Принцип работы роторного двигателя

Роторный двигатель: принцип работы, устройство, недостатки и преимущества, видео

Концепция роторного двигателя весьма интересна. Такие крупнейшие концерны, как Mazda, Citroen, Mersedes-Benz и General Motors, выпускали автомобили с роторными двигателями, однако позднее от них отказались. В этой статье мы рассмотрим принцип работы роторного ДВС, а также преимущества и недостатки этой конструкции.

Что такое роторный двигатель Немного истории возникновения агрегатаКонструкция роторного двигателя Принцип работы Плюсы и минусы$(‘.index-post .contents’).toggleClass(‘hide-text’, localStorage.getItem(‘hide-contents’) === ‘1’)

Что такое роторный двигатель

Роторно-поршневой двигатель (РПД) — это класс тепловых двигателей, объединённых типом движения рабочего элемента, или ротора. В частном случае такого устройства можно выделить роторные двигатели внутреннего сгорания (роторные ДВС).

Такой тип двигателя не нуждается в элементах, которые преобразуют поступательные движения во вращательные. Соответственно, при работе роторного ДВС значительно меньше потерь, нежели поршневого, весь отсутствует промежуточное звено, такое как коленчатый вал.

На первый взгляд, этот агрегат отлично решает поставленную перед ним задачу и имеет более высокий КПД. Однако такая конструкция не получила большого распространения, и даже автомобильному концерну Mazda, который долго выпускал автомобили с таким типом двигателя, в частности модель RX-8, пришлось в конце концов отказаться от роторных систем.

Это обусловлено некоторыми недостатками в работе системы, о которых пойдёт речь далее в статье.

Немного истории возникновения агрегата

Авторами роторно-поршневого ДВС являются Феликс Ванкель и Вальтер Фройде, создавшие его в 50-е годы ХХ века.

Знаете ли вы? В первой версии конструкции Ванкеля имелась подвижная камера и зафиксированный ротор, однако в итоге схему поменяли местами.

В этом тандеме Ванкель провёл исследования уплотнений вращающихся клапанов, а базовую схему и инженерную концепцию сформулировал Фройде. Сейчас роторный ДВС часто называют двигателем Ванкеля.

Впервые данная модель «сердца автомобиля» была испытана на NSU Spider, мощность мотора которого составила 57 лошадиных сил. При этом он легко разгонялся до скорости 150 км/ч.

Первым массовым авто с роторной системой стал NSU Ro-80 — второй по счёту автомобиль во всей линейке компании. В отечественном автопроме данная модель двигателя использовалась на ВАЗ 21079, которая была служебной машиной, часто милицейской.

А самой массовой серией машин с роторным ДВС по праву считается Mazda RX (Rotor-eXperiment), которая производилась вплоть до середины 2012 года, хотя и сейчас ещё не до конца распроданы выпущенные автомобили.

Читайте подробнее о том, как проверить двигатель перед покупкой авто.

Конструкция роторного двигателя

Подвижный элемент этой конструкции устанавливается на валу и соединяется с шестерёнкой, которая соединена со статором и образует так называемую «неподвижную шестерню». Диаметр статора по размерам значительно меньше диаметра ротора, вращающегося вокруг шестерни вместе с зубчатым колесом.

Ротор имеет трёхгранную форму и движется по поверхности цилиндра. В процессе движения он поочерёдно закрывает объёмы камер при помощи уплотнений, находящихся в вершинах ротора. Во время работы конструкции не требуется специального газораспределения.

1 и 2 — части впускной системы двигателя; 3 — задняя часть корпуса двигателя; 4 и 6 — цилиндры (корпус ротора); 5 — средняя часть корпуса двигателя; 7 — передняя часть корпуса двигателя; 8 — корпус дроссельной заслонки; 9 и 11 — стационарные (неподвижные) шестерни на фланцах; 10 — ротор с внутренним зубчатым венцом в сборе; 12 — эксцентриковый вал роторов; 13 — приёмный выпускной коллектор.

Благодаря действию давления газа и центробежных сил пластины, которые выполняют роль уплотнителя, прижимаются к внутренней поверхности устройства, и в результате происходит герметизация камеры.

Схема в итоге оказалась куда проще и компактнее, чем поршневые устройства, в том числе за счёт отсутствия картерного пространства, шатунов и коленвала. Чаще всего при изготовлении конструкции применяется соотношение радиуса шестерни к зубчатому колесу 2:3.

Рекомендуем почитать о том, почему стучит двигатель на холостых оборотах.

Роторный двигатель не производит возвратно-поступательные движения, как обычный поршневой ДВС. Принцип работы основан на вращении поршня. В работе нет точек замирания, как у поршневого устройства, то есть он работает более плавно, без импульсов.

РПД использует избыточное давление, которое возникает в процессе сгорания смеси топлива и воздуха. С помощью шатуна и коленчатого вала приводится в движение поршень. Давление возникает в камерах, которые формируются самой конструкцией цилиндра и корпусом ротора, играющего роль поршня.

Траектория работы ротора похожа на линию спирографа. Когда происходит соприкосновение вершин движущего элемента и стенок самого ДВС, создаются непроницаемые камеры сгорания.

Вращающийся ротор позволяет осуществлять следующие процессы:

поступление воздушно-топливной смеси;её сжатие;воспламенение;выпуск выхлопа.

Узнайте как устроены водородный, атмосферный и гибридный двигатели.

При поступлении воздуха в камеру одновременно впрыскивается топливо. При вращении ротора в этой камере смесь сжимается. Вращаясь, ротор перемещает камеру со смесью к свечам зажигания, после чего происходит воспламенение топлива и расширение.

На следующем повороте смесь выходит в выхлопную трубу, и процесс повторяется. Такой процесс работы ничем не отличается от работы четырёхтактного поршневого ДВС.

Видео: как работает роторный двигатель

К преимуществам роторного двигателя можно отнести:

отсутствие пульсирующих импульсных нагрузок;КПД такого двигателя составляет 40 %, в отличие от 20 % поршневого ДВС;его мощность значительно выше, к тому же работает он намного тише, что позволяет использовать топливо с низким октановым числом;он сделан из гораздо меньшего количества металла, а значит, более лёгкий;конструкция содержит меньшее число агрегатов и узлов.

Герметизация камеры сгорания и впуска-выпуска.Для разработки нужны точные расчёты, ведь в при трении металл в результате нагрева расширяется. Точные расчёты позволяют сохранить компрессию и КПД.В процессе работы такой двигатель имеет склонность к перегревам, чем и уступает поршневым ДВС.Из-за конструкции самого устройства зоны нагрева распределены неравномерно, поскольку в камере сгорания температура выше, чем в камере впуска-выпуска. Следовательно, и цилиндр нагревается неравномерно. Для устранения такого дефекта конструкции необходимо в процессе производства цилиндра использовать различные материалы.Износостойкость у данного типа значительно ниже, чем у поршневых ДВС, так как роторный работает на больших оборотах.Из-за больших оборотов значительно увеличивается расход топлива и масла.Поскольку в процессе работы роторного ДВС топливо не успевает полностью сгореть, выхлопные газы являются более токсичными, нежели у поршневого.При использовании роторного двигателя нужно регулярно производить замену масла и чётко следить за выполнением этой процедуры.

Роторный двигатель хоть и не получил такого же распространения, как поршневой ДВС, однако тоже нашёл свою нишу в автомобильной промышленности.

Важно! В автомобилях с таким двигателем необходимо масло заменять каждые 5000 км. Если своевременно не выполнять замену, то вероятность поломок значительно увеличивается, что влечёт за собой дорогостоящий ремонт.

Например, его часто устанавливают в машины, которые участвуют в гонках. Несмотря на существенные недостатки, этот двигатель обладает и несомненными достоинствами, поэтому по-прежнему считается серьёзной альтернативой поршневым ДВС.

Роторный двигатель

Роторный двигатель

Роторный двигатель внутреннего сгорания, это тепловой двигатель, в котором главный подвижный рабочий элемент двигателя — ротор — совершает вращательное движение. Роторный двигатель также известен под на­званием двигателя Ванкеля в честь его изо­бретателя доктора Феликса Ванкеля. Роторный двигатель в его современном виде описан в стандарте DIN 6261. Вот о том, как устроен роторный двигатель, мы и поговорим в этой статье.

Первый прототип роторного двигателя был испытан 25 февраля 1958 года. В настоящее время единственным серийно выпускаемым автомобилем, оснащенным роторным двига­телем, является Мазда RX-8.

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 четырех тактов рабочего цикла роторного двигателя и двигателя с возвратно-поступательным движением поршней

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

Читайте также  Сколько будет стоить покрасить машину полностью

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

Роторный двигатель с боковыми впускными и выпускными каналами

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» ).

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» ).

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.

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.

Все о роторных двигателях — виды и принцип работы

Главное отличие внутреннего устройства и принципа работы роторного двигателя от ДВС заключается в полном отсутствии двигательной активности, при этом удается добиться высоких оборотов работы мотора. У роторного двигателя или иначе двигателя Ванкеля, есть и ряд других преимуществ, их мы и рассмотрим подробнее.

Общий принцип устройства роторного двигателя

РПД облачен в овальный корпус для оптимального размещения ротора, имеющего треугольную форму. Отличительная особенность ротора в отсутствии шатунов и валов, что значительно упрощает конструкцию. По сути, ключевыми деталями РД являются ротор и статор. Основная двигательная функция в таком типе мотора осуществляется за счет движения ротора, расположенного внутри корпуса, имеющего схожесть с овалом.

рабочий-цикл-четырехтактного-роторно-поршневого-двигателя

Принцип действия основан на высокоскоростном движении ротора по окружности, в результате создаются полости для запуска устройства.

Почему роторные двигатели не пользуются спросом?

Парадокс роторного двигателя заключается в том, что при всей простоте конструкции он не столь востребован, как двигатель внутреннего сгорания, имеющий весьма сложные конструктивные особенности и сложности при осуществлении ремонтных работ.

Разумеется, роторный двигатель не лишен недостатков, иначе он бы нашел широкое применение в современном автопроме, а возможно мы бы и не узнали про существование ДВС, ведь роторный был сконструирован значительно раньше. Так зачем же так усложнять конструкцию, попытаемся разобраться.

Явными недочетами роторного мотора можно считать отсутствие надежной герметизации в камере сгорания. Это легко объяснить конструктивными особенностями и условиями работы мотора. В ходе интенсивного трения ротора со стенками цилиндра происходит неравномерный нагрев корпуса и, как следствие, металл корпуса расширяется от нагрева лишь частично, что и приводит к выраженным нарушениям герметизации корпуса.

Для усиления герметичных свойств, особенно при условии выраженной разницы температурных режимов между камерой и системой впуска или выпуска, сам цилиндр изготавливают из разных металлов и размещают их в разных частях цилиндра, для улучшения герметичности.

Для запуска мотора используют всего две свечи, это связано с конструктивными особенностями мотора, позволяющими выдавать на 20% больше КПД, в сравнении с двигателем внутреннего сгорания, за одинаковый промежуток времени.

Роторный двигатель Желтышева — принцип работы:

Преимущества роторного двигателя

При малых габаритах он способен развивать высокую скорость, однако есть в этом нюансе и большой минус. Несмотря на малые габариты, именно роторный двигатель потребляет огромное количество горючего, а вот ресурс работы мотора составляет всего 65 000 км. Так, двигатель всего в 1,3 л потребляет до 20 л. топлива на 100 км. Возможно, это и стало основной причиной отсутствия популярности данного вида моторов для массового потребления.

Цена на бензин во все времена считается актуальной проблемой человечества, учитывая, что мировые запасы нефти расположены на Ближнем востоке, в зоне постоянных боевых конфликтов, цены на бензин остаются достаточно высокими, и в ближайшей перспективе нет тенденций для их снижения. Это приводит к поиску решений по минимальному потреблению ресурсов не в ущерб мощности, в чем и заключается главный довод в пользу ДВС.

Все это в совокупности определило положение роторных двигателей, как подходящий вариант для спорткаров. Однако известный по всему миру производитель авто «Мазда», продолжил дело изобретателя Ванкеля. Японские инженеры всегда стараются извлекать из невостребованных моделей максимум пользы путем модернизации и применения инновационных технологий, что позволяет сохранять лидирующие позиции на мировом автомобильном рынке.

Принцип работы роторного двигателя Ахриевых на видео:

Новая модель «Мазда», оснащенная роторным двигателем, по мощности не уступает передовым немецким моделям, выдавая до 350 лошадиных сил. При этом расход топлива был несравнимо высоким. Инженерам-конструкторам «Мазда» пришлось уменьшить мощность до 200 лошадиных сил, что позволило нормализовать потребление топлива, однако компактные размеры двигателя позволили наделить авто дополнительными преимуществами и составить достойную конкуренцию европейским моделям авто.

В нашей стране роторные двигатели не прижились. Были попытки установить их на транспорт специализированных служб, но этот проект не был профинансирован в должном объеме. Поэтому все успешные разработки в данном направлении принадлежат японским инженерам из компании «Мазда», намеренной в ближайшее время показать новую модель авто с модернизированным двигателем.

Как работает роторный мотор Ванкеля на видео

Принцип работы роторного двигателя

РПД работает за счет вращения ротора, так идет передача мощности на коробку передач через сцепление. Преобразующий момент заключается в передаче энергии топлива колесам за счет вращения ротора, изготовленного из легированной стали.

Механизм работы роторного-поршневого двигателя:

  • сжатие горючего;
  • впрыск топлива;
  • обогащение кислородом;
  • горение смеси;
  • выпуск продуктов сгорания топлива.

Как работает роторный двигатель показано на видео:

Ротор закреплен на специальном устройстве, при вращении он образует независимые друг от друга полости. В первой камере происходит наполнение воздушно-топливной смесью. В дальнейшем она тщательно перемешивается.

Затем смесь переходит в другую камеру, где происходит сжатие и воспламенение, благодаря наличию двух свечей. В дальнейшем смесь перемещается в следующую камеру, из нее вытесняются части переработанного топлива, которые выходят из системы.

Так происходит полный цикл работы роторного-поршневого двигателя, основанного на трех тактах работы за всего лишь один оборот ротора. Именно японским разработчикам удалось существенно модернизировать роторный двигатель и установить в нем сразу три ротора, что позволяет значительно увеличить мощность.

Принцип работы роторного двигателя Зуева:

Читайте также  Принцип работы лямбда зонда

На сегодня, усовершенствованный двухроторный двигатель сравним с двигателем внутреннего сгорания с шестью цилиндрами, а трехроторный по мощности не уступает 12-ти цилиндровому двигателю внутреннего сгорания.

Не стоит забывать и про компактный размер двигателя и простоту устройства, позволяющую при необходимости осуществлять ремонт или полную замену основных агрегатов мотора. Таким образом, инженерам компании «Мазда» удалось подарить вторую жизнь этого простого и производительного устройства.

Что такое роторный двигатель

Идея роторного двигателя слишком заманчива: когда и конкурент весьма далек от идеала, кажется, что вот-вот преодолеем недостатки и получим не мотор, а само совершенство… Mazda находилась в плену этих иллюзий аж до 2012 года, когда была снята с производства последняя модель с роторным двигателем — RX-8.

История создания роторного двигателя

Роторный двигатель (РПД)Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.

На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.

После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.

Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель

Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

РПД в СССР

А вот Советский Союз лицензию не покупал вовсе. Разработки собственного роторного двигателя начались с того, что в Союз привезли и разобрали немецкий автомобиль Ro-80, производство которого NSU начала в 1967 году.

Через семь лет после этого на заводе ВАЗ появилось конструкторское бюро, разрабатывающее исключительно роторно-поршневые двигатели. Его трудами в 1976 году возник двигатель ВАЗ-311. Но первый блин получился комом, и его дорабатывали еще шесть лет.

Первый советский серийный автомобиль с роторным двигателем — это ВАЗ-21018, представленный в 1982 году. К сожалению, уже в опытной партии у всех машин вышли из строя моторы. Дорабатывали еще год, после чего появился ВАЗ-411 и ВАЗ 413, которые были взяты на вооружение силовыми ведомствами СССР. Там не особо переживали за расход топлива и малый ресурс мотора, зато нуждались в быстрых, мощных, но неприметных авто, способных угнаться за иномаркой.

ВАЗ с роторным двигателем (ГАИ)

ВАЗ с роторным двигателем (ГАИ)

РПД на Западе

На Западе роторный двигатель не произвел бума, а конец его разработкам в США и Европе положил топливный кризис 1973 года, когда цены на бензин резко взлетели, и покупатели машин стали прицениваться к моделям с экономным расходованием топлива.

Единственной страной на Востоке, не утратившей веру, стала Япония. Но и там производители довольно быстро охладели к двигателю, который никак не желал совершенствоваться. И в конце концов там остался один стойкий оловянный солдатик — компания Mazda. В СССР топливный кризис не ощущался. Производство машин с РПД продолжалось и после распада Союза. ВАЗ прекратил заниматься РПД только в 2004 году. Mazda смирилась только в 2012.

Особенности роторного мотора

В основу конструкции положен ротор треугольной формы, каждая из граней которого имеет выпуклость (треугольник Рёло). Ротор вращается по планетарному типу вокруг центральной оси — статора. Вершины треугольника при этом описывают сложную кривую, именуемую эпитрохоидой. Форма этой кривой обуславливает форму капсулы, внутри которой вращается ротор.

У роторного мотора те же четыре такта рабочего цикла, что и у его конкурента — поршневого мотора.

Камеры образуются между гранями ротора и стенками капсулы, их форма — переменная серповидная, что является причиной некоторых существенных недостатков конструкции. Для изоляции камер друг от друга используются уплотнители — радиальные и торцевые пластины.

Если сравнивать роторный ДВС с поршневым, то первым бросается в глаза то, что за один оборот ротора рабочий ход происходит три раза, а выходной вал при этом вращается в три раза быстрее, чем сам ротор.

У РПД отсутствует система газораспределения, что весьма упрощает его конструкцию. А высокая удельная мощность при малом размере и весе агрегата являются следствием отсутствия коленвала, шатунов и других сопряжений между камерами.

Достоинства и недостатки роторных двигателей

Преимущества

Роторный двигатель хорош тем, что состоит из куда меньшего числа деталей, чем его конкурент — процентов на 35-40.

Два двигателя одинаковой мощности — роторный и поршневый — будут сильно отличаться габаритами. Поршневый в два раза больше.

Роторный мотор не испытывает большой нагрузки на высоких оборотах даже в том случае, если на низкой передаче разгонять машину до скорости более 100 км/ч.

Автомобиль, на котором стоит роторный двигатель, проще уравновесить, что дает повышенную устойчивость машины на дороге.

Даже самые легкие из транспортных средств не страдают от вибрации, потому что РПД вибрирует куда меньше, чем «поршневик». Это происходит в силу большей сбалансированности РПД.

Недостатки

Главным недостатком роторного двигателя автомобилисты назвали бы его малый ресурс, который является прямым следствием его конструкции. Уплотнители изнашиваются крайне быстро, так как их рабочий угол постоянно меняется.

Мотор испытывает перепады температур через каждый такт, что также способствует износу материала. Добавьте к этому давление, которое оказывается на трущиеся поверхности, что лечится только впрыскиванием масла непосредственно в коллектор.

Износ уплотнителей становится причиной утечки между камерами, перепады давления между которыми слишком велики. Из-за этого КПД двигателя падает, а вред экологии растет.

Серповидная форма камер не способствует полноте сгорания топлива, а скорость вращения ротора и малая длина рабочего хода — причина выталкивания еще слишком горячих, не до конца сгоревших газов на выхлоп. Помимо продуктов сгорания бензина там еще присутствует масло, что в совокупности делает выхлоп весьма токсическим. Поршневый — приносит меньше вреда экологии.

Непомерные аппетиты двигателя на бензин уже упоминались, а масло он «жрет» до 1 литр на 1000 км. Причем стоит раз забыть про масло и можно попасть на крупный ремонт, если не замену двигателя.

Высокая стоимость — из-за того, что для изготовления мотора нужно высокоточное оборудование и очень качественные материалы.

Как видите, недостатков у роторного двигателя полно, но и поршневый мотор несовершенен, поэтому состязание между ними не прекращалось так долго. Закончилось ли оно навсегда? Время покажет.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля

Всем здрасьте. По многочисленным просьбам в комментах пишу пост про двигатель, стоящий особняком в мире ДВС, так как получил достаточно большое распространение в серийных автомобилях и иногда в мотоциклах, в отличии от других моторов оригинальных конструкций, обходящихся без кривошипно-шатунного механизма.

Придумали его конечно-же Немцы, сама идея пришла в голову Феликсу Генриху Ванкелю в 30х годах 20го века, однако конструкция мотора была далека от привычной нам конструкции РПД. Тем не менее, созданный в 1936 году прототип очень заинтересовал фирму BMW, которая выделила средства на развитие идеи, которую хотели использовать в авиационных моторах. Однако Фюрер, который кстати продержал Феликса полгода в тюрьме в 1933 году за протест нацистским идеалам, решил повоевать, и работа закончилась вывозом всего оборудования по репарациям в 45 году. После войны Феликс Ванкель подался в компанию NSU, где продолжил свои разработки, однако знакомую нам концепцию Ванкелю подсказал другой сотрудник компании NSU — Вальтер Фройде, и собственно ему принадлежит сама идея РПД с треугольным ротором и эксцентриковым валом.

Первый прототип мотора был показан в 1957 году, после чего патент на РПД был выкуплен 11 мировыми автопроизводителями. Хоть в силу отсутствия подходящих материалов ресурс и показатели РПД оставляли желать лучшего, его конструкция многим показалась очень перспективной, так, в 1960 году, одной из компаний, отвалившей 280 миллионов иен, оказалась Mazda.

Но первым серийным автомобилем был NSU Spider, который вышел в продажу в 1964 году, и под его капотом находился поллитровый мотор Felix, который выдавал 50 лс.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Мотор получился неудачным, ненадежным и прожорливым, и в 1967 году компания NSU выпустила новую модель с доработанным мотором — NSU Ro 80, c литровым двухсекционным РПД, мощностью в 110лс. Но из-за низкого ресурса и частых отзывных компаний NSU обанкротилась и была приобретена ВАГом, который запихнул в Ro 80 обычный фордовский двигатель.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Однако мотору не дали погибнуть японцы, и в 1967 году дебютировала Mazda Cosmo, литровый мотор которой выдавал те-же 110 сил, однако вскоре мощность увеличили до 130 сил.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

СССР также вел работы по РПД с 1960 года, и добился больших успехов. В первую очередь было произведено много прототипов мотоциклов с РПД, мне наиболее симпатичен такой «Ижак»))

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

А АВТОВАЗ серийно выпускал жигули с РПД, в основном для ГАИ.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

На этом думаю все, более подробно о технике с РПД можно узнать из общедоступных источников, вернемся к самому РПД.

РПД устроен намного проще любого поршневого двигателя, у него мало деталей, отсутствует механизм ГРМ, нет деталей, совершающих обратно-поступательное движение. Он компактен, сбалансирован, у него высокая литровая мощность.

Основные детали РПД это:

Ротор, имеющий форму треугольника Рёло

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Ротор имеет полую конструкцию с ребрами жесткости, имеет три вида уплотнений:

1. Уплотнения апексов (на вершинах треугольника)

2. Торцевые уплотнения (изолируют торцы сторон треугольника)

3 Радиальные уплотнения ( компрессионные и маслосъемные кольца, уплотняющие область установки шестерни и вкладышей эксцентрикового вала.

Читайте также  Хорошие зимние шины r14

Так выглядит набор

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Наибольшую нагрузку испытывают уплотнения апексов ротора, обычно именно ими ограничивается ресурс мотора до ремонта. Представляют они из себя пластины из прочного сплава, вставляемые в прорези на вершинах ротора, подпружиненные листовыми пружинами. Делать их массивными нельзя, так как на высоких скоростях вращения, центробежная сила слишком сильно прижимает уплотнения к стенкам камеры, ускоряя износ, а слишком тонкие уплотнения не смогут исключить прорыв газов между полостями.

На боковых поверхностях ротора сделаны продолговатые выемки, формирующие камеры сгорания.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Также в ротор устанавливается шестерня, которая является синхронизатором вращения ротора и эксцентрикового вала, она входит в зацепление с неподвижной шестерней на боковой крышке корпуса мотора. Передаточное соотношение всегда равно 2:3, благодаря чему за один оборот ротора, эксцентриковый вал делает три оборота, это позволяет этому мотору отлично работать на высоких оборотах, так как при частоте вращения выходного вала в 9000об.мин, ротор крутится со скоростью 3000об.мин.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

В ротор впрессовывается подшипник скольжения, который взаимодействует с шейкой эксцентрикового вала

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Таким образом, ротор, обкатывая своей шестерней неподвижную шестерню статора, движется внутри корпуса по эпитрохоиде, а так как у ротора три грани, за один оборот эксцентрикового вала одновременно происходит три такта, и на один оборот эксцентрикового вала приходится один рабочий ход, что свойственно двухтактным поршневым моторам. Благодаря этому РПД выдает весьма высокую литровую мощность, так как сочетает в себе эффективность двухтактного цикла с качественным смесеобразованием четырехтактного цикла.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Одной из особенностей РПД является форма камеры сгорания, которая имеет вытянутую линзовидную форму, что вынуждает использовать две свечи зажигания, работающие неодновременно, сначала осуществляется воспламенение рабочей смеси в передней части камеры сгорания, затем происходит дожиг смеси в задней части, для того чтобы не создавать сопротивление вращению в верхней мертвой точке эксцентрикового вала.

Смазка РПД также имеет свои особенности. Маслонасос подает масло под давлением в эксцентриковый вал, где по каналам оно подается к коренным подшипникам скольжения и к подшипникам ротора, выдавливаемое из зазора в подшипнике ротора масло разбрызгиванием смазывает шестерни ротора и статора, одновременно, через масляные форсунки расположенные в эксцентриковом валу, масло подается в полость ротора, омывая и охлаждая его. Форсунки хорошо видно здесь

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Также отдельным дозирующим насосом масло подается во впуск вместе с топливо-воздушной смесью, для смазки поверхностей статора, как в двухтактных моторах. Это объясняет высокий расход масла на угар и крайнюю требовательность РПД к качеству масла.

В общем-то несоответствие экологическим требованиям и поставило крест на РПД, так как та-же Mazda успела побороть многие болячки этих моторов в последнем его варианте под названием Renesis, который можно встретить в RX8.

Одной из особенностей моторов Renesis стал перенос впускных и выпускных окон на боковые поверхности статора, а впускные окна сделали двойными, что позволило менять фазы газораспределения. На этой картинке хорошо видно двойные впускные окна и полую внутреннюю структуру ротора.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Раньше окна располагали на радиальных поверхностях статора, что сильно усложняло жизнь уплотнителям апексов и позволяло выхлопным газам прорываться к впускным окнам через выемку камеры сгорания в роторе.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Видно пятно износа, тянущееся от выпускного окна. Также в Renesis сильно усовершенствовали систему уплотнителей, что вкупе с боковым расположением впускных и выпускных окон полностью устранило проблему перепуска газов.

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Также из особенностей РПД стоит заменить немного сниженные показатели крутящего момента по сравнению с поршневыми моторами, вызванные геометрией передачи усилия на эксцентриковый вал, из-за этого данные моторы выдают высокую мощность только на больших скоростях вращения

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Видно, что полка момента сдвинута в сторону более высоких оборотов, что несвойственно моторам с турбонаддувом

[ДВС] Роторно-поршневой двигатель Ванкеля ДВС, Рпд, Гифка, Видео, Длиннопост

Как итог, наверно стоит отметить плюсы и минусы этих моторов.

1. Уравновешенность мотора. РПД из двух секций полностью уравновешен и практически не производит вибраций.

2. Высокая удельная мощность. Вышеприведенный график снят с мотора объемом 1.3 литра, и это далеко не предел.

3. Малые габаритные размеры и вес, моторы очень компактны и находятся вне конкуренции по соотношению вес — мощность.

4. Мало количество составных частей. Мотор прост и обладает небольшой массой вращающихся деталей. что делает его очень отзывчивым.

1. Сильно нагруженный узел ротор — эксцентриковый вал, что влечет высокие требования к качеству смазки, также высокая токсичность выхлопа в связи с присутствием масла в рабочей смеси. Это-же влечет высокий расход масла на угар.

2. Невысокий ресурс уплотнителей, износ которых влечет перепуск газов между камерами и снижение КПД мотора. На практике ресурс РПД составляет 50-100 000км.

3. Склонность к перегреву из-за специфической формы камеры сгорания, которая имеет очень большую площадь и как следствие большой коэффициент поглощения тепловой энергии при сгорании рабочей смеси.

4. Высокие требования к точности изготовления корпуса и ротора, требующие применения высокотехнологичной оснастки.

Я думаю, что история применения РПД еще не закрыта, инженеры мазды не опускают руки, и характеристики Renesis и Renesis-2 дают надежду еще увидеть эти интересные моторы под капотом серийных автомобилей. Новые материалы позволяют исправить врожденные недостатки, а современные масла позволят вписаться в экологические нормы.

А вообще тяжко впихивать такую тему в один пост, так как про РПД можно рассказывать долго. С ним ставили много интересных экспериментов, и много куда прикручивали, от мотоциклов до вертолетов.

Ну все, надеюсь, было интересно)

Ну и бонусом, интересное видео, где можно посмотреть на работу модельного РПД с прозрачным корпусом

Роторный двигатель — выбор сделанный сердцем!

Не всегда при выборе какого-либо пути, действия или предмета можно полагаться лишь на разум, иногда нужно поступать по велению сердца. Ибо, вся ваша жизнь, сложившаяся из поступков совершенных в угоду рациональной и практичной стороны, будет лишена радости, так как это не есть то, что вы хотели бы на самом деле. Ведь вы приобрели или сделали это, потому, что так было удобно, правильно, выгодно или признано обществом.

Роторный двигатель на авто — это и есть выбор сделанный сердцем, т.к. рациональности и практичности в таком моторе ноль без палочки. Только истинный маньяк дороги, купит себе такую машину и будет ездить на ней при условии вечных ремонтов и диагностик.

Что такое роторный двигатель?

Если я ничего не путаю, то это единственная марка авто с роторным двигателем, которую можно сейчас приобрести в свободной продаже, правда только б/у, т.к. больше они их не производят. Популярные модели RX-7 и RX-8, обе машины запомнились по кассовым фильмам, первая в первом Форсаже (машина Дизеля), вторая засветилась в Дневном дозоре (машина, ныне покойной, Фриске).

Принцип действия

Начнем с того, что сам ротор, он же поршень, располагается на валу, который крутит маховик и предает усилие на трансмиссию, но это не простой вал, который вращает ротор вокруг своей оси, а вал-эксцентрик. Ротор как бы описывает центр вала, создавая полусферы в полости рабочей зоны двигателя.

Все начинается с всасывания. Полусфера заполняется воздухом и топливом, перемешиваясь в полости(не в впускном коллекторе). Далее ротор выталкивает топливную смесь в следующую камеру, одновременно сжимая ее, где и происходит возгорание от двух свечей. Смесь сгорает и происходит расширение и выталкивание газов в следующую камеру, в которой и происходит выпуск. Ни чего особенного, подумаете вы. Да. Только нужно учесть, что ротор треугольной формы и процесс происходит одновременно. То есть три цикла в один оборот. Если сравнить с обычным двигателем, то там один цикл за оборот. В этом и есть вся «фишка» подобной системы.

Как правило автомобили комплектуются двух- и трех роторными двигателями удельное КПД, которых можно сравнить со «взрослыми» V- образными моторами. Например, 1,3 от RX8 = V6 любого атмосферника, а 3-х роторный = V12. Вот такие сравнительные моменты, которые подкупают потенциальных владельцев автомобилей с РПД. Но это айсберг с таким основанием, знать о котором, порой, даже не хочется и вообще страшно.

Плюсы и минусы роторно-поршневых двигателей

  • Минимум деталей. В РПД на 1000 деталей меньше, чем в обычном ДВС;
  • Мягкая и сбалансированная работа. В двигателе практически отсутвуют вибрации из-за однонаправленности в работы системы (для тех кто не в курсе, в стандартном ДВС поршневая работает разнонаправлено);
  • Высокое КПД, относительно рабочего объема.
  • Экология (в нашей стране мало кого волнует, но все же). Большое количество выбросов углекислого газа;
  • Расход топлива. Средний расход 20-25 литров на 100 км. Происходит это из-за компенсации горючим низко степени сжатия (проще говоря, степень сжатия низкая и мотор льет бензин в камеру с запасом);
  • Низкий ресурс. В идеальном варианте мотор без капремонта протянет 150 тыс, но это при самых наилучших условиях.
  • Дороговизна обслуживания и отсутствие в должном количестве мастерских занимающихся подобными ДВС (например в Москве пальцев одной руки с лихвой хватит, чтобы перечислить все сервисы, еще 3-4 года назад был только один толковый сервиз, занимающийся этим на высоком уровне);
  • Чисто производственный минус. Производителю влетает в немалую копейку изготовить данный мотор.

Почему у роторных двигателей маленький ресурс?

Стоимость ремонта РПД зависит от состояния. Если брать цену на переборку, то она составит от 1000-1500 уе. Если крупные узлы не пострадали, то оплачиваем порядка 1500 уе за ремкомплект и по 700 за каждую секцию, если они уже приплыли. Но если требуется более углубленный разбор, то дешевле заказать новый двигатель из США или Японии (Из США на 1000-1500 дешевле).

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: