Avtonova37.ru

Авто мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В чем отличие роторного двигателя от обычного

Роторный двигатель: принцип работы и устройство

Как известно, подавляющее большинство современных автомобилей оснащено двигателями внутреннего сгорания или ДВС. Суть их работы состоит в преобразовании энергии, образующейся при сжигании топливной смеси, во вращение вала, от которого при помощи механического привода движение передается на колеса транспортного средства. В подавляющем большинстве автомобилей сейчас используются ДВС, устроенные по поршневой схеме. Но, есть и другой тип двигателей внутреннего сгорания, а именно — роторные двигатели. О данном типе двигателя мы и расскажем в данной статье.

Конструкция и принцип действия роторного двигателя

Ротор двигателя имеет треугольную форму с выгнутыми наружу (выпуклыми) сторонами (рис. «Сравнение четырех тактов рабочего цикла роторного двигателя и двигателя с возвратно-поступательным движением поршней» ). Внутри охлаждаемого водой кожуха находится овальная или, точнее, эпитрохоидальной формы камера ротора. При враще­нии ротора три его вершины обкатываются по стенке корпуса, образуя три взаимно гермети­зированные камеры с изменяемым рабочим объемом (А, В, С), располагаемые через 120° по дуге окружности. Каждая из этих камер обеспе­чивает реализацию полного четырехтактного цикла сгорания при каждом полном обороте ротора; т.е. за один полный оборот треугольного ротора двигатель заканчивает четырехтактный процесс три раза, а эксцентриковый элемент осуществляет равное число оборотов.

Передаточное отношение зубчатого колеса с внутренними зубьями и ведущего зубчатого колеса составляет 3:2. Следовательно, ротор вращается со скоростью равной одной трети скорости вращения эксцентрикового вала.

Сравнение 4-тактных рабочих циклов роторного двигателя и двигателя с возвратно-поступательным движением поршней

По мере поворота эксцентрикового вала про­исходит увеличение объема (см. рис. а). Это соответствует движению поршня вниз в двигателе с возвратно-поступательным дви­жением поршней, т.е. такту впуска топливно­воздушной смеси.

По мере продолжения поворота ротора впуск­ной канал соответствующей камеры закрыва­ется (рис. Ь), и объем газа, находящегося в камере, сжимается. Для двигателя с возвратно-поступательным движением поршней это соот­ветствует перемещению поршня из НМТ в ВМТ при закрытых клапанах. Перетекание газа мимо трохоидального сужения облегчается за счет выемки в основании ротора (Ь, с).

Незадолго до того, как объем снова начи­нает увеличиваться, производится зажигание, и начинается процесс сгорания смеси (см. рис. с). Давление газов передается ротором на эксцентриковый вал, что вызывает вращение эксцентрикового вала и ротора. При этом объем камеры снова начинает увеличиваться (с, d). Это соответствует рабочему ходу или такту расширения на двигателе с возвратно-­поступательным движением поршня. Здесь эксцентриковый вал выполняет функцию шатунной шейки в двигателе с возвратно-­поступательным движением поршней.

Приблизительно в точке достижения мак­симального объема камеры ротор открывает выпускное отверстие, и начинается выпуск от­работавших газов (см. рис. d), что соответ­ствует такту выпуска в двигателе с возвратно­-поступательным движением поршней.

В двух других камерах, окружающих ротор, выполняется такая же последовательность со смещением на 120° относительно ротора. В результате этого процесса за один оборот ротора впуск смеси через впускной канал и выпуск отработавших газов через выпускной канал осуществляется три раза.

Эквивалентный рабочий объем роторного двигателя вычисляется в соответствии со следующим соотношением:

эквивалентный рабочий объем = количество роторов • объем камеры • 2

Направление движения ротора

Движение ротора по трохоидальной поверх­ности цилиндра направляется:

  • Направляющей шестерней, жестко закре­пленной на торцевом щите;
  • Внутренним зубчатым венцом ротора, ко­торый обкатывается вокруг направляющей шестерни;
  • Эксцентриковым валом, который передает крутящий момент на трансмиссию и, таким образом, эквивалентен коленчатому валу двигателя с возвратно-поступательным движением поршней.

Эксцентриковый вал установлен в подшипниках скольжения в торцевых щитах двигателя и концентрично вращается в направляющей шестерне. Ротор позиционируется на эксцентрике эксцентрикового вала при помощи подшипников сколь­жения. В многороторных двигателях на одном эксцентрике установлено несколько роторов.

Во время вращения ротор опирается с одной стороны на вращающийся эксцентриковый вал, а с другой стороны опора создается в ре­зультате обкатки зубчатым венцом направляю­щей шестерни. Благодаря такому двойному принудительному направлению ротор может вращаться только в пределах трохоидальной поверхности цилиндра таким образом, что его боковые края, скользя по внутренним стенкам цилиндра, образуют три рабочих камеры.

Ротор изготовлен из литой стали и имеет торцевые и радиальные уплотнительные пластины. Эти пластины изготовлены из литой стали и подвергнуты поверхностной электронно-лучевой обработке. Требуемое давление прижима уплотнительных пластин обеспечивается пластинчатыми пружинами.

В трохоидальной камере для смазки уплот­нений установлены маслоразбрызгивающие сопла, подача масла в которые осуществля­ется дозирующим масляным насосом. Это позволяет точно дозировать подачу масла и снизить расход масла приблизительно на 40 % по сравнению с ранними моделями ро­торных двигателей.

Газообмен в роторном двигателе

В отличие от двигателя с возвратно­-поступательным движением поршней, в кото­ром управление газообменом осуществляется клапанами, в роторном двигателе оно осу­ществляется отверстиями в роторе. Впускные и выпускные каналы, на предыдущих версиях двигателя расположенные радиально в трохоидальном корпусе ротора (периферийный впуск и выпуск), в последующих разработках были заменены впускными каналами в торцевых щитах. В последних разработках используются боковые впускные и выпускные каналы.(см. рис. «Роторный двигатель с боковыми впускными и выпускными каналами» ).

Читать еще:  Газель с двигателями змз 405 расход топлива

Единственным роторным двигателем, уста­навливаемым в настоящее время на серийно выпускаемых легковых автомобилях, явля­ется двухроторный двигатель. Он имеет три боковых впускных канала и два боковых вы­пускных канала для каждого ротора. Боковое расположение каналов газообмена позволяет осуществлять газообмен без перекрытия, что предотвращает перетекание всасываемой све­жей смеси со стороны впуска на сторону вы­пуска. Это дает значительное снижение содер­жания углеводородов в отработавших газах.

Система впуска роторного двигателя

Аналогично двигателю с возвратно­-поступательным движением поршней совре­менные роторные двигатели для легковых автомобилей имеют регулируемую систему впуска, позволяющую влиять на характери­стику крутящего момента двигателя. Каждый впускной канал имеет собственный порт на впускном трубопроводе. Это позволяет под­ключать один, два или три впускных канала, в зависимости от потребностей двигателя.(см. рис. «Впускные и выпускные каналы с различными настройками регулируемой системы впуска» ).

Зажигание в роторном двигателе

Поскольку камеры сгорания роторных дви­гателей имеют вытянутую форму, что небла­гоприятно для зажигания, на современных роторных двигателях устанавливаются две независимые свечи зажигания, со сдвигом момента зажигания во времени. При этом за­паздывающая свеча находится впереди опе­режающей свечи в направлении вращения.

Впрыск топлива в роторном двигателе

Топливо подается в двигатель через топлив­ные форсунки с несколькими отверстиями, установленными в системе впуска, что обе­спечивает достаточное распыление топлива. В двигателе Renesis (Mazda), каждый ротор имеет три топливные форсунки с различным количеством отверстий. Каждая форсунка «обслуживает» один из трех каналов впуска.

Система охлаждения роторного двигателя

Роторный двигатель обычно имеет жидкост­ную систему охлаждения. Расположение ка­налов охлаждения в корпусе ротора адапти­ровано к неравномерной тепловой нагрузке, испытываемой рабочей камерой трохоидальной формы. На стороне впуска, испытываю­щей небольшую тепловую нагрузку, количе­ство каналов охлаждения меньше, чем на стороне выпуска, тепловая нагрузка которой значительно выше. Такое расположение кана­лов охлаждения предотвращает повреждение и деформацию камеры и роторов.

В обыкновенном поршневом четырехтактном двигателе один цилиндр применяется для осуществления разнообразных процессов таких, как сжатие, впуск, сгорание и выпуск.

Роторный двигатель дает возможность реализовывать все эти процессы в различных долях корпуса. Каждый из процессов происходит как бы в отдельных цилиндрах.

В поршневых двигателях давление расширения, которое возникает во время сгорания топливовоздушной смеси, действует на поршни и заставляет их двигаться то вверх, то вниз внутри цилиндров. Коленвал и шатуны реорганизуют эти возвратно-поступательные движения во вращательное, которое необходимо для передвижения автомобиля.

В роторном двигателе нет преобразуемого возвратно-поступательного движения. В нем давление образуется в специальных камерах, которые создаются разнообразными корпусными частями, а также рельефными поверхностями треугольного ротора. Непосредственно сгорание и приводит к вращению ротора, что в свою очередь снижает количество и интенсивность вибраций, а также увеличивает потенциальную скорость вращения. Повышение эффективности, которое обеспечивается, таким образом, также дает возможность роторному двигателю иметь намного меньшие габариты относительно традиционных поршневых двигателей эквивалентной с ним мощности.

Основным элементом роторного двигателя является треугольный ротор, вращающийся внутри статора (овального корпуса) таким образом, что три роторные вершины располагаются в стабильном контакте с внутренней корпусной стенкой и при этом образует три замкнутых объема, которые содержат газ, либо же камеры сгорания. В принципе любая из трех боковых поверхностей работает точно так, как и поршень. Во время вращения ротора в корпусе объем трёх камер, которые создаются им, постоянно изменяется и действует в качестве насоса.

Внутри ротора располагается маленькая шестерня, которая имеет внешние зубья, прикрепленная непосредственно к корпусу. Большая шестерня, то есть с крупным диаметром и внутренними зубьями сопрягается с неподвижной шестерней и таким путем задается определенная траектория вращения ротора внутри его корпуса.

Так как ротор соединяется с выходным валом по эксцентричному принципу, то он вращает вал, таким образом, будто ручка вращает коленвал и при этом выходной вал делает по три оборота за один оборот ротора.

Джеймс Уатт, который является изобретателем паровой машины, обладающей вращательными движениями, также занимался и разработкой двигателя внутреннего сгорания, который имел роторный тип. За последние полтора десятка десятилетия изобретателями было предложено огромное количество разнообразных конструкций роторного двигателя.

Еще в 1846 году определили геометрическую форму рабочей камеры сгорания роторного двигателя, а также принцип работы дебютного двигателя, который был основан на свойствах эпитрохоиды. (Эпитрохоида является геометрической линией, которая создается какой-то точкой одной из окружностей, которая катится по внешней стороне иной окружности несколько большего диаметра без проскальзывания.)

В 1924 году, когда двадцати двух летний изобретатель Феликс Ванкель начал создание своего роторного двигателя, результатов, полученных практическим путем, еще не было. Ванкель проводил исследования и анализ возможностей разнообразных видов роторного двигателя, после чего ему удалось найти практически оптимальную форму трохоидообразного корпуса. Исследования, которые заняли много лет, а также разработки Ванкеля, которые были осуществлены им вместе с производителем мотоциклов, то есть компанией NSU, завершились только лишь в 1957 году созданием дебютного двигателя роторного типа Ванкеля – DKM. Этот двигатель доказал то факт, что роторный двигатель является не просто мечтой.

Читать еще:  Что свистит при запуске двигателя на калине

Особенности двигателя

Но сложная конструкция двигателя, когда вращался непосредственно сам трохоидообразный корпус, превращала эту конструкцию роторного двигателя в непрактичную. Но уже через год появился новый двигатель KKM, который имел неподвижный корпус. Он был прототипом уже современного роторного двигателя Ванкеля. Компания NSU в ноябре 1959 года официально заявила о том, что был создан роторный двигатель Ванкеля.

Президент компании Mazda мистер Мацуда Цунеджи тут же оценил существенный потенциал данного вида двигателя и лично сам заключил контракт о сотрудничестве с компанией NSU. В 1963 году специальное подразделение компании Mazda, которое занималось исследованиями роторных двигателей и возглавлялось господином Ямамото Кеничи, начало разрабатывать первый в мире роторный двигатель, предназначенный для серийного производства.

30 мая 1967 года компания Mazda начала продажи первого автомобиля, который был оснащен двухроторным двигателем Type 10A, имеющим мощность в 110 лошадиных сил.

Последующие разработки постепенно привели к понижению расходов топлива приблизительно на 40%, а также к значительному сокращению числа токсичных выхлопов, что соответствовало регулярно ужесточаемым экологическим требованиям. К 1970 году общее количество автомобилей с таким видом двигателей достигло 100 000. К 1975 году собрали уже более 500 000 подобных автомобилей. А к 1978 году – более чем миллион. Роторный двигатель ворвался в мир автомобилей мир всерьез и на очень продолжительный срок.
Из-за того, что в двигателе отсутствует необходимость в шатунах, поршнях и коленвале, главный его блок имеет меньшие размеры, а также массу при замечательных динамических характеристиках, а также отличной управляемости.

Роторный двигатель RENESIS

Роторный двигатель значительно меньше обыкновенного двигателя одинаковой с ним мощности. Новый двигатель RENESIS приблизительно равняется по размерам обыкновенному рядному четырехцилиндровому двигателю. Маленькие размеры роторного двигателя являются выгодными не только в том плане, что уменьшается масса, но также они улучшают и управляемость, а еще и облегчают наиболее рациональное размещение трансмиссии и дают возможность делать авто более просторным для его водителя и всех пассажиров.

Все компоненты роторного двигателя постоянно вращаются в одном и том же направлении. Они не меняют направление движения таким образом, как и поршни обыкновенного двигателя. Роторный двигатель являются внутренне сбалансированными, что уменьшает уровень вибрации.

Роторный двигатель подает равномерную и плавную мощность. Во время каждого полного оборота ротора вал трижды оборачивается. Все отдельные сгорания происходят на протяжении 90-градусной фазы роторного вращения, то есть на протяжении 270-градусной фазы вращения вала. Это означает то, что однороторный двигатель может выдавать мощность на протяжении трех четвертей всех оборотов его выходного вала. Одноцилиндровый поршневой двигатель способен выдавать мощность только лишь на протяжении одной четверти оборота вала.

Роторные двигатели имеют меньшее число частей, которые движутся, относительно аналогичных четырехтактных поршневых двигателей. Двухроторный двигатель оснащен тремя главными движущимися частями: два ротора, а также выходной вал. Наиболее простой четырехцилиндровый двигатель оснащен, по меньшей мере, сорока движущимися частями.ъ

Видео роторный двигатель

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.

Достоинства и недостатки

Теперь о достоинствах роторных моторов, а их вполне много. Выходит, что одна секция по мощности равна 3-цилиндровому мотору, при этом она в габаритных размерах значительно меньше. Это сказывается на компактности самых моторов. Об этом можно судить по модели Mazda RX-8. Этот автомобиль, обладая хорошим показателем мощности, имеет средне моторную компоновку, чем удалось добиться точной развесовки авто по осям, влияющую на устойчивость и управляемость авто.

Помимо компактных размеров в этом двигателе отсутствует газораспределительный механизм (ГРМ), ведь все фазы газораспределения выполняются самим ротором. Это значительно уменьшило металлоемкость конструкции, и как следствие – массу двигателя.

Из-за ненадобности поршней и ГРМ снижено количество подвижных частей в двигателе, что сказывается на надежности конструкции.

Сам двигатель из-за отсутствия разнонаправленных движений, которые есть в поршневом моторе, при работе меньше вибрирует.

Но и недостатков у такого двигателя тоже хватает. Начнем с того, что система смазки у него идентична с системой 2-тактного двигателя. То есть, смазка поверхности цилиндра производится вместе с топливом. Но только организация подачи масла несколько иная. Если в 2-тактном двигателе масло для смазки добавляется прямо в топливо, то в роторном оно подается через форсунки, а потом оно уже смешивается с топливом.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя опель астра h замена

Использование такого типа смазки привело к тому, что для двигателя подходит только минеральное масло или специализированное полусинтетическое. При этом в процессе работы масло сгорает, что негативно сказывается на составе выхлопных газов. По экологичности роторный двигатель сильно уступает 4-тактному поршневому двигателю.

При всей простоте конструкции роторный мотор обладает сравнительно небольшим ресурсом. У той же Mazda пробег до капитального ремонта составляет всего 100 тыс. км. В первую очередь «страдают» апексы – аналоги компрессионных колец в поршневом двигателе. Апексы размещаются на вершинах ротора и обеспечивают плотное прилегание вершины к стенке цилиндра.

Недостатком является также невозможность проведения восстановительных работ. Если у ротора изношены посадочные места апексов – ротор полностью заменяется, поскольку восстановить эти места невозможно.

То же касается и цилиндра статора. При его повреждении расточка практически невозможна из-за сложности выполнения такой работы.

Из-за большой скорости вращения эксцентрикового вала, его вкладыши изнашиваются значительно быстрее.

В общем, при значительно простой конструкции, из-за сложности процессов его работы роторный двигатель оказывается по надежности значительно хуже поршневого.

Но в целом, роторный двигатель не является тупиковой ветвью развития двигателей внутреннего сгорания. Та же Mazda постоянно совершенствует данный тип мотора. К примеру, мотор, устанавливаемый на RX-8 по токсичности уже мало отличается от поршневого, что является большим достижением.

Теперь они стараются еще и увеличить ресурс. Однако это скорее всего будет достигнуто за счет использования особых материалов изготовления элементов двигателя, а также из-за высокой степени обработки поверхностей, что еще больше осложнит и увеличит стоимость ремонта.

Принцип работы

Роторный двигатель использует давление, возникающее во время сгорания топливовоздушной смеси. Такое давление в поршневых двигателях создается в цилиндрах, что привод в движение поршни.

Коленчатый вал и шатуны приводят поршень во вращательное движение и благодаря этому колеса автомобиля начинают вращаться. В данном двигателе, давление при сгорании возникает в камере, которая сформирована частью самого корпуса и закрыта одной из сторон треугольного ротора, выполняющего роль поршней.

В данном видео, вам покажут, как работает роторный двигатель для Mazda RX-8. Приятного просмотра!

Вращения ротора напоминают линию, которая нарисована спирографом. Такая траектория позволяет вершинам ротора контактировать с корпусом движка, что образует при этом три разделенных между собой объема газа.

Когда ротор вращается, эти объемы поочередно расширяются и сжимаются.Именно это обеспечивает поступление в движок топливовоздушной смеси, а также сжатие и выпуск выхлопа. Он обладает системой зажигания и впрыска топлива, которые похожи на используемые системы в поршневых агрегатах.

Его конструкция полностью отличается от поршневого движка. Ротор обладает тремя выпуклыми сторонами, которые исполняют роль поршней. На каждой стороне устройства, присутствует специальное углубление, увеличивающее скорость вращения самого ротора.

Это оставляет для топливовоздушной смеси больше свободного места. На вершине всех граней расположены металлические пластины, которые разделяют все свободное место на камеры. На каждой из сторон ротора присутствуют два кольца из металла, формирующие стенки камер.

В центральной части устройства, находится зубчатое колесо, зубья которого смотрят внутрь. Это колесо сопрягается с шестерней, которая закреплена на корпусе двигателя. Данное сопряжение задает направление и траекторию вращения в корпусе движка.

Преимущества и недостатки

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

К преимуществам можно отнести:

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

К недостаткам относятся:

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

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

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

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector