Как работает роторный двигатель
Что такое роторный двигатель? Как при малом объеме он развивает высокую мощность? Почему роторные двигатели так редко встречаются? Сейчас во всем разберемся!
Двигатель роторного типа или ванкель, был разработан еще в 1957 году Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Первое время двигатель активно использовался на различных автомобилях, а затем даже на мотоциклах, но со временем стал появляться все реже.
Что такое роторный двигатель?
Роторный двигатель — это 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания. Однако, его строение очень сильно отличается от привычного нам поршневого движка. В виду отсутствия множества элементов, роторный двигатель конструктивно проще поршневого.
Hercules W-2000. Объем 294 см3. Мощность до 32 л.с.В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и благодаря вращению ротора происходит заполнение камеры «впуска». Такт работы двигателя проходит в отдельном «цилиндре».
Чтобы разобраться как устроен двигатель, нужно рассмотреть его принцип работы.
Принцип работы.
1 такт — подача топлива.
В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и, благодаря вращению ротора, происходит заполнение камеры «впуска».
2 такт — сжатие.
Благодаря форме ротора и «цилиндра», рабочая смесь попадает в камеру «сжатия», где она прижимается ротором к стенке «цилиндра».
3 такт — рабочий (воспламенение).
Когда рабочая смесь находится в максимально сжатом состоянии происходит воспламенение (обычно посредствам 2-х свечей). Высвобождающаяся энергия от воспламенения вращает ротор на 1-й такт.
4 такт — выпуск.
После воспламенения отработанная смесь высвобождается через выпускное отверстие.
Как при малом объеме достигается высокая мощность?
Высокая мощность двигателей роторного типа обусловлена тем, что на выходе каждый такт идет как рабочий.
Так как ротор заменяет собой минимум 4 поршня, используя малый объем и возможность развивать высокие обороты, двигатели роторного типа имеют преимущество примерно в 2-3 раза над поршневыми ДВС.
К тому же у роторного двигателя есть еще несколько плюсов:
- двигатель отлично сбалансирован, как следствие практически нет вибрации;
- компактность и малый вес, как следствие возможность добиться оптимального расположения и разрисовки по осям;
- простота конструкции.
Почему роторные двигатели настолько редкие?
Причин здесь несколько:
Сложность конструкции. Производство двигателя роторного типа требует больших затрат. Это обусловлено необходимостью использовать специальное высокоточное оборудование и качественные износостойкие материалы.
Маленький ресурс и неремонтопригодность. Для качественной работы двигателя необходима точная подгонка всех элементов, а так как в процессе использования двигателя происходит износ комплектующих (особенно ротора и корпуса-цилиндра), то не только снижается КПД, но и в разы повышается расход масла.
Локальный перегрев. Роторный двигатель очень боится перегрева. Причиной этому служит малое пятно контакта цилиндра и ротора, которое и является причиной частого перегрева этих моторов.
А на сегодня все!
Как работает роторный двигатель. » Хабстаб
Так как роторный двигатель — двигатель внутреннего сгорания, его работа , как и поршневого состоит из четырёх тактов. Пространство двигателя разделено на четыре части и в определённой части выполняется определённый такт. Таким образом, за один оборот ротора, двигатель проходит все 4 такта. Роторный двигатель (изначально задуман и разработан доктором Феликсом Ванкелем) иногда его ещё называют двигатель Ванкеля, или роторный двигатель Ванкеля.
Принцип работы.
Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует энергию, которая возникает при сгорании топливовоздушной смеси. В поршневом двигателе, давление, возникающее при сгорании топлива, толкает поршень, соединённый через шатун с коленвалом, таким образом, поступательное движение преобразуется во вращательное, необходимое для вращения колес автомобиля.
В роторном двигателе сгорание происходит в камере, образованной частью корпуса и треугольным ротором. Он движется по траектории, которую можно описать с помощью спирографа. Ротор разделяет корпус на три камеры. Поскольку ротор перемещается по кругу, объём каждой из трёх камер то увеличивается, то уменьшается. При увеличении одной из камер происходит всасывание топливовоздушной смеси в двигатель, затем идёт сжатие, смесь взрывается, расширяясь, толкает ротор и, наконец, отработавшие газы, инерции ротора, выталкиваются наружу.
Давайте рассмотрим современный автомобиль с роторным двигателем.
Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей, которые используют роторные двигатели. RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был самым успешным автомобилем с роторным двигателем. Но этому предшествовал ряд легковых автомобилей с роторным — двигателем, грузовиков и даже автобусов начиная с Cosmo Sport 1967 года. Mazda RX-8, новый автомобиль от Mazda, на котором стоит новый роторный двигатель — RENESIS.
Этот атмосферный двух роторный двигатель появился в 2003 году, мощность его около 250 лошадиных сил.
Части роторного двигателя.
У роторного двигателя система зажигания и система подачи топлива похожа на поршневой двигатель.
Ротор имеет три выпуклые части, каждая из которых действует как поршень. В каждой гране ротора имеется углубление, увеличивающее количество смеси, которую можно поджечь. Вершина каждой грани представляет собой металлическое лезвие, которое образует уплотнение с внутренней поверхностью камеры сгорания. Внутри ротора располагается зубчатое колесо, вырезанное в центре одной из сторон.
Корпус примерно овальной формы. Форма корпуса разработана таким образом, что три кончика ротора всегда соприкасаются со стенками корпуса, образуя три запечатанных объёма газа. В каждой части корпуса происходит только один процесс: всасывание, сжатие, сгорание, выпуск. Впускной и выпускной каналы расположены в корпусе их не закрывают клапана, как в поршневом двигателе.
Выпускной канал соединён непосредственно с выхлопной трубой, а впускной с дроссельной заслонкой.
На валу эксцентрично расположены четыре лепестка, то есть смещённые относительно оси вала. Каждый ротор надевается на один из этих лепестков. Это подобие коленвала, в поршневом двигателе. Так как лепестки расположены эксцентрично, ротор, вращаясь, толкает лепестки. Во время работы роторный двигатель греется, охлаждающая жидкость циркулирует по всему корпусу, забирая тепло у двигателя.
Работа роторного двигателя.
Цикл работы роторного двигателя, состоит из четырёх тактов. Давайте рассмотрим подробнее каждый такт.
Впускной такт.
Впускной такт начинается когда кончик ротора проходит впускное отверстие. По мере вращенья, объём впускной камеры увеличивается, происходит всасывание топливовоздушной смеси. Когда следующий кончик ротора проходит впускное отверстие, смесь запечатывается и начинается такт сжатия.
Такт сжатия.
Форма статора сделана таким образом, что при дальнейшем вращении топливновоздушная смесь сжимается. К тому моменту когда смесь находится в контакте со свечами зажигания, объём камеры сгорания минимальный.
Такт горения.
У большинства роторных двигателей две свечи зажигания. Камера сгорания имеет вытянутую форму и с одной свечой смесь горит очень медленно. Давление, которое образуется при сгорании, заставляет ротор двигаться в том же направлении пока один из кончиков ротора не достигнет выпускного отверстия.
Выпускной такт.
После того как кончик ротора проходит выпускное отверстие, продукты сгорания удаляются в выхлопную систему. Статор сделан такой формы, что камера где находились выхлопные газы сжимается, выталкивая все отработавшие газы. На этом цикл заканчивается.
Таким образом, за один оборот ротора происходит один рабочий цикл.
Некоторые характеристики, которые отличают роторный двигатель от типичного поршневого.
Меньше движущихся частей.
В роторном двигателе гораздо меньше движущихся частей, чем в поршневом. Двухроторный двигатель имеет всего 3 движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой четырёхцилиндровый поршневой двигатель, имеет как минимум 40 движущихся частей, поршни, шатуны, распредвал, клапана, пружины клапанов, рокера, ремень ГРМ, зубчатые шестерни и коленвал. Эта минимизация движущихся частей может обеспечить более высокую надёжность. Вот почему некоторые производители самолётов, используют роторные двигатели вместо поршневых.
Все части в роторном двигателе вращаются непрерывно в одну сторону и не изменяют резко направление, как поршень в поршневом двигателе.
Проектирование роторного двигателя сложнее чем поршневого, а затраты на его производство очень высоки, потому что они не производятся массово. Как правило, роторные двигатели потребляют больше топлива, чем поршневые, это происходит из-за снижения термодинамического коэффициента за счёт удлинения камеры сгорания и низкой степени сжатия.
Как работают роторные двигатели Ванкеля
Двигатель Ванкеля использует процесс кругового сгорания и имеет высокое отношение мощности к весу с небольшим количеством движущихся частей.
Цикл сгорания
Роторные двигатели срабатывают 3 раза на каждый оборот ротора. Функции впуска, сжатия, сгорания и выпуска происходят одновременно.
Топливные форсунки
Масляный инжектор
Сжатие
При герметичной камере топливно-воздушная смесь сжимается, увеличивая мощность и эффективность взрыва.
Потребление
Когда ротор вращается, создается вакуум, и впускные отверстия открываются, втягивая топливно-воздушную смесь в корпус.
Впускные порты
Выхлопное отверстие
выхлоп
Когда ротор вращается, выпускные отверстия открываются, выталкивая выхлопные газы и любое несгоревшее топливо из корпуса.
Зажигание
Искры воспламеняют топливо, толкая ротор по часовой стрелке. Каждая сторона ротора имеет камеру сгорания, которая обеспечивает большее пространство для расширения топлива, позволяя сжечь как можно больше топлива.
Свечи зажигания
Нижняя свеча зажигания имеет большее отверстие и воспламеняет большую часть топлива, а верхняя свеча зажигания воспламеняет топливо в меньшем конце кармана сгорания.
Поделиться / Вставить эту инфографику на свой сайт →
Ротор и эксцентриковый вал
Из-за постоянного сгорания большинство серийных автомобилей имеют только один или два ротора (по мощности сравнимы с 3 или 6 цилиндрами в поршневом двигателе).
Верхние уплотнения
Каждый угол ротора имеет верхнее уплотнение, которое прижимается к корпусу.
Торцевые и угловые уплотнения
удерживать масло вокруг эксцентрикового вала и удерживать топливно-воздушную смесь в камере сгорания.
Эксцентриковый вал
Эксцентриковый вал вращается 3 раза за каждый оборот ротора и проходит через центр двигателя, передавая энергию сгорания на приводной вал. Лепестки смещены и расположены напротив друг друга на валу.
Зубчатый венец
Противовес
Противовес компенсирует любой дисбаланс роторов и эксцентрикового вала, снижая шум и вибрацию двигателя.
Стационарная передача
Стационарная шестерня размещена в боковой пластине корпуса и прикручена болтами снаружи. Зубья входят в зацепление с зубчатым венцом ротора и заставляют ротор вращаться вокруг эксцентрикового вала.
RPM
Число оборотов в минуту (оборотов в минуту) показывает, сколько раз эксцентриковый вал поворачивается на 360°.
Поскольку эксцентриковый вал вращается 3 раза за каждый оборот ротора, при 3000 об/мин ротор будет вращаться 1000 раз.
Наша анимированная 3D-инфографика привлекает тысячи зрителей. Мы хотели бы работать с вами. Давай общаться.
Охлаждение
Поток
Поток охлаждающей жидкости направляется сначала через сторону сгорания корпуса (самая горячая поверхность), а затем через сторону впуска, чтобы поддерживать постоянную температуру во всем двигателе.
Помпа
Крыльчатка в водяном насосе проталкивает охлаждающую жидкость внутрь корпуса и наружу.
Радиатор
Радиатор представляет собой набор металлических трубок и ребер. Горячий теплоноситель поступает и проходит по трубкам. Воздух, проходящий через радиатор (через ребра), охлаждает охлаждающую жидкость, прежде чем она будет закачана обратно в корпус.
Термостат
Термостат закрыт до тех пор, пока двигатель не достигнет оптимальной рабочей температуры, а затем периодически открывается, пропуская охлаждающую жидкость через радиатор для поддержания постоянной температуры.
Подписывайтесь на Animagraffs: электронная почта, твиттер, фейсбук.
Масляная система
Моторное масло помогает смазывать, очищать, защищать и охлаждать детали двигателя.
Эксцентриковый вал
Масло прокачивается через полый центр эксцентрикового вала для охлаждения и смазки подшипников. Отверстия в валу позволяют маслу разбрызгиваться на ротор и стационарные шестерни, а также на подшипники внутри боковых пластин.
Масляный инжектор
Форсунки впрыскивают масло в корпус ротора для смазки верхних уплотнений и корпуса.
Масляный фильтр
Масляный фильтр удаляет нежелательные примеси из масла.
Насос-дозатор
Отдельный от масляного насоса насос-дозатор регулирует количество масла, впрыскиваемого в корпус ротора; чем выше обороты двигателя, тем больше масла впрыскивается.
Масляный радиатор
Прежде чем масло циркулирует через эксцентриковый вал или впрыскивается на ротор, оно проходит через небольшие радиаторы для охлаждения.
Маслосборник
Масляный поддон крепится непосредственно к нижней части корпуса. В этом месте масло может помочь охладить корпус.
Масляный насос
Масляный насос всасывает масло из поддона и проталкивает его по системе.
Полная модель
Ссылки
- Как работают роторные двигатели — Mazda RX-7 Wankel — Подробное объяснение. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г.
с https://youtu.be/sd6pJtR4PaY. - Как построить роторный двигатель. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/LSEs8VXzVPU.
- Модернизация роторного двигателя (НОВИНКА!) Пользовательский трехроторный турбодвигатель Bridgeport Race Engine. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/AQ4SLg5tXVE.
- Система смазки роторного двигателя. (2016). YouTube. Получено 14 декабря 2016 г. с https://youtu.be/ESVouiAVyXg.
- Письмо с новостями о роторных двигателях самолетов. (2017). Rotaryeng.net. Получено 31 марта 2017 г. с http://www.rotaryeng.net/
- Как работает роторный двигатель Ванкеля. (2016). Как работает автомобиль. Получено 14 декабря 2016 г. с https://www.howacarworks.com/technology/how-a-rotary-wankel-engine-works.
- Тепловой вид нового дизельного роторного двигателя Liquid Piston по сравнению с традиционным роторным двигателем Ванкеля (2016 г. ). Имгур. Получено 14 декабря 2016 г. с http://i.imgur.com/jGsHqoS.gifv.
- RX-8 Помощь. (2017). Rx8help.com. Получено 31 марта 2017 г. с http://www.rx8help.com/home/overview.html.
с https://youtu.be/sd6pJtR4PaY.
). Имгур. Получено 14 декабря 2016 г. с http://i.imgur.com/jGsHqoS.gifv.• Скопируйте/вставьте приведенный ниже код, чтобы поделиться этим проектом на своем сайте (в iframe).
• Нам требуется только ссылка на эту страницу и указание имени ( например: «by Animagraffs» )
Обмен изображениями
(щелкните для увеличения)
Создан в сотрудничестве с
Как работает роторный двигатель?
Опубликовано by Blair Lampe Техническое обслуживание
Если вы немного разбираетесь в автомобилях, вы, вероятно, имеете общее представление о том, как работает обычный двигатель внутреннего сгорания.
Но знаете ли вы, что на протяжении многих лет придумывались и производились другие конструкции двигателей с разной степенью успеха? Роторный двигатель является одним из уникальных примеров, который актуален и сегодня, но остается малоизвестным. Итак, как же работает роторный двигатель и есть ли место для этой конструкции в будущем автомобильной промышленности?
Во-первых, важно понимать, что термин «роторный двигатель» может использоваться для описания различных типов двигателей, в которых используется вращательное движение. В автомобильном мире этот термин в основном является синонимом двигателя Ванкеля.
Скорее всего, автомобиль, которым вы управляете, оснащен обычным двигателем внутреннего сгорания, в котором определенное количество цилиндров движется вверх и вниз, создавая такты впуска, сжатия, сгорания и выпуска. Эти фазы в конечном итоге втягивают воздух и топливо в камеру сгорания, сжимают их, воспламеняют и расходуют то, что осталось, когда поршни совершают возвратно-поступательное движение по линейной траектории.
В роторных двигателях используются одни и те же базовые концепции, но с другим вращением. Вы когда-нибудь делали спирограф в детстве? Это немного похоже на это. Вот как это работает:
- Вы начинаете с треугольной детали, которая вращается в продолговатом пространстве. Треугольник действует как поршень, а пространства, образующиеся при его движении, действуют как камеры сгорания.
- Поскольку пространство овальное, треугольник создает области с большим и меньшим пространством по мере поворота, вызывая вакуум, втягивающий воздух и топливо.
- Затем он сжимает воздух и топливо и воспламеняет их перед выбросом выхлопных газов.
- Этот цикл продолжается на каждом полном обороте треугольника.
Роторные двигатели имеют ряд преимуществ. Как заметил один из моих коллег-механиков: «Они крутые», с чем я не могу спорить. Помимо того, что они уникальны и умны, они также проще обычных двигателей с меньшим количеством деталей.
Это означает, что у них меньше шансов сломаться, и в целом они легче. Вращательное движение также является более плавной операцией, которая не борется сама с собой, как возвратно-поступательное движение, и в результате производит впечатляющую мощность.
Однако эти преимущества нивелируются тем фактом, что роторным двигателям требуется больше топлива и они сжигают его менее эффективно, что снижает пробег и вредные выбросы. Они также потребляют больше масла, которое имеет тенденцию к утечке. Кроме того, они редки, а это означает, что покупка запчастей и поиск знающего механика могут быть дорогими.
Rotary Club В целом эти конструктивные ограничения перевешивают потенциальные преимущества и не позволяют большинству производителей использовать их в транспортных средствах. За исключением Mazda, которая использовала, а затем выбросила роторный двигатель от 1970-х до 2012 года, но дразнили, что он может быть возвращен в новом электромобиле в качестве расширителя запаса хода.