Роторный двигатель: принцип работы
Как работает роторный двигатель. Роторный двигатель изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля.
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).
Изобретение Феликса Ванкеля в годы прошлого века означало революционные изменения в конструкции двигателя внутреннего сгорания, который по-прежнему сокращался наполовину после того, как первый автомобиль был сгорел автомобилем, приводимым в движение автомобилем. Среднее обратимое движение лезвия в классическом двигателе внутреннего сгорания имеет много недостатков, и путь от начального круга должен быть конструкцией, которая устраняет кривошипный механизм, значительно уменьшает количество движущихся частей и более компактна, чем аналогичные обычные двигатели внутреннего сгорания.
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 мире появился вращающийся псевдомотор, часто называемый двигателем Ванкеля или просто Ванкелем. Его конструкция состоит из треугольного лезвия, которое совершает круговое движение. Лезвия лезвия состоят из шариков, которые вместе с юбкой образуют три рабочих пространства. Профиль внутренней части скелета, в котором он вращается, представляет собой поверхность ствола, называемую кривым эпитероидом. Для этой кривой есть несколько геометрических шагов, но есть поворот круга на следующем круге двойных диаметров.
На маленьком круге есть точка, которая затем создает требуемую кривую. Вращающаяся поддержка для изменения объемов трех камер. Каждая из камер будет выполнять однолетний рабочий цикл для 3-х отверстий. Если мы думаем, что в первой камере есть много, и сжатие сжато и сжатие завершено во второй камере, а третья камера находится на выхлопной стадии в одно и то же время. Движение лезвия определяется перемещением зуба внутри лезвия, и это движение приводится в движение эксцентриком на выходном валу двигателя.
В роторном двигателе, давление сгорания содержится в камере, образованной частью объема камеры закрытой стороной треугольного ротора, который используется в данном случае вместо поршней.
роторный двигатель
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.
Отдельные части Ванкеля хороши здесь, и здесь можно найти анимацию принципа действия. Из-за передачи, выход вала 3-х отверстий, но проход проходит только через молоток. Как свист двигателя Ванкеля, выдается выход выходного вала. И это произошло. Обслуживание выхлопных и выпускных каналов. Ни один из каналов не открывается, просто меняя положение позвоночника. Основным преимуществом этого решения является устранение перекрытия, что способствует более стабильному сжиганию и снижению выбросов. В предыдущем устройстве несгоревший газ горел через выхлопной канал в стенке печи, тем самым увеличивая выбросы загрязняющих веществ.
Мы заглянем внутрь роторного двигателя, чтобы познакомится с его устройством, но сначала давайте взглянем на новые модели автомобилей с роторным двигателем.
Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей, использующих роторные двигатели. Спорткар RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был, пожалуй, наиболее успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал целый ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторной силовой установкой, начиная с Cosmo Sport выпуска 1967 года.
Теперь эти газы остаются в рабочем пространстве и разливаются в следующем цикле. Есть две пушки. Большие выхлопные каналы допускали их более поздние открытия, более длительное расширение, повышенную тепловую активность и более благоприятное потребление.
По сравнению с предыдущим поколением Ванкеля Мазды он составил 30% своего рабочего места. Более мощная версия двигателя имеет три канала: первичный, вторичный и дополнительный, обслуживающий камеру сгорания. Система переменной насыщенности открывает или закрывает вторичный и дополнительный каналы в зависимости от оборотов двигателя, как показано в нашей таблице. Отличия между двигателями мощностью 141 кВт и 170 кВт хорошо видны.
Однако RX-7 не продается с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла. Mazda RX-8, последний спорткар от Mazda, имеет у себя под капотом новейший роторный двигатель под названием RENESIS. Названный лучшим двигателем 2003 года, этот атмосферный двух-роторный двигатель производит около 250 лошадиных сил.
Строение роторного двигателя.
Увеличение числа оборотов было возможным из-за нового ротора и дополнительного веса вращающихся масс. В настоящее время лучшие рабочие места в рабочей зоне обеспечивают три инжектора, управляемый электронным управлением круиз-контроль и 32-разрядный привод.
Опасности, которые вращаются так же, как два ротора, теперь имеют невидимое ощущение вращения. Он отвечает за двойной масляный туман и кошмар. Забитые блоки закупорки предотвращают увлечение выхлопных газов в раковину и уменьшают риск карбонизации. Труба канализации предназначена для лучшего распыления топлива, которое будет соответствующим образом подпитывать впрыскиваемое топливо и помогает удалять капли топлива, которые прилипают к камере сгорания. Лучшее сгорание дыма повышает свечи зажигания микроэлектронов, которые создают неприятные запахи дыма.
Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, весьма похожие на те, что установлены на поршневых двигателях. Однако, если вы никогда не видели внутренности роторного двигателя, то будьте готовы удивиться, потому что вы не увидите ничего знакомого.
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.
Для верха электрода теперь имеется более устойчивый иридий вместо платины. В дополнение к ранее упомянутой компоновке канала это будет способствовать улучшению значений выбросов такого источника вторичного воздуха с помощью электрического насоса в зазор между выпускными каналами при запуске двигателя. Приходящий воздух помогает сжигать неиспользованные газы, прежде чем они покинут выхлоп. Измерение количества воздуха, поглощаемого давлением в, заменялось спящим на основе принципа изменения температуры проводника.
Единственное обнюхивание кислорода в выхлопе теперь заменено двойными защелками. Эти изменения сократили выбросы примерно на 90% по сравнению с предыдущим поколением Ванкеля. В то время как эскиз, формирующий форму рабочего пространства, выполнен из сплавного сплава, стороны затвора выполнены из серого чугуна с отточенными стилизованными поверхностями. Эти отливки также снабжены выхлопными каналами, которые имеют теплоизоляцию и поэтому имеют термостойкую керамическую вставку. Он также выполнен из серого чугуна.
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.
Кованый вал с эксцентриком значительно проще по сравнению с коленчатым валом обычного двигателя. Такая компоновка несет риск вибрации при высоких оборотах двигателя и высоких скоростях, и чем выше вал сцепления, тем выше риск вибрации. Это делается в конвоированных машинах путем деления соединительного вала на большее количество деталей и крепления центрального подшипника к кузову. Но при решении одной проблемы возникает дополнительный вес всей машины. Выравнивание силовой установки включено. Результатом является экономия веса на 5 кг, а дополнительное больше не является централизованным сиденьем в кузове, что помогло еще больше снизить вибрацию.
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.
Шлемы оснащены динамическими амортизаторами. Это выгодно с точки зрения движущих свойств, где цель заключается в распределении веса автомобиля, чтобы площадь была как можно ниже, а момент инерции вокруг вертикальной оси был как можно ниже. В то же время, перемещая приборную панель на 80 мм вперед. Вацлав Руб изучал атипичные двигатели внутреннего сгорания для своих исследований, более двадцати лет в своем развитии, он продолжает профессионально управлять своими рулевыми двигателями, и результаты очень многообещающие.
В настоящее время поддерживающий проект представляет собой бордовый двигатель внутреннего сгорания поршня. Это поршневой двигатель звездообразной формы с классическим четырехтактным циклом с поршнями и кривошипным механизмом, где блок цилиндров вращается в сплошном шкафу, оборудованном всасывающим и выпускным каналами. Коленчатый вал вращается в противоположном направлении и с разной скоростью относительно блока цилиндров, к которому он соединен зубчатым колесом. Двигатель взлома может быть спроектирован с различным количеством цилиндров и с различными отношениями блока цилиндров относительно коленчатого вала.
В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:
Впуск
Сжатие
Сгорание
Выпуск
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.
Суть двигателя была разработана в первой половине прошлого века, но современный двигатель еще не построен по этому принципу. Он видит его в небольших габаритах, малом весе, простоте конструкции, больших достижимых конкретных параметрах, простоте производства, выгодной цене, долговечности и простоте обслуживания. Оригинальная концепция двигателя значительно изменилась и работает над созданием важных деталей. Идеальное расположение двигателя - использование только трех цилиндров с небольшим ходом поршней, перевозимых короткими кривошипами на коленчатом валу с одним кривошипом, что позволяет использовать небольшие размеры компактного двигателя с жидкостным охлаждением.
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.
Поршни переносятся стержневыми стержнями, расположенными в положении подшипника на корпусе роликового подшипника, расположенном на штифте коленчатого вала. Это связано с зубчатой шестерней с вращающимся блоком цилиндров. Вокруг этого вращающегося блока находится сплошной шкаф с большими всасывающими и выпускными отверстиями. Вращая блок, он также выполняет функцию золотникового клапана, который работает в четырехтактном цикле без использования регулируемых клапанов. Жесткий корпус внешнего двигателя оснащен двумя всасывающими и двумя выпускными каналами, где точки сгорания снабжены свечами зажигания.
Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.
Теперь давайте посмотрим, как эти части взаимодействуют.
Строение роторного двигателя
Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторный двигателя состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе благодаря длинным болтам, расположенным по кругу. Охлаждающая жидкость протекает через все части конструкции.
Зубчатое зубчатое колесо сконструировано таким образом, что коленчатый вал поворачивает три витка в противоположном направлении против одного оборота блока цилиндров. Отбор мощности может производиться из любой вращающейся части, которая также может работать с уменьшением выходной скорости. Полный четырехтактный цикл происходит в цилиндре двигателя при 0, 5 оборотах блока цилиндров. Коленчатый вал также выполняет 1, 5 оборота на противоположной стороне, поэтому между блоком и кривошипом имеется относительная скорость в два.
Большие поперечные сечения выхлопных и всасывающих каналов относительно быстро открываются и закрываются. Это создает практически идеальную поршневую машину. Это позволяет максимизировать цилиндр, максимизировать расширение и минимизировать потери потока в каналах даже на очень высоких скоростях, допускаемых чрезвычайно малыми ходами поршней. Следовательно, поршневой двигатель взлома может достигать высоких параметров. Можно достичь любой степени сжатия. В камере сгорания нет клапанов, поэтому можно использовать большее количество свечей зажигания и обеспечить оптимальное сгорание смеси, несмотря на большое отверстие цилиндра и высокую скорость.
Два крайних слоя закрыты и содержат подшипники для выходного вала. Они также запечатаны в основных разделах камеры, где содержатся роторы. Внутренняя поверхность этих частей очень гладкая и помогает роторам в работе. Отдел подачи топлива расположен на конце каждой из этих частей.
Следующий слой содержит в себе непосредственно сам ротор и выхлопную часть.
Камера сгорания и прорези для детонации могут быть произвольно сформированы по форме днища поршня. Большое сверление по отношению к ходу поршня позволяет достичь малых размеров двигателя и высоких оборотов двигателя при относительно малых средних скоростях поршня. Преимущественным преимуществом является также симметричное распределение тепловой нагрузки в двух противоположных местах корпуса двигателя. Запатентованная конструкция и расположение уплотнительных элементов, а не во вращающемся корпусе, но в корпусе из твердого двигателя, полностью устраняет основную проблему двигателя Ванкеля - нагрузку уплотнений большими центробежными силами.
Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной для каждого ротора. Он также разделяет эти два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.
В центре каждого ротора крепится две большие шестерни, которые вращаются вокруг более маленьких шестерней и крепятся к корпусу двигателя. Это и является орбитой для вращения ротора.
Он также позволяет эффективно охлаждать элементы, герметизируя одну цилиндрическую поверхность относительно другой, коаксиальной цилиндрической поверхности. Большим преимуществом двигателя является технологическая простота с небольшим количеством компонентов.
В двигателе внутреннего сгорания с вращающимся поршнем используется кривошипно-шатунный механизм с поршнями и поршневыми кольцами, которые разработаны и технологически усовершенствованы до совершенства. Это будет соответствовать доступности, долговечности и простоте ремонта двигателя. Для самолетов и гонок Использование двигателя явно предлагается на небольших самолетах, пропеллер может быть подключен непосредственно к вращающемуся блоку двигателя, который в три раза ниже, чем коленчатый вал. Двигатели с большим числом цилиндров могут быть легко реализованы кратным трехцилиндровым агрегатам с одним зубчатым колесом между общим коленчатым валом и вращающимися блоками.
Мощность роторного двигателя
Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, как и в обычном поршневом. Но в роторном это происходит совсем по-другому.
Сердце роторного двигателя - это ротор. Он чем-то эквивалентен поршню в поршневом двигателе. Ротор установлен на большой округлом лепестке на выходном вале. Этот лепесток смещается от осевой линии вала и действует как заводная ручка на лебедку, давая ротору пространство для поворота выходного вала. Пока ротор вращается внутри корпуса, он толкает лепесток внутри жестких кругов, вращаясь 3 раза за каждый оборот ротора.
В то время как ротор вращается в корпусе, три отсека внутри изменяют свой размер. Изменение размера этих камер создает давление. Давайте пройдем по всем 4 отсекам двигателя.
Первая фаза начинается тогда, когда вершина ротора находится на уровне отсека подачи. В момент когда камера подачи открыта для основного отсека, объем этой камеры близок к минимуму. Как только ротор проходит мимо камеры подачи, объем камеры расширяется и вливает воздух/топливо в основной отсек. Как только ротор проходит камеру подачи, отсек становится полностью изолированным и начинается компрессия.
Компрессия
В то время как ротор продолжает свое движение по основному отсеку, пространство в отсеке становится меньше, смесь из воздуха/топлива сжимается. Как только ротор проходит отсек со свечами зажигания, объем камеры снова сводится к минимуму. В это время происходит возгорание смеси.
Возгорание
Большинство роторных двигателей имеет две свечи зажигания. Камера возгорания достаточно длинная, поэтому одной свечи будет недостаточно. Как только свечи воспламеняет топливно-воздушную смесь, давление в отсеке сильно увеличится, приводя ротор в движение. Давление в камере возгорания продолжает расти, заставляя ротор двигаться, а отсек расти в объеме. Газы от возгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, до того момента, пока ротор не пройдет выхлопной отсек.
После того, как ротор проходит выхлопной отсек, высокое давление газа сгорания свободно выходит в выхлопную трубу. Так как ротор продолжает движение, камера начинает сжиматься, выдавливая оставшиеся выхлопные газы в свободный отсек. К тому времени объем камеры опять падает к минимуму и цикл начинается сначала.
Разница и Проблемы
У роторного двигателя достаточно много различий с обычным поршневым двигателем.
Меньше движущихся частей
Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-ех цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-ех цилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, стержень, клапаны, рокеры, клапанные пружины, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимизация движущихся частей позволяет получить роторным двигателям более высокую надежность. Именно поэтому некоторые производители самолетов (к примеру Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.
Мягкость
Все части в роторном двигателе непрерывно вращаются в одном направлении, в отличие от постоянно изменяющих направление поршней в обычном двигателе. Роторный движок использует сбалансированные крутящиеся противовесы, служащие для подавления любых вибраций. Подача мощности в роторном двигателе также более мягкая. Каждый цикл сгорания происходит за одни оборот ротора в 90 градусов, выходной вал прокручивается три раза на каждое прокручивание ротора, каждый цикл сгорания проходит за 270 градусов за которые проворачивается выходной вал. Это значит, что одно роторный двигатель вырабатывает мощность в три четверти. Если сравнивать с одно-цилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота, или только четверти оборота коленчатого вала.
Неспешность
В связи с тем, что роторы вращаются на одну треть вращения выходного вала, основные части двигателя вращаются медленней, чем части в обычном поршневом двигателе. Это также помогает и в надежности.
Проблемы
Самые главные проблемы при производстве роторных двигателей:
Достаточно сложно (но не невозможно) подстроиться под регламент выброса CO2 в окружающую среду, особенно в США.
Производство может стоить намного дороже, в большинстве случаев из-за небольшого серийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.
Они потребляют больше топлива, так как термодинамическое КПД поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также благодаря низкой степени сжатия.
5 лет
Изобретенный доктором Ванкелем роторный двигатель, относится к группе двигателей внутреннего сгорания. Однако, в отличие от обычных поршневых конструкций двигателей, роторный двигатель принцип работы имеет совершенно другой. Основными деталями поршневых двигателей являются цилиндры и поршни, создающие рабочий объем и выполняющие определенное количество стандартных циклов. В роторных двигателях функции поршней выполняет ротор, представляющий собой деталь треугольной формы.
Как работает роторный двигатель
Движение роторного двигателя, как и в поршневом варианте, осуществляется благодаря давлению, создаваемому в процессе сгорания смеси топлива и воздуха. Здесь также происходит соединение входного отверстия и дроссельной заслонки, выпускного отверстия и выхлопной системы. В отличие от стандартного двигателя, в роторной конструкции нет передаточных звеньев. Ротор, имеющий треугольную форму, представляет собой своеобразный поршень, который вращается по кругу и осуществляет передачу крутящего момента к выходному валу.
В процессе вращения ротора, происходит разделение общей камеры на три отдельных, где в каждой из них, по очереди, происходит свой собственный цикл. Обычно, в конструкции роторного двигателя используется два ротора. За счет этого, уменьшается детонация, а работа двигателя становится более стабильной. Фактически, ротор выполняет ту же работу, что и поршни в обычном двигателе. Установка ротора на вал производится с определенным эксцентриситетом, позволяющим выполнять передачу крутящего момента.
Работа механизма разделяется на несколько этапов:
- Забор воздушно-топливной смеси происходит при прохождении одной из вершин ротора впускного клапана, расположенного в корпусе. За счет расширения объема камеры, смесь принудительно попадает в ее увеличенное пространство. Новый такт начинается во время прохождения впускного клапана следующей вершиной.
- Сжатие смеси происходит при повороте ротора, что приводит к уменьшению ее объема и возрастанию давления. Его максимальное значение образуется в момент нахождения смеси в зоне действия свечей.
- Зажигание смеси осуществляется с помощью двух свечей, срабатывающих синхронно. За счет этого происходит быстрое и равномерное воспламенение. В результате, образуется взрывная волна, давление которой создает рабочее усилие. Происходит проворачивание ротора на расстояние до выпускного отверстия. Одновременно, производится передача крутящего момента к выходному валу.
- Когда вершина ротора подходит к выпускному отверстию, наступает процесс выбрасывания отработанных выхлопных газов. После этого, начинается новый рабочий цикл.
Плюсы и минусы роторных двигателей
Основное достоинство роторных двигателей заключается в отсутствии передающих звеньев, характерных для поршневых двигателей. Здесь совершенно не нужны клапана и пружины к ним, распределительный вал, ремень ГРМ и другие детали. В связи с этим, значительно уменьшаются размеры и вес двигателя. За счет этого, вся масса автомобиля равномерно распределяется по осям. Это делает машину более устойчивой на дороге. Данные агрегаты отличаются хорошей сбалансированностью деталей, что позволяет практически полностью исключить вибрации. Крутящий момент, поступающий на выходной вал, продолжается значительно дольше. Одно вращение ротора соответствует трем оборотам вала, что существенно увеличивает его ресурс. В целом, эта силовая установка отличается прекрасными динамическими характеристиками.
Однако, данная конструкция имеет ряд существенных недостатков, из-за которых стало невозможно ее массовое использование. Прежде всего, низкие обороты мотора вызывают очень высокий расход топлива. Во время испытаний различных моделей, он достигал 20-ти литров на сто километров. То есть, экономичность в данном случае находится на очень низком уровне.
Другим серьезным недостатком являются сложности при изготовлении деталей. Особенно высокие требования предъявляются к геометрической точности цилиндров и роторов, которой можно добиться только на высокоточном дорогостоящем оборудовании.
Камера сгорания имеет особенности конструкции, из-за которых моторы этого типа могут часто перегреваться. Это происходит по причине избыточной тепловой энергии, образующейся при сгорании топливной смеси. Перегрев вызывает преждевременный износ основных деталей и выход из строя всего двигателя. Установленные между форсунками уплотнители очень быстро изнашиваются, поскольку камеры сгорания отличаются высокими перепадами давления. Из-за этого, агрегаты имеют низкий моторесурс и требуют частых капитальных ремонтов.
В данном двигателе, фактически отсутствует система смазки. Замену масла приходится проводить через каждые 5 тысяч км. В противном случае, узлы и детали выйдут из строя, после чего, понадобятся очень дорогие ремонтные работы.