Роторный двигатель: принцип работы, недостатки и преимущества
Здравствуйте уважаемые автолюбители и читатели блога.Сегодня расскажу Вам, об альтернативном типе двигателя внутреннего сгорания, а именно роторном или же двигателе Ванкеля. Почему его называют роторным? Какие преимущества роторного двигателя внутреннего сгорания, перед обычным поршневым? Из чего он сделан и принцип его работы, почему не получил популярность и многое другое расскажу в этой статье.И так начнем,
Принцип работы роторного двигателя
В отличии, от обычного поршневого двигателя роторный не совершает возвратно поступательных движений, а просто крутится, следовательно и затраты на остановку в верхних и нижних мертвых точках нет. Благодаря этому свойству двигатель Ванкеля высокооборотистый.В плоском цилиндре находится ротор. Цилиндр сделан не круглый, а овальный, ротор имеет треугольную форму. В отличии, от поршневого у роторного двигателя нет коленвала, шатунов, противовесов, головки блока (с клапанами), что делает его конструкцию проще.
Почему не прижился роторный двигатель?
Недостатки роторного двигателя:
Так как пятно контакта ротора со стенками цилиндра небольшое, стала проблема герметизация камеры сгорания, впуска-выпуска. Так как при трении металл нагревается и расширяется, то без высокоточных расчетов не было бы никакого эффекта, компрессия бы падала, уменьшался бы КПД при прогревании двигателя. Роторный двигатель склонен к перегревам в отличии от поршневого ДВС.Из рисунка видно что сам овал нагревается неравномерно: в камере сгорания температура выше, чем во впуске – выпуске, следовательно, цилиндр расширяется в разных местах по разному и приходится использовать высокотехнологический материал в разных местах цилиндра.Чтобы поджечь топливо используют две свечи зажигания из за особенностей камеры сгорания, и в отличии от четырехтактного поршневого двигателя мощность выдается 3 /4 рабочего времени ДВС (как 6 цилиндровый), а КПД составляет около 40% против 20% у поршневого двигателя.Это можно отнести к преимуществам роторного двигателя.Из-за таких особенностей ресурс двигателя маленький 60 -80 тыс. км., что делает его непригодным для повседневной езды в городе, к этому же добавляется большой расход топлива на малых оборотов, опять же в сравнении с обычным ДВС. При объеме 1.3 литра двигатель Ванкеля может потреблять до 20 литров топлива в городе и выдавать мощность 250 л.с. и этом быть малогабаритным.Поэтому такой тип двигателя подходит для гонок, где нужна динамика.В нашей стране был разработан такой двигатель и устанавливался на классику (ВАЗ 21079) для спецслужб, но не прижился. Одним из самых распространенных автомобилей с двигателем Ванкеля является Mazda RX 8, который совершенствует его.
Мазда RX8, с роторным мотором…
Доступ к сервису временно запрещён
С вашего IP-адреса одновременно поступает очень много запросов.
Такое поведение показалось подозрительным, поэтому мы временно закрыли доступ к сайту.
Возможно, на вашем устройстве есть программы, которые отправляют запросы без вашего ведома.
Что мне делать?
Напишите в службу поддержки через форму обратной связи.
Подробно опишите ситуацию — поможем разобраться, что случилось, и подскажем, как действовать дальше.
Роторный двигатель: принцип работы, устройство, плюсы и минусы
Что такое роторный двигатель и когда он появился знает не каждый автовладелец. Мотор представляет собой стандартный ДВС, но его устройство иное. Принцип работы РД основывается на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми наделен поршневой «движок». Роторный по-другому именуют двигателем Ванкеля. Рассмотрим, почему устройство получило такое название, какие особенности оно имеет и чем отличается от других.
История возникновения
После изобретения ДВС сфера автомобилестроения начала развиваться. Общее устройство двигателя остается прежним, но силовые агрегаты регулярно модернизируются. Появляются усовершенствованные модели, к примеру, роторного вида. Впервые такая конструкция появилась в 1957 году. Ее испытывали два разработчика: Ф. Ванкель и В. Фройде. Сначала двигатель установили на спортивную машину «Спайдер», после исследований были получены интересные данные. Выяснилось, что спорткар смог набрать скорость 150 км/час при 57 л.с. Со временем двигатель стали устанавливать на марки авто, доступные широкому кругу пользователей (Ситроен, Шевроле).
В России роторный «движок» появился в 1961 году. Советские ученые не могли воспользоваться наработками немецкого инженера, поэтому смастерили конструкцию самостоятельно, опираясь на РПД фирмы NSU. На свет появился односекционный роторно-поршневой двигатель. Произошло это официально в 1976 г. «Движок» испытывали на отечественных машинах. Со временем конструкцию улучшали, выявляя в ней недостатки. Данный тип мотора по-прежнему применяется в автоспорте. Это обусловлено его экономичностью и малым весом.
На Западе роторные «движки» не стали чем-то уникальным и необычным. Топливный кризис остановил разработки в 1973 году. В те годы стоимость на топливо возросла, поэтому люди старались эксплуатировать машины с меньшим расходом горючего. Продажи авто с РПД упали, но «на помощь» пришла Япония и начала оснащать машины бренда «Мазда» роторными двигателями. Их производство продолжалось даже после распада СССР, но ВАЗ перестал иметь дело с РПД лишь в 2004 году.
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.
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.
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.
Принцип работы
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.
Преимущества
Роторный двигатель имеет плюсы и минусы, как и любое механическое устройство.
КПД достигает 40%, это высокий показатель.
Простые конструктивные особенности. РПД не обладает большим количеством узлов, что упрощает его конструкцию в целом.
Концепция. РД вращается, поэтому на остановку в противоположных друг другу точках время не затрачивается. Благодаря этому, мотор можно посчитать высокооборотистым.
Компактность силового агрегата способствует равномерной развесовки и высокой устойчивости машины при езде по трассе.
Динамические характеристики двигателя позволяют автомобилю разгоняться на порядок быстрее, поэтому РПД устанавливали преимущественно на спорткары.
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.
Недостатки
При составлении плюсов и минусов РПД было выявлено, что с имеющимися характеристиками мотор не сможет реализоваться массово.
Минусы роторных моторов:
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).
Ограниченность ресурса. Из-за конструктивных особенностей ресурс двигателя сильно ограничен. Он быстро изнашивается, поэтому у него небольшой срок службы.
Маленький срок службы объясняется не только конструкцией, но и перепадами температур, которые сопровождают все рабочие такты.
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.
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.
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 ВВД заставляют ротор создавать качания. Лопатки остаются неподвижными, но рабочие такты проходят между ними.
Двигатели с однонаправленным движением. В период сближения роторов на корпусе происходит сжатие между лопастей, а при удалении возникает расширение.
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.
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.
Советы и рекомендации
Роторный «движок» разрешено заправлять высококачественным топливом, а именно октановым бензином. Это позволит не допустить детонаций, при этом не даст нагару скопиться на электродах СЗ.
Двигатель имеет повышенную чувствительность к качеству и типу масла. Запрещено заливать синтетику, иначе произойдет быстрое скапливание нагара и падение компрессии. Лучше всего заливать минеральное масло, которое рекомендует сам производитель.
При любых неполадках стоит сразу обращаться к мастерам, а не заниматься ремонтом самостоятельно. Роторный двигатель требует больших вложений. На сегодняшний день по-прежнему функционируют центры, которые специализируются на дефектовке и ремонте РПД.
Перед непосредственно ездой, роторный «движок» следует прогреть так же, как и поршневой. Нагружать силовой агрегат не рекомендуется до тех пор, пока он не выйдет на рабочую температуру. Своевременное обслуживание, использование только качественных ГСМ поможет продлить срок службы РД.
Правила эксплуатации
Говоря о правилах эксплуатации, эксперты придерживаются строгих тезисов.
Замена масла производится каждые 3-5 тыс.км.
Регулярно нужно осматривать масляные форсунки.
Замена воздушного фильтра должна проходить каждые 20 000 км.
Свечи зажигания должны быть установлены специальные.
Предпочтительнее всего заправлять бензином марки АИ-98.
При замене масла стоит проверять компрессию через специальный прибор.
Не рекомендуется глушить мотор «на холодную», так как произойдет залив свечей зажигания.
Жидкость тормозной системы стоит менять через каждые 20 000 км пробега.
При проверке компрессия должны быть 6,5-8 атм. Если она ниже, то ремкомплекта будет недостаточно. Возможно, заменить придется всю секцию.
Какие машины были оснащены РПД?
Существуют разные модели автомобилей, на которые ставили РПД.
Перечислим самые популярные из них:
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.
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.
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.
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.
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.
История роторного чуда. Как Mazda приручила двигатель Ванкеля
Ни одной другой компании в истории автомобилестроения так и не покорился роторный двигатель Ванкеля. Многие пытались, но сделать коммерчески успешный продукт, который провел на конвейере почти 50 лет, удалось только упорным до безумия ребятам из Mazda.
Как у них получилось приручить эту гениальную, но сложную технологию? Каковы принципы работы роторно-поршневого двигателя, чем он отличается от традиционного и почему остальные столкнулись с непреодолимыми сложностями? Вспоминаем интереснейшую историю роторного чуда из Хиросимы и отслеживаем путь самых важных моделей Mazda.