охлаждающая жидкость проходит через все части конструкции.

Два крайних слоя имеют уплотнения и подшипники для выходного вала. Они также изолируют две части корпуса, в которых расположены роторы. Внутренние поверхности этих частей являются гладкими, что обеспечивает надлежащее уплотнение роторов. Впускной порт подачи расположен в каждой из крайних частей.

Часть корпуса, в которой расположен ротор (обратите внимание на расположение выпускного порта)

Следующий слой включает корпус ротора овальной формы и выпускной порт. В этой части корпуса установлен ротор.

Центральная часть включает два впускных порта — по одному для каждого ротора. Она также разделяет роторы, поэтому ее внутренняя поверхность является гладкой.

В центре каждого ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев, которое вращается вокруг меньшей шестерни, установленной на корпусе двигателя. Она определяет траекторию вращения ротора.

Мощность роторного двигателя

В центральной части расположен впускной порт для каждого ротора

Как и поршневые двигатели, в роторном двигателе внутреннего сгорания используется четырехтактный цикл. Но в роторном двигателе такой цикл осуществляется иначе.

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал выполняет три оборота.

Основным элементом роторного двигателя является ротор. Он выступает в роли поршней в обычном поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом кулачке выходного вала. Кулачок смещен относительно центральной оси вала и выступает в роли коленчатой рукояти, позволяя ротору вращать вал. Вращаясь внутри корпуса, ротор толкает кулачок по окружности, поворачивая его три раза за один полный оборот ротора.

Размер камер, образованных ротором, изменяется при его вращении. Такое изменение размера обеспечивает насосное действие. Далее мы рассмотрим каждый из четырех тактов роторного двигателя.

Впуск

Такт впуска начинается при прохождении вершины ротора через впускной порт. В момент прохождения вершины через впускной порт, объем камеры приближен к минимальному. Далее объем камеры увеличивается, и происходит всасывание топливовоздушной смеси.

При дальнейшем повороте ротора, камера изолируется, и начинается такт сжатия.

Сжатие

При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, и происходит сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении ротора через свечи зажигания, объем камеры приближен к минимальному. В этот момент происходит воспламенение.

Рабочий такт

Во многих роторных двигателях установлено две свечи зажигания. Камера сгорания имеет достаточно большой объем, поэтому при наличии одной свечи, воспламенение происходило бы медленнее. При воспламенении топливовоздушной смеси образуется давление, приводящее ротор в движение.

Давление сгорания вращает ротор в сторону увеличения объема камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, вращая ротор и создавая мощность до момента прохождения вершины ротора через выпускной порт.

Выпуск

При прохождении ротора через выпускной порт, газы сгорания под высоким давлением выходят в выхлопную систему. При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, выталкивая оставшиеся выхлопные газы в выпускной порт. К тому моменту, как объем камеры приближается к минимальному, вершина ротора проходит через впускной порт, и цикл повторяется.

Необходимо отметить, что каждая из трех сторон ротора всегда вовлечена в один из тактов цикла, т.е. за один полный оборот ротора осуществляется три рабочих такта. За один полный оборот ротора, выходной вал совершает три оборота, т. к. на один оборот вала приходится один такт.

Различия и проблемы

По сравнению с поршневым двигателем, роторный двигатель имеет определенные отличия.

Меньше движущихся деталей

В отличие от поршневого двигателя, в роторном двигателе используется меньше движущихся деталей. Двухроторный двигатель включает три движущиеся детали: два ротора и выходной вал. Даже в простейшем четырехцилиндровом двигателе используется не менее 40 движущихся деталей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, ремень ГРМ и коленвал.

Благодаря уменьшению количества движущихся деталей, повышается надежность роторного двигателя. По этой причине некоторые производители вместо поршневых двигателей используют роторные на своих воздушных судах.

Плавная работа

Все части роторного двигателя вращаются непрерывно в одном направлении, а не постоянно меняют направление движения, как поршни в обычном двигателе. В роторных двигателях используются сбалансированные вращающиеся противовесы, предназначенные для гашения вибраций.

Подача мощности также обеспечивается более плавно. В связи с тем, что каждый такт цикла протекает за поворот ротора на 90 градусов, и выходной вал совершает три оборота на каждый оборот ротора, каждый такт цикла протекает за поворот выходного вала на 270 градусов. Это значит, что двигатель с одним ротором обеспечивает подачу мощности при 3/4 оборота выходного вала. В одноцилиндровом поршневом двигателе, процесс сгорания происходит на 180 градусах каждого второго оборота, т.е. 1/4 каждого оборота коленвала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленная работа

В связи с тем, что ротор вращается со скоростью, равной 1/3 скорости вращения выходного вала, основные движущиеся детали роторного двигателя движутся медленнее, чем детали в поршневом двигателе. Благодаря этому, также обеспечивается надежность.

Проблемы

Роторные двигатели имеют ряд проблем:

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

Система газораспределения которого реализована за счёт вращения цилиндра. Цилиндр совершает вращательное движение попеременно проходя впускной и выпускной патрубок, поршень при этом совершает возвратно-поступательные движения.

Британская компания RCV Engines была создана в 1997 году специально для проработки, испытаний и, наконец, продвижения на рынок всего одного изобретения. Оно, собственно, и зашифровано в названии фирмы: «Вращающийся цилиндр-клапан» — Rotary Cylinder Valve — RCV. К настоящему времени базирующаяся в Вимборне компания не только отладила технологию, но доказала работоспособность этой новой концепции. Она уже наладила серийный выпуск линейки маленьких четырёхтактных моторчиков с рабочим объёмом от 9,5 до 50 «кубиков», предназначенных для авиамоделей, газонокосилок, ручных мотопил и подобной техники. Но вот 1 февраля 2006 года компания презентовала первый образец 125-кубового двигателя для скутеров , благодаря чему дала многим людям повод впервые познакомиться с этой мало известной пока технологией — RCV.

Авторы изобретения заявляют о снижении себестоимости двигателей (на несколько процентов) за счёт сокращения числа деталей, и повышении их удельной мощности как на единицу объёма, так и на единицу веса, по сравнению с аналогами того же класса (процентов на 20).

Принцип работы

Итак, перед нами четырёхтактный двигатель , в котором нет привычных клапанов и всей системы их привода. Вместо них британцы заставили работать распределителем газов сам рабочий цилиндр двигателя, который в моторах RCV вращается вокруг своей оси.

Поршень при этом совершает точно те же движения, что и раньше. А вот стенки цилиндра вращаются вокруг поршня (цилиндр закреплён внутри мотора на двух подшипниках).

С края цилиндра устроен патрубок, который попеременно открывается к впускному или выпускному окну. Предусмотрено тут и скользящее уплотнение, работающее аналогично поршневым кольцам — оно позволяет цилиндру расширяться при нагревании, не теряя герметичность.

Свеча расположена по центру и вращается вместе с цилиндром. Судя по всему, тут применён скользящий графитный контакт, хорошо знакомый автомобилистам по старым механическим распределителям зажигания.

Приводят цилиндр во вращение всего три шестерёнки: одна на цилиндре, одна на коленчатом валу и одна — промежуточная. Естественно, скорость вращения цилиндра — вдвое меньше оборотов коленвала.

См. также

Источники

Напишите отзыв о статье «Роторно-цилиндро-клапанный двигатель»

Отрывок, характеризующий Роторно-цилиндро-клапанный двигатель

С приближением неприятеля к Москве взгляд москвичей на свое положение не только не делался серьезнее, но, напротив, еще легкомысленнее, как это всегда бывает с людьми, которые видят приближающуюся большую опасность. При приближении опасности всегда два голоса одинаково сильно говорят в душе человека: один весьма разумно говорит о том, чтобы человек обдумал самое свойство опасности и средства для избавления от нее; другой еще разумнее говорит, что слишком тяжело и мучительно думать об опасности, тогда как предвидеть все и спастись от общего хода дела не во власти человека, и потому лучше отвернуться от тяжелого, до тех пор пока оно не наступило, и думать о приятном. В одиночестве человек большею частью отдается первому голосу, в обществе, напротив, – второму. Так было и теперь с жителями Москвы. Давно так не веселились в Москве, как этот год.
Растопчинские афишки с изображением вверху питейного дома, целовальника и московского мещанина Карпушки Чигирина, который, быв в ратниках и выпив лишний крючок на тычке, услыхал, будто Бонапарт хочет идти на Москву, рассердился, разругал скверными словами всех французов, вышел из питейного дома и заговорил под орлом собравшемуся народу, читались и обсуживались наравне с последним буриме Василия Львовича Пушкина.
В клубе, в угловой комнате, собирались читать эти афиши, и некоторым нравилось, как Карпушка подтрунивал над французами, говоря, что они от капусты раздуются, от каши перелопаются, от щей задохнутся, что они все карлики и что их троих одна баба вилами закинет. Некоторые не одобряли этого тона и говорила, что это пошло и глупо. Рассказывали о том, что французов и даже всех иностранцев Растопчин выслал из Москвы, что между ними шпионы и агенты Наполеона; но рассказывали это преимущественно для того, чтобы при этом случае передать остроумные слова, сказанные Растопчиным при их отправлении. Иностранцев отправляли на барке в Нижний, и Растопчин сказал им: «Rentrez en vous meme, entrez dans la barque et n»en faites pas une barque ne Charon». [войдите сами в себя и в эту лодку и постарайтесь, чтобы эта лодка не сделалась для вас лодкой Харона.] Рассказывали, что уже выслали из Москвы все присутственные места, и тут же прибавляли шутку Шиншина, что за это одно Москва должна быть благодарна Наполеону. Рассказывали, что Мамонову его полк будет стоить восемьсот тысяч, что Безухов еще больше затратил на своих ратников, но что лучше всего в поступке Безухова то, что он сам оденется в мундир и поедет верхом перед полком и ничего не будет брать за места с тех, которые будут смотреть на него.

» у большинства людей вызывает ассоциации с цилиндрами и поршнями, системой газораспределения и кривошипно-шатунным механизмом. Все потому, что подавляющее большинство автомобилей снабжено классическим и ставшим наиболее популярным типом двигателей – поршневым.

Сегодня речь пойдет о роторно-поршневом двигателе Ванкеля, который обладает целым набором выдающихся технических характеристик, и в свое время должен был открыть новые перспективы в автомобилестроении, но не смог занять достойного места и массовым не стал.

История создания

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

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

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

Классификация роторных двигателей

Рабочая камера роторного ДВС может быть герметично замкнутой или иметь постоянную связь с атмосферой, когда от окружающей среды ее отделяют лопасти роторной крыльчатки. По такому принципу построены газовые турбины.

Среди роторно-поршневых двигателей с замкнутыми камерами сгорания специалисты выделяют несколько групп. Разделение может происходить по: наличию или отсутствию уплотнительных элементов, по режиму работы камеры сгорания (прерывисто-пульсирующий или непрерывный), по типу вращения рабочего органа.

Стоит отметить, что у большинства описываемых конструкций нет действующих образцов и они существуют на бумаге.
Классифицировал их русский инженер И.Ю. Исаев, который сам занят созданием совершенного роторного двигателя. Он произвел анализ патентов России, Америки и других стран, всего более 600.

Роторный ДВС с возвратно-вращательным движением

Ротор в таких двигателях не вращается, а совершает возвратно-дуговые качания. Лопатки на роторе и статоре неподвижны, и между ними происходят такты расширения и сжатия.

С пульсирующе-вращательным, однонаправленным движением

В корпусе двигателя расположены два вращающихся ротора, сжатие происходит между их лопастей в моменты сближения, а расширение в момент удаления. Из-за того что вращение лопастей происходит неравномерно, требуется разработка сложного механизма выравнивания.

С уплотнительными заслонками и возвратно-поступательными движениями

Схема с успехом применяемая в пневмомоторах, где вращение осуществляется за счет сжатого воздуха, не прижилась в двигателях внутреннего сгорания по причине высокого давления и температур.

С уплотнителями и возвратно-поступательными движениями корпуса

Схема аналогична предыдущей, только уплотнительные заслонки расположены не на роторе, а на корпусе двигателя. Недостатки те же: невозможность обеспечить достаточную герметичность лопаток корпуса с ротором сохраняя их подвижность.

Двигатели с равномерным движением рабочего и иных элементов

Наиболее перспективные и совершенные виды роторных двигателей. Теоретически могут развивать самые высокие обороты и набирать мощность, но пока не удалось создать ни одной работающей схемы для ДВС.

С планетарным, вращательным движением рабочего элемента

К последним относится наиболее известная широкой общественности схема роторно-поршневого двигателя инженера Феликса Ванкеля.

Хотя существует огромное количество других конструкций планетарного типа:

• Умплеби (Umpleby)
• Грея и Друммонда (Gray & Dremmond)
• Маршалла (Marshall)
• Спанда (Spand)
• Рено (Renault)
• Томаса (Tomas)
• Веллиндера и Скуга (Wallinder & Skoog)
• Сенсо (Sensand)
• Майлара (Maillard)
• Ферро (Ferro)

История Ванкеля

Жизнь Феликса Генриха Ванкеля не была простой, рано оставшись сиротой (отец будущего изобретателя погиб в первой мировой войне), Феликс не мог собрать средства для обучения в университете, а рабочую специальность не позволяла получить сильная близорукость.

Это побудило Ванкеля на самостоятельное изучение технических дисциплин, благодаря чему в 1924 году ему пришла в голову идея создать роторный двигатель с вращающейся камерой внутреннего сгорания.

В 1929 году он получает патент на изобретение, которое и стало первым шагом к созданию знаменитого РПД Ванкеля. В 1933 году изобретатель, оказавшись в рядах противников Гитлера, проводит полгода в тюрьме. После освобождения разработками роторного двигателя заинтересовались в компании BMW и стали финансировать дальнейшие исследования, выделив для работы мастерскую в Ландау.

После войны она достается в качестве репарации французам, а сам изобретатель попадает в тюрьму, как пособник гитлеровского режима. Лишь в 1951 году, Феликс Генрих Ванкель устраивается на работу в компанию по производству мотоциклов «NSU» и продолжает исследования.

В том же году он начинает совместную работу с главным конструктором «NSU» Вальтером Фройде, который и сам давно занимается изысканиями в области создания роторно-поршневого двигателя для гоночных мотоциклов. В 1958 году первый образец двигателя занимает место на испытательном стенде.

Как работает роторный двигатель

Сконструированный Фройде и Ванкелем силовой агрегат, представляет собой ротор, выполненный в форме треугольника Рело. Ротор планетарно вращается вокруг шестерни, закрепленной в центре статора — неподвижной камеры сгорания. Сама камера выполнена в форме эпитрохоиды, которая отдаленно напоминает восьмерку с вытянутым наружу центром, она выполняет роль цилиндра.

Совершая движение внутри камеры сгорания, ротор образует полости переменного объема, в которых происходят такты двигателя: впуск, сжатие, воспламенение и выпуск. Камеры герметично отделены друг от друга уплотнителями – апексами, износ которых является слабым место роторно-поршневых двигателей.

Воспламенение топливо-воздушной смеси осуществляется сразу двумя свечами зажигания, поскольку камера сгорания имеет вытянутую форму и большой объем, что замедляет скорость горения рабочей смеси.

На роторном двигателе используется угол запоздания а не опережения, как на поршневом. Это необходимо чтобы воспламенение происходило чуть позже, и сила взрыва толкала ротор в нужном направлении.

Конструкция Ванкеля позволила значительно упростить двигатель, отказаться от множества деталей. Отпала необходимость в отдельном газораспределительном механизме , существенно уменьшились вес и размеры мотора.

Преимущества

Как говорилось ранее, роторный двигатель Ванкеля не требует такого большого количества деталей как поршневой, поэтому имеет меньшие размеры, вес и удельную мощность (количество «лошадей» на килограмм веса).

Нет кривошипно-шатунного механизма (в классическом варианте), что позволило снизить вес и вибронагруженность. Из-за отсутствия возвратно-поступательных движений поршней и малой массы подвижных частей, двигатель может развивать и выдерживать очень высокие обороты, практически мгновенно реагируя на нажатие педали газа.

Роторный ДВС выдает мощность в трех четвертях каждого оборота выходного вала, тогда как поршневой лишь на одной четверти.

Недостатки

Именно по причине того, что двигатель Ванкеля, при всех своих плюсах, имеет большое количество минусов, сегодня только Mazda продолжает развивать и совершенствовать его. Хотя патент на него купили сотни компаний, среди которых Toyota, Alfa Romeo, General Motors, Daimler-Benz, Nissan и другие.

Малый ресурс

Главный, и самый существенный недостаток – малый моторесурс двигателя. В среднем он равен 100 тысячам километров для России. В Европе, США и Японии этот показатель вдвое больше, благодаря качеству горючего и грамотному техническому обслуживанию.

Самую высокую нагрузку испытывают металлические пластины, апексы – радиальные торцевые уплотнители между камерами. Им приходится выдерживать высокую температуру, давление и радиальные нагрузки. На RX-7 высота апекса составляет 8.1 миллиметра, замена рекомендована при износе до 6.5, на RX-8 ее сократили до 5.3 заводских, а допустимый износ не более 4.5 миллиметров.

Важно контролировать компрессию, состояние масла и масляных форсунок, которые подают смазку в камеру двигателя. Основные признаки износа двигателя и приближающегося капитального ремонта – низкая компрессия, расход масла и затрудненный запуск «на горячую».

Низкая экологичность

Поскольку система смазки роторно-поршневого двигателя подразумевает прямой впрыск масла в камеру сгорания, а еще из-за неполного сгорания топлива, выхлопные газы имеют повышенную токсичность. Это затрудняло прохождение экологической проверки, нормам которой необходимо было соответствовать, чтобы продавать автомобили на американском рынке.

Для решения проблемы инженеры Mazda создали термальный реактор, который дожигал углеводороды перед выбросом в атмосферу. Впервые его установили на автомобиль Mazda R100.

Вместо того чтобы свернуть производство как другие, Mazda в 1972 году начала продажу автомобилей с системой снижения вредных выбросов для роторных двигателей REAPS (Rotary Engine Anti-Pollution System).

Высокий расход

Все авто с роторными двигателями отличает высокий расход горючего .

Кроме Mazda были еще Mercedes C-111, Corvette XP-882 Four Rotor (четырехсекционный, объем 4 литра), Citroen M35, но это в основном экспериментальные модели, да и из-за разгоревшегося в 80-х годах нефтяного кризиса их производство было приостановлено.

Малая длина рабочего хода ротора и серповидная форма камеры сгорания, не позволяют рабочей смеси прогореть полностью. Выпускное отверстие открывается еще до момента полного сгорания, газы не успевают передать всю силу давления на ротор. Поэтому и температура выхлопных газов этих двигателей такая высокая.

История отечественного РПД

В начале 80-х технологией заинтересовались и в СССР. Правда патент не был куплен, и до всего решили доходить своим умом, проще говоря – скопировать принцип работы и устройство роторного двигателя Mazda.

Для этих целей было создано конструкторское бюро, а в Тольятти цех для серийного производства. В 1976 году первый опытный образец односекционного двигателя ВАЗ-311, мощностью 70 л. с. установлен на 50 автомобилей. За очень короткий срок они выработали ресурс. Дала о себе знать плохая сбалансированность РЭМ (роторно-эксцентрикового механизма) и быстрый износ апексов.

Однако разработкой заинтересовались спецслужбы, для которых динамические характеристики мотора были куда важней ресурса. В 1982 году свет увидел двухсекционный роторный двигатель ВАЗ-411, с шириной ротора 70 см и мощностью 120 л. с., и ВАЗ-413 с ротором 80 см и 140 л. с. Позже моторами ВАЗ-414 оснащают машины КГБ, ГАИ и МВД.

Начиная с 1997 года на авто общего пользования ставят силовой агрегат ВАЗ-415, появляется Волга с трехсекционным РПД ВАЗ-425. Сегодня в России машины подобными моторами не комплектуются.

Список автомобилей с роторно-поршневым двигателем

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

Список роторных двигателей Mazda

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

Правила эксплуатации роторного двигателя

1. замену масла производить каждые 3-5 тысяч километров пробега. Нормальным считается расход 1.5 литра на 1000 км.
2. следить за состоянием масляных форсунок, средний срок их жизни составляет 50 тысяч.
3. менять воздушный фильтр каждые 20 тысяч.
4. использовать только специальные свечи, ресурс 30-40 тысяч километров.
5. заливать в бак бензин не ниже АИ-95, а лучше АИ-98.
6. замерять компрессию при замене масла. Для этого используется специальный прибор, компрессия должна быть в пределах 6.5-8 атмосфер.

При эксплуатации с компрессией ниже этих показателей, стандартного ремкомплекта может оказаться недостаточно – придется менять целую секцию, а возможно и весь движок.

День сегодняшний

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

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

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

Как работают роторные двигатели Ванкеля

 

Содержание

Как работают роторные двигатели Ванкеля

Как работает роторный двигатель Ванкеля? Двигатель Ванкеля использует процесс кругового сгорания и имеет высокое отношение мощности к весу с небольшим количеством движущихся частей.

Цикл сгорания: как работает Ванкеля

Роторные двигатели срабатывают 3 раза за каждый оборот ротора. Функции впуска, сжатия, сгорания и выпуска происходят одновременно.

Топливные форсунки

Масляный инжектор

Сжатие

При герметичной камере топливно-воздушная смесь сжимается, увеличивая мощность и эффективность взрыва.

Впуск

При вращении ротора создается вакуум и впускные отверстия открываются, втягивая топливно-воздушную смесь в корпус.

Впускные каналы

Выпускное отверстие

Выхлоп

Когда ротор вращается, выпускные отверстия открываются, выталкивая выхлоп и любое несгоревшее топливо из корпуса.

Зажигание

Искры воспламеняют топливо, толкая ротор по часовой стрелке. Каждая сторона ротора имеет камеру сгорания, которая обеспечивает большее пространство для расширения топлива, позволяя сжечь как можно больше топлива.

Свечи зажигания

Нижняя свеча зажигания имеет большее отверстие и воспламеняет большую часть топлива, а верхняя свеча зажигания воспламеняет топливо в меньшем конце камеры сгорания.

Ротор и эксцентриковый вал

Из-за постоянного сгорания большинство серийных автомобилей имеют только один или два ротора (мощность сравнима с 3 или 6 цилиндрами в поршневых двигателях).

 

Верхние уплотнения

Каждый угол ротора имеет верхнее уплотнение, которое прижимается к корпусу.

Торцевые и угловые уплотнения

удерживают масло вокруг эксцентрикового вала и удерживают топливно-воздушную смесь в камере сгорания.

Эксцентриковый вал

Эксцентриковый вал вращается 3 раза при каждом обороте ротора и проходит через центр двигателя, передавая энергию сгорания на приводной вал. Кулачки смещены и расположены напротив друг друга на валу 9.0003

Зубчатый венец

Противовес

Противовес компенсирует любой дисбаланс роторов и эксцентрикового вала, снижая шум и вибрацию двигателя.

Стационарная шестерня

Стационарная шестерня размещается в боковой пластине корпуса и привинчивается снаружи. Зубья входят в зацепление с зубчатым венцом ротора и заставляют ротор вращаться вокруг эксцентрикового вала.

об/мин

об/мин (оборотов в минуту) указывает, сколько раз эксцентриковый вал поворачивается на 360°. Поскольку эксцентриковый вал вращается 3 раза за каждый оборот ротора, при 3000 об/мин ротор будет вращаться 1000 раз.

Охлаждение

Поток

Поток охлаждающей жидкости направляется сначала через сторону сгорания корпуса (самая горячая поверхность), а затем через сторону впуска, чтобы поддерживать постоянную температуру во всем двигателе.

Водяной насос

Крыльчатка водяного насоса проталкивает охлаждающую жидкость внутрь корпуса и наружу.

Радиатор

Радиатор представляет собой набор металлических трубок и ребер. Горячий теплоноситель поступает и проходит по трубкам. Воздух, проходящий через радиатор (через ребра), охлаждает охлаждающую жидкость, прежде чем она будет закачана обратно в корпус.

Термостат

Термостат закрыт до тех пор, пока двигатель не достигнет оптимальной рабочей температуры, а затем периодически открывается, пропуская охлаждающую жидкость через радиатор для поддержания постоянной температуры.

Масляная система

Моторное масло помогает смазывать, очищать, защищать и охлаждать детали двигателя.

Эксцентриковый вал

Масло прокачивается через полый центр эксцентрикового вала для охлаждения и смазки подшипников. Отверстия в валу позволяют маслу разбрызгиваться на ротор и стационарные шестерни, а также на подшипники внутри боковых пластин.

Масляный инжектор

Инжекторы впрыскивают масло в корпус ротора для смазки верхних уплотнений и корпуса.

Масляный фильтр

Масляный фильтр удаляет из масла нежелательные примеси.

Дозирующий насос

Отдельно от масляного насоса дозирующий насос регулирует количество масла, впрыскиваемого в корпус ротора; чем выше обороты двигателя, тем больше масла впрыскивается.

Масляный радиатор

Перед циркуляцией масла через эксцентриковый вал.

Масляный поддон

Масляный поддон крепится непосредственно к нижней части корпуса. В этом месте масло может помочь охладить корпус.

Масляный насос

Масляный насос всасывает масло из поддона и проталкивает его через систему.

Схема роторного двигателя Ванкеля

Каталожные номера

• Как работают роторные двигатели — Mazda RX-7 Wankel — Подробное объяснение. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/sd6pJtR4PaY 9.0012
• Как построить роторный двигатель. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/LSEs8VXzVPU
.
• Сборка роторного двигателя (НОВИНКА!) Пользовательский трехроторный турбодвигатель Bridgeport Race Engine. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/AQ4SLg5tXVE
.
• Система смазки роторного двигателя. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/ESVouiAVyXg
.
• Письмо с новостями об авиационных роторных двигателях. (2017). Rotaryeng.net. Получено 31 марта 2017 г. с http://www.rotaryeng.net/ 9.0012
• Как работает роторный двигатель Ванкеля. (2016). Как работает автомобиль. Получено 14 декабря 2016 г. с https://www.howacarworks.com/technology/how-a-rotary-wankel-engine-works
.
• Термическое изображение нового дизельного роторного двигателя Liquid Piston по сравнению с традиционным роторным двигателем Ванкеля.. (2016). Имгур. Получено 14 декабря 2016 г. с http://i.imgur.com/jGsHqoS.gifv
.
• RX-8 Справка. (2017). Rx8help.com. Получено 31 марта 2017 г. с http://www.rx8help. com/home/overview.html
.

---

Совместное использование

Обмен изображениями

(щелкните для увеличения)

---

Используйте следующий код для встраивания и публикации на своем веб-сайте.

Введите свой почтовый индекс ниже, чтобы просмотреть компании с низкими тарифами на страхование.

АвтоДомЗдоровьеЖизньБизнесМотоциклДомашнее животноеПутешествияМедикэрАренда

 Защищено шифрованием SHA-256

Редакционные правила: Мы являемся бесплатным онлайн-ресурсом для всех, кто хочет узнать больше о страховании. Наша цель — быть объективным сторонним ресурсом по всем юридическим и страховым вопросам. Мы регулярно обновляем наш сайт, и весь контент проверяется экспертами.

Дэн Уэсли — американский предприниматель и руководитель. Он является экспертом в области страхования и личных финансов, известен созданием веб-порталов, которые соединяют людей с ресурсами, помогающими им достигать своих целей. Будучи наставником и лидером для многих, Дэн стремится настроить себя и окружающих на успех. Опыт Дэн получил высшее образование в 2000 году по специальности «Ядерная медицина». Дэн ушел из медицины, но продолжает… Полная биография →

Автор Дэниел Уэсли

Двигатель Ванкеля (роторный двигатель Ванкеля) — работа, применение, схема, материалы и проблемы

Двигатель Ванкеля (роторный двигатель Ванкеля)

Что такое двигатель Ванкеля?

Двигатель Ванкеля Принцип работы и применение:- Двигатель Ванкеля относится к типу двигателей внутреннего сгорания, которые работают только за счет использования эксцентриковой вращательной конструкции для преобразования давления во вращательное движение. При сравнении его с возвратно-поступательным поршневым двигателем обнаружено, что двигатель Ванкеля имеет более равномерный крутящий момент и меньшую вибрацию по сравнению с другим двигателем. Кроме того, он более компактен и весит меньше .

Ротор отвечает за создание вращательного движения, которое по форме очень похоже на треугольник Рело. Двигатели Ванкеля — это двигатели, которые производят три импульса мощности за один оборот ротора, завершая цикл Отто. В то время как на выходном валу используются зубчатые колеса, которые помогают вращать его почти в три раза быстрее и дают ему один импульс мощности на оборот. Один оборот состоит из ротора, который одновременно испытывает импульсы мощности и выпускает газ, при этом четыре стадии цикла Отто происходят через разные промежутки времени.

Например, в двухтактном поршневом двигателе на каждый оборот коленчатого вала приходится только один импульс мощности, тогда как в четырехтактном поршневом двигателе на каждые два оборота приходится один импульс мощности. Многочисленные уровни цикла Отто включают в себя впуск, сжатие, воспламенение и выпуск, которые происходят при каждом обороте ротора на каждой из трех сторон ротора, проходящих внутри овального эпитрохоидного корпуса, чтобы обеспечить три импульса мощности на оборот ротора. .

Принцип смещения применяется только к одной стороне ротора, так как только одна сторона работает на выходе каждого оборота вала. Двигатель известен как роторный двигатель, потому что название дано совершенно разным конструкциям, к которым относятся роторные двигатели с поршнями и без поршней.

Конструкция двигателя Ванкеля

Двигатель Ванкеля имеет довольно компактную конструкцию и весит меньше по сравнению с любым другим двигателем, в котором используются возвратно-поступательные поршни. Он дает различные применения в транспортных средствах и устройствах, автомобилях, мотоциклах, гоночных автомобилях, самолетах, картингах, гидроциклах, снегоходах, бензопилах и вспомогательных силовых установках. Обнаружено множество двигателей с удельной мощностью около одной лошадиной силы на фунт. В основном все двигатели разработаны с искровым зажиганием, с двигателями с воспламенением от сжатия, которые были построены только в исследовательских проектах.

Обычно в двигателе Ванкеля четыре такта цикла Отто происходят в пространстве внутри каждой грани трехстороннего симметричного ротора, а также внутри дома. Треугольный ротор в форме дуги покрыт эпитрохоидой овальной формы, внешне похожей на треугольник Рело.

Теоретическая форма ротора среди фиксированных вершин приводит к минимизации объема геометрической камеры сгорания и максимизации степени сжатия соответственно. Симметричная кривая используется для соединения двух произвольных роторов максимально развернутой в направлении внутренней формы корпуса с условием, что он не касается корпуса ни при каком угле поворота .

Приводной вал в центре называется эксцентриковым или E-образным валом, который проходит через центр ротора и поддерживается неподвижными подшипниками. Эти роторы вращаются на эксцентриках, которые составляют часть эксцентрикового вала. Оба ротора вращаются вокруг эксцентриков, чтобы совершить орбитальный оборот вокруг эксцентрикового вала. На частях ротора имеются уплотнения, которые герметизируют его по периферии корпуса и делят его на три подвижные камеры сгорания.

Работа ротора

Вращение каждого ротора вокруг своей оси вызывается и контролируется парой шестерен. Установлено, что шестерни установлены на одной стороне ротора, который входит в зацепление с зубчатым венцом, прикрепленным к ротору, и обеспечивает перемещение ротора на одну треть оборота для каждого эксцентрикового вала. Выходная мощность двигателя не передается синхронизирующими шестернями.

Движение ротора заключается в его вращательном движении, которое направляется шестернями и эксцентриковым валом, а не внешней камерой. Ротор не должен тереться о корпус двигателя. Сила давления газа на ротор оказывает давление на центр эксцентриковой части выходного вала.

Самый точный способ визуализировать действие двигателя в анимации — вообще не смотреть на ротор, где между ним и корпусом образовалась полость. Двигатель Ванкеля также называют системой с изменяемым объемом полостей, в которой три полости на корпус последовательно повторяют один и тот же цикл. На роторе есть две точки, точки А и В и вал Е, который вращается с разной скоростью, а точка В поворачивается в три раза по сравнению с точкой А.

Это сделано для того, чтобы один полный оборот ротора был равен три оборота вала Е. Когда ротор совершает орбитальное вращение, каждая сторона ротора приближается к нему, а затем удаляется от стенки корпуса, что сжимает и расширяет камеру сгорания, например, ходы поршня в поршневом двигателе с возвратно-поступательным движением. Вектор мощности любой ступени сгорания проходит через центр смещенного лепестка.

Почему следует предпочесть четырехтактный двигатель?

Четырехтактный поршневой двигатель — это двигатель, который совершает только один такт сгорания на цилиндр за каждые два оборота коленчатого вала, что называется тактом половинной мощности на один оборот коленчатого вала на цилиндр в двигателе Ванкеля, который производит один такт сгорания за вращения карданного вала, что означает один рабочий ход за оборот ротора по орбите и три рабочих такта за оборот ротора.

Таким образом, выходная мощность, достигаемая с точки зрения мощности двигателя Ванкеля, обычно оказывается выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя, который в аналогичном состоянии вытесняется более чем четырехтактным поршневым двигателем с аналогичными физическими размерами и масса.

Обычно это двигатели, которые достигают значительно более высоких оборотов двигателя по сравнению с поршневыми двигателями аналогичной мощности. Это сделано для частичного сглаживания присущего круговому движению и того факта, что частота вращения двигателя происходит от выходного вала, что в три раза превышает скорость качающихся частей . Эксцентриковый вал не имеет нагруженных контуров коленчатых валов. Максимальное число оборотов роторного двигателя в некоторой степени ограничено нагрузкой зубьев на шестерни.

Стальные шестерни, которые используются для длительной работы со скоростью выше 7000 или 8000 об/мин, в основном довольно твердые. Применение двигателя Ванкеля в основном в автогонках, которые работают со скоростью выше 10 000 об / мин. В частности, в случае самолетов, это консервативно до 6500 или 7500 об / мин, но как только давление газа влияет на эффективность уплотнения, двигатель Ванкеля на высоких оборотах работает на холостом ходу, что может привести к выходу двигателя из строя.

Как национальные агентства рассматривают двигатели Ванкеля?

Все национальные агентства, которые облагают налогом автомобили в соответствии с рабочим объемом, и регулирующие органы считают двигатель Ванкеля эквивалентным четырехтактному поршневому двигателю с двукратным рабочим объемом одной камеры на ротор, хотя на ротор приходится три лепестка. он совершает только одну треть оборота за один оборот выходного вала, поэтому за один рабочий оборот на выходном валу происходит только один рабочий ход, а два других лепестка выбрасывают израсходованный заряд, принимая новый, вместо того, чтобы способствовать выходной мощности та революция.

Существуют гоночные серии, которые были запрещены двигателем Ванкеля в сочетании со всеми другими его альтернативами традиционной поршневой четырехтактной конструкции.

Последние изменения в двигателе

Увеличенный рабочий объем и мощность роторного двигателя добавили больше роторов к его базовой конструкции, но по-прежнему существует ограничение на количество роторов, поскольку выходная мощность направляется через последний вал ротора. со всеми напряжениями, присутствующими во всем двигателе, присутствующими в этой конкретной точке. У двигателей были роторы, сопровождаемые двумя наборами двойных роторов, и зубчатая муфта между двумя наборами роторов была успешно испытана.

Недавнее исследование, проведенное в Соединенном Королевстве в рамках проекта «Система охлаждения ротора с самонагнетанием воздуха» (SPARCS), показало, что стабильность холостого хода и экономичность достигаются за счет подачи воспламеняющейся смеси только на один ротор в многороторном двигателе, который ротор с принудительным воздушным охлаждением, очень похожий на конструкцию Norton с воздушным охлаждением.

Основными недостатками двигателя Ванкеля являются:

• Неадекватная смазка
• Охлаждение при температуре окружающей среды
• Короткий срок службы двигателя
• Высокий уровень выбросов
• Низкий КПД топлива

Материал, используемый в двигателе Ванкеля

В отличие от поршневого двигателя, в котором цилиндр нагревается в процессе сгорания, а затем охлаждается поступающим зарядом. Корпус ротора Ванкеля постоянно нагревается с одной стороны и охлаждается с другой, что приводит к высоким локальным температурам и неравномерному тепловому расширению. Это место пользуется большим спросом из-за типа используемого материала, тогда как простота двигателя Ванкеля упрощает его использование в качестве альтернативного материала, такого как сплавы и керамика.

При водяном охлаждении в радиальном или осевом направлении потока и горячей воде из горячей дуги, нагревающей холодную дугу, тепловое расширение остается неизменным. Учитывая, что температура топового двигателя может быть снижена до 129°С при максимальной разнице температур 18°С между частями двигателя за счет использования тепловых труб по периметру корпуса и в боковых пластинах в качестве средства охлаждения.

Для корпусов Ванкеля рекомендуются сплавы A-132, Inconel 625 и 356, обработанные до твердости T6. Для покрытия рабочей поверхности корпуса использовались различные материалы, одним из которых является никасил. Например, Mercedes-Benz, Ford и т. д. подают заявки на патенты в этой области.

Идеальное сочетание обшивки корпуса, вершины и материалов боковых уплотнений определяется с помощью экспериментов, чтобы получить наилучшую долговечность как уплотнений, так и крышки корпуса. В частности, для валов предпочтительным материалом являются стальные сплавы с небольшой деформацией под нагрузкой. Также для этой цели предлагается использовать мартенситностареющую сталь.

Смазки двигателя Ванкеля

Основным топливом был бензин, доступный в первые годы разработки двигателя Ванкеля. Свинец относится к твердой смазке, которая известна как ведущий бензин и предназначена для уменьшения износа уплотнений и корпусов. Двигатели древней эпохи имели расчетную подачу масла с учетом смазывающих качеств бензина.

После удаления бензина двигателю требуется повышенное количество масла в бензине, чтобы обеспечить смазку важнейших частей двигателя. Опытные люди советуют, чтобы двигатели с электронным впрыском топлива добавляли не менее 1% масла непосредственно в бензин в качестве меры безопасности на случай, если насос, отвечающий за подачу масла в камеру сгорания, или связанные с ним детали вышли из строя или всосали воздух.

Были различные подходы, которые включали твердые смазочные материалы и даже добавляли MoS2 из расчета 1 см3 на литр топлива. Многие инженеры согласились с тем, что добавление масла в бензин в старых двухтактных двигателях было более безопасным подходом к надежности двигателя по сравнению с впрыскиванием масляного насоса во впускную систему или непосредственно в часть, требующую смазки.

Проблемы с уплотнением в двигателе Ванкеля

Двигатели древней эпохи были сконструированы таким образом, что они имели высокую степень потери уплотнения между ротором и корпусом, а иногда также между различными деталями, составляющими корпус. Это были двигатели Mazda, которые требовали ремонта через каждые 50 000 миль или 80 000 км пробега. Помимо этого, проблемы с уплотнением сохранялись из-за неравномерного распределения тепла внутри корпуса, что вызывало деформацию и потерю уплотнения и сжатия.

Проблема сохранялась, когда двигатель подвергался нагрузке до достижения рабочей температуры. Принимая во внимание, что роторные двигатели Mazda успешно решили эти первоначальные проблемы. Эта проблема зазора для горячих вершин ротора проходила между аксиально более близкими боковыми корпусами в зонах более холодных впускных кулачков, которые решались с помощью осевого пилота ротора радиально внутри сальников, включая улучшенное инерционное масло, которое охлаждало внутреннюю часть ротора.

Экономия топлива и его выбросы

Двигатель Ванкеля имеет определенные проблемы с топливной эффективностью и выбросами при сжигании бензина. Бензиновые смеси довольно медленно воспламеняются, а также имеют медленную скорость распространения пламени с более высоким расстоянием гашения на такте сжатия 2 мм по сравнению с водородом, составляющим 0,6 мм. В сочетании с этими факторами отработанное топливо создало энергию, которая снизила его эффективность.

Зазор между ротором и корпусом двигателя слишком узок для бензина в такте сжатия, но достаточно широк для водорода. Узкий зазор сохраняется для создания сжатия. Как только двигатель использует бензин, оставшийся бензин выбрасывается в атмосферу через выхлоп. Это не является ограничением при использовании водородного топлива, так как вся топливная смесь в камере сгорания сгорает, что практически не дает выбросов и увеличивает эффективность топлива на 23%.

Форма камеры сгорания Ванкеля

Форма камеры сгорания Ванкеля спроектирована таким образом, чтобы сделать ее более устойчивой к предварительному зажиганию на более низком октановом числе бензина по сравнению с поршнем. двигатель. Форма камеры сгорания также может привести к неполному сгоранию топливовоздушной смеси при использовании бензинового топлива. Это может привести к выбросу большего количества несгоревших углеводородов из выхлопных газов.

Принимая во внимание, что выхлопные газы имеют относительно низкий уровень выбросов, поскольку температуры сгорания в основном ниже по сравнению с другими двигателями, а также из-за рециркуляции отработавших газов (EGR) в ранних двигателях. В начале 1920-х годов было известно, что доля выхлопных газов во впускной смеси увеличилась на 1%, что привело к снижению температуры пламени на 7 °C. Это помогает модели Mazda соответствовать законам США о чистом воздухе от 1970 года в 19 году.73, простым и недорогим способом, который представлял собой увеличенную камеру в выпускном коллекторе.

За счет уменьшения соотношения воздуха и топлива несгоревшие углеводороды в выхлопных газах поддерживали процесс горения в тепловом реакторе. Автомобили с поршневым двигателем требуют дорогостоящего каталитического нейтрализатора, чтобы справиться как с несгоревшими углеводородами, так и с их выбросами.

Решение по увеличению расхода топлива оказалось неэкономичным. В то время как продажи автомобилей с роторным двигателем пострадали из-за нефтяного кризиса 1973, что подняло цену на бензин, что снизило продажи. Впрыск воздуха в зону выхлопного отверстия, который улучшил экономию топлива и уменьшил выбросы, был обнаружен Toyota.

SPARCS и Compact-SPARCS

SPARCS, Compact-SPARCS, CREEV (составной роторный двигатель для электромобилей) обеспечивают отвод тепла и эффективны в тепловой балансировке, что оптимизирует смазку. Ограничение, которое существовало с роторными двигателями, заключалось в том, что корпус двигателя во время работы имеет постоянно холодную и горячую поверхность.

Это приводит к чрезмерному нагреву внутри двигателя, что приводит к быстрому разрушению смазочного масла. Система SPARCS уменьшает большой перепад температур нагрева корпуса двигателя, что также обеспечивает охлаждение ротора изнутри корпуса двигателя.

Это приводит к уменьшению износа двигателя, что продлевает срок его службы. Самодавление захватывается за счет продувки бокового ротора газом, уплотняющим рабочие камеры. CREEV относится к выхлопному реактору, который содержит вал и ротор внутри, имеющие форму, отличную от ротора двигателя Ванкеля.

Реактор, расположенный внутри выхлопного потока, потребляет несгоревшие выхлопные продукты без использования второй системы зажигания перед отправкой сгоревших газов в выхлопную трубу. Мощность в лошадиных силах передается на вал реактора, что помогает снизить выбросы и повысить эффективность использования топлива. Принимая во внимание, что все три патента в настоящее время лицензированы для инженеров Великобритании.

Системы каталитического нейтрализатора в двигателе Ванкеля

Mazda отвечает за изменение системы каталитического нейтрализатора в соответствии с исследовательским фактором, который контролирует количество несгоревшего углеводорода, который находится в выхлопных газах, создавая температуру поверхности ротора, при более высокой температуре меньше углеводородов.

Ротор также можно расширить, что остальная часть двигателя останется неизменной, что уменьшит трение и увеличит рабочий объем и выходную мощность. Фактор, ограничивающий расширение, был механическим, особенно когда отклонение вала наблюдалось при более высоких скоростях вращения . Тушение является наиболее доминирующим источником углеводородов при сравнительно высокой скорости и утечке при низкой скорости.

Автомобили с роторными двигателями Ванкеля способны работать на высоких скоростях. Принимая во внимание, что было показано, что раннее открытие впускного отверстия, длинные впускные каналы и большой эксцентриситет ротора увеличивают крутящий момент при более низких оборотах. Форма и положение выемки в роторе составляют большую часть камеры сгорания, что влияет на уровень выбросов и экономию топлива.

Это приводит к экономии топлива и выбросам выхлопных газов, которые варьируются и зависят от формы камеры сгорания и определяются размещением свечей зажигания в каждой камере отдельного двигателя.

Автомобили с низким уровнем выбросов

Автомобиль с двигателем Renesis соответствует требованиям штата Калифорния по экономии топлива, включая стандарты для транспортных средств с низким уровнем выбросов (LEV). Это было достигнуто за счет различных нововведений. При этом роторы Mazda также располагались в корпусах роторов. Это помогло решить проблему ранней золы, образовавшейся в двигателе, и термической деформации боковых впускных и выпускных отверстий. Также было добавлено скребковое уплотнение по бокам ротора, включая некоторые керамические детали, которые использовались в двигателе. Это помогло Mazda устранить перекрытие между отверстием впускного и выпускного отверстий, постоянно увеличивая площадь выпускного отверстия.

Боковой порт застревает в камере несгоревшего топлива, что снижает расход масла, а также улучшает стабильность горения в диапазоне низких оборотов и малых нагрузок. Выбросы УВ из бокового выхлопного окна двигателя Ванкеля снижены на 35–50% по сравнению с выбросами из периферийного выхлопного отверстия двигателя Ванкеля благодаря нулевому открытию впускного и выпускного отверстий. Роторные двигатели с периферическим расположением каналов имели сравнительно лучшее давление, особенно на высоких оборотах, и впускное отверстие прямоугольной формы.

Двигатели Ванкеля следующего поколения

Mazda все еще разрабатывает двигатели Ванкеля следующего поколения. Компания намерена производить двигатели с лазерным зажиганием, которые исключат обычные свечи зажигания и будут работать с непосредственным впрыском топлива или безискровым зажиганием HCCI и SPCCI. Это приводит к большему эксцентриситету ротора с улучшенной эластичностью и более низкому крутящему моменту во времени.

Исследования показали, что установка камеры сгорания улучшила частичную нагрузку и уменьшила число оборотов в минуту с экономией топлива 7%. Мотивом было повышение эффективности использования топлива, для чего Mazda надеется использовать Wankel в качестве расширителя диапазона в своей серии гибридных автомобилей и анонсирует прототип. Эта конфигурация помогает повысить эффективность использования топлива и уровень выбросов. Преимущество заключается в том, что работа двигателя Ванкеля на постоянной скорости продлит срок службы двигателя.

В 2015 году появилась новая система, которая снизила выбросы и повысила эффективность использования топлива с двигателями Ванкеля, которая была разработана британскими инженерами после лицензионного соглашения с целью использования патентов роторного двигателя Norton. создатель двигателя.

Система Compound Rotary Engine for Electric Vehicles (CREEV) использует вторичный ротор для извлечения энергии из выхлопных газов, которые потребляют несгоревшие продукты выхлопа, в то время как расширение происходит на стадии вторичного ротора для снижения общих выбросов и расхода топлива. расходы за счет возмещения энергии выхлопных газов, которая в противном случае была бы потеряна. Чтобы расширить выхлопные газы до давления, близкого к атмосферному, Гарсайд позаботился о том, чтобы выхлопные газы двигателя оставались более холодными и производили меньше шума 9.0215 .

Лазерное зажигание в двигателях

Раньше свечи зажигания нужно было вдавливать в стенки камеры сгорания, что позволяло вершине ротора активироваться и проходить мимо. Когда вершина ротора проходит уплотнения вокруг отверстия свечи зажигания, очень небольшое количество сжатого заряда теряется из зарядной камеры выхлопной камеры, что влечет за собой топливо в выхлопе и, таким образом, снижает его эффективность, что приводит к более высокому выбросы.

Это точки, которые были преодолены с помощью лазерного зажигания и, таким образом, устранены более ранние свечи зажигания, а также удалена узкая щель в корпусе двигателя, чтобы можно было полностью выметать верхние уплотнения ротора без потери компрессии из соседних камер. Лазерная свеча может стрелять через узкую щель, которая помогает стрелять глубоко в камеру сгорания с помощью многократного лазера. Поэтому предпочтительнее более высокая степень сжатия. Непосредственный впрыск топлива в двигатель Ванкеля подходит и сочетается с помощью лазерного зажигания в одной или нескольких лазерных свечах, что было показано для улучшения двигателя за счет уменьшения недостатков.

Воспламенение от сжатия гомогенного заряда (HCCI)

Воспламенение от сжатия гомогенного заряда (HCCI) включает использование предварительно смешанной воздушно-топливной смеси, которая сжимается до точки самовоспламенения, поэтому электронное искровое зажигание исключается. Бензиновые двигатели сочетают в себе искровое зажигание с однородным зарядом (HC) (SI, также известное как HCSI). Двигатели HCCI обеспечивают выбросы, подобные бензиновым двигателям, с помощью эффективности, подобной двигателю с воспламенением от сжатия, и более низкие уровни выбросов оксидов азота без использования какого-либо каталитического нейтрализатора. 0003

Mazda провела различные исследования зажигания HCCI для последнего проекта роторного двигателя с помощью исследований в рамках своей программы SkyActiv Generation 2. Основное ограничение роторного двигателя заключается в том, что его необходимо сместить за пределы свечи зажигания камеры сгорания, чтобы ротор мог пронестись мимо.

Зажигание от сжатия с искровым управлением (SPCCI)

Компания Mazda провела успешное исследование зажигания с зажиганием от сжатия с контролируемым искровым разрядом (SPCCI) на роторных двигателях, в котором говорится, что недавно представленные роторные двигатели будут включать SPCCI. SPCCI внедряет искровое и компрессионное зажигание, которое сочетает в себе преимущества бензиновых и дизельных двигателей для достижения целей по экологичности, мощности, ускорению и расходу топлива.

В процессе горения всегда требуется искра, которая зависит от нагрузки, которая может возникнуть во время искрового зажигания. Следовательно, искра необходима для контроля всякий раз, когда происходит сгорание. Аспект воспламенения от сжатия SPCCI помогает ему сделать возможным сверхобедненное горение, которое повышает эффективность двигателя до 20–30%. SPCCI обеспечивает очень высокую эффективность в самом широком диапазоне оборотов и нагрузок двигателя.

Работа двигателя на обедненной смеси составляет около 80% наработки. Свечи зажигания поджигают небольшой импульс обедненной смеси, которая впрыскивается в камеру сгорания. При выстреле образуется огненный шар, который действует как воздушный поршень, повышающий давление и температуру в камере сгорания. Воспламенение от сжатия обедненной смеси происходит с быстрым и равномерным горением, что приводит к более мощному циклу. Время сгорания контролируется пламенем свечи зажигания, что позволяет SPCCI использовать преимущества как бензиновых, так и дизельных двигателей.

Альтернативные двигатели внутреннего сгорания

Альтернативные двигатели внутреннего сгорания

Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Резюме : В то время как четырехтактные дизельные и бензиновые двигатели прочно закрепились в большинстве областей применения, были разработаны альтернативные концепции двигателей внутреннего сгорания, которые могут обеспечить повышенную эффективность, удельную мощность и другие потенциальные преимущества. Эти альтернативные конструкции включают роторные двигатели, такие как двигатель Ванкеля, двухтактные двигатели, а также шеститактные двигатели и двигатели с разделенным циклом.

• Введение
• Роторные двигатели
• Двухтактные двигатели
• Шеститактные двигатели
• Двигатели с разделенным циклом
• Газовая турбина
• Двигатель Стирлинга

Введение

Двигатели внутреннего сгорания, состоящие из поршня, совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре и соединенного шатуном с коленчатым валом, — чаще всего четырехтактные дизельные двигатели и двигатели с искровым зажиганием — закрепились во многих областях применения по крайней мере на столетие. Тем не менее, альтернативные конструкции двигателей могут предложить некоторые потенциальные преимущества и продолжают изучаться. Эти преимущества могут включать в себя высокий тепловой КПД, высокую удельную мощность и связанные с этим компактные размеры и малый вес, а также устойчивость к низкокачественному топливу.

Несколько альтернативных концепций сжигания либо нашли ниши в приложениях, для которых они предлагают явные преимущества, и/или были исследованы в качестве альтернатив укоренившейся конструкции. Заслуживающие внимания альтернативные концепции двигателей внутреннего сгорания включают:

• Двухтактные двигатели , хотя их постепенно изъяли из большинства транспортных средств из-за проблем с соблюдением стандартов выбросов, которые были приняты в 1990-х и 2000-х годах, по-прежнему являются предпочтительным вариантом силовой установки для многих приложений. Для крупных судовых двигателей возможность сочетать большое соотношение хода и диаметра цилиндров с низким BMEP и низкой частотой вращения обеспечивает непревзойденную эффективность и долговечность. Из-за своего легкого веса они также используются в ручном бензиновом коммунальном оборудовании, таком как бензопилы, где возможна высокая удельная мощность. Пример постоянного развития технологии двухтактных двигателей можно найти в 9-м0190 оппозитный поршень тип двигателя.
• Роторные двигатели , в которых используется эксцентрично установленный ротор для преобразования давления во вращательное движение, обладают высоким соотношением мощность/вес и мощность/размер, что делает их привлекательными для приложений, где вес и размер имеют решающее значение. Большинство роторных двигателей имеют искровое зажигание, но также были попытки создания дизельных версий. Хорошо известным примером роторного двигателя является двигатель Ванкеля, который имел некоторый коммерческий успех в различных приложениях — сначала у немецкого автопроизводителя NSU Motorenwerke, а затем, что наиболее известно, у Mazda. Совсем недавно роторные двигатели использовались для питания беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), широко известных как дроны .
• Шеститактные двигатели и с разделенным циклом Двигатели представляют собой модифицированные четырехтактные двигатели, в которых добавлены два дополнительных такта (с впрыском воды или топлива) или четырехтактный цикл разделен между двумя цилиндрами соответственно. Хотя коммерческое применение этих циклов двигателя в настоящее время неизвестно, они продолжают изучаться с точки зрения их эффективности.

Роторные двигатели

Двигатель Ванкеля

Роторный двигатель Ванкеля назван в честь немецкого изобретателя Феликса Ванкеля, разработавшего двигатель ДКМ (9).0190 Drehkolbenmotor ) во время работы в НГУ. В двигателе ДКМ и ротор, и корпус вращались [5321] . Коллега Ванкеля по НГУ Ханс Дитер Пашке разработал двигатель ККМ ( Kreiskolbenmotor ) со стационарным корпусом, являющийся основой современных двигателей Ванкеля [5322].

В двигателе Ванкеля (рис. 1) используется широкий треугольный диск с закругленными сторонами. Углубление в середине боковой стороны каждой боковой поверхности представляет собой камеру сгорания. Этот треугольный ротор приводится в движение эксцентриковым приводом, вокруг которого вращается ротор. Ротор движется по орбите внутри корпуса, эпитрохоидная форма которого напоминает восьмерку. На каждой вершине треугольного ротора расположен механизм скользящего уплотнения для уменьшения утечки газа между двумя камерами по обе стороны от уплотнения во время фаз сгорания. Цикл сгорания очень похож на цикл возвратно-поступательного движения поршня. Однако вращательное действие треугольного ротора/диска завершает все фазы цикла сгорания без чрезмерных дисбалансных сил, возникающих в поршневом двигателе.

Рисунок 1. Конструкция двигателя Ванкеля — фаза индукции и сжатия

(любезно предоставлено Хайнцем Хейслером)

На рисунке 1 слева показана фаза индукции роторного двигателя, когда заряд всасывается в двигатель через впускное отверстие, когда ротор движется против часовой стрелки. Предыдущий заряд сжимается, а объем пространства между флангом ротора и корпусом двигателя уменьшается. Уплотнение на вершине P отвечает за предотвращение утечки заряда при сжатии на сторону ротора со свежевведенным зарядом. В нужный момент свеча зажигания инициирует сгорание, в то время как ротор продолжает вращаться против часовой стрелки. Фаза сжатия цикла сгорания показана на правой диаграмме на рисунке 1. Фаза расширения и выпуска цикла сгорания схематически представлены на рисунке 2. Двигатель Ванкеля выдает три импульса мощности за один оборот ротора и выходного вала. три раза за каждый оборот ротора, что дает один импульс мощности за один оборот выходного вала.

Рисунок 2. Силовая и выпускная фазы двигателя Ванкеля

(любезно предоставлено Хайнцем Хейслером)

Следует отметить, что с идеей Ванкеля о вращающемся корпусе и роторе оба компонента будут вращаться вокруг своей оси и могут быть полностью сбалансированы для достижения очень высоких оборотов — по сообщениям, до 17 000 об / мин. В то время как разработка Пашке стационарного корпуса привела к более простой конструкции, которую было легче изготовить, колебания ротора должны были быть уравновешены, а максимальные обороты двигателя были ниже.

Двигатель Ванкеля столкнулся с рядом технических проблем, которые иногда оказывались проблематичными. Самой серьезной из этих проблем был поиск подходящего материала для апексного уплотнения, которое может подвергаться чрезмерному износу в результате перемещения по острым краям портов. Другой серьезной проблемой была деформация корпуса двигателя из-за того, что небольшая часть двигателя охлаждалась поступающим зарядом, а остальная часть двигателя оставалась при более высокой температуре. При чрезмерных перепадах температур деформация корпуса влияла на расход масла и потери тепла при охлаждении. Еще одним серьезным ограничением этого двигателя была его низкая степень сжатия, ограниченная геометрическим эксцентриситетом ротора. Эта проблема усугублялась верхними уплотнениями, которые предотвращали сильное сжатие, что в конечном итоге приводило к низкой тепловой эффективности. Конструкция камеры сгорания также имеет высокие характеристики теплопередачи и плохие характеристики выбросов из-за относительно большого отношения площади поверхности к объему и большого объема щелей. Тем не менее, двигатель компактен, прост и способен развивать относительно высокие скорости и высокую мощность двигателя с очень небольшой вибрацией.

В то время как роторы с масляным охлаждением распространены в двигателях Ванкеля, также используется сжатый воздух, рис. картерные газы через ротор, а затем через воздухо-водяной теплообменник для последующей отбраковки. Циркуляционный воздух наддувается до среднего давления в рабочих камерах двигателя за счет небольшой двусторонней утечки газов через боковые уплотнения ротора. При полностью открытой дроссельной заслонке давление в системе охлаждения может повышаться примерно до 0,5 или 0,6 МПа, что улучшает теплообмен. Утверждается, что ротор SPARCS с воздушным охлаждением устраняет потерю влажных частиц масла из герметичной системы и снижает трение по сравнению с ротором с масляным охлаждением (OCR). Трение снижено, поскольку отсутствует трение маслосъемного кольца, потери масла при «шейкере», подшипники качения, отсутствие приводного масляного насоса и меньший размер ротора, что снижает трение в газовом уплотнении [5323] [5324] [5325] [5326] .

Рисунок 3 . Ротор с воздушным охлаждением (ACR) роторного двигателя UAV Engines

(Источник: SAE International [5326] )

В 1960-х и 1970-х годах компании, в том числе Curtiss-Wright, автопроизводители, в том числе Mazda и GM, а также несколько производителей мотоциклов, приобрели права на производство Ванкеля у владельца патента Audi NSU. В то время как NSU Spider 1964 года был первым серийным автомобилем с двигателем Ванкеля, Mazda можно приписать наиболее успешное применение роторного двигателя. Mazda продала около 1,8 млн автомобилей, оснащенных роторным двигателем, начиная с 1967 Cosmo 110S и до 2012 года в RX-8. До 2017 года сообщалось, что двигатель производился в небольших объемах для некоторых гоночных автомобилей. С 2013 года Mazda продолжала разработку двигателя и включила в него некоторые планы по выпуску продукции, но об окончательном повторном внедрении в серийный автомобиль не было объявлено до конца 2021 года. Например, в 2020 году Mazda анонсировала роторный двигатель SKYACTIV-R. для концепции роторного спортивного автомобиля Mazda RX-VISION. У них также были предварительные планы по выпуску гибридного автомобиля с роторным двигателем в качестве увеличения запаса хода в 2022 году, но этот план был отложен.

Что касается мотоциклов, Suzuki RE-5, выпускавшийся с 1974 по 1976 год, был одним из примеров серийно выпускаемого мотоцикла с роторным двигателем. Другие производители мотоциклов, которые тестировали эту концепцию, включали Hercules/DKW, Kawasaki, Yamaha и Norton [5327] .

Двигатели Ванкеля широко используются в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА). В 2021 году один производитель предложил несколько вариантов роторных двигателей мощностью от 35 до 120 л. с. [5328] .

Дизельная версия Ванкеля с воспламенением от сжатия была предпринята в 1919 году.60-х и 1970-х годов несколькими производителями, включая совместное предприятие Daimler-Benz, MAN, Krupp и KHD («Дизель-Ринг»), Rolls-Royce и самого Феликса Ванкеля. Форма ротора затрудняла достижение оптимальной формы камеры сгорания с воспламенением от сжатия и достаточно высокой степени сжатия для воспламенения. Требовалось внешнее сжатие через нагнетатель, что приводило к высоким паразитным потерям и увеличению веса. Хотя некоторые двигатели Ванкеля для БПЛА могут работать на дизельном топливе, обычно это двигатели с искровым зажиганием, которые сжигают предварительно смешанный заряд дизельного топлива и воздуха, а не двигатели с воспламенением от сжатия 9.0495 [5329] . Возможность работы на дизельном топливе важна для некоторых военных операций с использованием одного топлива для широкого спектра применений.

Что касается водорода, роторный двигатель имеет то преимущество, что процессы впуска и сгорания происходят в разных местах, и преждевременного воспламенения водорода можно избежать легче, чем в поршневых двигателях.