Устройство автомобиля. Как работает роторный двигатель

Принцип работы роторного двигателя

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

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

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

Внутри цилиндра, где располагается ротор, происходят следующие процессы:

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

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

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

В них наблюдаются такие процессы:

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

Схема устройства РПД

В конструкцию РПД входят следующие элементы:

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

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

Мощность и ресурс

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

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

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

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

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

Строение

Ротор с выпуклыми сторонами работает как поршень. Скорость вращения увеличивается благодаря углублениям, которые есть в каждой стороне. Для твс (топливно воздушной смеси) остается больше пространства. Вершины граней с помощью металлических пластин создают камеры. С каждой стороны ротора также есть металлические кольца, помогающие формировать камерные стенки. В центре ротора расположен круг с зубьями.

Овальная камера создана таким образом, чтобы роторные вершины контактировали со стенками и создавали закрытые газовые объемы. Как было сказано, в РПД — 4 рабочих такта, к которым относят впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Впуск и выпуск осуществляется в отверстиях камеры, выхлоп происходит через трубу, а впускное отверстие подсоединено к газу.

Выходной вал работает по аналогии с коленвалом, заменяя его.

Разновидности

Узнав устройство роторного двигателя, автовладельцам важно уяснить классификацию РПД. К примеру, камера «движка» бывает замкнутой или незамкнутой, т.е. иметь связь с атмосферой.

Замкнутые моторы также подразделяются на виды по «наличию/отсутствию уплотнительных элементов» или «по режиму функционирования КС». Кстати, большая часть образцов представлена лишь на бумаге, а в реальности их не существует. Классификацию создавал российский инженер И.Ю. Исаев.

Какие существуют роторные ДВС:

 Двигатели с однонаправленным движением. В пе Двигатели с ВВД заставляют ротор создавать качания. Лопатки остаются неподвижными, но рабочие такты проходят между ними.

 Схема работы двигателя с уплотнительными эле Двигатели с однонаправленным движением. В период сближения роторов на корпусе происходит сжатие между лопастей, а при удалении возникает расширение.

 Существует роторный двигатель с аналогичной  Схема работы двигателя с уплотнительными элементами используется в пневмомоторах. Вращение происходит с помощью сжатого воздуха. При этом данная схема не смогла найти применения в ДВС, там присутствуют высокие показатели температур и давления.

Более перспективными на данный момент считаются дв Существует роторный двигатель с аналогичной предыдущей схеме работы, но уплотнители в этом случае находятся на корпусе.

Более перспективными на данный момент считаются двигатели с равномерным движением элементов. Они способны набирать высокие обороты и мощность, какие для привычных ДВС недопустимы.

Недостатки

При составлении плюсов и минусов РПД было выявлено, что с имеющимися характеристиками мотор не сможет реализоваться массово.

Минусы роторных моторов:

 Ограниченность ресурса. Из-за конструктивных Обслуживание. Многих водителей не устраивает высокий расход масла и необходимость его частой замены (каждые 5000 км пробега). Кроме того, РПД потребляет большое количество топлива (20 л на 100 км).

 Маленький срок службы объясняется не только  Ограниченность ресурса. Из-за конструктивных особенностей ресурс двигателя сильно ограничен. Он быстро изнашивается, поэтому у него небольшой срок службы.

 Низкая экологичность. Серповидная внутренняя Маленький срок службы объясняется не только конструкцией, но и перепадами температур, которые сопровождают все рабочие такты.

 Уплотнители ротора изнашиваются быстрее из-з Низкая экологичность. Серповидная внутренняя часть камер не дает топливу гореть до конца. Ротор выталкивает раскаленный газ в выхлоп, при этом в продуктах сгорания остаются фрагменты масла, что сильно повышает токсичность выброса.

Для производства РПД используется технологичное об Уплотнители ротора изнашиваются быстрее из-за регулярных перепадов давления и небольшого ресурса самого «движка».

Для производства РПД используется технологичное оборудование. К качеству предъявлены высокие требования. В конечном итоге роторный двигатель обходится и производителю, и покупателю дороже, чем поршневой.

История создания роторного двигателя

Силовые агрегаты с ротором вместо поршневой группы получили устойчивое название «двигатель Ванкеля», по фамилии изобретателя. На самом деле в мире было разработано несколько типов роторных моторов, отличных от изобретения Ванкеля. Но первым в этой области еще в 1920-ых годах начал работать именно немецкий инженер Фридрих Ванкель.

Для двигателя требовались узлы и детали, производство которых возможно только с применением высоких технологий металлообработки, точнейшей подгонки, с чем в то время были определенные трудности. Поэтому быстро запустить изделие в серию сразу не получилось. К тому же началась Вторая мировая война, когда требовались не экспериментальные, а серийные проверенные изделия.

Работы над двигателем были завершены уже во Франции, куда попало оборудования из побежденной Германии, в 1957 году, в компании NSU под руководством инженера Вальтера Фройде.

Применение двигателя Ванкеля на Западе и в СССР

Первый роторный двигатель мощностью 57 л.с. был установлен в 1957 году на спорткар фирмы NSU «Спайдер». Спорткар развивал невероятные для того времени и такой мощности ДВС скорость – 150км/час.

Автомобиль NSU Spider

С 1963 года роторные двигатели стали использовать на серийных автомобилях для населения. Несколько лет их ставили на «Мерседесы», «Шевроле» и «Ситроены». Но двигатель показал ряд существенных недостатков. В результате производители вернулись к использованию классических, проверенных поршневых ДВС.

Настойчивее остальных оказались японские автопроизводители. Они использовали роторные ДВС на некоторых моделях «Мазда». Устранялись слабые места, увеличивался моторесурс до капремонта, снижалось потребление топлива. Однако по ряду причин и японцы вернулись к классическим ДВС . Последняя Мазда RX Spirit R с роторным двигателем сошла с конвейера в 2012 году.

В СССР первый роторный двигатель отечественного производства ставился в 1974 году на легендарную «копейку» – ВАЗ 2101.

Для его создания было организовано специальное конструкторское бюро. Прообразом служил двигатель Ванкеля. Было изготовлено около 50 опытных образцов с маркировкой ВАЗ 311. ВАЗы с ними не продавались населению, а поступили в распоряжение сотрудников ГАИ и КГБ в качестве служебных машин.

Поначалу «копейки» с этим силовым агрегатом вызывали восхищение своей мощью, динамикой разгона, низким шумом и плавностью хода. Но уже через год на ходу осталась только одна машина. Двигатели остальных вышли из строя. Основной причиной поломок стала ненадежность уплотнений, обеспечивающих герметизацию камер сгорания во время вспышки топлива.

Работы над отечественным роторным ДВС продолжались, и были созданы мощные двухсекционные ВАЗ 411 и 413 мощностью 120 и 140 л.с. “Жигули” с этими двигателями снова попали на службу в силовые структуры.

Данное достижение советского автопрома не афишировалось. В народе лишь ходили слухи о том, что сотрудники КГБ ездят на скоростных авто с невероятными секретными двигателями.

Затем были разработаны роторные двигатели ВАЗ 414 и 415. Это были более совершенные универсальные агрегаты. Их можно было ставить как на вазовские «восьмерки» и «девятки», так и на не менее популярные в то время «Москвичи» и «Волги».

Последняя разработка ВАЗ 415 так и не была использована. Ее предшественник, ВАЗ 414 с 1992 года ставился на популярной модели авто ВАЗ 2109 («Спутник», «Самара»).

«Девятки» с этими двигателями обладали необычными характеристиками. Разгон до 100 км/ч за 8 секунд, возможность длительной работы на предельно высоких оборотах. ВАЗ 414 потреблял меньше топлива (14-15 л на 100 км), чем предыдущие роторные ДВС (18-20 л на 100 км). Но все равно больше, чем поршневой мотор.

Однако и на ВАЗе роторные ДВС не смогли конкурировать с традиционными, и вскоре их использование было прекращено.

Работы над усовершенствованием роторных ДВС ведутся в мотоциклетной отрасли. В начале 1980-ых был создан мотоцикл Norton с двигателем Ванкеля, который показал невероятные результаты. Сегодня компания выпускает байки с таким двигателем объемом 588 куб.см. Ведутся работы над новым мотором с объемом 700 куб.см.

Автомобилей в такими двигателями сегодня не выпускают. Не исключено, что автопроизводители могут вести конструкторские работы в этом направлении без афиширования, втайне от конкурентов.

Характеристики роторного двигателя

Преимущества: полная уравновешенность масс; благоприятная кривая изменения кру­тящего момента; компактная конструкция; меньшее количество компонентов (отсутствует клапанный механизм); легкость в управлении.

Недостатки роторного двигателя

  • Неблагоприятная форма камеры сгорания с длинными путями распростране­ния пламени;
  • Повышенный расход топлива и масла;
  • Невозможность реализации дизельного цикла;
  • Высокое расположение выходного вала.

Из-за отсутствия возвратно-поступательно движущихся масс и ограничений на проход газа, скорость перемещения газового потока и частоту вращения вала двигателя можно значительно повысить.

Роторные двигатели могут быть полностью уравновешены. Единственным нерешенным вопросом является неравномерный крутя­щий момент, что характерно для всех ДВС. Улучшение постоянства потока мощности и других рабочих характеристик может быть достигнуто объединением нескольких рото­ров на одном валу. Кривую момента можно приблизить к характеристике дросселирован­ного двигателя или двигателя гоночного ав­томобиля, изменяя момент впуска и сечение впускных каналов.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Преимущества

Роторный двигатель имеет плюсы и минусы, как и любое механическое устройство.

 Простые конструктивные особенности. РПД не о КПД достигает 40%, это высокий показатель.

 Концепция. РД вращается, поэтому на остановк Простые конструктивные особенности. РПД не обладает большим количеством узлов, что упрощает его конструкцию в целом.

 Компактность силового агрегата способствует  Концепция. РД вращается, поэтому на остановку в противоположных друг другу точках время не затрачивается. Благодаря этому, мотор можно посчитать высокооборотистым.

 Динамические характеристики двигателя позвол Компактность силового агрегата способствует равномерной развесовки и высокой устойчивости машины при езде по трассе.

 При увеличении количества оборотов не возник Динамические характеристики двигателя позволяют автомобилю разгоняться на порядок быстрее, поэтому РПД устанавливали преимущественно на спорткары.

Смотря на внушительный список преимуществ, водител При увеличении количества оборотов не возникает дополнительных нагрузок. Получается, что можно разогнать транспорт до 100 км/час даже на низкой передаче.

Смотря на внушительный список преимуществ, водители задаются вопросом, почему РПД не смогли вытеснить с рынка стандартные ДВС? Дело в том, что у роторных «движков» есть недостатки, которые не позволили им стать лучше поршневых двигателей.

Биография изобретателя

Ф.Г. Ванкель — немецкий изобретатель, рожденный в городе Лар в начале XX века. Его отец умер во время боевых действий во время Первой Мировой. По этой причине будущий ученый был вынужден забросить учебу и пойти работать, чтобы содержать себя. Первое время он трудился в лавке, где продавались книги. Во время работы Феликс любил читать. Особенно ему нравилось изучать автомобилестроение. Изобретатель был талантливым человеком со способностями. Говорят, что изобретенный им двигатель приснился ему во сне.

Принцип работы

Узнать, как работает роторный двигатель, можно лиш

Узнать, как работает роторный двигатель, можно лишь в сравнении его со стандартным ДВС с поршнями. Схема функционирования РПД и ДВС отличается технологией, учитывая что «движки» имеют разные конструкционные особенности.

Принцип работы роторного двигателя схож с ДВС, поскольку он основывается на преобразовании энергии от сгорания горючей смеси. Но в случае с ДВС давление, полученное от сгорания, заставляет поршни двигаться, тем самым коленвал и шатун преобразуют движения поршней во вращательные, запуская движение колес.

Ротор функционирует в овальной камере, поэтому мощность передается сцеплению с КП. Треугольная форма позволяет выдавить топливную энергию и перенаправить ее на колесную систему.

Внутри капсулы, в которой находится ротор, происходят различные процессы: сжатие твс, впрыск горючего, проникновение кислорода, воспламенение топлива и отправка сгоревших элементов на выпуск. Ротор крепится к механизму, который «бегает» внутри капсулы. В корпусе образуется несколько камер, в каждой из которых происходят определенные процессы. В первой камере возникает смешение топлива с воздушными массами, превращая их в твс. Во второй камере все это сжимается и воспламеняется, а из третьей вытесняется.

Конструкция

Чтобы выяснить, какой имеет роторный двигатель принцип работы, необходимо изучить конструкционные особенности. В данном типе мотора энергия сгорания воспринимается ротором в форме треугольника.

Ротор находится внутри закрытого элемента, состоящего из боковых и центрального корпуса. Это нужно для создания процесса горения. Он проходит в статоре, а боковые грани создают герметичность.

Статор включает в себя цилиндр, а в нем находится сам ротор. Овальный цилиндр имеет прижатые бока. Именно такая форма дает возможность всем процессам внутри проходить слаженно. Кроме того, статор оснащен окошками для впуска горючего и выпуска газов. На противоположной стороне находятся специальные отверстия для свечей.

Верхушки ротора контактируют с цилиндром, поскольку движение проходит по эксцентриковому типу.

Какие машины были оснащены РПД?

Существуют разные модели автомобилей, на которые с

Существуют разные модели автомобилей, на которые ставили РПД.

Перечислим самые популярные из них:

 Мазда Космо Спорт. Именно этот автомобиль ст Мазда RX-8. Известная японская компания усовершенствовала двигатель. Последней разработкой стал РПД в 1,3 л, мощностью 215 л.с. Но из-за низкого спроса производство остановлено.

 Мерседес с-111. В первый раз автомобиль пред Мазда Космо Спорт. Именно этот автомобиль стал первым транспортным средством, которое оснастили роторным «движком». В 1964 году зрителям продемонстрировали первый готовый вариант. Через год было произведено около 60 аналогичных моделей. Всего до 1968 года было изготовлено 343 модели. Далее производитель усовершенствовал серию «Космо спорт». Теперь машина могла разогнаться до 193 км/час. Данный вариант выпускался до 1972 года включительно.

 Chevrolet Corvette - компания Шевроле получи Мерседес с-111. В первый раз автомобиль представили в 1970 г. Спорткар был оснащен трехкамерным мотором, при этом его максимальная скорость могла составить 275 км/час при пятисекундном разгоне.

 ВАЗ 2109-90. Это служебный автомобиль, котор Chevrolet Corvette — компания Шевроле получила лицензию на производство РПД. С 1970 года компания начала разрабатывать новые Корветы. В 1971 году модель получила одобрение президента фирмы General Motors. Только через год данная модель была представлена правлению GM.

Для нужд МВД в свое время закупили ВАЗ 21019 Аркан ВАЗ 2109-90. Это служебный автомобиль, который смог за 8 секунд разогнаться до 100 км/час. Машина имела способность развивать скорость до 200 км/час, что помогало гнаться за нарушителями.

Для нужд МВД в свое время закупили ВАЗ 21019 Аркан, который также имел роторный двигатель. Ее предельная скорость составляла 160 км/час.

Самой популярной моделью авто на роторном «движке» по-прежнему является Мазда Rx-8. Если водитель рассматривает этот вариант на вторичном рынке, то ему стоит присмотреться к нему. На фоне конкурентов такое авто продается по привлекательной цене, при этом имеет отличные характеристики. Конечно, б\\у авто может требовать ремонта и вложений, поэтому стоит приготовиться к дополнительным расходам.

Сегодня производители самолетов выбирают роторные «движки». Это еще раз говорит о том, что мотор не пользуется популярностью, но от этого не является плохим или бесполезным.

Итоги

РПД — интересная и полезная задумка, но такой мотор не прижился, даже несмотря на высокий КПД и мощность. Из-за конструктивных особенностей механизм быстро изнашивается. Кроме того, «движок» требует особых условий эксплуатации и обслуживания. РПД — лучший вариант для гоночных машин и спорткаров. Для них не требуется большой ресурс.

Высокие технические характеристики дают потребителям надежду, что когда-нибудь роторные моторы будут выпускать массово, заранее устранив их недостатки. Перспектива у двигателей есть, но выпуск РД будет налажен после перехода на водородное топливо. Именно такой мотор не подвержен детонации. Одна из последних современных разработок — Premacy Hydrogen RE Hybrid. Она ничем не уступает по своим характеристикам другим новинкам автомобилестроения.