Роторный двигатель внутреннего сгорания (либо как его ещё именуют роторно-поршневым, поскольку сам ротор делает роль поршня) был изобретён ещё во второй половине 50-ых годов XX века прошлого века гениальными инженерами Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Данный двигатель значительно отличается от простого двигателя внутреннего сгорания. В данной статье мы детально разглядим эти главные отличия, конечно преимущества и недочёты роторного двигателя перед простым мотором, и из-за чего всё таки РПД не так распространён, как простой ДВС.
Главное отличие роторно-поршневого двигателя перед простым поршневым, это отсутствие цилиндропоршневой группы, другими словами поршней с кольцами, шатунов и цилиндров. Ну и самое основное — это отсутствие множества подробностей механизма газораспределения, что разрешило сэкономить на производстве около тысячи подробностей!
Главная деталь для того чтобы двигателя — это ротор, имеющий форму треугольника (cм. фотографии и рисунок). И данный ротор, посредством зубьев шестерни, входит в зацепление с шестерней второй подробности, но неподвижной — статором.
Принцип работы роторного двигателя возможно взглянуть на видеоролике чуть ниже и он основан на том, что вершины треугольного ротора, при его вращении трутся по эпитрохоидальной (имеющей форму восьмёрки) и полированной внутренней поверхности картера (статора).
И наряду с этим ротор собственными гранями вершин отсекает при вращении переменные количества трёх камер (трёх камер вследствие того что у ротора три вершины, бывает и второе число, но три — самый распространённый вариант). Камеры образуются отсеканием вершинами ротора внутренней поверхности статора (при вращении ротора).
При вращении ротора получается, что ротор играет роль и клапанов и поршня при работе мотора. И такая неповторимая конструкция разрешает осуществлять любой четырёхтактный цикл Отто, Стерлинга либо Дизеля, и наряду с этим не нужен отдельный механизм газораспределения с множеством подробностей, что имеется в головке цилиндров простого и прекрасно известного нам ДВС.
А герметичность пар в роторном двигателе, достигается торцевыми и радиальными уплотнителями (пластинами), каковые при работе ещё лучше прижимаются давлением газов, центробежной силой, конечно особыми плоскими пружинами.
К тому же благодаря отсутствию головки цилиндров с механизмом ГРМ, конечно отсутствию кривошипно-шатунного механизма (коленвала, шатунов) и самих цилиндров, роторно-поршневой двигатель получается весьма компактным (см фото слева) и не занимает много места под капотом. Так ещё и не считая собственной компактности, такие моторы имеют бoльшую мощность, чем простые двигатели.
И у для того чтобы мотора значительно меньше подробностей, чем у привычного нам ДВС. Это прекрасно видно на фото слева. И это не все преимущества и подробнее о преимуществах РПД написано ниже.
Преимущества роторного двигателя.
Меньшие габаритные размеры, чем у обыччного ДВС (приблизительно в полтора а также вдвое). Это разрешает сделать машину более просторной и удобной для обслуживания.
Бoльшая удельная мощность, при меньшем количестве камеры сгорания, чем у простого ДВС. Это достигается за счет того, что однороторный мотор выдаёт мощность в течении трёх четвертей каждого оборота вала. А на привычном нам простом моторе, мощность выдаётся лишь в течении одной четверти оборота коленвала.
Меньшее количество подробностей (приблизительно около тридцати), а у простого ДВС пара сотен подробностей. Свойство развить громадные обороты при отсутствии вибрации, поскольку нет кривошипно-шатунного механизма, что преобразует возвратно-поступательное перемещение поршней в вращательное. Низкий уровень вибрации, и мотор прекрасно уравновешен. Хорошие динамические показатели автомобиля с РПД, и на низкой передаче возможно легко разогнаться свыше сотни км/ч.
Ну и основной плюс, что я считаю вернёт эти моторы на дороги в будущем — это меньшая склонность к детонации, если сравнивать с простым ДВС. Соответственно возможно применять в качестве горючего не только бензин, но и водород — горючее будущего.
Так отчего же таковой двигатель не стал популярен у производителей машин (исключение компания Мазда) и до сих пор распространены простые двигатели?. Дабы ответить на данный вопрос, разглядим недочёты роторного-поршневого двигателя (РПД).
Недочёты роторного двигателя.
Не считая множества преимуществ, у РПД имеется последовательность недочётов, в следствии которых он не взял широкого распространения:
Повышенный расход горючего, в особенности на низких оборотах, если сравнивать с простым двигателем. Сложность производства, поскольку требуется большая точность изготовления трущихся пар и весьма качественные сплавы (легированные стали).
К тому же на производстве должны быть весьма дорогие, сложные и правильные металлообрабатывающие станки, поскольку фреза обязана при обработке (к примеру внутренней поверхности статора) направляться сверхсложной траектории. Стремительный износ уплотнителей, поскольку площадь пятна контакта маленькая а обороты вала громадные. А при износе уплотнителей, из-за прорыва газов увеличивается токсичность, быстро теряется коэффициент нужного действия (КПД) двигателя и утрата мощности. Бoльшая склонность к перегреву, чем простой ДВС.
Из-за повышенного перегрева, кроме того бывают неприятности с воспламенением смеси в камере и дабы улучшить воспламенение, на такие моторы устанавливают по две свечи зажигания на камеру. Две свечи ставят ещё и вследствие того что камера сгорания имеет вытянутую плоскую форму, и одной свечи в ней не хватает. В большинстве регионов не возможность ремонта таких двигателей, поскольку нет ни адекватных экспертов, ни запасных частей. Более нередкая замена моторного масла, по причине того, что ротор соединяется с выходным валом через эксцентриковый механизм и получается громадное давление между трущимися подробностями. Вместе с тем, к этому ещё и громадная температура ведет к стремительному износу двигателя, в особенности в случае если своевременно не поменять масло, а поменять как я уже сказал, его нужно чаще.
В случае если же своевременно поменять масло, уплотнители и делать капитальный ремонт, то ресурс РПД будет большим. А у некоторых двигателях японской компании Мазда, проработать РПД без поломок может около трёхсот тысяч км.
Устройство и более подробный принцип работы роторно-поршневого двигателя.
В роторном двигателе, как и в простом ДВС вращение выходного вала (работа двигателя) является следствием сгорания топливно-воздушной смеси. И без того же как в привычном нам простом двигателе, РПД имеет впускной канал, через что впрыскивается рабочая смесь, и имеет выпускной канал, через что выбрасываются отработавшие газы.
Но главное отличие пребывает в том, что газы, образуемые при сгорании горючего, давят не на поршень (поршни), а на ротор, и от этого ротор передаёт вращение через зубья шестерни и эксцентрики на приводной вал. Наряду с этим сам ротор наряду с этим делает и роль газораспределителя (как в двухтактном моторе, но не совсем), и дробит внутренний количество картера на три отдельных камеры.
И в каждой камере в определённый момент происходит всасывание рабочей смеси, её сжатие, вспышка рабочей смеси и сам рабочий движение от расширения газов, ну и выпуск отработанных газов (четыре такта).
Детально это продемонстрировано на рисунке слева и обрисовано ниже.
Такт впуска. Всасывание рабочей смеси происходит в тот момент, в то время, когда соответствующая вершина ротора проходит через впускное отверстие в картере двигателя.
А при предстоящем перемещении ротора, количество соответствующей камеры увеличиваетс и создаётся разряжение, при котором рабочая смесь засасывается в камеру. Такт сжатия. Потом при вращении ротора, впускное отверстие отсекается кромкой второй (следующей) вершины ротора, и в один момент количество камеры значительно уменьшается, так рабочая смесь сжимается и давление в камере возрастает. Пик сжатия (громаднейшего давления смеси) достигается недалеко от свечей зажигания. Такт рабочий движение.
Сейчас происходит разряд на двух свечах зажигания и соответственно вспышка сжатой рабочей смеси. От вспышки происходит расширение и сгорание продуктов горения, каковые с силой толкают ротор, и от этого он проворачивается и вращает выходной вал. Такт выпуска. Потом, при вращении ротора, кромка одной из вершин ротора проходит выпускное отверстие в картере, открывая его, и через это выпускное отверстие под давлением выходят отработанные газы.
Потом первый ротор благодаря силе инерции, конечно благодаря действию второго ротора, трудящегося асинхронно первому ротору, продолжает собственное вращение и подходит снова кромкой к впускному отверстию, для нового такта впуска, и всё повторяется заново.
Но как осознал читатель из выше обрисованного, дабы лучше сбалансировать РПД, конечно уменьшить вибрацию и не допустить детонацию, используют несколько а два ротора (см. фото выше, где продемонстрирован РПД в разобранном виде). А сам ротор (роторы) мало смещён (эксцентричен) от выходного вала, ось которого расположена строго по центру и передаёт вращение на вал как бы обкатывая его по кругу.
Передача вращения происходит действием шестерни ротора на шестерню вала (а шестерня вала находится в шестерни ротора), а передаточное число вычислено так, что за один оборот ротора, вал совершает три оборота.
Главные детали роторно-поршневого двигателя. Основная подробность РПД это ротор, имеющий форму треугольника. Причем на каждой из трёх мало выпуклых плоскостей ротора, имеются выборки (углубления — см. фото), каковые делаются на заводе чтобы мало расширить рабочий количество двигателя.
На каждой из трёх вершин ротора, засунуты уплотнительные пластинки, каковые уплотняют сам ротор довольно внутренней поверхности картера двигателя, и дробят внутреннюю полость картера на три камеры. Пластинки трутся о внутреннюю поверхность картера с громадной скоростью и очевидно неспешно изнашиваются. Исходя из этого они засунуты в вершину ротора так, что бы по необходимости их возможно было заменить новыми, вместо изношенных.
Так же с каждой стороны ротора (ближе к центру — см. фото) установлены уплотнительные кольца, каковые герметизируют (отделяют) полость камер от картера.
Ну и в самом центре ротора жёстко вмонтирована кольцевая шестерня (зубчатый венец), которая как бы обкатывается около меньшей шестерни, закреплённой на валу двигателя, и передаётся вращение выходному валу.
Сам ротор (роторы) помещён в картер, а картер имеет несколько плит, каковые хорошо соединяются между собой, образуя пара отсеков и разделяющие их стены. В большинстве случаев разделительная стена дробит двигатель на две главные части (полости), в каждой их которых трудится собственный отдельный ротор (в большинстве случаев в моторе два ротора).
Любая полость имеет впускной и выпускной каналы, и сложную форму в виде восьмёрки, которую не так то при производстве. К тому же стены должны быть изготовлены из весьма жёсткого материала, в противном случае они скоро износятся, и от этого давление в камерах упадёт, и соответственно упадёт и мощность мотора.
Сам картер имеет с наружи двойную стенку (как блок простого ДВС) для циркуляции между стенками охлаждающей жидкости совокупности охлаждения.
А в центре картера имеются отверстия, в каковые запрессованы подшипники, на которых висит вал мотора.
Вал роторного двигателя с виду похож на распределительный вал простого ДВС (см. фото), так как имеет эксцентрики, похожие на кулачки распредвала простого мотора. Вал изготовлен так, что эксцентрики расположены на нём в противоположных сторонах вала.
И в то время, когда на эти эксцентрики при сборке будет насажены два ротора (насажены на подшипники скольжения), то роторы будут трудиться в противофазе, поддерживать друг друга в работе.
Другими словами работа двух роторов будет подобна работе двух поршней четвёртого и второго цилиндров простого четырёхцилиндрового мотора — один из них в начальной стадии впуска рабочей смеси, а второй в стадии выпуска отработавших газов. И как раз по причине того, что роторы сидят на эксцентриках вала, при вращении роторов в противофазе будет вращаться и вал РПД, передавая вращение на трансмиссию.
Ну а как же использование роторно-поршневого двигателя на машинах — имеется ли суть?
Первым автопроизводителем, что установил РПД на собственный автомобиль ещё в конце 60-х годов прошлого века, была компания NSU (о их машине, двигателе и о автомобилях Мазда, смотрите увлекательный видеоролик под статьёй). А авто-производитель, которому удалось поставить такие двигатели на поток, используя их на собственных машинах — есть всем узнаваемая японская Мазда.
РПД установленный на кое-какие её автомобили, при рабочем количестве всего в 1,3 литра, способен развить мощность в 250 лошадей. Но и это ещё не всё, благодаря постоянному совершенствованию собственных роторных моторов, им удалось значительно снизить масла и расход топлива, а основное снизить токсичность. Это разрешило вывести машины с РПД на рынок европейских, что самый жёсткий к экологическим нормам.
К тому же в 1995 году был создан новейший РПД, что назвали RENESIS, что свидетельствует новая судьба роторного мотора. Данный мотор был в первый раз установлен на новый маздовский концепткар «Мазда RX-01? и продемонстрировал хорошую динамику разгона. А улучшенный вариант для того чтобы мотора был установлен во второй половине 90-ых годов двадцатого века на спортивный концепткар «RX-EVOLV».
Данный двигатель собираются устанавливать серийно на автомобиль «Мазда RX-8?.
Громадная экономичность нового двигателя была достигнута за счёт применения более использования и совершенных форсунок боковых окон для выпуска отработанных газов. Так же были установлены усовершенствованные свечи зажигания, каковые значительно улучшили полноту сгорания горючего.
К тому же выпускной коллектор был изготовлен с двойной стенкой, разрешающей повысить температуру выпускных газов и скоро прогревать каталитический нейтрализатор, кроме того при минусовой температуре окружающего воздуха.
Ну и была усовершенствована совокупность смазки с мокрым картером, и количество масла в картере было уменьшено в два раза, если сравнивать с простыми РПД.Ну и не считая совершенной плавности работы нового мотора, был улучшен и звук выброса, что не обрисовать, это необходимо слышать.
Многие смогут заявить, что не обращая внимания на многие преимущества, разработка производства таких двигателей достаточно сложна и требует новейшего оборудования. Но так как многие высокотехнологические подробности, каковые имеются на данный момент на многих серийных автомобилях, в то время, когда то казались сложными и не практичными, и использовались лишь на спортивных автомобилях.
К примеру в то время, когда то и никасилевое покрытие цилиндров серийного двигателя, либо вентилируемые тормозные диски, казались сложными, дорогими и трудновыполнимыми, а на данный момент на большинстве серийных автомобилей это простое явление.
на данный момент ведутся работы по применению на таких двигателях водородного горючего, поскольку роторный двигатель не склонен к детонации и может трудиться на водороде, и наверняка за РПД будущее, поживём — заметим.