Avtoargon.ru

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

Роторный двигатель внутреннего решения и; возможности

Роторный двигатель внутреннего сгорания.
Новые решения и возможности

Современному двигателестроению предложено множество различных проектов роторных двигателей внутреннего сгорания, целью которых является создание работоспособного двигателя, который при небольших размерах и достаточно простой конструкции должен быть мощным, обладать большим крутящим моментом и высоким КПД. Добиться этого в рамках известных конструкций роторно-поршневых, роторно-лопастных и двигателей планетарного типа вследствие присущих им неустранимых недостатков (см. статью Роторные двигатели внутреннего сгорания. Достоинства и недостатки) не удалось, что, однако, не говорит о том, что указанная цель не может быть достигнута с помощью других конструктивных решений.

Нами разработан и запатентован роторный двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпус с внутренней цилиндрической полостью и камерами сгорания, снабженными перекрывающимися перепускными каналами, ротор и систему подвижных заслонок, установленных в пазах корпуса и контактирующих с профилированной внешней поверхностью ротора.

Подробное описание конструкции и принципа его работы приведено на странице нашего сайта Турбороторный двигатель внутреннего сгорания.

В двигателе реализован целый ряд новых технических решений, позволяющих достичь указанных выше целей простыми средствами.

В первую очередь к ним следует отнести:

  • разделение внутренней цилиндрической полости статора на самостоятельные полости сжатия и расширения, сообщающиеся между собой через четное число равномерно размещенных по окружности камер сгорания;
  • выполнение ротора из установленных на общем валу и размещенных в полостях сжатия и расширения дисков, на внешних поверхностях которых выполнены чередующиеся с цилиндрическими частями сегментальные вырезы, которые вместе с заслонками образуют рабочие камеры переменного объема для осуществления термодинамических процессов и количество которых в два раза меньше количества камер сгорания;
  • разворот дисков ротора относительно друг друга так, что напротив каждого сегментального выреза одного расположена цилиндрическая часть другого;
  • попарное размещение заслонок около каждой камеры сгорания так, что одна из заслонок каждой пары установлена в полости сжатия, а другая в полости расширения;
  • выполнение заслонок поворотными и закрепление на осях их вращения силовых рычагов, взаимодействующих с профилированными поверхностями управляющих дисков, установленных на валу ротора;
  • выполнение объемов сегментальных вырезов в полости расширения больше, чем в полости сжатия.

Все это позволяет в несколько раз повысить мощность двигателя, во-первых, за счет уве-личения количества четырехтактных рабочих циклов, совершаемых за один оборот ротора. Так, например, при четырех камерах сгорания в предлагаемом двигателе за один оборот ротора будет совершаться восемь полных четырехтактных термодинамических цикла, в то время как в четырехцилиндровом поршневом двигателе внутреннего сгорания (ПДВС) за два оборота — только четыре, т.е. мощность предлагаемого двигателя при прочих равных условиях будет, по крайней мере, в четыре (!) раза больше, чем у ПДВС. При этом за счет увеличения числа камер сгорания она может быть увеличена еще больше. Кроме того, выполнение ротора симметричным и отсутствие в нем подвижных элементов, которые могут изменять его моменты инерции, не создает препятствий для существенного увеличения угловой скорости его вращения и, соответственно, мощности двигателя.

Выполнение объемов сегментальных вырезов в полости расширения больше, чем в полости сжатия, позволяет осуществить в двигателе термодинамические циклы с продолженным расширением, у которых степень расширения рабочего тела больше степени его сжатия. Это дает возможность существенно повысить КПД двигателя, обеспечить выпуск отработавших газов при давлении, близком к атмосферному, снизить температуру отработавших газов и уменьшить выброс вредных веществ.

Индикаторный КПД предлагаемого двигателя на номинальном режиме работы при этом может быть увеличен до ( 44-51 )% в карбюраторном (бензиновом) и до ( 54-62 )% в дизельном варианте, что на ( 10-15 )% больше, чем у существующих ДВС (см. страницу Турбороторный двигатель внутреннего сгорания).

Обеспечить требуемое соотношение объёмов рабочих камер в полостях сжатия и расширения при этом можно либо за счёт соответствующего выбора ширины дисков ротора в них, либо угловых размеров сегментальных вырезов ротора. При этом может быть достигнуто дополнительное повышение КПД и улучшение экологических показателей двигателя за счёт организации продувки камер сгорания свежим зарядом и полного сгорания рабочей смеси при постоянном объёме, что в некоторых источниках трактуется как осуществление 5-го такта , и без затруднений и каких-либо конструктивных изменений и дополнительных устройств может быть обеспечено простым выбором размеров и относительного углового расположения сегментальных вырезов ротора в полостях сжатия и расширения на углы Δφ 1 и Δφ 2 , как показано на рисунке 1.

Не меньшее значение для достижения указанных выше целей имеют такие вопросы как обеспечение смазки двигателя, его охлаждения и герметичности рабочих камер. От их решения существенно зависит работоспособность двигателя.

Вопрос обеспечения смазки двигателя решается весьма просто. Для этого в боковых стенках полостей сжатия и расширения, контактирующих с торцевыми поверхностями дисков ротора, по окружностям диаметров, равных внутренним диаметрам ободов дисков ротора, выполняются открытые в сторону полостей кольцевые каналы для подачи смазывающей жидкости, что обеспечивает непрерывную смазку мест контакта дисков ротора и заслонок между собой и элементами корпуса за счет смачивания торцевых поверхностей дисков ротора смазывающей жидкостью вдоль кольцевых каналов и ее распространения по всей поверхности их соприкосновения с боковыми стенками внутренних полостей, а также их цилиндрическим поверхностям под действием центробежных сил, создаваемых при вращении ротора (см. страницу Турбороторный двигатель внутреннего сгорания).

Еще проще решается вопрос охлаждения двигателя. В силу того, что поверхности наиболее нагреваемых частей в нашем двигателе (центрального элемента с камерами сгорания и статорных элементов, образующих внутренние цилиндрические полости сжатия и расширения) доступны как с внешней, так и с внутренней стороны, возможно их эффективное охлаждение путем обдува воздухом. При этом, если при необходимости обдува двигателя с внешней стороны нужно дооснастить его вентилятором, то для обдува с внутренней – достаточно ребра жесткости дисков ротора и управляющих дисков установить под углом к их осям, а во внутренних частях центрального элемента и боковых крышек корпуса выполнить вентиляционные окна (см. Турбороторный двигатель внутреннего сгорания).

Наиболее сложной и проблемной является задача обеспечения герметичности рабочих камер двигателя.

Рассмотрение его конструкции показывает, что для этого необходимо герметизировать места контакта следующих элементов:

  • статорных элементов с центральным элементом и боковыми крышками корпуса двигателя;
  • торцевых поверхностей дисков ротора с боковыми стенками полостей сжатия и расширения;
  • торцевых поверхностей заслонок с боковыми стенками полостей сжатия и расширения;
  • цилиндрических частей дисков ротора с внутренними цилиндрическими поверхностями статорных элементов;
  • заслонок с профилированными поверхностями дисков ротора;
  • задних цилиндрических частей заслонок с цилиндрическими частями пазов для их установки.

Герметичность мест контакта статорных элементов с центральным элементом и боковыми крышками корпуса двигателя в силу того, что эти элементы неподвижны относительно друг друга и пятна их контакта плоские, обеспечивается простой установкой между ними уплотнительных прокладок.

Также просто решается вопрос герметизации мест контакта задних цилиндрических частей заслонок с цилиндрическими частями пазов для их установки. Для этого достаточно установить между ними уплотнительные элементы как показано на рисунке 4.

Обеспечить установку подобных уплотнительных элементов в остальных местах контакта элементов двигателя не представляется возможным.

Однако это не говорит о том, что невозможна их герметизация.

Для разработки мер по её обеспечению рассмотрим некоторые особенности рассматриваемых мест контакта элементов двигателя. Их суть может быть проиллюстрирована схемой, приведенной на рисунке 2, и состоит в том, что имеющиеся в двигателе полости высокого (ПВД) и низкого (ПНД) давления разделены между собой пятнами контакта, образованными прилегающими друг к другу поверхностями подвижных контактирующих тел. Вследствие неточности прилегания контактирующих поверхностей друг к другу в пятнах контакта имеются неплотности, через которые происходит перетекание газовой смеси из ПВД в ПНД. Давление в ПНД при этом всегда постоянно и равно атмосферному, а в ПВД с определенной частотой меняется от атмосферного до некоторого максимального значения и обратно.

Задача герметизации в данном случае будет заключаться в предотвращении перетекания газовой смеси через пятна контакта из ПВД в ПНД.

Очевидно, что полностью предотвратить его и обеспечить абсолютную герметичность пятна практически невозможно. Да это и не обязательно. Для обеспечения работоспособности двигателя достаточно, чтобы утечки газовой смеси из ПВД в ПНД не превышали допустимых пределов.

Для её решения прежде всего необходимо стремиться обеспечить высокую точность изготовления и сопряжения контактирующих элементов двигателя и, кроме того, предлагается использовать принцип работы лабиринтных уплотнений , основанный на многократном дросселировании газа, протекающего через каналы с резко меняющимися проходными сечениями (см. /1/), который в нашем случае может быть реализован выполнением ряда дренажных канавок в одном из контактирующих элементов двигателя поперек направления перемещения вдоль пятна контакта между ПВД и ПНД, как показано на рисунке 3.

Читать еще:  Что такое вибрация двигателя внутреннего сгорания

При последовательном попадании газовой смеси в эти канавки в них будет происходить её расширение и процесс перетекания будет замедляться, причем чем дальше от полости высокого давления, тем больше. Этому же будет способствовать и периодическое изменение давления в ПВД от атмосферного до максимального значения и обратно. При его увеличении давление в дренажных канавках также будет увеличиваться, но будет оставаться меньше, чем в ПВД, и перетекание газа будет происходить в сторону ПНД, а при его последующем достаточно быстром уменьшении оно станет меньше, чем в дренажных канавках, вследствие чего начнется обратный отток газа в ПВД. Так как изменение давления в ПВД происходит с высокой частотой, то между указанными процессами возможно установление динамического равновесия и почти полное прекращение перетекания газа.

Герметизация предложенным способом будет тем эффективнее, чем большее число канавок может быть размещено в пятне контакта между ПВД и ПНД и чем оно длиннее.

Достаточную протяженность для этого имеют пятна контакта:

  • торцевых поверхностей дисков ротора с боковыми стенками полостей сжатия и расширения;
  • торцевых поверхностей заслонок с боковыми стенками полостей сжатия и расширения;
  • цилиндрических частей дисков ротора с внутренними цилиндрическими поверхностями статорных элементов.

Возможный вариант размещения дренажных канавок в указанных местах показан на рисунке 4.

Повышению герметичности мест контакта торцевых поверхностей заслонок и дисков ротора с боковыми стенками полостей сжатия и расширения будет способствовать также происходящее в процессе работы двигателя заполнение дренажных канавок и неплотностей между ними смазывающей жидкостью, которая будет выполнять роль уплотнителя.

Что касается места контакта заслонок с профилированными поверхностями дисков ротора, то его герметизация указанным способом, к сожалению, неосуществима, вследствие того, что пятно его контакта вырождается в линию (см. рисунок 4) и размещение дренажных канавок в нем невозможно.

Его герметизация осуществляется путем:

  • обеспечения постоянного контакта заслонок с профилированными поверхностями дисков ротора за счет их непрерывного принудительного поворота по заданному закону с помощью силовых рычагов и управляющих дисков;
  • постоянного поджатия заслонок к профилированным поверхностям дисков ротора за счет разности давлений между ПВД и ПНД, которое способствует их постоянной притирке в процессе работы двигателя и повышению герметичности данного места контакта с течением времени.

Таким образом из изложенного следует, что с помощью приведенных выше решений практически все трудности и проблемы на пути создания работоспособного роторного двигателя внутреннего сгорания могут быть преодолены и такой двигатель может быть создан.

Устройство роторного двигателя

После создания двигателя внутреннего сгорания началась эра автомобилей. Самое большое распространение при этом получил мотор поршневого типа. Но при этом с момента создания ДВС перед конструкторами стала задача извлечения максимального КПД при минимальных затратах топлива. Решалась эта задача несколькими путями – от технического улучшения уже имеющихся двигателей, до создания абсолютно новых, с другой конструкцией. Одним из таковых стал роторный двигатель.

Роторный двигатель

Появился он значительно позже поршневого, в 30-х годах. Полноценно работоспособная же модель такого двигателя появилась и вовсе в 50-х годах. После появления роторный двигатель вызвал заинтересованность у многих автопроизводителей, и все они кинулись разрабатывать свои модели роторных силовых установок, однако вскоре от них отказались в пользу обычных поршневых. Из приверженцев роторного мотора осталась только японская фирма Mazda, которая сделала такого типа мотор своей визитной карточкой.

Особенностью такого мотора является его конструкция, которая вообще не предусматривает наличие поршней. В целом это сильно сказалось на конструктивной простоте.

В поршневых моторах энергия сгораемого топлива воспринимается поршнем, который за счет своего возвратно-поступательного движения передает ее на кривошипы коленвала, обеспечивая ему вращение.

У роторных же двигателей энергия сразу преобразовывается во вращение вала, минуя возвратно-поступательное движение. Это сказывается на уменьшении потерь мощности на трение, меньшую металлоемкость и простоту конструкции. За счет этого КПД двигателя значительно возрастает.

Конструкция

Чтобы понять принцип работы, следует разобраться, какова конструкция роторного двигателя. Итак, вместо поршней энергия сгорания топлива у такого силового агрегата воспринимается ротором. Ротор имеет вид равностороннего треугольника. Каждая сторона этого треугольника и играет роль поршня.

Чтобы обеспечить процесс горения, ротор помещается в закрытое пространство, состоящее из трех элементов – двух боковых корпусов, и одного центрального, называющегося статором. Пространство, в котором производится процесс горения, сделано в статоре, боковые корпуса обеспечивают только герметичность этого пространства.

Внутри статора сделан цилиндр, в котором и размещается ротор. Чтобы внутри этого цилиндра происходили все необходимые процессы, выполнен он в виде овала, с немного прижатыми боками.

Сам статор с одной стороны имеет окна для впуска топливовоздушной смеси или воздуха, и выпуска отработанных газов. Противоположно им сделано отверстие под свечи зажигания.

Особенностью движения ротора в цилиндре статора является то, что его вершины постоянно контактируют с поверхностью цилиндра, его движение сделано по эксцентриковому типу. Он не только вращается вокруг своей оси, но еще и смещается относительно нее.

Для этого в роторе сделано большое отверстие, с одной стороны этого отверстия имеется зубчатый сектор. С другой стороны в ротор вставлен вал с эксцентриком.

Чтобы обеспечить вращение в боковой корпус установлена неподвижная шестерня, входящая в зацепление с зубчатым сектором ротора, она является опорной точкой для него. При своем эксцентриковом движении он опирается на неподвижную шестерню, а зацепление обеспечивает ему вращательное движение. Вращаясь, он обеспечивает и вращение вала с эксцентриком, на который он одет.

Принцип работы

Теперь о самом принципе работы. Выполнение определенной работы поршня внутри цилиндров называется тактами. Классический поршневой двигатель имеет четыре такта:

  • впуск — в цилиндр подается горючая смесь;
  • сжатие — увеличение давления в цилиндре за счет уменьшения объема;
  • рабочий ход — энергия, выделенная при сгорании смеси, преобразовывается во вращение вала;
  • выпуск — из цилиндра выводятся отработанные газы;

Данные такты имеют все двигатели внутреннего сгорания, и сопровождаются они определенным движением поршня.

Однако они выполняются по-разному. Существуют двухтактные поршневые двигатели, в которых такты совмещены, но такие моторы чаще применяются на мотоциклах и другой бензиновой технике, хотя раньше создавались и дизельные двухтактные моторы. В них одно движение поршня включает два такта. При движении поршня вверх – впуск и сжатие, а при движении вниз – рабочий ход и выпуск. Все это обеспечивается наличием впускных и выпускных окон.

Классические автомобильные поршневые двигатели обычно являются 4-тактными, где каждый такт отделен. Но для этого в двигатель включен механизм газораспределения, который значительно усложняет конструкцию.

Что касается роторного двигателя, то отсутствие поршня как такового позволило несколько совместить конструктивные особенности 2-тактных и 4-тактных моторов.

Поскольку цилиндр роторного двигателя имеет впускные и выпускные окна, то надобность в газораспределительном механизме отпала, при этом сам процесс работы сохранил все четыре такта по отдельности.

Теперь рассмотрим, как все это происходит внутри статора. Углы ротора постоянно контактируют с цилиндром статора, обеспечивая герметичное пространство между сторонами ротора.

Овальная форма цилиндра статора обеспечивает изменение пространства между стенкой цилиндра и двумя близлежащими вершинами ротора.

Далее рассмотрим действие внутри цилиндра только с одной стороны ротора. Итак, при вращении ротора, одна из его вершин, проходя сужение овала цилиндра, открывает впускное окно и в полость между стороной треугольника ротора и стенкой цилиндра начинает поступать горючая смесь или воздух. При этом движение продолжается, эта вершина достигает и проходит высокую часть овала и дальше идет на сужение. Возможность постоянного контакта вершины ротора обеспечивается его эксцентриковым движением.

Впуск воздуха производится до тех пор, пока вторая вершина ротора не перекроет впускное окно. В это время первая вершина уже прошла высоту овала цилиндра и пошла на его сужение, при этом пространство между цилиндром и стороной ротора начинает значительно сокращаться в объеме – происходит такт сжатия.

В момент, когда сторона ротора проходит максимальное сужение, в пространство между стороной ротора и стенкой цилиндра подается искра, которая воспламеняет горючую смесь, сжатую между зауженной стенкой цилиндра и стороной ротора.

Особенностью роторного двигателя является то, что воспламенение производится не перед прохождением стороны так называемой «мертвой точки», как это делается в поршневом двигателе, а после ее прохождения. Делается это для того, чтобы энергия, выделенная при сгорании, воздействовала на ту часть стороны ротора, которая уже прошла ВМТ (верхняя мёртвая точка). Этим обеспечивается вращение ротора в нужную сторону.

Читать еще:  Что такое капитальный ремонт двигателя внутреннего сгорания

После прохождения свечи, первая вершина ротора начинает открывать выпускное окно, и постепенно, пока вторая вершина не перекроет выпускное окно – производится отвод газов.

Следует отметить, что был описан весь процесс, сделанный только одной стороной ротора, все стороны проделывают процесс один за другим. То есть, за одно вращение ротора производится одновременно три цикла – пока в полость между одной стороной ротора и цилиндра запускается воздух или горючая смесь, в это время вторая сторона ротора проходит ВМТ, а третья – выпускает отработанные газы.

Теперь о вращении вала, на эксцентрик которого надет ротор. За счет этого эксцентрика полный оборот вала производится меньше чем за один оборот ротора. То есть, за один полный цикл вал сделает три оборота, при этом отдавая полезное действие дальше. В поршневом двигателе один цикл происходит за два оборота коленчатого вала и только один полуоборот при этом является полезным. Этим обеспечивается высокий выход КПД.

Если сравнить роторный двигатель с поршневым, то выход мощности с одной секции, которая состоит из одного ротора и статора, равна мощности 3-цилиндрового двигателя.

А если учитывать, что Mazda устанавливала на свои авто двухсекционные роторные моторы, то по мощности они не уступают 6-цилиндровым поршневым моторам.

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.

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.

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.

Что такое роторный двигатель?

История роторных двигателей началась в 1957 году, когда немецкими инженерами Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде был продемонстрирован первый работоспособный образец такого силового агрегата. Поначалу новинкой очень серьезно заинтересовались многие ведущие мировые производители автомобилей (в частности, Mercedes-Benz, General Motors, Citroen), однако в итоге только японская Mazda решилась на то, чтобы освоить выпуск роторных двигателей крупными сериями и не отказываться от них в течение весьма длительного времени.

Кстати говоря, даже отечественный ВАЗ в течение целого ряда лет выпускал ограниченными сериями «Жигули» с роторными силовыми агрегатами. «Обычным» покупателям они не поставлялись, а отправлялись эти машины в автопарки КГБ и, в совсем небольших количествах, МВД СССР.

Принцип работы роторного двигателя, также как и обычного поршневого двигателя, базируется на преобразовании энергии сгорания в энергию вращения, однако это преобразование осуществляется немного другим способом. В роторном двигателе вращательное движение совершает непосредственно главный рабочий его элемент — ротор. Именно в этом состоит важнейшее отличие роторного двигателя внутреннего сгорания от поршневого ДВС, в котором главными подвижными рабочими элементами являются поршни, совершающие не вращательное, а возвратно-поступательное движение.

Таким образом, в роторных двигателях в силу их конструкции полностью исключаются достаточно сложные по своей конструкции и требующие периодического обслуживания кривошипно-шатунные механизмы, преобразующие возвратно-поступательное движение во вращательное движение коленчатого вала.

Принцип работы роторного двигателя

Так же, как и в поршневом, в роторном двигателе используется давление газов, образующихся в результате сгорания топливно-воздушной смеси. Однако оно возникает не в цилиндрах, а в камере, которая образуется той частью корпуса, которая закрыта стороной находящегося внутри нее треугольного ротора. Именно он и используется вместо поршней.

Вращение ротора под воздействием этого давления происходит по траектории, очень напоминающей линию, нарисованную спирографом. Благодаря этому все три вершины треугольного ротора при соприкосновении со внутренними стенками корпуса двигателя образуют герметичные камеры сгорания. По мере вращения ротора каждый из трех этих объемов попеременно то расширяется, то сжимается. Такой режим функционирования роторного ДВС обеспечивает осуществление таких процессов, как:

  • Поступление топливно-воздушной смеси;
  • Сжатие;
  • Полезную работу;
  • Выпуск выхлопа.

Таким образом, роторный двигатель точно так же, как и стандартный поршневой двигатель современного автомобиля, является четырехтактным.

Устройство роторного двигателя

Система зажигания и система впрыска топлива в роторных двигателях схожа с аналогичными, используемыми в двигателях поршневых, однако строение этих ДВС совершенно различно. Основными конструктивными элементами роторного двигателя являются:

  • Ротор;
  • Статор (корпус);
  • Выходной вал.

Как уже были сказано выше, ротор располагается внутри статора (корпуса) и имеет три выпуклых стороны. Каждая из них, по сути дела, играет роль поршня и имеет углубление, необходимое для того, чтобы повысить скорость вращения. На каждой из сторон ротора имеется по два металлических кольца, которые формируют необходимые для функционирования этого ДВС камеры сгорания.

Важной составляющей ротора является зубчатое колесо, расположенное в его центре и сопрягаемое с закрепленной на корпусе шестерней. Именно благодаря такому сопряжению задается необходимая траектория и направление, по которым ротор вращается в корпусе.

Корпус роторного двигателя внутреннего сгорания имеет овальную форму, которая рассчитана и реализована таким образом, чтобы с его внутренними стенками всегда соприкасались все три вершины ротора. Это необходимо для того, чтобы в любой момент времени внутри этого силового агрегата присутствовали три полностью изолированных друг от друга объема газа. Кроме того, в корпусе располагаются порты впуска и выпуска, причем в них нет клапанов: впускной порт соединяется непосредственно с дросселем, а выпускной — непосредственно с выхлопной системой.

Читать еще:  Ваз двигатель после капремонта сколько ходит

Выходной вал роторного двигателя совсем не похож на коленчатый вал поршневого ДВС. На нем эксцентрично, то есть с некоторым смещением относительно центральной оси располагаются специальные выступы. С каждым из них сопряжен отдельный ротор (их, кстати говоря, в роторном двигателе располагается не один, а несколько). При вращении каждый из роторов толкает «свой» кулачок, в результате чего на валу появляется крутящий момент.

Следует заметить, что все роторные двигатели собираются слоями. У наиболее часто используемых двухроторных их пять, а удерживаются все он при помощи болтов, установленных по кругу. Охлаждение роторных двигателей осуществляется с помощью охлаждающей жидкости, которая походит через все части конструкции. Подшипники и уплотнения для выходного вала располагаются в двух крайних слоях. Они же разделяют между собой части корпуса, в которых располагаются сами роторы. Впускные порты располагаются в центральной части, а выпускные — в каждой из крайних частей.

Читайте также: Оппозитный двигатель — что это такое и как он работает.

Преимущества и недостатки роторных двигателей

Основными преимуществами роторных двигателей по сравнению с поршневыми являются:

  • Меньшее количество движущихся деталей;
  • Более плавная работа;
  • Более высокая надежность.

В двухроторном двигателе движется только выходной вал и оба ротора, в то время, как даже в самом простом по конструкции поршневом ДВС движущихся деталей насчитывается не менее сорока. Соответственно, надежность роторного силового агрегаты оказывается существенно более высокой.

В роторных двигателях все движущиеся части вращаются только в одном направлении, что значительно уменьшает вибрации. Для эффективного гашения тех, которые все же возникают, используются противовесы. Следует также отметить, что вращение ротора в роторном двигателе составляет лишь треть от скорости вращения вала. Это также положительно сказывается на надежности силового агрегата.

У роторных двигателей есть и несколько существенных недостатков. Пожалуй, главный из них состоит в том, что по сравнению с поршневыми ДВС они расходуют существенно больше топлива. При этом затраты на их производство значительно выше, поэтому на сегодняшний день большими сериями они не выпускаются.

Читайте также: CRDI двигатель — что это такое.

Роторный двигатель принцип работы

Роторный двигатель: принцип работы

Устройство и принцип работы

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

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

Как и поршневой, роторный двигатель использует давление которое создается при сжигании смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и двигает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

В роторном двигателе, давление сгорания содержится в камере, образованной частью объема камеры закрытой стороной треугольного ротора, который используется в данном случае вместо поршней.Ротор и корпус роторного двигателя от Mazda RX-7: Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны, шатуны и распредвалы в поршневых двигателях.

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

Строение роторного двигателя

Ротор

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых действует как поршень.

Каждая сторона ротора имеет углубление в ней, что повышает скорость вращения ротора в целом, предоставляя больше пространства для топливо-воздушной смеси.

На вершине каждой грани находится по металлической пластине, которые и формируют камеры, в которых происходят такты двигателя. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер. В середине ротора находится круг, в котором имеется множество зубьев. Они соединены с приводом, который крепится к выходному валу. Это соединение определяет путь и направление, по которому ротор движется внутри камеры.

Камера

Камера двигателя приблизительно овальной формы (но если быть точным — это Эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, которая является плоской кривой, образуемой фиксированной точкой окружности, катящейся по другой окружности). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три закрытых объемах газа.

В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:

Отверстия для впуска и выпуска находятся в стенках камеры, и на них отсутствуют клапаны. Выхлопное отверстие соединено непосредственно с выхлопной трубой, а впускное напрямую подключено к газу.

Выходной вал

Выходной вал имеет полукруглые выступы-кулачки, размещенные несимметрично относительно центра, что означает, что они смещены от осевой линии вала. Каждый ротор надевается на один из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает свой кулачок.

Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

О системе смазки и питании

Данный агрегат не имеет отличий в системе топливоподачи. Здесь также используется погружной насос, что подает бензин под давлением из бака. А вот смазочная система имеет свои особенности. Так, масло для трущихся частей двигателя подается прямо в камеру сгорания. Для смазки предусмотрено специальное отверстие. Но возникает вопрос: куда затем девается масло, если оно проникает в камеру сгорания? Здесь принцип работы схож с двухтактным двигателем. Смазка попадает в камеру и сгорает вместе с бензином. Такая схема работы используется на каждом роторно-лопастном двигателе и поршневом в том числе. Ввиду особой конструкции смазочной системы такие моторы не могут отвечать современным экологическим нормам. Это одна из нескольких причин, почему роторные двигатели на ВАЗе и других моделях авто серийно не применяются. Впрочем, сперва отметим преимущества РПД.

Плюсы

Во-первых, данный мотор обладает небольшим весом и размерами. Это позволяет сэкономить место в подкапотном пространстве и разместить ДВС в любом автомобиле. Также низкий вес способствует более правильной развесовке автомобиля. Ведь большая часть массы на авто с классическими ДВС сосредоточена именно в передней части кузова.

Во-вторых, роторно-поршневой двигатель обладает высокой удельной мощностью. По сравнению с классическими моторами, данный показатель в полтора-два раза выше. Также у роторного двигателя более широкая полка крутящего момента. Он доступен практически с холостых оборотов, в то время как обычные ДВС нужно раскручивать до четырех-пяти тысяч. Кстати, роторный мотор намного легче набирает высокие обороты. Это еще один плюс.

В-третьих, такой двигатель имеет более простую конструкцию. Здесь нет ни клапанов, ни пружин, ни кривошипно-шатунного механизма в целом. Вместе с этим отсутствует привычная система газораспределения с ремнем и распределительным валом. Именно отсутствие КШМ способствует более легкому набору оборотов роторным ДВС. Такой мотор за доли секунды крутится до восьми-десяти тысяч. Ну и еще один плюс – это меньшая склонность к детонации.

Минусы

Первый минус – это высокие требования к качеству масла. Хоть мотор и работает по типу двухтактного, сюда нельзя заливать дешевую «минералку». Детали и механизмы силового агрегата подвергаются существенным нагрузкам, поэтому для сохранения ресурса нужна плотная масляная пленка между трущимися парами. Кстати, регламент замены смазки составляет шесть тысяч километров.

Следующий недостаток касается быстрого износа уплотняющих элементов ротора. Это происходит вследствие малого пятна контакта. Из-за износа уплотнительных элементов, образуется высокий перепад давлений. Это негативно сказывается на производительности роторного двигателя и расходе масла (а соответственно и экологических показателях).

Также роторные двигатели склонны к перегреву. Это происходит из-за особой линзовидной формы камеры сгорания. Она плохо отводит тепло по сравнению со сферической (как на обычных ДВС), поэтому при эксплуатации нужно всегда следить за температурным датчиком. В случае перегрева, деформируется ротор. При работе он будет образовать значительные задиры. В результате ресурс мотора приблизится к концу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector