Роторний двигун

Роторний двигун, Автомобільний форум ForCar.org.ua

11.07.2015

Роторний двигун, Автомобільний форум ForCar.org.ua
Роторний двигун

ІСТОРІЯ

Джеймс Уатт, винахідник парової машини з обертальним рухом, також розробляв двигун внутрішнього згоряння роторного типу. За останні 150 років винахідники запропонували безліч конструкцій роторного двигуна. Ще в 1846 році були визначені геометрична форма робочої камери згоряння сучасних роторних двигунів і принцип роботи першого двигуна, заснований на властивостях эпитрохоиды. (Эпитрохоида — геометрична лінія, що створюється однією точкою кола, що котиться без проковзування по зовнішній стороні іншої окружності більшого діаметра.) У 1924 році, коли 22-річний Фелікс Ванкель почав створювати свій роторний двигун, практичні результати ще не були отримані. Ванкель досліджував і аналізував можливості різних типів роторного двигуна і знайшов оптимальну форму трохоидообразного корпусу. Багаторічні дослідження і розробки Ванкеля, здійснювані ним спільно з виробником мотоциклів — компанією NSU, увінчалися в 1957 році створенням першого роторного двигуна Ванкеля — DKM. Двигун DKM довів, що роторний двигун — не просто мрія.

Проте складна конструкція — обертався сам трохоидообразный корпус — робила цей роторний двигун непрактичним. Але через рік з’явився двигун KKM з нерухомим корпусом. Це був прототип сучасного роторного двигуна Ванкеля. У листопаді 1959 року компанія NSU офіційно оголосила про створення роторного двигуна Ванкеля.

Президент компанії Mazda р-н Цунеджи Мацуда негайно оцінив величезний потенціал цього двигуна і особисто уклав договір про співпрацю з NSU. У 1963 році створений підрозділ Mazda по дослідженню роторних двигунів, очолюване паном Кенічі Ямамото, приступив до розробки першого в світі роторного двигуна для серійного виробництва.

У травні 1967 року Mazda почала продавати перший автомобіль з двухроторным двигуном, Cosmo Sport, оснащений двигуном Type 10A потужністю 110 л. с. Подальші розробки привели до зниження витрати палива більш ніж на 40 відсотків та істотного зменшення кількості токсичних вихлопів для відповідності постійно ужесточаемым вимогам екологічних норм. До 1970 році загальне число автомобілів з роторним двигуном досягла 100 тисяч. До 1975 році було зібрано 500 тисяч таких автомобілів. До 1978 році — більше мільйона. Роторний двигун прийшов в автомобільний світ всерйоз і надовго.

то таке роторний двигун?

Роторний двигун, Автомобільний форум ForCar.org.ua

У традиційному чотиритактному поршневому двигуні один і той же циліндр використовується для різних процесів — впуску, стиску, згоряння і випуску.

Роторний двигун дозволяє здійснювати кожен з цих процесів в різних частинах корпусу. Кожен процес як би відбувається в окремому циліндрі.

У поршневому двигуні тиск розширення, що виникає при згорянні паливоповітряної суміші, змушує поршні рухатися вгору-вниз всередині циліндрів. Шатуни і колінвал перетворять це зворотно-поступальний рух на обертальний рух, необхідний для переміщення автомобіля.

В роторний двигун відсутній перетворюваний зворотно-поступальний рух. Тиск утворюється в камерах, створюваних різними частинами корпусу і опуклими поверхнями трикутного ротора. Згоряння призводить безпосередньо до обертанню ротора, що знижує вібрації та збільшує можливу швидкість обертання. Забезпечуване таким чином підвищення ефективності також дозволяє роторному двигуну мати набагато менші розміри порівняно з традиційним поршневим двигуном еквівалентної потужності.

Як він працює?

Головний компонент роторного двигуна — трикутний ротор, який обертається усередині овального корпусу (статора) таким чином, що три вершини ротора знаходяться в постійному контакті з внутрішньою стінкою корпусу, утворюючи три замкнутих обсягу з газом, або камери згоряння. Фактично кожна з трьох бічних поверхонь ротора діє як поршень. При обертанні ротора всередині корпусу обсяг трьох створюваних ним робочих камер постійно змінюється, діючи як насос.

Всередині ротора знаходиться невелика шестерня із зовнішніми зубцями, прикріплена до корпусу. Шестерня більшого діаметра з внутрішніми зубами сполучена з цієї нерухомої шестірнею — таким чином задається траєкторія обертання ротора всередині корпусу.

Роторний двигун, Автомобільний форум ForCar.org.ua

Оскільки ротор з’єднаний з вихідним валом ексцентрично, він обертає вал подібно до того, як ручка обертає колінвал, при цьому вихідний вал здійснює три обороту за кожний оберт ротора.

Кожна фаза процесу згоряння відбувається в певній частині корпусу:

1/ Впуск

2/ Стиснення

3/ Запалювання

4/ Згоряння

5/ Випуск

Роторний двигун, Автомобільний форум ForCar.org.ua

Впуск.

У трьох робочих порожнинах окремі фази робочого процесу зрушені один щодо одного на 120 градусів кута повороту ротора. Фази початку і кінця кожного такту визначаються положенням вершин ротора відносно впускного і випускного вікон. На відміну від поршневого двотактного двигуна вікна в корпусі роторно-поршневого двигуна весь час відкриті і з’єднують відповідні канали з будь-яких порожниною. Внаслідок цього окремі фази робочих процесів в суміжних порожнинах роторно-поршневого двигуна частково перекриваються.

Центральний кут повороту вектора дорівнює куту повороту ротора відносно корпусу. Враховуючи, що ексцентриковий вал обертається в 3 рази швидше ротора, всі кути повороту ротора необхідно помножать на 3, щоб визначити кути повороту ексцентрикового вала.

Під час початкової стадії процесу наповнення можлива продування порожнини, в якій закінчується розширення. Процес наповнення починається з моменту відкриття вершиною трикутного ротора впускного вікна. При проходженні вершиною ротора зони впускного вікна випускне вікно весь час повністю відкрито. Продування закінчується у момент відсічення випускного вікна вершиною B ротора. Кут повороту ротора, відповідний продувці, становить близько 40о і визначається положенням внутрішніх кромок впускного і випускного вікон.

Після відсічення вершиною ротора випускного вікна починається наповнення при збільшенні об’єму порожнини. В кінці цього періоду, що займає приблизно 100о кута повороту ротора, швидкість зміни об’єму порожнини зменшується. Так як в цей момент впускні вікна ще відкриті, а швидкість суміші у впускному трубопроводі досить велика, відбувається дозарядка робочого об’єму. Використання динамічних явищ у впускному трубопроводі дозволяється отримувати досить високий коефіцієнт наповнення навіть при високому числі оборотів ротора.

Стиснення.

Стиснення робочої суміші починається після перекриття вершиною ротора впускного вікна і закінчується при досягненні мінімального обсягу. Процес стиснення характеризується дещо більшими витоками робочого тіла через ущільнення ротора, ніж у поршневому двигуні, і меншу тепловіддачу в стінки. За експериментальними даними показник политропы стиснення в роторно-поршневих двигунах n1= 1.36 1.39, тобто дещо більше, ніж у поршневому двигуні з зовнішнім смесообразованием. Стиснення суміші відповідає приблизно 80о кута повороту ротора. В кінці процесу стиснення протягом часу, відповідного приблизно 10о кута повороту ротора, одночасно із зменшенням об’єму порожнини відбувається перша фаза згоряння суміші.

У роторно-поршневих двигунах, змінюючи форму ротора і параметр форми эпитрохоиды, можна отримати ступінь стиснення до 11 — 12. Однак при такому збільшенні ступеня стиснення значно погіршується форми камери згоряння і відповідно знижується економічність. Мінімальний питома витрата палива виходить при е = 9 11. Практично ступінь стиснення вибирають в межах 8,5 – 10

Згоряння.

Процес згоряння в роторно-поршневих двигунах починається за 10-15о кута повороту ротора до моменту досягнення мінімального обсягу камери згоряння. При досягненні мінімального обсягу камера згорання являє собою вузьку щілину з двома клинообразными закінченнями, стиснуту в середній частині виступом эпитрохоидальногр профілю корпусу двигуна. При русі ротора відношення обсягів двох частин камери згоряння змінюється і робоче тіло перетікає з однієї частини в іншу. Для зменшення втрат при перетіканні в тілі ротора є виїмка.

Займання суміші проводиться однією або двома свічками запалювання. У випадку однієї свічки запалювання її встановлюють у частині камери згоряння, розташованої ближче до випускних вікон двигуна. Фронт полум’я рухається назустріч потоку суміші, витісняється із зменшуваною частини камери згоряння. При використанні двох свічок запалювання одну з них встановлюють в одній частині камери згоряння, а іншу — в іншій.

До особливостей роторно-поршневого двигуна слід віднести малу швидкість зміни об’єму камери згоряння по куті повороту поблизу в. м. т. Це призводить до того, що згоряння встигає закінчитися до моменту значного збільшення швидкості наростання обсягу. Хоча згоряння в цих двигунах відбувається по часу повільніше, ніж у поршневих, але в зв’язку з більш повільним зростанням обсягу це не викликає значного погіршення індикаторного к. п. д.

Вузька щелевидная камера згоряння з розвиненими поверхнями зменшує схильність двигуна до детонації. Як показують експерименти, роторно-поршневі двигуни можуть працювати на низькооктанових паливах (з октановим числом 66 або 72) без детонації при степені стиснення 9. Зона корпусу двигуна, в якій відбувається згоряння суміші, не омивається гарячими газами при наповненні, тому температура стінки корпусу в цьому місці вище, ніж у поршневого двигуна. Кількість теплоти, що відводиться від стінки за період згоряння, незважаючи на збільшення часу згоряння, зростає порівняно мало з-за високих температур стінки корпусу і ротора двигуна, а отже, зменшується тепловідвід під ним.

Розширення.

Коли згоряння в основному закінчилося, починається розширення робочого тіла. Період розширення робочого тіла. Період розширення газів відповідає приблизно 90 ° кута повороту ротора. Потім відкривається випускне вікно і під час повороту ротора приблизно 20о відбувається вільний випуск газів.

Випуск.

Випуск газів можна розбити на чотири періоди: перший — від моменту відкриття випускного вікна до досягнення максимального обсягу порожнини; другий — примусовий випуск, протікає при зменшуваному обсязі порожнини до моменту відкриття впускного вікна (приблизно 60 кута повороту ротора); третій — випуск, поєднаний з початком впуску, відбувається при зменшуваному обсязі порожнини, але при наявності продувки; четвертий — закінчення випуску, суміщений з вільним випуском з наступною порожнини (тривалість цього періоду відповідає приблизно 10о кута повороту ротора). Загальна тривалість процесу випуску близько 120 градусів кута повороту ротора. За експериментальними даними середній показник политропы розширення менше, ніж у бензинових поршневих двигунах, і становить 1,2 — 1,15, що свідчить про підводі значної кількості теплоти в процесі розширення. Температура кінця розширення декілька вище, ніж у поршневих двигунах, тобто Tb = 1850 1900о К.

Переваги роторного двигуна Менша маса

З-за відсутності необхідності в поршнях, шатунах і коленвале основний блок роторного двигуна має менші розміри і масу при кращих динамічних характеристиках і керованості.

Менші розміри

Роторний двигун істотно менше традиційного двигуна такої ж потужності. Новий двигун RENESIS приблизно дорівнює за розмірами невеликого звичайного чотирициліндровому рядному двигуну. Невеликі розміри роторного двигуна вигідні не тільки тим, що зменшують масу — вони також покращують керованість, полегшують оптимальне розташування трансмісії і дозволяють зробити автомобіль більш просторим для водія і пасажирів.

Менший рівень вібрації

Всі частини роторного двигуна безперервно обертаються в одному напрямку, а не змінюють напрямок свого руху так, як поршні звичайного двигуна. Роторні двигуни внутрішньо збалансовані, що знижує рівень вібрації.

Більш висока потужність

Роторний двигун видає потужність більш рівномірно і плавно. З кожним повним оборотом вихідний вал ротора обертається тричі. Кожне окреме згоряння відбувається протягом 90-градусної фази обертання ротора, тобто протягом 270-градусної фази обертання вихідного валу. Це означає, що однороторний двигун видає потужність протягом трьох чвертей кожного обороту вихідного валу. Врахуйте, що одноциліндровий поршневий двигун видає потужність тільки протягом однієї чверті кожного обороту вихідного валу.

Більш висока надійність

Роторний двигун має меншу кількість рухомих частин у порівнянні з аналогічним чотиритактним поршневим двигуном. Двороторний двигун має три основні рухомі частини: два ротора і вихідний вал. Навіть найпростіший чотирициліндровий поршневий двигун має як мінімум 40 рухомих частин, включаючи поршні, шатуни, распредвал, клапани, пружини клапанів, гойдалки, ремінь ГРМ, розподільні шестерні і коленвал.

Двигун RENESIS «RENESIS» у вільному перекладі з англійської означає «нове життя роторного двигуна». Наш новий технологічний і конструктивний підхід революціонізував роторний двигун і забезпечив виграшне поєднання низької витрати палива і низький рівень токсичних викидів з високими динамічними характеристиками.

В основу розробки було покладено роторний двигун з декількома бічними вікнами (MSP-E). Цей двигун вперше використали в концептуальному спорткар Mazda RX-01, продемонстрованому на Токійському автосалоні 1995 року, а потім його поліпшена версія була представлена на Токійському автосалоні 1999 року у чотиридверному концептуальному спорткарі RX-EVOLV. RENESIS — остаточна серійна версія цього двигуна, підсумок багаторічних цілеспрямованих розробок. Він буде встановлюватися в повністю нову модель Mazda RX-8.

Силова трансмісія RENESIS буде пропонуватися у двох варіантах: підвищеної потужності (170 кВт (231 к. с.) при 8200 об/хв, макс. 9000 об/хв) і базовий силовий агрегат (141 кВт (192 к. с.) при 7000 об/хв, макс. 7500 об/хв) для звичайного водіння з чудовою керованістю.

Двигун RENESIS істотно відрізняється за своєю конструкцією від звичайних сучасних роторних двигунів. Технологія випуску через бічні вікна значно підвищує економічність двигуна. RENESIS також має нові паливні форсунки, що забезпечують надтонке розпилення, і високоефективні свічки запалювання для поліпшеного згоряння паливоповітряної суміші. Випускний колектор має подвійну стінку і підтримує високу температуру вихлопних газів, зменшуючи час прогріву каталітичного нейтралізатора. Нова система змащення зменшеної висоти з «мокрим картером» містить маслосбірник глибиною 40 мм — вдвічі меншою, ніж у звичайних сучасних роторних двигунів.

RENESIS також володіє чудовими акустичними властивостями — він порадує цінителя спортивного звуку дзвінкими і прозорими нотами на верхах і соковитими на низах. Він не тільки працює неймовірно плавно, але і звучить саме так, як повинна звучати силова трансмісія спорткара.

Реклама

Роторний двигун, Автомобільний форум ForCar.org.ua

Короткий опис статті: роторний двигун Роторний двигун Автомобільні статті Роторний двигун, автомобільний форум, автомобільне право, автомобільні новини, робота Департаменту ДАІ, автомобільні статті, тюнінг автомобілів, автомобільний гумор

Джерело: Роторний двигун — Автомобільний форум ForCar.org.ua

Також ви можете прочитати