Роторный двигатель ванкеля: Проходной роторно-поршневой двигатель — Энергетика и промышленность России — № 08 (124) апрель 2009 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Содержание

Проходной роторно-поршневой двигатель — Энергетика и промышленность России — № 08 (124) апрель 2009 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 08 (124) апрель 2009 года

Однако бурный рост потребления таких мощностей требует высокого качества преобразователей энергии, поскольку их работа связана с нагрузкой на окружающую среду.

Поршневые ДВС сейчас уже не справляются с требованиями, которые предъявляются к тепловым преобразователям индивидуального пользования. В поисках подходящей им замены изобретатели все чаще обращаются к роторным машинам. Но пока из всех автомобильных фирм только «Мазда» решилась поставить на поток роторный двигатель Ванкеля.

По массогабаритным показателям такой двигатель значительно превосходит поршневые двигатели, имеет меньше деталей. Однако его широкое использование сдерживается рядом существенных причин. К главным из них можно отнести малый ресурс работы двигателя, которого хватает от силы на 100 000 километров пробега.

В то же время основные технические характеристики роторного варианта теплового преобразователя близки к характеристикам газотурбинной техники и при этом обладают экономичностью поршневого двигателя.

Это заставляет изобретателей искать варианты, в которых будут совмещены преимущества различных систем.

Как известно, роторно-порш­невой двигатель Ванкеля состоит из корпуса, в котором вершины треугольного ротора совершают эпитрохоидную траекторию, обеспечивая необходимые замкнутые полости переменного объема для сжатия рабочего тела, системы подвода тепловой энергии и механизма преобразования последней в энергию вращающегося вала.

Анализируя работу двигателя Ванкеля, можно заметить, что вершины треугольного ротора совершают свою траекторию под воздействием линии эпитрохоиды корпуса – в отличие от ДВС, где смену направления движения поршня определяет коленчатый вал.

Массивный же ротор, имея большую скорость, оказывает значительное сопротивление на сложных поворотах линии эпитрохоиды и, несмотря на обильную смазку, быстро изнашивает трущиеся детали двигателя.

Помимо этого, вершины ротора, имеющие малую контактную поверхность, скользят под разными углами по трущейся поверхности корпуса, что ведет к еще большей скорости разрушения уплотнений.

Однако, к сожалению, линия эпитрохоиды совместно с эксцентриковым механизмом является конструктивной особенностью роторного поршневого двигателя Ванкеля, и на сегодняшний день схема Ванкеля лучшее решение для роторно-поршневого двигателя, несмотря на невысокий ресурс. Приходится признать, что дальнейшее улучшение характеристик двигателя Ванкеля может быть осуществлено лишь с помощью применения еще более дорогостоящих материалов – при незначительной эффективности самого двигателя.

Но есть и другое решение проблемы создания замкнутых полостей переменного объема, в полной мере использующее все преимущества роторно-поршневого механизма.

Оно осуществляется путем установки плотной разделительной стенки в радиальной плоскости цилиндрического корпуса. Стенка откроется в нужный момент и пропустит рабочую часть ротора в точку начала оборота.

В этом случае ротор жестко связан с выходным валом, определяющим траекторию движения ротора без возвратно поступательной составляющей. Трение вращающегося ротора по цилиндрическому корпусу позволит создать большую площадь контакта трущихся поверхностей с неизменным углом касания. В итоге трущиеся поверхности не испытывают паразитного давления; параллельно с этим значительно улучшается уплотнение за счет увеличения поверхности контакта и снижается вибрация двигателя.

Здесь единственным относительно сложным узлом двигателя, который требует технической проработки и испытания, является уплотнительная стенка, пропускающая зуб ротора после завершения цикла.

Реализовать ее можно, установив на пути ротора дополнительный синхронно вращающийся цилиндр, охваченный корпусом. Он работает как вращающаяся часть подшипника скольжения, имеющего паз, который, развернувшись, пропускает зуб ротора словно через турникет.

Работа пропускного цилиндра при совершении рабочего хода заключается только в создании надежных уплотнений между камерами – в двух направлениях цилиндра. Одно проходит по линии скольжения цилиндра в корпусе с характеристиками подшипника скольжения – и здесь уплотнительная способность цилиндра сомнений не вызывает.

На втором направлении уплотнения цилиндр катится по поверхности малого радиуса ротора. Это наиболее сложный участок уплотнения с характеристиками, подобными роликовому или игольчатому подшипнику, который и является основой работы над пропускным РПД.

Автору представляется, что, с технической точки зрения, на пути к созданию перспективного роторного двигателя, свободного от недостатков РПД Ванкеля, стоит лишь вопрос уплотнения между катящимися цилиндрами. Переход же зуба через паз цилиндра происходит в технологическое время при отсутствии давления между камерами. Схема боковых уплотнений успешно решается в РПД Ванкеля, и ее можно позаимствовать.

Вторым отличием проходного РПД является компоновка функциональных узлов по схеме газотурбинного двигателя.

Выделение компрессора камеры сгорания и преобразователя в отдельные конструктивные узлы может значительно улучшить экологические показатели выхлопных газов, поскольку топливо будет сгорать в специально приспособленной камере, где легко можно поддерживать расход температуры и давление рабочего тела. Учитывая разные условия работы компрессора и преобразователя, появится возможность оптимизации узлов под конкретную задачу сжатия воздуха или преобразования энергии полученного горячего газа.

Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

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.

Далее мы расскажем о строении роторного двигателя, но, прежде всего, рассмотрим некоторые автомобили с таким типом двигателя.

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.

Американец построил двигатель Ванкеля с двенадцатью роторами — ДРАЙВ

Вас поражала лемановская Mazda 787B аж с четырёхсекционным двигателем Ванкеля? Забудьте. Перед вами агрегат с двенадцатью секциями.

Изобретатель Тайсон Гэрвин мечтает изменить мир гонок. Для начала — гонок на воде. Его роторный мотор с 12 секциями, размещёнными в три ряда, предназначен для скоростных катеров. Но автомобили-монстры мы держим в уме: уж очень необычные получаются характеристики у двигателя, названного R12. Строго говоря, исходный образец был готов ещё год назад. Но он служил лишь для проверки работоспособности идеи и был оснащён карбюратором. Теперь же новатор сделал то, на что рассчитывал с самого начала, — снабдил своё чудище распределённым впрыском (такой вариант показан на снимке вверху).

Основные детали те же, что у простых двигателей Ванкеля, – треугольные роторы, эксцентриковые валы, корпуса секций. Но здесь всё соединено в диковинную систему. Набор шестерён на одном конце общего блока сводит тягу с трёх эксцентриковых валов на общий выходной вал (нижний центральный на правом снимке).

Гэрвин, участник трансокеанских гонок на катерах, мечтал получить компактный и мощный агрегат, который примерно вписывался бы в габариты джиэмовских биг-блоков. За несколько лет работы изобретатель рассмотрел и отверг 100 вариантов, пока не пришёл к схеме с тремя рядами по четыре ротора, хотя и тут пришлось поломать голову над размещением впускных и выпускных патрубков.

На заднем плане мелькают автомобили — потенциальное поле деятельности неутомимого Гэрвина.

В итоге длина двигателя составляет 76 см, ширина — 79 см, высота — 61 см, рабочий объём — 15,7 л, вес — 377 кг. Полагаете, это много? Учтите, что в атмосферном варианте он выдаёт 1140 л.с. И американец намерен поставить сюда турбонаддув. В зависимости от его давления с R12 можно будет снять от 2400 до 5400 л.с. Последняя цифра достижима только с топливом с октановым числом 116, и при этом ресурс будет ограничен несколькими гонками. Крутящий момент тоже неплох. На прошлогоднем образце испытатель получал на стенде 1105 Н•м, не поднимая обороты выше 3200 об/мин. А ведь конструкция рассчитана на 9000 в нормальном режиме и 11 000 оборотов — в гоночном. Теперь Гэрвину предстоит проверить агрегат в новом варианте с электронным впрыском топлива, а потом добавить турбокомпрессор.

В этом ролике можно увидеть запуск сырого образца годичной давности.

Роторный двигатель. Устройство, принцип работы. Плюсы и минусы ротора.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива. Двигатели эти на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись различные конструкции моторов. Одной из прогрессивных, но так и не получивших распространение конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Об особенностях этого типа двигателя, его достоинствах и недостатках мы поговорим в сегодняшнем материале.

История

Разработчиком роторно-поршневого двигателя стал дуэт инженеров компании NSU – Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля.

Феликс Ванкель и роторный двигатель

Эта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил. Производилась эта модель на протяжении трех лет (1964-1967 годы).

NSU Spider

По настоящему массовым автомобилем с роторным двигателем стало второе детище компании NSU – седан Ro-80.

NSU Ro-80

В названии автомобиля указывалось, что модель оснащается роторным агрегатом. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а пионером в этом деле стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем – RX (Rotor-eXperiment). Производство последней модели из этого семейства, Mazda RX8 в специальной версии Spirit R, было свернуто в середине 2012 года. Впрочем, не все экземпляры роторной «восьмерки» еще распроданы – официальный дилер Mazda в Индонезии еще продает эти автомобили.

Mazda RX-8

Устройство

Особенностью роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания стало присутствие в его конструкции трехгранного ротора – поршня. Он вращается в цилиндре, который имеет специальную форму. Ротор насажен на вал, и соединен с зубчатым колесом, которое, в свою очередь, имеет сцепление со статором – шестерней. Ротор вращается вокруг статора по так называемой эпитрохоидальной кривой, его лопасти попеременно перекрывают камеры цилиндра, в которых происходит сгорание топлива.

Роторный двигатель

В конструкции роторного двигателя отсутствует газораспределительный механизм – его функцию выполняет сам ротор, который при помощи своих лопастей распределяет поступающую горючую смесь и выпускает отработанные в цилиндре газы. Подобная конструкция двигателя позволяет обойтись без множества узлов, крайне необходимых для простого поршневого двигателя (например, коленчатый вал, шатуны), что, во-первых, позволяет уменьшить размер и массу силового агрегата, а во-вторых – уменьшить стоимость его производства.

Достоинства и недостатки

Роторно-поршневой двигатель не зря привлек внимание многих именитых автомобильных компаний. Его конструкция и принцип действия позволяли получить несколько довольно весомых преимуществ перед обычными двигателями.

Во-первых, роторно-поршневой мотор в силу своей конструкции обладал лучшей среди остальных типов силовых установок сбалансированностью, и был подвержен минимальным вибрациям.

Во-вторых, у этой силовой установки отмечались отменные динамические характеристики: без существенной нагрузки на двигатель, авто с роторно-поршневым мотором легко можно разогнать до 100 км/час и более на низкой передаче при высоких оборотах двигателя.

роторный двигатель Мазда RX-8

В-третьих, роторный двигатель компактнее и легче, чем стандартный поршневой силовой агрегат. Эта особенность позволяла конструкторам добиться практически идеальной развесовки по осям, что влияло на устойчивость автомобиля на дороге.

В-четвертых, в нем используется намного меньшее количество узлов и агрегатов, чем в обычном двигателе.

Наконец, в-пятых, роторный двигатель обладает высокой удельной мощностью.

Недостатки

К минусам роторно-поршневого двигателя, из-за которых он так и не смог получить массового применения и не используется сегодня в автомобилях всех брендов, относится, во-первых, большой расход топлива на низких оборотах. На некоторых моделях он достигает 20 литров на 100 км пробега, что, согласитесь, совсем не экономично и бьет по карману владельца авто с роторным двигателем.

Во-вторых, недостатком этого типа двигателей является сложность изготовления его деталей: чтобы ротор правильно прошел эпитрохоидальную кривую, необходима высокая геометрическая точность при создании как самого ротора, так и цилиндра. Для этого производители роторных двигателей используют высокоточное и дорогостоящее оборудование, а стоимость производства закладывают в цену автомобиля.

В-третьих, роторный двигатель склонен к перегреву из-за особенности конструкции камеры сгорания: она имеет линзовидную форму, а не сферическую, как у обычных поршневых моторов. Топливная смесь, сгорая в такой камере, превращается в тепловую энергию, которая расходуется в большей части неэффективно – ее избыток нагревает цилиндр, что в конечном итоге приводит к износу и выходу его из строя.

В-четвертых, высокий износ уплотнителей между форсунками ротора из-за перепадов давления в камерах сгорания двигателя. Именно поэтому ресурс таких двигателей составляет 100-150 тысяч км, после чего, как правило, требуется капитальный ремонт силового агрегата.

В-пятых, роторно-поршневой двигатель нуждается в своевременной и четко соблюдаемой процедуре смены моторного масла: мотор потребляет примерно 600 мл моторного масла на 1000 км, так что менять его приходится раз в 5000 км пробега. Если его вовремя не заменить, это чревато выходом из строя узлов и агрегатов мотора, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. То есть, к эксплуатации и обслуживанию роторно-поршневых двигателей следует подходить более ответственно, чем к обслуживанию обычных моторов, вовремя проводя их техническое обслуживание и капитальный ремонт.

Двигатель Ванкеля | Роторные двигатели

Единственной на сегодняшний день выпускаемой в промышленных масштабах моделью роторного мотора является двигатель Ванкеля, который относится к типу роторных двигателей с планетарным круговым движением главного рабочего элемента. Такая конструктивная компоновка роторного двигателя является, несомненно, самойпростой по своему техническому устройству, но не самой оптимальной по способу организации рабочих процессов и поэтому имеет свои неотъемлемые и серьезные недостатки.

Роторных двигателей с планетарным движением главного рабочего элемента существует достаточно много разновидностей, но по существу они отличаются друг от друга лишь количеством граней ротора и соотвествующей формой внутренней поверхности корпуса . Приведенные схемы разных компоновок подобных моторов взяты из книги «Судовые роторные двигатели», издания 1967 года, авторов Е.Акатов, В.Бологов и др. и подготовлены к публикаци в электронном виде автором этого сайта.

Роторный двигатель

   Кратко рассмотрим саму конструкцию двигателя этого типа вместе с историей его появления и сферой применения.   История создания роторных двигателей с планетарным вращательным движением главного рабочего элемента начинается в 1943 году, когда изобретатель Майлар предложил первую подобную схему. Потом в течение короткого времени было подано еще несколько патентов на двигатели подобной схемы. В том числе и разработчик германской фирмы NSU – В. Фреде. Но главным слабым местом этой схемы роторного двигателя были системы уплотнений между ребрами на стыке соседних граней вращающегося треугольного ротора и стенками неподвижного корпуса. Вот к решению к этой сложной инженерной задачи и был подключен Р.Ванкель как специалист по уплотнениям. Вскоре, благодаря своей энергичности и инженерному мышлению он стал лидером группы разработчиков. В 1957 году в лаборатории фирмы NSU построили прототип роторного двигателя типа «DKM», с треугольным ротором и рабочей камерой в форме капсулы, в которой ротор был неподвижным, а корпус вращался вокруг него. Гораздо более практичным был вариант компоновки типа «KKM» с нормальной схемой — рабочая камера в корпусе была неподвижной, а в ней вращался ротор. Этот мотор появился годом позже, в 1958-м. В ноябре 1959 года NSU официально объявила о создании работающего роторного двигателя. За короткое время около 100 компаний во всём мире приобрели лицензии на эту технологию, при этом 34 из них были японскими.  

Мотор оказался очень небольшим, мощным и имел мало деталей. В Европе начались продажи машин с роторными двигателями, но как оказалось у них мал моторесурс, они потребляли много топлива и имели очень токсичный выхлоп. Нефтяной кризис 1973 года из-за очередной арабо-израильской войны, когда цены на бензин увеличились в несколько раз, резко поставил вопрос об экономичности автомобильных моторов. Из-за этого в Европе и Америке попытки довести роторный двигатель Ванкеля до нужной степени совершенства были прекращены. И только японская компания Mazda упорно продолжала работы в этом направлении. А еще советский завод ВАЗ – так как бензин в то время в СССР стоил копейки, а мощный, хотя и с малым ресурсом, мотор был нужен силовым ведомствам. Но в 2004 году малосерийное производство на ВАЗе было закрыто и на сегодняшний момент Mazda является единственным автопроизводителем, который серийно выпускает автомобили с роторным двигателем.    В настоящее время в мире серийно выпускается лишь один автомобиль с роторным двигателем системы Ванкеля – это спортивное купе Mazda RX-8. На этой машине устанавливается мотор «RENESIS» с двумя роторными секциями общим объемом 1,3 литра. Двигатель исполняется в нескольких вариантах с мощностью от 200 до 250 л.с.

.

 

После краткого обзора истории роторного двигателя с планетарным движением ротора остановимся на рассмотрении его преимуществ и недостатков.   ПРЕИМУЩЕСТВА роторного двигателя Ванкеля по сравнению с традиционными поршневыми моторами:   1) Повышенная удельная мощность (л.с./кг), она практически в два раза превышает этот показатель поршневых 4-х тактных двигателей. Масса неравномерно движущихся частей в двигателе Ванкеля гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности поршневых двигателях, и амплитуда таких неуравновешенных движений заметно меньше. Это происходит из-за того, что в «поршневике» осуществляются возвратно- поступательные движения, а в двигателе Ванкеля- вращательные, планетарной схемы. К тому же в двигателе Ванкеля отсутствуют коленчатый вал и шатуны.

На повышенную мощность Ванкеля играет и то, что такой двигатель однороторной конструкции выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от одноцилиндрового 4-х тактного поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала.   Именно по этим причинам с единицы объема камеры сгорания в серийном роторном моторе Ванкеля снимается гораздо большая мощность. При объёме рабочей камеры 1300 см Mazda RX-8 имеет мощность 200 л.с – 250 л.с., а прежняя модель Mazda RX-7, с мотором такого же объема, но с турбокомпрессором выдавала 350 л.с.

Именно поэтому особым признаком Mazda RX являются отличные динамические характеристики:

  • на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более).
  •  двигатель Ванкеля гораздо легче механически уравновесить и избавиться от вибрации, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей;
  •  габаритные размеры роторно-поршневого двигателя меньше в 1,5—2 раза в соотношении со сравнимым по мощности поршневым мотором.

В двигателе Ванкеля на 35 — 40 % меньшее количество деталей.

 Недостатки:

1) Малая длина рабочего хода грани треугольного ротора, Хотя эти показатели напрямую с поршневым мотором сравнивать сложно – слишком различны типы движений поршня и ротора, но у двигателя Ванкеля примерно на пятую часть меньше длина рабочего хода. Тут есть одно коренное отличие Ванкеля от поршневого мотора- у «поршневика» идет увеличение объема в направлении одного линейного направления, которое совпадает с направлением рабочего хода. А у Ванкеля – это движение сложное и только часть траектории перемещения треугольного ротора с планетарным движением становится собственно линией рабочего хода. (РИС.) Именно поэтому у двигателя Ванкеля топливная эффективность хуже, чем у поршневых моторов. Поэтому из-за малой длины рабочего хода очень высока температура выхлопных газов – рабочие газы не успевают передать основное свое давление на ротор, как уже открывается выхлопное окно и горячие газы высокого давления с еще не прекратившими горение объемными фрагментами рабочей смеси выходят в выхлопную трубу. Поэтому температура выхлопных газов у двигателя Ванкеля очень высока.

 

2) Сложная форма камеры сгорания «серповидной» формы. У такой камеры сгорания большая поверхность контакта газов со стенками корпуса и ротором. Поэтому значительная честь тепла уходит на нагрев деталей мотора, а это снижает тепловой КПД и усиливает нагрев мотора. Кроме того, такая форма камеры сгорания приводит к ухудшению смесеобразования и замедлению скорости горения рабочей смеси. Поэтому на моторе Mazda RX-8 стоят 2 свечи зажигания на одной роторной секции. Эти особенности так же отрицательно влияют на уровень термодинамического КПД.

3) Потенциально невысокий для роторного мотора крутящий момент. Для того чтобы снять вращение с движущегося ротора, центр вращения которого сам непрерывно осуществляет планетарное вращение по круговой траектории вокруг геометрического центра рабочей камеры, в этом двигателе применяется эксцентрично расположенные на главном валу диски. По сути дела – это элементы кривошипного устройства. То есть двигатель Ванкеля так и не смог полностью избавиться от главного недостатка классических поршневых ДВС – кривошипно – шатунного механизма. Хоть он и представлен в моторе Ванкеля в своем облегченном варианте – в виде эксцентрикового вала, но самые главные пороки этого механизма: рваный, пульсирующий режим крутящего момента и малое плечо главного элемента, воспринимающего крутящий момент – так и остались «не излеченными». (РИС.) Именно поэтому односекционный Ванкель малоработоспособен и нужно делать 2 или 3 роторные секции для получений нормальных рабочих характеристик, еще желательно ставить на вал дополнительно и маховик.   Кроме наличия в двигателе Ванкеля кривошипного механизма, на малый для роторного двигателя крутящий момент еще влияет и то, что кинематическая схема такого мотора устроена очень нерационально с точки зрения восприятия поверхностью ротора давления рабочих газов расширения. Поэтому лишь некоторая часть давления – около трети – переводится в рабочее вращение ротора и создает крутящий момент. Подробнее крутящем моменте поговорим в специальном разделе сайта.

Подробно о принципе возникновения крутящего момента в роторном двигателе Ванкеля Смотри на страничке сайта КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ

4) Присутствие в корпусе вибраций. Дело в том, что система роторного мотора с планетарным движением рабочего элемента предполагает неравновесное движение этого органа. Т.е. при вращении центр масс ротора совершает непрерывное вращательное движение вокруг центра масс корпуса и радиус этого вращения равен плечу эксцентрика главного вала мотора. Именно поэтому на корпус мотора действует изнутри постоянно вращающийся вектор силы, равный центробежной силе, возникающей на роторе. То есть ротор при вращении на вращающемся в свою очередь эксцентриковом валу имеет в характере своего движения неизбежные и выраженные элементы колебательного движения. Что и приводит к неизбежности вибраций. (РИС.)

5) Быстрый износ торцевых радиальных уплотнений на углах треугольника ротора, так как на них идет сильная радиальная нагрузка, неизбежная в двигателе Ванкеля по самому его принципу работы. (РИС.)

6) Постоянная угроза прорыва газов высокого давления из полости одного рабочего такта в полость другого такта. Это происходит потому, что контакт радиального уплотнения ребра ротора и стенки камеры сгорания происходит по одной тонкой линии. При этом еще существует проблема прорыва газов через гнезда установки свечей, когда над ними проходит ребро ротора.

7) Сложная система смазки вращающегося ротора. В моторе Mazda RX-8 специальные форсунки впрыскивают масло в камеры сгорания для смазки трущихся при вращении о стенки камеры сгорания ребер ротора. Это усиливает токсичность выхлопа и одновременно делает мотор очень требовательным к качеству масла. Кроме того, при высоких оборотах возникает повышенные требования к смазке цилиндрической поверхности эксцентриковой части главного вала, вокруг которой вращается ротор, и которая снимает главное усилие с ротора и переводит во вращение вала. Именно эти две технические трудности, решить которые весьма непросто, приводили к недостаточной смазке на высоких оборотах наиболее нагруженных трением деталей такого мотора, а это, соответственно, резко уменьшало моторесурс двигателя. Именно недостаточное решение таких технических задач приводило к очень малому ресурсу моторов Ванкеля, которые выпускал отечественный АвтоВАЗ. (РИС.- указать цилиндрическую поверхность контакта внутреннего гнеда ротора и эксцентр диска вала)

8) Высокие требования к точности исполнения деталей сложной формы делают такой мотор сложным в производстве. Такое производство требует высокоточного и дорогого оборудования — станков, способных создавать сложные объемы рабочей камеры с криволинейной эпитрохоидальной поверхностью. Сам ротор так же имеет форму сложного треугольника с выпуклыми поверхностями.

 

***

Как видно из содержания этого раздела сайта, роторный двигатель Ванкеля имеет выраженные преимущества, так и большое количество практически непреодолимых недостатков, которые так и не позволили этому типу двигателей вытеснить поршневые моторы из арсенала современной техники. Хотя такие перспективы всерьез обсуждались в конце 60-х и начале 70-х годов прошлого века, и в аналитических обзорах высказывались мнения, что к концу 80-х годов 20-го века более половины автомобилей планеты будут уже иметь роторные двигатели разных типов….    И, несмотря на наличие отрицательных черт и технических трудностей, роторный двигатель Ванкеля смог появиться технически и состоятся как коммерчески дееспособный вид продукции, потому что недостатки его главных конкурентов – поршневых моторов с кривошипно – шатунными механизмами оказываются еще серьезнее и многочисленнее.И это, не смотря на более века попыток их совершенствования.

 

 

 

*** 

ПРОДОЛЖЕНИЕ РАЗГОВОРА О РОТОРНОМ ДВИГАТЕЛЕ ВАНКЕЛЯ

сентябрь 2016г.    Одна из самых трудных проблем всех типов роторных двигателей- это создание эффективной системы уплотнений, которая должна создавать замкнутый объём в рабочих камерах роторного двигателя. Пока в схеме типа Тверской это является одной из главных трудностей. Там предстоит сделать эффективную и непростую в изготовлении систему уплотнений.И чтобы потренировать руку и получить положительный опыт в таком деле, я решил создать небольшой рабочий экземпляр двигателя Ванкеля прямо с «ноля». Работа уже идет к концу- прилагаю фото такого моторчика.

Уплотнения

Ориентировочная мощность одной такой роторной секции предполагается около 35-40 л.с.. Мотор из 2-х роторных секций ожидается мощностью в 70-80 л.с..

***

ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ — ДЕКАБРЬ
25 декабря 2016г    Изготовлене малого Ванкеля идет в оптимальном ритме. Двигатель готов на 95%, остаются небольшие мелочи.
Так как на некоторых площадких в интернете эти мои фото уже обсуждаются и вокруг них накручиваются немало фантазий- сообщаю.
Двигатель создан с «НОЛЯ», ни одной детали из посторонних моделей в нем нет. В нем нет ни деталей от Sachs Wankel, которые уже не выпускаются лет 30, ни от современных малых современных aixro и пр. и др.
Кормпус двигателя выполнен из конструкционной легированной термостойкой стали, подвергнутой термохимическому упрочнению.Твердость поверхностного слоя имеет показатель в 70 HRC. Глубина термоупроченного слоя состовляет в среднем 1,5 мм.Точно так же обработаны и до таких же показателей твердости и износоустойчивости доведены радиальные и торцевые уплотнения.Двигатель имеет воздушное охлаждение, масло для смазки будет подаваться в камеру сжатия через 2-е специальные форсунки. Т.е. не нужно будет мешать масло с бензином как в 2-х тактных моторах.

Двиигатель Ванкеля

Двигатель Ванкеля на холодной обкатке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Двигатель поставлен на токарный станок и в течение нескольких часов подвергался холодной обкатке. Это позволило оценить работу уплотнений и герметичность получаемых секций в двигателе как вполне благополучную. В ближайшее время будет замеряно давление, которое получается в секторе сжатия мотора.
Запуск двигателя планируется на конец января.

ВОЗОБНОВЛЕНИЕ РАБОТЫ ПОСЛЕ  ПАУЗЫ

После некоторого перерыва активные работы возобновлены. Сейчас (март-май 18г) идут активные пробные прокрутки малой опытной модели двигателя. По ее итогам идет доработка уплотнений — самого трудного и деликатного элемента в роторных двигателях. Результаты весьма обнадеживающие.

Двигатель Ванкеля — это… Что такое Двигатель Ванкеля?

Роторно-поршневой двигатель в разрезе.

Ро́торно-поршнево́й дви́гатель внутреннего сгорания (РПД, двигатель Ва́нкеля), конструкция которого разработана в 1957 инженером компании NSU Вальтером Фройде (англ.), ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя. [1]

Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рело, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде.

Конструкция

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый)

Роторно-поршневой двигатель

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот ванкель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.

Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Практическое применение получили двигатели с трёхгранными роторами, с отношением радиусов шестерни и зубчатого колеса: R:r = 2:3, которые устанавливают на автомобилях, лодках и т. п.

Преимущества, недостатки и их разрешение

Преимущества перед обычными бензиновыми двигателями

  • низкий уровень вибраций. РПД полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров;
  • главным преимуществом роторно-поршневого двигателя являются отличные динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более), чем в случае конструкции обычного двигателя внутреннего сгорания.
  • Малая удельная масса при высокой удельной мощности, причины:
  1. Масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности «нормальных» поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны.
  2. К тому же однороторный двигатель выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличии от одноцилиндрового поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала. (современный серийный РПД с объёмом рабочей камеры 1300 см³ имеет мощность 220 л.с., а с турбокомпрессором — 350 л.с.)
  • меньшие в 1,5—2 раза габаритные размеры.
  • меньшее на 35—40 % число деталей

За счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное двигатель способен выдерживать бо́льшие обороты с меньшими вибрациями, по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД Ванкеля, вызывает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой, приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя.

В связи с этим возникает повышенное требование к периодической замене масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнителей. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.

Важной проблемой считается состояние уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием этого, неразрешимого для двигателей Ванкеля, противоречия являются высокие утечки между отдельными камерами и, как следствие, падение коэффициента полезного действия и токсичность выхлопа.

Проблема быстрого износа уплотнителей на высокой скорости вращения была разрешена применением высоколегированной стали.

При всех преимуществах (высокая удельная мощность, простота устройства, несложный ремонт при правильной эксплуатации), важной проблемой является меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС.

Другой особенностью двигателей Ванкеля является его склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у неё относительно большая площадь. При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания — сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра. Эти потери не только снижают эффективность преобразования химической энергии в механическую, но и вызывают проблемы с воспламенением рабочей смеси, поэтому в конструкции двигателя часто предусматривают 2 свечи.

Высокие требования к точности исполнения деталей делают его сложным в производстве. Оно требует высокотехнологичного и высокоточного оборудования — станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.

Применение

NSU Ro80.

Двигатель разрабатывался изначально именно для применения на автотранспорте. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Wankelspider.

Первый массовый (37,204 экземпляра) — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro80. Автомобиль имел достаточно инноваций и помимо двигателя — в частности, кузов с рекордно-низким аэродинамическим сопротивлением, полуавтоматическую коробку передач с гидротрансформатором, блок-фары, и так далее. Ro80 отличалась не только уникальной конструкцией, но и передовым дизайном, который оказался непонятен публике середины шестидесятых; через десять лет именно он был положен в основу стиля моделей «Ауди» 100 и 200 поколения C2.

К сожалению, ресурс двигателя оказался весьма мал (ремонт требовался уже после пробега порядка 50 тыс. км), поэтому автомобиль заслужил плохую репутацию и относительно малоизвестен. На многих сохранившихся автомобилях оригинальный двигатель заменён на поршневой V4 «Essex» фирмы Ford.

Citroën также экспериментировал с РПД — проект Citroën M35.

После этого серийное и мелкосерийное производство роторно-поршневых двигателей Ванкеля производились только фирмой ВАЗ, в конечном счёте взявшим за основу конструкцию двигателя

Современные двигатели

Инженерам фирмы Euro IV. Двухцилиндровый двигатель «Renesis» объёмом всего 1,3 л выдаёт мощность в 250 л. с. и занимает гораздо меньше места в моторном отсеке. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет меньший объём, но бо́льшую мощность, меньше нагревается.

Автомобили марки [2] могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород. Это явилось вторым витком роста внимания к РПД двигателю со стороны разработчиков. Двигатель успешно может использовать водород, так как менее чувствителен к детонации, чем обычный двигатель, использующий возвратно-поступательное движение поршня.

Автомобили с РПД потребляют от 7 до 20 литров топлива на 100 км, в зависимости от режима движения, и масла от 0,4 л до 1 л на 1000 км (для двигателей Mazda 0,4 — 0,6 л.). В настоящее время исследование этого типа двигателя активно ведёт японский автоконцерн

Авиационные двигатели

В начале 50-х годов была создана серия авиадвигателей ВП-760, ВП-1300, ВП-2650 — пятилучевых двухтактных звёзд мощностью от 40 до 130 л. с. и весом от 25 до 100 кг авиационного инженера В.Полякова, созданных для лёгкой авиационной техники и прошедших успешные испытания в небольшой серии в ДОСААФ. [3]

Сноски

  1. Иван Пятов. РПД изнутри и снаружи, Журнал Двигатель, № 5-6 (11-12) сентябрь-декабрь 2000
  2. первые буквы от названия «Renesis», производным от слов (англ. Rotary Engine:роторный двигатель и Genesis:процесс становления, название говорящее о появлении нового класса двигателей)
  3. альманах АэроМастер, №1/98г, Новосибирск.

Литература

  • Роторно-поршневой двигатель // Большая советская энциклопедия

Ссылки

РПД СССР/России

Авиационные РПД

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

Роторный двигатель: принцип работы

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

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

Роторный двигатель делает эти четыре такта в одном и том же объеме(камере), но каждый из этих тактов происходит в своей отдельной части этой камеры. Как будто для каждого цикла используется отдельный цилиндр, а поршень перемещается от одного цилиндра к другому.

В этой статье мы подробно расскажем, как работает роторный двигатель. Давайте начнем с основных принципов его работы.

Принцип работы роторного двигателя.

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.

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

Роторный двигатель

Ротор и корпус роторного двигателя от Mazda RX-7: Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны, шатуны и распредвалы в поршневых двигателях.

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

Мы заглянем внутрь роторного двигателя, чтобы познакомится с его устройством, но сначала давайте взглянем на новые модели автомобилей с роторным двигателем.

Mazda RX-8

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей, использующих роторные двигатели. Спорткар 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 роторной силовой установкой, начиная с Cosmo Sport выпуска 1967 года.

Однако RX-7 не продается с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла. Mazda RX-8, последний спорткар от Mazda, имеет у себя под капотом новейший роторный двигатель под названием RENESIS. Названный лучшим двигателем 2003 года, этот атмосферный двух-роторный двигатель производит около 250 лошадиных сил.

Строение роторного двигателя.

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, весьма похожие на те, что установлены на поршневых двигателях. Однако, если вы никогда не видели внутренности роторного двигателя, то будьте готовы удивиться, потому что вы не увидите ничего знакомого.

Ротор

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

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

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.
Теперь давайте посмотрим, как эти части взаимодействуют.

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.

Мощность роторного двигателя

Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, как и в обычном поршневом. Но в роторном это происходит совсем по-другому.

Сердце роторного двигателя — это ротор. Он чем-то эквивалентен поршню в поршневом двигателе. Ротор установлен на большой округлом лепестке на выходном вале. Этот лепесток смещается от осевой линии вала и действует как заводная ручка на лебедку, давая ротору пространство для поворота выходного вала. Пока ротор вращается внутри корпуса, он толкает лепесток внутри жестких кругов, вращаясь 3 раза за каждый оборот ротора.

В то время как ротор вращается в корпусе, три отсека внутри изменяют свой размер. Изменение размера этих камер создает давление. Давайте пройдем по всем 4 отсекам двигателя.

Подача

Первая фаза начинается тогда, когда вершина ротора находится на уровне отсека подачи. В момент когда камера подачи открыта для основного отсека, объем этой камеры близок к минимуму. Как только ротор проходит мимо камеры подачи, объем камеры расширяется и вливает воздух/топливо в основной отсек. Как только ротор проходит камеру подачи, отсек становится полностью изолированным и начинается компрессия.

Компрессия

В то время как ротор продолжает свое движение по основному отсеку, пространство в отсеке становится меньше, смесь из воздуха/топлива сжимается. Как только ротор проходит отсек со свечами зажигания, объем камеры снова сводится к минимуму. В это время происходит возгорание смеси.

Возгорание

Большинство роторных двигателей имеет две свечи зажигания. Камера возгорания достаточно длинная, поэтому одной свечи будет недостаточно. Как только свечи воспламеняет топливно-воздушную смесь, давление в отсеке сильно увеличится, приводя ротор в движение. Давление в камере возгорания продолжает расти, заставляя ротор двигаться, а отсек расти в объеме. Газы от возгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, до того момента, пока ротор не пройдет выхлопной отсек.

Выхлоп

После того, как ротор проходит выхлопной отсек, высокое давление газа сгорания свободно выходит в выхлопную трубу. Так как ротор продолжает движение, камера начинает сжиматься, выдавливая оставшиеся выхлопные газы в свободный отсек. К тому времени объем камеры опять падает к минимуму и цикл начинается сначала.

Разница и Проблемы

У роторного двигателя достаточно много различий с обычным поршневым двигателем.

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-ех цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-ех 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.

Проблемы

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.

Источник: Авто Релиз.ру.

Что такое двигатель Ванкеля? | Как работает роторный двигатель?

Двигатели наиболее распространены во всем мире. Они стали важной частью всех транспортных средств. Существуют разные типы двигателей в зависимости от потребностей различных областей применения. Двигатель Ванкеля — самый известный тип двигателя внутреннего сгорания. В предыдущей статье мы обсуждали различные типы двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В этой статье речь пойдет в основном о движке Ванкеля.

Что такое двигатель Ванкеля?

Двигатель Ванкеля — это тип роторного двигателя IC, который использует вращательное движение треугольного ротора, установленного в эллиптической камере, для преобразования тепловой энергии во вращательное движение без использования традиционного возвратно-поступательного поршня.Двигатель Ванкеля также известен как роторный двигатель , потому что он имеет все вращающиеся части.

По сравнению с поршневыми двигателями роторные двигатели Ванкеля имеют малый вес, небольшие размеры и более компактные размеры. Напротив, поршневой двигатель имеет поршень, совершающий возвратно-поступательное движение, который движется вверх и вниз внутри цилиндра.

Роторный двигатель Ванкеля имеет меньшую вибрацию и более равномерный крутящий момент, чем поршневой двигатель.

История двигателя Ванкеля
  • В 1924 году Феликс Генрих Ванкель создал небольшую лабораторию и начал разработку и исследование двигателя своей мечты, который мог вращаться, всасывать, сжиматься, гореть и выхлопывать.
  • В 1951 году компания NSU Motorenwerke AG приступила к разработке двигателя Ванкеля.
  • В 1957 году инженер Феликс Генрих Ванкель сконструировал первый роторный двигатель Ванкеля вместо обычного поршневого двигателя.
  • Инженер Ханнс Дитер Пашке разработал второй двигатель KKM , следуя некоторым технологическим изменениям и усовершенствовав технологию двигателя Ванкеля.
  • Роторный двигатель Ванкеля был впервые представлен специалистам и прессе на конференции Союза инженеров Германии в Мюнхене в 1960 году.
  • В 1960-х годах, благодаря простоте, отличному соотношению прочности и веса, плавности работы и очень высокой эффективности роторных двигателей, они были у всех на слуху в автомобильной и мотоциклетной промышленности.
  • В августе 1967 года компания NSU Motorenwerke AG получила широкую огласку в связи с появлением нового NSU Ro 80, оснащенного 115-часовым двигателем Ванкеля с двумя роторами. Это был первый немецкий автомобиль в 1968 году, который был признан «Автомобилем года».
  • Благодаря отличным характеристикам двигателя Ванкеля, многие крупные производители автомобилей (Ford, Toyota, Mercedes-Benz, Porsche, Rolls-Royce и Mazda) подписали между ними лицензионные соглашения на производство роторных двигателей Ванкеля в течение следующего десятилетия.

Конструкция роторного двигателя

Роторный двигатель работает по принципу оттоцикла . В отличие от поршневого двигателя с возвратно-поступательным движением, 4-тактный стандартного двигателя с циклом Отто организован последовательно вокруг эллиптического ротора в двигателе Ванкеля. Роторный двигатель имеет один ротор и одну эллиптическую коробку, окруженную треугольным ротором (трехсторонним у Reuleaux), который вращается и перемещается в коробке.Сторона уплотнения ротора соединена с тремя камерами сгорания на стороне корпуса и углами уплотнения ротора по периметру основной коробки.

По мере того, как ротор вращается, вращение и форма корпуса толкают ротор ближе к стенке корпуса, а камеру сгорания двигателя ближе и дальше вниз по «ходам» возвратно-поступательного поршня. Но эти 4-тактные двигатели производят такт сгорания после двух оборотов поршня внутри цилиндра.

Камеры сгорания двигателя Ванкеля производят один «ход сгорания » за каждый оборот.Поскольку приводной вал Ванкеля вращается со скоростью, в три раза превышающей частоту вращения ротора, он становится одним «тактом» сгорания на один оборот выходного вала ротора, что в два раза больше, чем у четырехтактного поршневого двигателя и эквивалентно таковому у двухтактного двигателя. Эти двигатели имеют большую выходную мощность по сравнению с четырехтактными бензиновыми двигателями с аналогичным ходом двигателя.

Двигатель Ванкеля в рабочем состоянии

Роторный двигатель Ванкеля — это известный тип двигателя внутреннего сгорания, который работает по основному принципу отто-цикла .

Двигатель Ванкеля четырехтактный и работает по следующей схеме:

  1. Всасывание
  2. Компрессия
  3. Сгорание
  4. Выхлоп
Двигатель Ванкеля работает

1) Ход всасывания или всасывания: —

  • Когда кончик ротора проходит через впускное отверстие, свежий воздух начинает поступать в первый цилиндр, как показано на диаграмме выше.
  • Цилиндр 1 st продолжает всасывать свежий воздух до тех пор, пока кончик ротора 2 и не достигнет впускного отверстия и не закроет его.
  • После этого впускной канал закрывается, и свежая топливно-воздушная смесь улавливается в первом цилиндре для сжатия и сгорания.

2) Степень сжатия: —

  • После завершения такта впуска начинается такт сжатия захваченной топливовоздушной смеси.
  • Когда ротор начинает вращаться, зазор между углом 1 и углом 2 первого цилиндра (как показано на диаграмме выше) уменьшается за счет уменьшения объема смеси и ее сжатия.
  • По мере того, как топливно-воздушная смесь сжимается в соответствии с требованиями, она отправляется на сжигание.

3) Сгорание: —

  • Когда смесь первого цилиндра (от 1 до 2 углов) сжимается в соответствии с требованием, свеча зажигания создает искру внутри цилиндра, которая воспламеняет топливовоздушную смесь.
  • Из-за возгорания смесь превращается в газы с высокой температурой и давлением. Энергия сгоревшей смеси заставляет ротор двигаться вперед.Этот процесс продолжается до тех пор, пока угол 1 st не пройдет мимо выпускного отверстия.

4) Выхлоп: —

  • Когда угол 1 касается выпускного или выпускного отверстия, горючие газы под высоким давлением выходят из двигателя.
  • После выпуска отработавших газов выпускное отверстие закрывается, и снова весь цикл повторяется.

Для лучшего понимания посмотрите следующее видео:

Детали роторного двигателя Ванкеля

Роторный двигатель может иметь сложную конструкцию, но в нем не так много движущихся частей или компонентов, как в поршневом двигателе.Ниже мы рассмотрим основные компоненты роторного двигателя Ванкеля, чтобы вы могли лучше понять, как все работает.

Роторный двигатель состоит из следующих основных частей:

  1. Ротор
  2. Свеча зажигания
  3. Выходной вал
  4. Кожух
  5. Впускные и выпускные отверстия

1) Ротор

Ротор представляет собой треугольную вогнутую часть, которая обеспечивает плотное уплотнение при нажатии на кожух двигателя. На каждой стороне ротора есть воздушный карман или воздухозаборник, чтобы пропускать больше газа в корпус.Эти впускные отверстия или карманы эффективно увеличивают рабочий объем двигателя Ванкеля.

Ротор вращается на нескольких шестернях, соединенных с валом. Этот вал устанавливается в центре корпуса. Шестерни позволяют краям ротора вращаться таким образом, что они всегда контактируют с корпусом, поддерживая три отдельных камеры сгорания.

2) Корпус или кожух

Кожух — самая важная часть двигателя. Он также известен как корпус двигателя.Эллиптическая конструкция корпуса помогает максимизировать рабочий объем двигателя при вращении ротора. Во время вращения ротора края ротора находятся в постоянном контакте с внутренней стенкой корпуса.

Когда ротор вращается в кожухе, каждая воздушная полость проходит через четыре части цикла сгорания:

  1. От всасывания до сжатия
  2. Сгорание до выхлопа.

Топливная форсунка и свеча зажигания вставляются непосредственно в камеру сгорания через стенку кожуха.Внешние каналы позволяют охлаждающей жидкости и маслам проходить через систему для поддержания температуры и целостности системы.

Корпус также защищает внутренние части двигателя. Это предохраняет внутренние детали от повреждений, вызванных падением на двигатель какой-либо внешней нагрузки.

3) Выходной вал

Выходной вал передает энергию, образующуюся в результате сжатия и сгорания, в систему трансмиссии, которая приводит в движение колесо транспортного средства.Он оснащен круглым выступом, который касается ротора и вращает вал.

4) Впускные и выпускные патрубки

Впускной канал позволяет свежей смеси поступать в камеру сгорания, а выхлопные газы выводят газы через выпускное или выпускное отверстие.

5) Свеча зажигания

Свеча зажигания — это часть двигателя, используемая для передачи электрического тока от системы зажигания в камеру сгорания двигателя SI для сжигания сжатой топливовоздушной смеси с помощью электрической искры.Он имеет металлический корпус с резьбой, который электрически изолирован от центрального электрода керамическим изолятором.

Эта вилка соединяется с катушкой зажигания, которая генерирует высокое напряжение. Когда ток проходит через катушку, между боковым электродом и центральным электродом возникает напряжение. Когда напряжение превышает диэлектрическую прочность газа, газ ионизируется. Ионизированный газ работает как проводник, пропускающий ток через комнату.

Экономия топлива и уровень выбросов роторного двигателя Ванкеля

Когда роторный двигатель сжигает бензин, возникает множество проблем с выбросами и эффективностью.По сравнению с водородом диаметром 0,6 мм бензин воспламеняется медленнее, имеет меньшую скорость распространения пламени и большую дистанцию ​​гашения с циклом сжатия 2 мм. Из-за этих факторов двигатель потребляет больше топлива, и его КПД снижается.

Когда роторный двигатель Ванкеля использует бензин, зазор (в цикле сжатия) между корпусом и ротором становится очень узким, в то время как этот зазор достаточно широк для водорода. Двигатель требует этого узкого зазора для сжатия.

Когда в двигателях используется бензин вместо дизельного топлива, оставшийся бензин выбрасывается в атмосферу через выпускной клапан.Но этой проблемы не возникает, когда двигатель использует водород в качестве топлива. Это связано с тем, что вся топливная смесь сгорает внутри камеры сгорания, которая имеет очень низкий уровень выбросов, а топливная эффективность также повышается до 23%.

Конструкция камеры сгорания двигателя Ванкеля более устойчива к предварительному воспламенению на бензине с более низким октановым числом, чем в аналогичном поршневом двигателе. Конструкция камеры сгорания может стать причиной недостаточного горения топливовоздушной смеси при использовании бензина. Из-за этого неполного сгорания выделяется большое количество несгоревших углеводородов в выхлопных газах.Хотя температура сгорания роторного двигателя Ванкеля ниже, чем у других двигателей, ранние двигатели также имеют рециркуляцию выхлопных газов (EGR). Таким образом, выброс выхлопных газов двигателей Ванкеля относительно невелик.

Роторный двигатель транспортного средства может работать на высокой скорости. Это происходит из-за высокого эксцентриситета ротора, более длинных всасывающих каналов и раннего открытия всасывающего клапана, увеличивающего крутящий момент на низкой скорости — положение и конструкция выемки ротора влияют на расход топлива и выбросы.Уровень расхода топлива и выбросы зависят от конструкции камеры сгорания, которая определяется положением свечи зажигания внутри камеры двигателя.

Преимущества и недостатки роторного двигателя

Роторный двигатель Ванкеля имеет следующие основные преимущества и недостатки:

Преимущества двигателей Ванкеля
  • Эти типы двигателей имеют простую конструкцию.
  • Роторный двигатель не имеет клапана для работы.
  • Для этих двигателей не требуются коленчатые валы, шатуны и т. Д. Удаление этих компонентов делает двигатель Ванкеля легче.
  • Они имеют широкий диапазон скоростей.
  • Они также могут сжигать топливо с высоким октановым числом без детонации.
  • Эти двигатели обладают множеством преимуществ в области безопасности, что делает их полезными в самолетах.
  • Загрязнение отстойника топлива не проявляется на некоторых двигателях Ванкеля, что означает, что нет необходимости в замене топлива.
  • У двигателя Ванкеля нет проблем с детонацией.Проблемы детонации возникают из-за неполного сгорания топливовоздушной смеси.
  • У этих двигателей значительно более высокое соотношение мощности и веса, чем у двигателей с колонной.
  • Более простая упаковка в ограниченном пространстве двигателя, чем поршневой двигатель.
  • Эти двигатели не нуждаются в возвратно-поступательных деталях.
  • Роторный двигатель Ванкеля имеет более высокое передаточное число по сравнению с поршневым двигателем.
  • Эти двигатели не производят большого шума во время работы.
  • Поскольку двигатель Ванкеля имеет очень низко движущиеся компоненты, его производственная цена невысока.
  • Эти двигатели более чем поршневые.
  • Высокая скорость этих двигателей обеспечивает превосходную адаптивность.
  • Они лучше всего подходят для использования водородного топлива.

Недостатки двигателей Ванкеля
  • Высокая потеря уплотнения: Это тоже незначительная проблема, поскольку кожух двигателя Ванкеля имеет немного разные температуры в каждом отдельном сегменте камеры. Различные коэффициенты расширения вещества способствуют несовершенному экранированию.Следовательно, эти двигатели имеют высокие потери на герметичность.
  • Подъем уплотнения верхушки: Центробежная сила заставляет уплотнение верхушки на поверхности корпуса двигателя создать прочное уплотнение. При работе с малой нагрузкой зазоры между верхним уплотнением и корпусом могут образоваться в случае центробежной силы и дисбаланса давления газа.
  • Высокий уровень выбросов: Поскольку несгоревшее топливо находится в потоке выхлопных газов при использовании топлива, стандарты выбросов трудно выполнить. Прямой впрыск топлива в камеру сгорания двигателя решит эту проблему.
  • Низкая экономия бензинового топлива: Это обусловлено движущейся камерой сгорания, что способствует плохому сгоранию и хорошему давлению при частичной нагрузке и низких оборотах. Это приводит к присоединению несгоревшего топлива к выхлопному потоку; топливо, не используемое для производства электроэнергии, теряется.
  • Иногда роторный двигатель Ванкеля имеет проблемы с расходом топлива и сжиганием масла.
  • Топливно-воздушная смесь не может быть предварительно сохранена, потому что у этого двигателя нет впускного отверстия.
  • Эти двигатели требуют сложной технологии впрыска топлива.
  • Эти двигатели имеют низкую степень сжатия. По этой причине у них низкая экономия топлива и тепловой КПД.
  • В выхлопном потоке двигателя Ванкеля могут быть высокие выбросы несгоревших углеводородов и оксида углерода.
  • Роторный двигатель очень склонен к пропускам зажигания, поскольку потеря хода приводит к тому, что двигатель теряет импульс, а затем снова начинает двигаться при следующем запуске камеры сгорания. Чтобы избежать этой проблемы, необходимо техническое обслуживание системы зажигания.

Приложения двигателя Ванкеля
  • Крошечный двигатель Ванкеля все чаще используется в других целях, в том числе в картингах, личных водных судах и вспомогательных силовых установках самолетов.
  • Некоторые люди используют двигатели Ванкеля в версиях, которые в основном использовались с 1970 года. Даже с большим глушителем весь комплект весит всего 13,4 унции (380 граммов).
  • Универсальность двигателей Ванкеля делает их пригодными для малых, микро- и микро-мини-приложений.
  • Самый большой двигатель Ванкеля доступен с ротором мощностью 550 л.с. (410 кВт) и двумя версиями ротора по 1100 л.с. (820 кВт), смещает примерно 41 литр ротора в диаметре. За счет снижения частоты вращения двигателя до 1200 об / мин и использования природного газа в качестве топлива двигатели были хорошо выбраны для привода насосов на газопроводах.
  • Эти двигатели используются в самолетах.
  • Эти двигатели используются в автомобилях Mazda.
  • Малые двигатели Ванкеля также используются в мотоциклах.
  • Эти типы двигателей также используются на лодках.

В чем разница между поршневым двигателем и двигателем Ванкеля?
Двигатель Ванкеля Поршневой двигатель
Он имеет роторный ротор, который используется для преобразования тепловой энергии во вращательное движение. Имеет возвратно-поступательный поршень, который перемещается вверх и вниз для преобразования тепловой энергии в механическую.
Роторный двигатель Ванкеля легче поршневого двигателя. Поршневой двигатель тяжелее двигателя Ванкеля.
Эти двигатели имеют меньшие размеры. Они имеют большой размер.
Они сжигают больше топлива. Они сжигают меньше топлива, чем двигатели Ванкеля.
Они производят меньшую мощность, чем поршневые двигатели, при том же количестве топлива. Они выдают большую мощность.
Двигатели Ванкеля производят больше выбросов. Эти двигатели производят меньше выбросов.
У них меньше движущихся частей, чем у поршневых насосов. У них много движущихся частей.
Имеет плавную работу. У него нет такой плавной работы, как у двигателя Ванкеля.

Раздел часто задаваемых вопросов

Кто изобрел двигатель Ванкеля?

В 1957 году инженер Феликс Генрих Ванкель сконструировал первый двигатель Ванкеля.

Почему роторный двигатель известен как двигатель Ванкеля?

Ванкель был изобретен Феликсом Генрихом Ванкелем. Таким образом, он известен как двигатель Ванкеля по имени его основателя.

Почему роторные двигатели такие мощные?

Благодаря революционному движению роторные двигатели имеют меньшую рабочую вибрацию, чем поршневые. Это позволяет настроить двигатель Ванкеля так, чтобы он работал быстрее и мог генерировать больше энергии.

Какие автомобили имеют двигатель Ванкеля?

Двигатели Ванкеля можно найти в следующих режимах автомобилей:

  • 1969 Citroen M35.
  • Концепт Mazda RX-500 1970 года.
  • 1973 Citroen GS Birotor.
  • Mercedes-Benz C111-II 1970 года выпуска.
  • 1975 Mazda Roadpacer AP.
  • Концепт Chevrolet Corvette XP897 GT 1973 года.
  • 1974 Mazda Parkway RE13 Rotary 26 Superdeluxe.
  • 2003 Mazda RX-8 Hydrogen RE.

Почему вышел из строя двигатель Ванкеля?

Двигатель Ванкеля выходит из строя по следующим причинам:

  • Двигатели Ванкеля имеют проблемы с расходом топлива и сжиганием масла.
  • Им нужна сложная технология впрыска топлива.
  • Расход топлива: Двигатель Ванкеля имеет тонкую и длинную камеру сгорания, приводимую в движение ротором. Это замедляет сгорание топлива. В двигателе эту проблему пытались решить с помощью двойных свечей зажигания (начало и конец).
  • Выбросы: В случае роторного двигателя несгоревшее топливо и масло для сгорания вызывают ужасные выбросы.
Заключение

Двигатели этих типов не горят очень чисто и, как следствие, имеют высокий уровень выбросов.Роторные двигатели также имеют более высокий износ по сравнению с поршневыми двигателями и не служат так долго.

Кроме того, они ужасные двигатели для людей, которые ездят на короткие расстояния. Если бы вы могли завести их, переместить машину с проезжей части на дорогу и выключить их, эти двигатели сильно затопятся. Затем вам предстоит пройти процесс удаления наводнения. Я думаю, что этот процесс может занять от 20 до 30 минут, чтобы перезапустить машину. Часто приходится подключать дополнительное питание, чтобы не разрядить аккумулятор.Это также может произойти, если вы едете на небольшое расстояние. Эти преимущества роторных двигателей или двигателей Вакеля делают их очень плохими для автомобилей на короткие расстояния.

Двигатели Ванкеля также используются в транспортных средствах / машинах, вращающихся на высоких оборотах в течение длительного времени, например в самолетах. Это связано с тем, что пиковая мощность наблюдается при этих высоких оборотах, и всем им не хватает крутящего момента, поэтому выход на этот высокий диапазон мощности требует больших затрат топлива.

См. Также:

  1. Какие бывают типы двигателей?
  2. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) различных типов

Что такое роторный двигатель Ванкеля и как он работает?

Двигатель Ванкеля — это особый тип роторного двигателя, в котором используется механизм эксцентрического движения для выработки энергии для автомобиля.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания уже много десятилетий является повсеместным источником вращательной энергии. Однако у него был свой набор сложностей, которые сделали его совершенно неудовлетворительным для одного конкретного джентльмена, который счел расточительным использование возвратно-поступательного движения для создания вращательного движения. Его разочарование привело к разработке двигателя Ванкеля.

Что такое двигатель Ванкеля?

Двигатель Ванкеля вырабатывает мощность за счет эксцентрического вращательного движения (Фото предоставлено HDP / Wikimedia Commons)

Двигатель Ванкеля — это тип двигателя внутреннего сгорания, который производит крутящий момент за счет вращательного движения, а не возвратно-поступательного движения.Двигатель назван в честь его изобретателя Феликса Ванкеля, который придумал эту идею, когда ему было всего 17 лет.

Конструкция была задумана как простой и более компактный блок с меньшим количеством движущихся частей и большей эффективностью, а также вращающийся в одном направлении. Это сильно отличалось от обычных поршневых двигателей, которые имели много движущихся частей и предусматривали почти мгновенное реверсирование движения этих частей.

Построение двигателя Ванкеля

Любое вращательное движение, которое происходит вокруг точки, отличной от центра вращающегося объекта, называется эксцентрическим движением.Двигатель Ванкеля считается двигателем с эксцентриковым движением, поскольку вращательные силы, возникающие на коленчатом валу, возникают из-за эксцентричного движения движущихся частей. Он прост по своей конструкции, поскольку в нем используется меньше движущихся частей по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.

1. Ротор

Ротор двигателя Ванкеля в корпусе (Фото: Роман Белогородов / Shutterstock)

Ротор является наиболее важной частью двигателя Ванкеля. Это трехмерная структура, имеющая форму треугольника Рело, который представляет собой равносторонний треугольник со слегка закругленными сторонами.Ротор состоит из камер, встроенных по бокам для размещения горения. Он также имеет уплотняющие поверхности на вершинах и на лицевой стороне для предотвращения потерь из-за утечки энергии, генерируемой при сгорании.

2. Корпус

Корпус имеет эпитрохоидную форму, которая примерно напоминает удлиненный овал (Фото предоставлено BigAlBaloo / Shutterstock)

Корпус, в котором движется ротор, имеет примерно удлиненную овальную форму, также известную как эпитрохоид.Преимущество такой формы состоит в том, что все вершины ротора всегда контактируют с корпусом. Также важно отметить, что всегда есть небольшой зазор между лицевой стороной ротора и внутренней поверхностью корпуса.
В корпусе также есть отверстия для впускного и выпускного отверстий для впуска и выпуска газов.

3. Выходной вал

Выходной вал с эксцентриковыми лопастями, подходящими для роторов (Фото предоставлено Юргисом Манкаускасом / Shutterstock)

Выходной вал является ключевым компонентом, конструкция которого имеет решающее значение для движения роторов внутри корпуса во время сгорания.Он состоит из круглых лепестков, которые смещены относительно оси главного вала и входят в ротор. Эти круговые выступы преобразуют эксцентрическое движение роторов в чисто вращательное движение выходного вала.

Работа двигателя Ванкеля

Двигатель Ванкеля в действии (Фото предоставлено Y_tambe / Wikimedia Commons)

Каждый двигатель имеет рабочее тело, также известное как горючий заряд. Горючий заряд состоит из воздуха и топлива, смешанных в определенном соотношении для достижения оптимального сгорания.Двигатель Ванкеля работает по термодинамическому циклу, известному как цикл Отто. Этот цикл состоит из следующих этапов и может быть понят в сочетании с диаграммой ниже:

Пошаговая разборка цикла Отто в двигателе Ванкеля (Фото предоставлено Фредом Oyster / Wikimedia Commons)

Предполагая, что ротор вращается по часовой стрелке:

1. Впуск (втягивание заряда при атмосферном давлении)

Когда вершина 1 пересекает впускное отверстие, а вершина 2 все еще находится между впускным и выпускным отверстиями, свежий горючий заряд втягивается в камеру.

2. Сжатие (уменьшение объема заряда при постоянной энергии)

Когда вершина 2 пересекает входное отверстие, горючий заряд между 1 и 2 «сжимается» между ротором и корпусом, что приводит к сжатию.

3. Зажигание (добавление тепла при постоянном объеме)

Во время сжатия заряда он воспламеняется от искры. Это приводит к выделению тепла при постоянном объеме. Из-за этого давление в зоне, ограниченной точками 1 и 2, также начинает расти, заставляя ротор двигаться и «расслабляться».

4. Выхлоп (увеличение объема при постоянном нагреве)

Из-за огромного давления, возникающего в результате воспламенения, ротор перемещается, чтобы учесть расширение. В то время как 1 и 2 переместились для расширения, вершина 3 принимает положение, подходящее для индукции. Между тем, выпускное отверстие между 1 и 2 позволяет удалять отработанные газы, делая этот цикл непрерывным.

Преимущества и недостатки двигателя Ванкеля

Когда был разработан двигатель Ванкеля, около 100 производителей поспешили реализовать свои собственные версии конструкции.Роторный двигатель Ванкеля победил поршневой по многим причинам.

Преимущества

Двигатель Ванкеля более компактен, чем его поршневой аналог (Фото предоставлено Flickr)

1. Меньшее количество механических компонентов, что приводит к меньшему износу.
2. Двигатель Ванкеля может развивать эквивалентную мощность при размере 1/3 поршневого двигателя, тем самым имея лучшее соотношение мощности к массе.
3. Перекрывающиеся циклы сгорания обеспечивают превосходную и плавную передачу мощности, позволяя двигателю работать на более высоких оборотах.
4. Двигатель Ванкеля естественно сбалансирован и не сталкивается с проблемами, возникающими из-за неуравновешенных сил, что является основной проблемой для поршневых двигателей.
5. Двигатель Ванкеля, в отличие от поршневого двигателя с возвратно-поступательным движением, не может заедать.

Однако, несмотря на многие механические преимущества, двигатели Ванкеля так и не смогли стать массовым вариантом.

Недостатки

1. В отличие от поршневых двигателей, в которых один поршень предназначен только для одного цикла, ротор в двигателе Ванкеля имеет три зоны, работающие при разных температурах, что приводит к неравномерному расширению и, как следствие, к плохой энергетической изоляции.
2. Камера сгорания не имеет однородного поперечного сечения, а вместо этого расположена между двумя поверхностями. Это приводит к медленному и неполному процессу, который увеличивает неэффективность из-за удаления несгоревшего заряда из системы.
3. В отличие от поршневых двигателей, которые герметизированы с помощью круглых поршневых колец, роторы трудно герметизировать, поскольку уплотнительные элементы на вершинах не могут выдерживать огромное давление в течение продолжительных периодов времени.

Применение двигателя Ванкеля

В Mazda RX-8 используется двигатель Ванкеля (Фото: joeborg / Shutterstock)

1.Автоспорт — Мультироторные двигатели Ванкеля в прошлом с большим успехом использовались в автомобильных и мотоциклетных гонках. Они широко используются такими производителями, как Mazda, Citroen, Rolls Royce, Norton и MZ.
2. Авиация — Благодаря высокой рабочей мощности и компактности они подходят для легких самолетов. Двигателям Ванкеля не нужно много времени для холостого хода и прогрева, поэтому они могут сократить время ожидания самолетов во время предполетных инспекционных испытаний.

Что ждет двигатели Ванкеля в будущем

Хотя двигатели Ванкеля обладают некоторыми неотъемлемыми преимуществами по сравнению с поршневыми двигателями, их неэффективность, связанная с сгоранием, делает их неблагоприятными для автомобильного применения. Однако их компактный характер делает их подходящими для вспомогательного питания электромобилей, если они разрядятся на полпути. Помимо приложений, связанных со сгоранием, двигатели Ванкеля также исследуются для использования в компрессорах и насосах, где потери, связанные с уплотнением, не влияют на производительность устройств.

Рекомендуемая литература

Двигатели Ванкеля — обзор

16.4 Механика изменений

Учитывая, что нам нужны кардинальные изменения для достижения целей нашей дорожной карты, как это достигается? Мы не должны отвергать существующих игроков как потенциальных агентов перемен. Вопреки широко распространенному мнению, существующая автомобильная промышленность временами была на удивление радикальной и склонной к риску. В 1963 году компания Chrysler Corporation предприняла один из самых смелых подобных экспериментов, выпустив серию из 55 специально разработанных газотурбинных автомобилей и передав 50 из них в руки общественности (Dixon, 1980; www.turbinecar.com; www.geocities.com/motorcity). С 1964 по 1966 год около 203 обычных водителей-добровольцев в 133 городах 48 штатов, а также округа Колумбия использовали автомобили в течение трехмесячных испытательных периодов. Эта обратная связь была сочтена чрезвычайно полезной и использовалась в последующих поколениях газотурбинных двигателей Chrysler. Проект турбины был окончательно свернут во время финансового кризиса 1979–1980 годов, когда компании Chrysler пришлось обратиться за помощью к правительству. Правительственные чиновники считали турбинную программу несерьезной и не желали ее поддерживать.

Другие смелые технологии вышли на рынок и действительно сохранились до наших дней. Двигатель Ванкеля был смелой технологией небольшой немецкой компании NSU и, можно сказать, стоил фирме ее независимости. В настоящее время компания входит в состав Audi, подразделения Volkswagen Group, хотя сам двигатель Ванкеля сохранился в спортивных автомобилях Mazda, таких как RX-7 и RX-8, а также в ряде других приложений (Hege, 2001). Более удачной оказалась автоматическая бесступенчатая трансмиссия (CVT).Его принципы восходят к зарождению автомобилей с ручными вариаторами, используемыми в транспортных средствах, таких как Fouillaron с ременным приводом 1901 года (van der Brugghen, 1988: 61) и Turicum с фрикционным приводом из Швейцарии (Schmid, 1978: 244). .

Однако настоящий прорыв произошел в 1958 году, когда был выпущен голландский малолитражный автомобиль DAF 600. При этом использовалась автоматическая система вариатора с резиновыми ремнями на шкивах переменного диаметра, управляемая вакуумом двигателя. Эта система «Variomatic» работала хорошо, и помимо обеспечения бесступенчатого автоматического привода, в качестве побочного эффекта она также предлагала контроль тяги и — вплоть до DAF 55 1968–1972 годов включительно — эффект дифференциала повышенного трения.Система была доступна только на автомобилях DAF и их модификациях, а после продажи автомобильного бизнеса DAF компании Volvo это были Volvo 66 и 340. В целом это охватило период производства с 1958 по 1990 год. Однако специализированная компания по производству трансмиссий Трансмиссия Ван Дорна (VDT) была отделена от компании DAF в 1970-х годах и разработала версию со стальным ремнем, которую можно было адаптировать к любой трансмиссии. В настоящее время эта система устанавливается на целый ряд автомобилей, в частности из Японии, и в 2002 году было произведено более миллиона ремней, что привело к вводу в эксплуатацию второго завода в Японии.Хотя это составляет всего 2% мирового производства автомобилей, это составляет более 90% установленных систем вариаторов и около 5% автоматических трансмиссий.

К 2002 году система была установлена ​​на серийные автомобили Subaru, Nissan, Honda, Ford, Fiat, Volvo, MG, Rover и Lancia, а также на несколько экспериментальных автомобилей. Хотя к тому времени компания VDT принадлежала немецкой компании Bosch, технология стала хорошо развитой. Тем временем версия с резиновым ремнем стала в большей степени товарной трансмиссией и теперь устанавливается на мотоциклы, французские «voitures sans permis» и некоторые внедорожные автомобили, такие как квадроциклы и снегоходы.Высокий риск, который компания DAF пошла на технологию CVT, может быть продемонстрирована тем фактом, что она оставалась нишевым игроком и была вынуждена продать ее Volvo в 1970-х годах. Только когда Volvo адаптировала модель 340 под обычные механические коробки передач и предложила их на рынке, продажи автомобилей резко пошли вверх. Однако на протяжении всего срока службы модели 340 около 15% были поставлены с вариатором. Альтернативная бесступенчатая трансмиссия (IVT) Torotrak также приближается к выходу на рынок теперь, когда большинство проблем было преодолено, а вариатор с цепным приводом, разработанный ZF, был запущен в Audi A6 в 2001 году.

Что касается временных рамок для внедрения новых автомобильных технологий, мы можем взять в качестве примера внедрение самой технологии Budd. Когда Dodge был одним из первых последователей около 1915 года, а Citroën — около 1923/4 года, основное внедрение этой технологии произошло в течение 1920-х и 1930-х годов, когда многие из непосвященных погибли. Дальнейший рост произошел с увеличением спроса на автомобили после Второй мировой войны, и к 1960-м годам эта система стала доминирующей. Фактически, примерно к 1935 году ситуация изменилась в его пользу, что означало критический период развертывания, продолжавшийся около 20 лет.Вариатор с ременным приводом был разработан примерно за три года в конце 1950-х (van der Brugghen, 1988: 129) и появился на рынке в 1958 году. Однако истинного проникновения на сколько-нибудь значительный уровень не удалось достичь до конца 1990-х — отсюда 40 год развертывания или внедрение технологии. Двигатель Ванкеля был разработан в 1950-х годах, и, как и вариатор DAF, в 1960-х годах в NSU нашел первых пользователей в собственных продуктах. Полного развертывания так и не произошло, поскольку эта технология оставалась маргинальной автомобильной технологией и теперь используется Mazda только на одной модели, поскольку Audi-NSU отказалась от нее в 1977 году, продав более 37000 автомобилей R080 (Sedgwick, 1986: 147).

Используя теорию распространения инноваций Роджерса (1995: 262) и применяя ее к фирмам, можно утверждать, что буддизм достиг практически всех категорий последователей, от новаторов (Dodge, Citroën) до ранних последователей (Ford, Chevrolet). , Моррис, Фиат), через Раннее большинство (Рено, Опель), в Позднее большинство (Тойота, Ниссан, Альфа-Ромео) и отстающим, которые никогда не принимали его (Астон Мартин, Лотус, Феррари). Технология Ванкеля не продвинулась дальше стадии инноваций (NSU, Citroën и Mazda), хотя несколько фирм экспериментировали с ней, в том числе GM и Mercedes-Benz.Бесступенчатая трансмиссия перешла от новаторов (DAF) через ранних последователей (Fiat, Ford, Subaru) к этапу раннего большинства. Возможно, что по-настоящему глобализованный мир позволит быстрее внедрять новые технологии, чем показывают эти исторические примеры. Даже скептики глобализации считают желательным свободный обмен интеллектуальным капиталом между странами. В нынешней мировой автомобильной промышленности меньшее количество крупных компаний могло бы способствовать более быстрому внедрению новых технологий во всем мире.

Роторный двигатель — Energy Education

Рисунок 1.Цикл роторного двигателя. Он всасывает воздух / топливо, сжимает его, воспламеняется, обеспечивая полезную работу, а затем выпускает газ. [1]

Роторные двигатели или Двигатели Ванкеля — это тип двигателя внутреннего сгорания, наиболее часто используемый в Mazda RX-7, который преобразует тепло от сгорания топливовоздушной смеси под высоким давлением в полезную работу для остальной части автомобиль. Его уникальной особенностью является треугольный ротор, который выполняет те же задачи, что и поршень поршневого двигателя, но совсем другим образом. [2]

Ротор заключен в корпус овальной формы и выполняет обычный четырехтактный цикл двигателя внутреннего сгорания, как показано на рисунке 1. Ротор соединен с выходным валом, который вращается в 3 раза быстрее, чем ротор (внутренний круг обозначен буквой «B» на рисунке). Этот цикл описан ниже и повторяется 3 раза для каждого вращения ротора: [2]

  1. Впускное отверстие : Начинается, когда кончик ротора проходит через впускной канал.В этот момент камера имеет самый маленький размер, и по мере вращения камера расширяется, втягивая топливно-воздушную смесь. Как только конец ротора проходит через впускное отверстие, он переходит к стадии сжатия, а следующая поверхность ротора начинает этот шаг заново.
  2. Сжатие : По мере того как ротор продолжает вращаться, топливно-воздушная смесь сжимается, поскольку камера уменьшается в размерах. Это необходимо для следующей детали, которая воспламеняет эту смесь.
  3. Зажигание : Сжатая смесь воспламеняется свечами зажигания, и значительное увеличение давления заставляет ротор расширяться.Это силовой ход, обеспечивающий полезную работу. Часто необходимы две свечи зажигания, чтобы обеспечить равномерное зажигание по всей камере. Выхлопной газ расширяется в камеру, пока кончик ротора не пройдет через выхлопное отверстие.
  4. Выхлоп : Как только наконечник проходит через это отверстие, выхлопные газы под высоким давлением могут проходить через выпускное отверстие. Ротор продолжает вращаться до тех пор, пока конец его поверхности не пройдет через выпускное отверстие, а кончик не пройдет через впускное отверстие, и цикл будет повторяться.

Интересная часть этого цикла состоит в том, что каждый шаг выполняется в одно и то же время, , только в разных камерах.Это дает три рабочих хода на каждый оборот ротора.

Отличия от поршневого двигателя

Помимо различных методов завершения четырехтактного цикла, роторные двигатели имеют другие преимущества и недостатки по сравнению с более распространенными поршневыми двигателями: [2]

  • Меньше движущихся частей : Двухроторный роторный двигатель имеет три движущихся части — два ротора и выходной вал — в то время как у обычных поршневых двигателей их не менее 40.Это повышает надежность роторных двигателей.
  • Более плавный : Ротор постоянно вращается в одном направлении, в отличие от поршневых двигателей, поршни которых резко меняют направление. Они также уравновешены грузами, которые уменьшают внутренние вибрации. Подача мощности также более непрерывна из-за трех тактов на каждый оборот ротора.
  • Медленнее : Ротор вращается со скоростью, равной одной трети скорости выходного вала, поэтому основные движущиеся части движутся медленнее, чем в поршневом двигателе.Это повышает надежность.

Недостатки

Затраты на производство могут быть выше из-за меньшей популярности этих двигателей. Кроме того, они обычно потребляют больше топлива, чем другие двигатели, из-за их низкой степени сжатия и, следовательно, имеют более низкий термический КПД, что затрудняет соблюдение норм по выбросам.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

CICV, Университет Мармара и BigTRI присоединяются к Международному альянсу по тестированию и стандартизации мобильности

Мельбурнское агентство по разработке роторных двигателей (REDA) разработало новый тип противовесов — четырехтактный роторный двигатель, который может работать на различных видах топлива.(Источник изображения: REDA)

Новый четырехкамерный роторный двигатель может заменить двигатели Ванкеля и поршневые двигатели для БПЛА

2018-09-24 Уильям Кучински

В прототипе роторного двигателя Сореньи используется шарнирный ромбовидный ротор вместо трехстороннего ротора, который используется в традиционных роторных двигателях Ванкеля.

Роторный двигатель Ванкеля стал идеальным выбором для многих владельцев и операторов небольших винтовых самолетов. По сравнению с обычными поршневыми двигателями роторные двигатели Ванкеля небольшие, легкие и имеют высокое отношение мощности к массе. Они почти не подвержены вибрации, не могут схватиться или ударить, и в них меньше движущихся частей (которые можно сломать). На данный момент сложно улучшить дизайн Ванкеля; то есть, если вы не планируете изменить форму ротора… на изменяющуюся форму.

Новая конфигурация роторного двигателя — роторный двигатель Сореньи — была разработана Мельбурнским агентством по разработке роторных двигателей (REDA). В то время как статор, или неподвижная часть двигателя Сореньи, подобен таковому у двигателя Ванкеля, геометрическая форма ротора двигателя представляет собой ромб, который деформируется при вращении внутри контура статора. Цикл роторного двигателя Szorenyi

Эта геометрия соответствует роторному двигателю с четырьмя камерами сгорания в отличие от традиционного роторного двигателя Ванкеля с тремя камерами.Каждый оборот коленчатого вала вызывает один оборот ротора и полный цикл двигателя в каждой из четырех камер: или четыре такта мощности. В отличие от этого двигатель Ванкеля производит один рабочий ход за один оборот коленчатого вала.
Цикл роторного двигателя Ванкеля


Типичный роторный двигатель Ванкеля использует трехсторонний ротор для создания полостей внутри статора для бесшовного цикла впуска, сжатия, зажигания и выпуска. Точка A отмечает одну из трех вершин ротора, точка B отмечает эксцентриковый вал, а белая часть — выступ эксцентрикового вала.(Источник изображения: Y tambe)

Согласно REDA, каждый четырехтактный роторный модуль Szorenyi эквивалентен восьмицилиндровому поршневому двигателю с возвратно-поступательным движением или оппозитным поршнем.

Двигатель Сореньи также более оптимизирован для многороторной конфигурации, чем роторный двигатель Ванкеля, из-за использования периферийных отверстий по сравнению с двигателем Ванкеля, использующим сложные боковые отверстия. Возможность легко конфигурировать многороторные четырехтактные двигатели может привести к созданию роторных силовых установок, которые вырабатывают мощность, эквивалентную 8-, 16- или 24-цилиндровым поршневым двигателям.Кроме того, разработка стандартизованных модулей может снизить производственные затраты и затраты на обслуживание в течение всего жизненного цикла.

Свободная скорость

Обычно двигатели Ванкеля ограничиваются частотой вращения ротора 3000 оборотов в минуту (об / мин) из-за чрезмерного изгиба коленчатого вала, вызванного центробежными силами эксцентрикового ротора. Двигатель Szorenyi в этом отношении не имеет ограничений по оборотам, так как он использует сбалансированный ротор.

Более высокие потенциальные пределы оборотов означают, что двигатель Сореньи имеет более высокую удельную мощность, чем двигатель Ванкеля, что может привести к увеличению дальности полета, выносливости и полезной нагрузки самолета.Кроме того, двигатель Сореньи имеет больше места для внутреннего охлаждения ротора и не требует понижающего редуктора в самолетах и ​​беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) с большими винтами.

Согласно статье, двигатель Сореньи может работать на бензине, авиационном бензине (avgas), бутане или водороде (поскольку впускное и выпускное отверстия хорошо разделены).

REDA также отметила, что если будет введена фаза предварительного сжатия, двигатель может использовать дизельное топливо — в соответствии с U.S. Военная концепция «одного топлива» и возможность использования двигателя в военных целях.

Полная информация, касающаяся конструкции и испытаний нового двигателя REDA, доступна в международном техническом документе
SAE «Разработка четырехкамерного роторного двигателя Szorenyi».

Сокращенная версия «Разработка четырехкамерного роторного двигателя Сореньи» и другие технические документы SAE, касающиеся двигателей малых самолетов и БПЛА, доступны в последней книге SAE International So You Want to Design series, So You Want to Конструкция двигателей: Двигательные установки БПЛА .

Книга охватывает несколько технологий движения БПЛА, таких как традиционные двигатели на тяжелом топливе, гибридно-электрические архитектуры, распределенные водородные вентиляторы, вышеупомянутый роторный двигатель Сореньи и экспериментальные плазменные двигатели — или диэлектрический барьерный разряд.

Уильям Кучински — редактор контента в SAE International, Aerospace Products Group в Варрендейле, штат Пенсильвания. Ранее он работал писателем в Центре безопасности НАСА в Кливленде, штат Огайо, и отвечал за написание тематических исследований сбоев системы.Его интересы включают буквально все, что связано с космосом, прошлыми и настоящими военными самолетами и двигательными установками.

Свяжитесь с ним по поводу любых статей или идей сотрудничества по электронной почте [email protected]
Продолжить чтение »

Запутанный план Mazda по возрождению знаменитого грязного роторного двигателя

Затем был гибрид Premacy Hydrogen RE Hybrid, в котором роторный водород использовался в качестве генератора для электродвигателя, вращающего колеса.Он привел к увеличению мощности на 40 процентов, лучшему ускорению и вдвое большему запасу хода по сравнению с RX-8 Hydrogen RE. Это увеличивает возможность использования роторного двигателя в качестве расширителя диапазона, двигателя внутреннего сгорания, который обеспечивает энергией электромобиль, когда батарея разряжается — система, используемая в Chevrolet Volt. Электромобиль с батарейным питанием и роторным двигателем, работающим на водороде, для увеличения запаса хода, будет верной ДНК силовой установкой с местом в будущем с нулевым выбросом вредных веществ и альтернативной энергией.

Даже если вы запустите его на газе, а не на водороде, роторный двигатель лучше подходит в качестве расширителя запаса хода, чем обычный двигатель.Это потому, что он особенно эффективен при низких постоянных оборотах двигателя (об / мин) — именно так работает генератор. Компактный размер тоже помогает. Audi поиграла с этой идеей в 2010 году с ранним концептом A1 e-tron, использовав крошечный 250-кубовый роторный двигатель для зарядки аккумулятора. Электрифицированный хэтчбек Mazda2 с автосалона в Токио 2013 года использовал роторный двигатель объемом 330 куб. См, чтобы увеличить запас хода на 124 мили.

Да, с водородом проблемы есть. Инфраструктура для производства и распределения топлива практически отсутствует.Несмотря на недавние обещания крупных инвестиций со стороны таких компаний, как Toyota и Honda, заправочных станций просто не хватает, чтобы сделать это жизнеспособным решением для John Q. Public. Но кое-что происходит. Правительства Японии и Калифорнии уделяют особое внимание развитию этой технологии. Автомобили с водородным двигателем наконец-то появляются в выставочных залах в обоих местах. Медленно, но верно строятся водородные станции.

Так почему бы сейчас не сделать роторный двигатель, работающий на водороде, в качестве первичной или вторичной силовой установки? Оказывается, Mazda именно этим и занимается.Пока я ехал на RX-8 Hydrogen RE, инженер Mazda Ясуси Фудзикава, ездивший на ружье, упомянул, что он возглавляет команду из пяти инженеров, работающих полный рабочий день над водородным ротором, хотя он ничего не сказал о точной форме, которую принимает силовая установка, или о том, как его можно было использовать.

Фудзивара признает, что Mazda разрабатывает водородный роторный двигатель, но не для автомобилей, по крайней мере, на начальном этапе. Поскольку водород является побочным продуктом производственного процесса, Mazda изучает, как можно повторно использовать этот элемент в статическом роторном двигателе, то есть не в мобильном приложении, а в фиксированном месте, например, рядом с заводом в качестве постоянного генератора. .

«Теперь такая технология может пригодиться в будущем, если водородная инфраструктура когда-либо станет жизнеспособной», — говорит Фудзивара. «Затем мы можем использовать эту технологию для создания водородного расширителя диапазона».

Несмотря на большие перспективы роторного двигателя в качестве расширителя диапазона, Фудзивара настаивает на том, что двигатель вернется не так. «Сначала я хочу представить новый роторный двигатель без электрификации», — говорит он. «Если я представлю это с обоими, люди скажут, что электрификация помогла роторному двигателю.»

Итак, гордость — это явная проблема. И все еще нет гарантии, что водород когда-либо станет широко доступным источником топлива, отсюда старая шутка, что водород — это топливо будущего — и всегда будет .

Очень неопределенно Vision

В этом мире родился RX-Vision. В прошлом месяце, гордо стоя на трибуне Токийского автосалона, президент и главный исполнительный директор Mazda Масамичи Когай заявил: «Этот автомобиль воплощает в себе видение Mazda будущего». Этот концепт с прекрасными пропорциями может похвастаться низким капотом, тонкими как бритва светодиодными фарами, 20-дюймовыми колесами и полированными изгибами, которые выглядят как камни, разбросанные по воде.Только роторный двигатель мог поместиться в таком коротком и тесном моторном отсеке.

Mazda

Это фантастическая красота, достойная той шумихи, которую она получила. На самом деле это настолько фантастично, что главный дизайнер Mazda Икуо Маэда говорит, что его команда не учла никаких реальных ограничений, таких как ограничения колесной базы или трансмиссии, когда они это составляли. Во всех смыслах — потусторонний листовой металл, туманная трансмиссия, сомнительная полезность — RX-Vision чувствует себя движимым фантазией. Это говорит о том, что это автомобиль, который воплощает в себе видение Mazda будущего, потому что вы должны задаться вопросом, насколько приверженность Mazda роторной силовой установке основана на реальности.

Нет никаких сомнений в том, что бессмертный бунтарский дух Mazda весьма респектабелен. Многое можно сказать о том, чтобы делать зигзаги, когда остальной мир движется вперед, делать ставку на себя и свой опыт вместо того, чтобы гнаться за трендами. Но вы задаетесь вопросом, сможет ли упорная верность своей истории только обеспечить место Mazda в ней.

1 Сообщение обновлено в 15:10 EST 1 декабря 2015 года и включает комментарии от управляющего директора Mazda Киёси Фудзивара.

Libralato Engines — Технология — Избегая проблем двигателя Ванкеля

Роторный двигатель Ванкеля был провозглашен «революционным» в конце 1950-х — начале 1960-х годов, и его последующий отказ заставил большинство инженеров ICE предвзято относиться к экологическому двигателю R6 в том же свете.Несмотря на свою радикальную архитектуру, двигатель Ванкеля использовал традиционный 4-тактный цикл Отто. Лучшие двигатели Ванкеля имеют КПД только около 30% из-за комбинации низкой степени сжатия (~ 9: 1) и неэффективного сгорания из-за очень мелкой вытянутой камеры сгорания. У двигателей Ванкеля также есть серьезные проблемы с перегревом, износом уплотнений, высокими выбросами и шумом.

Экодвигатель R6 может работать при гораздо более высоких степенях сжатия из-за его стратегии сгорания HCCI, которая запрещает преждевременное зажигание, и из-за архитектуры его двух взаимоблокирующихся роторов, которые мгновенно переключаются с сжатия на расширение, избегая потенциального повреждения от детонации / двигателя стучать.Камера сгорания экологического двигателя R6 имеет форму полусфероида, что способствует полному сгоранию топливовоздушной смеси.

В экологическом двигателе R6 используется железная связка, истираемые термоизоляционные покрытия и бесконтактное лабиринтное уплотнение, как в турбине. Периферийные уплотнительные поверхности роторов имеют большие размеры, а на боковых поверхностях имеется ряд канавок, вытравленных в них. При давлении> 100 бар и частоте вращения 2 000 — 4 000 об / мин не хватает времени для более чем небольшого процента потерь на выброс картера.Это не вредно, так как способствует внутренней рециркуляции выхлопных газов двигателя для сверхнизких выбросов.

Хотя, как и двигатель Ванкеля, экологический двигатель R6 имеет «горячую» сторону и «холодную» сторону, экологический двигатель R6 использует воздухозаборник низкого давления, продуваемый камерой сгорания и расширения, и впрыск воды, испарительное охлаждение выхлопных газов. рециркуляция газа. Таким образом, две стороны двигателя намного лучше термически сбалансированы. Поскольку механические уплотнения не соприкасаются, экологический двигатель R6 не страдает от износа уплотнений и должен быть исключительно прочным и не требующим особого обслуживания.Поскольку геометрия сгорания экологического двигателя R6 имеет гораздо меньшее соотношение площади поверхности к объему, использует сгорание HCCI и не сжигает смазочное масло, выбросы должны быть значительно ниже, чем для двигателя Ванкеля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *