Роторный двс принцип работы: принцип работы, устройство, недостатки и преимущества, видео

Московский инновационный кластер

Область техники: Изобретение относится к сфере двигателестроения, а именно к области роторных двигателей внутреннего сгорания.

Уровень техники: В настоящее время наиболее широко в качестве стационарных энергоустановок и силовых приводов транспортных средств используются поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинные двигатели (ГТД) и паровые турбины. Классические поршневые ДВС двухтактного и четырехтактного цикла известны с 60-х и 70-х годов XIX века (С. Балдин, «Двигатели внутреннего горения», Прага, Имка-пресс, 1923 г). Подвижный цилиндрический поршень совершает линейные возвратно-поступательные движения внутри неподвижного цилиндра. Поршень соединен шатуном с коленчатым валом. При горении предварительно сжатой смеси паров топлива и воздуха в герметично замкнутом пространстве между поршнем и цилиндром за счет повышения давления горячих газов осуществляется одновременное с процессом горения линейное рабочее движение поршня, которое кривошипно-шатунным механизмом превращается во вращательное движение коленвала. Поршневые двигатели с объемным расширением рабочей камеры (в которых на сегодняшний момент степень сжатия равна степени расширения) характеризуются недостаточно высокими начальными параметрами давления и температуры рабочих газов в процессе сгорания сильно сжатой рабочей смеси. Чем сильнее сжимается 1 ВС, тем быстрее и лучше она сгорает. Но сжимать ТВС удается только до определенного предела, после которого появляется взрывоподобное сгорание ТВС, называемое детонацией. При детонации возникают огромные механические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма и цилиндрово-поршневой группы, приводящие к их механическому разрушению. Плюс к этому получается в 2 раза большая температура рабочих газов, от которой сгорает смазка с трущихся поверхностей деталей, происходит их оплавление, заклинивание или прогар. Ясно, что детонационное сгорание если и возможно, то только в каком-то отдельном, замкнутом до определенного момента объеме, прочность и термостойкость которого позволяет выдержать такие нагрузки и отсутствуют подвижные детали, требующие смазки. Однозначно, поршневой ДВС не может претендовать на определение «эффективный двигатель» по конструктивным признакам. Но он не в состоянии претендовать на это и по показателю параметров рабочего тела как в результате сгорания ТВС, так и на выходе из двигателя, потому что во всех существующих ныне конструкциях двигателей внутреннего сгорания на выхлоп идут газы при температуре от 800 до 1100 С°. По этой причине тепловой баланс современного поршневого двигателя внутреннего сгорания в среднем варианте конструктивного исполнения получается таким: 30% — тепло, переводимое в полезную работу; 30% — тепло, отводимое во вне через систему охлаждения; 40% — тепло, отводимое во вне с выпуском отработавших газов горения. Т.е. средний термодинамический КПД современных двигателей внутреннего сгорания не превышает 30-35%. И если варианты по снижению температуры выходящих газов периодически появляются, то вариантов по увеличению начального давления рабочего тела нет — мешает детонация.

«При детонационном сгорании сжатой и перегретой ТВС происходят сложные процессы во время которых образуются разные виды чередующегося пламени». (С. Соколик, Сгорание в транспортных поршневых двигателях. Изд. АН СССР, 1951 г, стр 37). Скорость распространения пламени увеличивается с 20-40 до 2000 м/сек при температуре до 4000 гр. С.

Известно, что при высокой (порядка 2000 гр С) температуре можно успешно сжигать даже очень бедную ТВС, даже при сравнительно небольшом ее сжатии и топливе невысокого качества. «Детонационное горение дает заметно больше энергии тепла и давления рабочих газов, чем обычное медленное горение», www.rotor-motor.ru. «Детонация-двигатель».

По законам термодинамики, тепловой двигатель, чтобы иметь высокий термодинамический КПД, должен наиболее эффективно использовать энергию горения топлива, чтобы получить как можно более высокие начальные параметры рабочего тела (давление и температуру) и низкие конечные такие параметры на выходе из ДВС.

Таким образом получается, что при проектировании теплового двигателя мы должны стремиться к получению в нем мгновенного, взрывного сгорания ТВС для получения наиболее высоких начальных параметров рабочего тела.

Но как, конструктивно, поставить детонацию на службу эффективности ДВС?

Из сказанного выше вытекает ответ. Нужно сжигать ТВС в высокотемпературной, высокопрочной, не имеющей подвижных трущихся частей (не нуждающихся в смазке) и запирающейся на время горения, камере сгорания. Вариант конструктивного решения этой важнейшей инженерной задачи предлагается впервые.

Ближайшим аналогом, по конструктивным особенностям, предлагаемого в качестве изобретения Роторного Детонационного Двигателя Внутреннего Сгорания, является роторный двигатель Уайдла. Совпадающими существенными признаками между заявляемым изобретением и рассматриваемым ближайшим аналогом, является наличие в их конструкции двух секций с лопаточными роторами, закрепленными на одном общем валу, одна из которых служит только для всасывания, сжатия и подачи ТВС в КС, а другая секция превращает энергию рабочего тела во вращательное движение рабочего вала.

Отличительными существенными признаками является то, что в двигателе Уайдла КС представляет собой канал в стенке между секциями, ограниченный ближайшими лопатками секций, а в заявляемом Роторном Детонационном Двигателе Внутреннего Сгорания стенка между секциями выполнена в виде еще одной неподвижной секции, в которой выполняется прочная, выдерживающая механические и температурные нагрузки взрывного сгорания ТВС, со стенками или покрытием этих стенок, материалом, выдерживающим длительно температуру до 4000 гр С, камера сгорания, которая соединена каналами с боковыми секциями, а каналы имеют возможность перекрываться клапанами впуска и выпуска по принципу действия лепестковых, т.е. под действием разности давлений (или управляемых). Кроме них в КС должен быть еще один управляемый клапан, который служит для стравливания избыточного давления рабочего тела из КС в атмосферу непосредственно перед впуском свежей порции ТВС в КС.

Такая отдельная, прочная, высокотемпературная КС необходима, по теории теплового двигателя, для получения максимально высоких начальных параметров рабочего тела (давления и температуры газов горения), что ведет к КПД, стремящемуся к максимальному значению из-за максимально высокого значения давления рабочего тела. Такая КС приводит к получению не только существенно увеличенного давления рабочего тела, к чему мы стремимся в первую очередь, но при этом получаем и сверхвысокую температуру рабочего тела, которая будет помехой для длительной и безаварийной работы ДВС.

Для безаварийной работы двигателя из-за высокой температуры, а также для получения еще большего КПД, в таком Роторном Детонационном Двигателе Внутреннего Сгорания есть возможность и необходимость применения охлаждения уже полностью сгоревшей рабочей смеси в КС и сильно перегретого рабочего тела, впрыском воды в рабочую секцию перед выстрелом очередной порции рабочего тела по принципу, описанному в Патенте на изобретение RU 2491431 «Способ работы роторного двигателя внутреннего сгорания».

Таким образом, применяя в Роторном Детонационном Двигателе Внутреннего Сгорания детонационную КС, охлаждение водой рабочего тела и поверхностей деталей рабочей секции с целью перевода внутренней энергии рабочего тела в потенциальную энергию давления водяного пара, при температуре парогазовой среды на выходе из двигателя стремящейся к температуре окружающей среды, реально получить КПД, стремящийся к 100%.

Сущность изобретения.

Задачей изобретения, которая реализована в этой конструкции, является создание высокоэффективной конструкции роторного двигателя внутреннего сгорания, с КПД более 50%, в котором появляется возможность просто, с минимальными затратами и с предельно малым усложнением конструкции, встроить в технологический цикл двигателя отдельную, детонационную, высокотемпературную, запираемую на время горения ТВС камеру сгорания, повышая начальные параметры рабочего тела для более эффективной работы теплового ДВС.

Особенность изобретения — именно возможность изготовления и встраивания в конструкцию роторного двигателя отдельной, запираемой, высокотемпературной КС любых размеров и формы, из любого, доступного для этих параметров рабочего тела, материала или материала покрытия стенок для полного и эффективного сжигания поступающего топлива.

Техническим результатом применения такого инженерного решения является максимальное упрощение конструкции всего ДВС, технологии изготовления КС, в которой возможно эффективное сжигание очень бедной ТВС с получением максимально высоких параметров рабочего тела и КПД Роторного Детонационного Двигателя Внутреннего Сгорания, повышения удельной мощности, экономичности и экологичности ДВС. При этом, впервые в рабочий цикл ДВС удается включить процесс детонационного сжигания ТВС, который всегда в истории двигателестроения был бичом ДВС, его бедой, от которой старались избавиться всеми способами. Предлагаемое техническое решение позволит извлечь в разы большую энергию из скрытой в топливе энергии химических связей, сведет к нулю выброс несгоревших вредных веществ.

Таким образом, конструкция Роторного Детонационного Двигателя Внутреннего Сгорания, состоящего из трех секций, в промежуточной секции которого располагается камера сгорания, запираемая на время горения ТВС клапанами, изготовленная из материала, выдерживающего механические нагрузки и высокую температуру, возникающие при детонационном сгорании ТВС, позволяет получить значительное увеличение начальных параметров рабочего тела (давления рабочих газов).

Для достижения еще большего эффекта работы теплового двигателя и для безаварийной работы ДВС необходимо и возможно применить охлаждение рабочей секции изнутри впрыскиванием необходимого количества воды, скажем, на одну из лопаток рабочей секции для получения паровой фазы рабочего цикла и внутреннего охлаждения рабочей секции двигателя (паровая фаза), тогда как на другую лопатку будут воздействовать газы горения. Т.е. на один оборот рабочего вала такого ДВС будет 1 такт в 180 градусов от воздействия сгоревшего топлива и 1 такт 180 градусов паровой фазы от испарения воды от горячих стенок рабочей секции.

Есть возможность использовать в этом ДВС другой вариант подачи воды в рабочую секцию описанный в изобретения RU 2491431 «Способ работы роторного двигателя внутреннего сгорания», т. е. подача воды в рабочую секцию до момента входа в нее очередной порции раскаленного рабочего тела под большим давлением из КС, но уже под каждую из двух лопаток рабочей секции или 2 раза за 1 оборот рабочего вала.

В. СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Реализация, заявленного изобретением, конструкции Роторного Детонационного Двигателя Внутреннего Сгорания, возможна к осуществлению через применение известных и новых материалов и технологий их обработки для возможности изготовления КС, в которой возможно использовать детонационное сгорание ТВС.

Принцип работы и сама работа крайних секций этого Д ВС известна в механике достаточно давно и успешно применяется в пневмомашинах, например пневматический инструмент, компрессоры.

Реализация практического исполнения предлагаемой встраиваемой в конструкцию роторного двигателя КС, возможна на условиях применения известных на сегодняшний день технологиях и современных материалов, например керамики.

На прилагаемых к данному разделу патентной заявки чертежах представлены продольный разрез (Фиг. 1) и три сечения двигателя (Фиг. 2) по трем его секциям (входной, камеры сгорания и рабочей) с элементами: рабочим валом (элемент 1), насаженными на него роторами входной (элемент 2) и рабочей (элемент 12) секций, с установленными в роторах лопатками, соответственно, входной (элемент 14) и рабочей (элемент 11) секций. Корпуса секций входной (элемент 15), рабочей (элемент 13) и КС (элемент 16) разделены между собой стенками (элемент 3 и 9). В корпусе камеры сгорания выполнена непосредственно сама КС (элемент 5), которая имеет 3 клапана: впускной (элемент 4), выпускной (элемент 10). стравливающий (элемент 8) и свеча зажигания (элемент 7). На рабочем валу имеется кулачок (элемент 6), управляющий стравливающим клапаном. Впуск ТВС во входную секцию через впускное отверстие (элемент 17), а выпуск отработавших газов и пара из рабочей секции через выпускные отверстия (элементы 18 и 19). Вода в рабочую секцию подается через форсунку (элемент 20).

В такой конструкции двигателя, заявляемого изобретением, Роторный Детонационный Двигатель Внутреннего Сгорания, рабочий процесс может протекать по двум вариантам, следующим образом.

Работа двигателя по первому варианту: на 1 полный оборот рабочего вала — 1 такт 180 градусов поворота рабочего вала — сжигание ТВС и 1 такт 180 градусов поворота рабочего вала — паровой фазы.

При работе двигателя поворачивается рабочий вал вместе с роторами секций и находящимися в них лопатками. Лопатка входной секции начинает сжимать ТВС, всасываемую через впускное отверстие. Ее давление повышается, открывается впускной клапан и ТВС загоняется в КС, где происходит ее воспламенение разрядом свечи зажигания. КС, в этот момент заперта всеми тремя клапанами, а ее температура порядка 2000 гр. С, поэтому смесь сгорает взрывоподобно. Давление в КС резко поднимается, впускной клапан закрывается и открывается выпускной клапан. Рабочие газы выстреливаются в рабочую секцию и, через лопатку рабочей секции, приводят во вращение ротор рабочей секции с рабочим валом. На подходе к КС второй лопатки, в КС кулачком на рабочем валу открывается стравливающий клапан и избыточное давление в рабочей секции закрывает выпускной клапан, остаточное давление из КС стравливается в атмосферу, а ТВС со второй лопатки входной секции загоняется в КС. В это самое время в рабочей секции эту верхнюю точку проходит вторая лопатка и сюда впрыскивается порция воды через форсунку, которая, испаряясь от нагретых деталей рабочей секции увеличивает давление в рабочей секции, закрывается выпускной клапан КС, давление пара приводит во вращение ротор рабочей секции и охлаждает детали рабочей секции. Отработавшие газы и пар из рабочей секции выбрасываются в атмосферу через выходное отверстие, а при дальнейшем движении лопатки, через второе выходное отверстие.

Работа двигателя по второму варианту: на 1 оборот рабочего вала два такта сжигания ТВС в КС по 180 градусов поворота рабочего вала. С использованием изобретения RU 2491431 «Способ работы роторного двигателя внутреннего сгорания», наиболее предпочтительна.

При работе двигателя поворачивается рабочий вал вместе с роторами секций и находящимися в них лопатками. Лопатка входной секции начинает сжимать ТВС, всасываемую через впускное отверстие. Ее давление повышается и под его действием открывается впускной клапан и ТВС загоняется в КС, где происходит ее воспламенение разрядом свечи зажигания. КС, в этот момент заперта всеми тремя клапанами, а ее температура порядка 2000 гр. С, поэтому смесь сгорает взрывоподобно. В этот момент в рабочей секции происходит впрыск порции воды в рабочую секцию через форсунку, за рабочую лопатку, где давление невелико или есть разрежение. В КС поджигается ТВС и давление в КС резко поднимается, впускной клапан закрывается и открывается выпускной клапан. Рабочие газы выстреливаются в рабочую секцию и приводят во вращение ротор рабочей секции с рабочим валом. На подходе второй лопатки входной секции к КС открывается стравливающий клапан, и избыточное давление в рабочей секции закрывает выпускной клапан, а остаточное давление из КС стравливается в атмосферу, ТВС со второй лопатки загоняется в освободившуюся КС, а стравливающий «лапан закрывается. В этот момент в рабочую секцию поступает очередная порция воды, в КС поджигается ТВС, поступившая в КС со второй лопатки входной секции и процесс повторяется, т.е. в рабочую секцию поступает давление из КС, испаряется поступившая вода, еще больше увеличивается давление парогазовой смеси и вращает рабочий вал. Отработавшие газы и пар из рабочей секции выбрасываются в атмосферу через выходные отверстия.

Таким образом, отдельная «горячая» КС способствует быстрому и полному сгоранию ТВС, а роторная конструкция данного ДВС приводит к его конструктивному упрощению, позволяет ввести в рабочий цикл паровую фазу, увеличить максимальные обороты и мощность двигателя, улучшить экономичность и экологичность. Кроме этого, такой ДВС будет иметь высокий крутящий момент из-за относительного большого плеча действия силы давления рабочего тела, при малых габаритах и большой диапазон рабочих оборотов за счет уменьшения оборотов холостого хода и увеличения максимально допустимых оборотов. .

Главная особенность изобретения — конструктивные особенности и расположение отдельной, запирающейся на время горения рабочей смеси, не имеющей сопряженных вращающихся деталей, камеры сгорания в отдельной секции, в которой ее можно выполнить из любого материала, любой формы для обеспечения возможности детонационного сгорания сильно обедненной ТВС.

Роторный двигатель

История появления роторных двигателей

Первое упоминание роторного двигателя датируется 1919 годом. На тот момент изобретателю Феликсу Ванкелю было всего 17 лет. С одной стороны, сложно предположить, что юный Феликс смог изобрести роторный двигатель в таком возрасте, с другой – к примеру, Вольфганг Моцарт, который писал гениальные симфонии в еще более раннем возрасте.

В биографии Ванкеля были и учеба в университете, и принудительные работы в компаниях BMW и Daimler, и даже тюремное заключение.

После освобождения из под стражи Феликс Ванкель устроился на работу в мотоциклетную компанию, где его разработками заинтересовался один из инженеров этой компании Вальтер Фройде. Работа в тандеме ускорила темпы исследований, и в 1957 году заработал первый роторный двигатель Ванкеля и Фройде.

Впоследствии конструкция двигателя была пересмотрена и претерпела ряд изменений. Только в 1958 году свет увидел окончательный вариант роторного двигателя, который используется и в наши дни.

Устройство и принцип работы роторного двигателя

Роторный двигатель является двигателем внутреннего сгорания. Даже количество тактов у него не отличается от классического 4-х тактного поршневого ДВС. Его принципиальное отличие в том, что роль поршня играет ротор.

— он участвует в образовании камер внутреннего сгорания;

— при его помощи осуществляется впуск и выпуск газов;

— приводит в действие главный вал;

Роторный двигатель имеет такой же цилиндр, как и двигатель поршневой. Отличается цилиндр формой, а называется — статор. Ротор является главным движущим элементом, его вращение внутри статора осуществляется за счет шестерней. Имеются, аналогичные поршневому ДВС, впускной и выпускной клапаны, а воспламенение происходит с помощью свечи. Рассмотрим все 4 такта вращения ротора:

— Впуск топлива. Положение, которое занимает ротор, позволяет создать отдельную камеру и заполнить ее топливом.

— Сжатие. Происходит поворот ротора за счет давления топливной смеси.

— Рабочий ход. На данном этапе происходит еще один поворот и воспламенение. Выделяется большое количество энергии и возрастает давление, что приводит к следующему повороту ротора.

— Выхлоп. Завершающий этап цикла, при котором продукты сгорания выводятся через выпускной клапан.

Достоинства и недостатки роторных двигателей

В 50-ые годы прошлого столетия роторный двигатель казался новым этапом в развитии автомобилестроения. На первый взгляд двигатель имел одни преимущества: низкий уровень вибраций и отсутствие газораспределительной системы (ротор сам открывает и закрывает клапаны, что значительно упрощает конструкцию). Однако позднее были выявлены и существенные недостатки этого типа двигателя, которые и не позволили ему получить широкое применение.

Основной недостаток – вытянутая форма статора. Благодаря этому площадь рабочей поверхности больше чем у поршневого ДВС, и это приводит к значительным потерям энергии. Кроме того, отсутствие распределительной системы осложняет процесс смешивания горючего, что увеличивает расход топлива. Экологические показатели роторных двигателей также оставляют желать лучшего. 

Следующий недостаток – высокие температуры при работе двигателя. В роторном ДВС все процессы осуществляются в одной камере сгорания, и такая особенность не позволяет охлаждать двигатель чаще, чем один раз в 4 такта. Учащенное охлаждение приведет к потере энергии, ведь все процессы осуществляются в одной камере – статоре.  Единственный выход из этой ситуации – это использование более стойкого к температурам материала, что в разы увеличивает затраты на производство.

Вышеперечисленные недостатки не позволяют использовать в качестве топлива дизель  — нагрузки слишком высокие. 

Роторные двигатели на автомобилях различных марок

Несмотря на недостатки, ведущие авто — концерны пытались наладить серийное производство автомобилей с роторными двигателями.

Первые шаги сделали Mercedes-Benz. На основе роторного ДВС был собран опытный образец гоночного автомобиля, который мог похвастаться мощностью в 280 л.с. и разгоном до сотни за 5 секунд. Для 1969 года – невероятные показатели.

Ровно через год компания Chevrolet получила лицензию на использование роторного двигателя. Результатом стал новый Corvette XP-987GT. Старт был очень уверенным, и модель пережила несколько модернизаций, но в результате производство закрыли из-за чрезмерных денежных затрат.

Благодаря СМИ новость о разработке немецкого инженера распространялась быстро и вскоре французская фирма Citroen заинтересовалась автомобильным ноу-хау. Начало серийное производства роторных Citroen GS Birotor (название означает 2 секции двигателя по 498 см³) затянулось на 7 лет. На рынок машины так и не попали – дело закончилось оно полной ликвидацией производства. За это время успели выпустить порядка 200 автомобилей, которые невероятным образом потерялись. Возможно, кто-нибудь из коллекционеров по сей день хвастается друзьям своей жемчужиной.

Отличились как всегда СССР. Наши соотечественники нашли применение роторным движкам в среде служебных автомобилей. «Волги» для ГАИ использовали главное преимущество ротора  – высокие скоростные и динамические показатели. 

Пожалуй, самый знаменитый серийный автомобиль на основе роторного ДВС – Mazda RX-8.

На этом история роторного двигателя не заканчивается. В своем первоначальном виде он не прижился, но послужил хорошей платформой для новых разработок. Российские инженеры сделали шаг вперед и разработали 3- и 5-тактные роторные двигатели, а концерн АвтоВАЗ уже давно заявил о своем намерении разработать принципиально новый ДВС на основе роторного.

Вот что о нем нужно знать

Что такое роторный двигатель Mazda, как он работает и зачем его возрождают

Вращающиеся треугольники Рёло от Мазда возвращаются в массы, но явно под другим соусом…

 

Еще в марте Мартин тен Бринк, вице-президент «Mazda Motor Europe» по продажам и обслуживанию клиентов активировал энтузиастов по всему миру одним лишь своим заявлением, что роторный двигатель Ванкеля вернется в производство.

 

В частности, тен Бринк заявил, что роторный ДВС может стать элементом для расширения диапазона движения электрического автомобиля 2019 модельного года, но на тот момент это был просто слух. 

«Mazda не анонсировала никаких конкретных продуктов с роторным двигателем в то время. Однако Mazda по-прежнему привержена работе над технологиями роторных двигателей», –рассуждали на тему комментария вице-президента Мазда в Mazda Motor of America.

 

Смотрите также: Один из немногих мотоциклов с роторным двигателем: История

 

Итак, что же такого особенного в этом легендарном двигателе, который так взволновал всех своим возвращением? И почему на этот раз все может быть по-другому?

 

Как он работает

Элементы системы двигателя

Нажать для увеличения

 

Роторный двигатель внутреннего сгорания по форме напоминает бочку. На нем и в нем вы не найдете многих компонентов, к которым привыкли в стандартном поршневом моторе. Во-первых, в нем нет поршней, ходящих вверх и вниз. Вместо них полезную работу совершает необычной формы треугольный поршень с округлыми краями (треугольник Рёло). Их количество может варьироваться от одного до трех в одном двигателе, но чаще всего используется схема с двумя поршнями, вращающимися вокруг вала посредством эксцентриковой полой центральной части.  

 

Топливо и воздух нагнетаются в пространство между сторонами роторов и внутренними стенками короба, где смесь воспламеняется.

Быстрое, взрывное расширение газов поворачивает ротор, который таким образом производит мощность. Роторы выполняют ту же задачу, что и поршни в поршневом двигателе, но с гораздо меньшим количеством движущихся частей, что делает роторный двигатель более легким и компактным, чем поршневой двигатель эквивалентного объема.

 

Учитывая, что карбюратор/впуск находится в левой нижней части изображения, источник зажигания – справа, а выхлоп – справа вверху, можно составить визуальную схему, показывающую процесс работы 

ДВС, начиная с впуска топливо-воздушной смеси:

Затем ротор проворачивает эксцентриковый вал и повышает давление в камере сгорания:

Источник зажигания (или две свечи, как в случае с многими двигателями Ванкеля) начинает процесс возгорания:

Это сгорание топлива и воздуха закручивает ротор во время рабочего такта:

И наконец, двигатель выплевывает газы и остатки несгоревшего топлива наружу:

 

Мало кто знает, но роторный мотор был изначально придуман почти 100 лет назад, а не в 50-е годы XX века. Первоначально принцип работы мотора был проработан Феликсом Ванкелем, немецким инженером, который придумал свой принцип действия двигателя внутреннего сгорания.

 

Преимущество №1: Роторный двигатель легче и компактней обычного поршневого мотора

 

Война, поднявшая одних инженеров, например Фердинанда Порше, другим не дала никакой возможности развиться. Не нужны были в опасные времена мирные двигатели Ванкеля, поэтому изобретателю пришлось ждать аж до 1951 года, когда он получил приглашение от автопроизводителя NSU для разработки прототипа. Немецкая компания решила с помощью хитрости выяснить, так ли хорош оригинальный двигатель, параллельно дав возможность продемонстрировать силы другому инженеру – Ханнсу Дитеру Пашке.

 

Сложная конструкция Ванкеля фактически проиграла простому прототипу, разработанному инженером Ханнсом Дитером Пашке, который всего-навсего убрал из оригинальной конструкции все лишнее, сделав ее производство экономически выгодным.

 

Так в Германии был изобретен и опробован новый двигатель Mazda, который на протяжении долгих десятилетий был одним из немногих роторно-поршневых серийных моторов и единственным в 21-м веке.

 

Современный двигатель Ванкеля не совсем двигатель Ванкеля.

 

Да, основа роторного двигателя от Ванкеля стала самой успешной конструкцией данного двигателя в мире и единственной, которая смогла сложными путями дойти до серийного производства.

 

Еще в начале 60-х годов у NSU и Mazda проводился дружеский совместный конкурс на производство и продажу первого автомобиля с двигателем типа Ванкеля, когда они работали над сырым продуктом, пытаясь создать из него качественный товар.

 

NSU стал первым на рынке в 1964 году. Но немецкой компании не повезло: она разрушила свою репутацию в течение следующего десятилетия ненадлежащим качеством продукции. Частые отказы двигателя снова и снова посылали владельцев к дилеру и в магазин за запчастями. Вскоре нередко можно было обнаружить модели NSU Spider или Ro 80, в которых было поменяно три и более роторных двигателей Ванкеля.

 

Проблема заключалась в уплотнениях вершины ротора – тонких полосках металла между наконечниками вращающихся роторов и корпусами роторов. NSU сделал их из трех слоев, что вызывало неравномерный износ. Это была бомба замедленного действия не только для автомобилей фирмы, но и самого автопроизводителя. Мазда решила проблему уплотнения (крайне важного элемента мотора, без которого он просто не был способен работать из-за отсутствия давления), сделав их однослойными. Силовой агрегат начали устанавливать в 1967 году на спортивные люксовые модели Cosmo…

 

В начале 70-х годов Mazda представила целую линейку автомобилей с двигателем Ванкеля – мечта, которая была разбита нефтяным кризисом 1973 года.

Пришлось поубавить аппетит и оставить мотор там, где в нем больше всего нуждались – в легком спортивном купе Mazda RX-7. С 1978 по 2002 год было выпущено более 800 тыс. этих легендарных спорткаров с необычным двигателем, у которого больше не было аналогов.

 

Из Германии в Японию, из Японии в СССР – вот путь двигателя, разработанного в 20-х годах XX века Ванкелем

 

Любим и ненавидим

Фанаты техники любят роторные двигатели потому, что они другие. Многие автолюбители, хорошо разбиравшиеся в технике, питали определенную слабость к такому странному двигателю, работающему на обычном топливе, но при этом не выглядевшему как стандартный набор поршней, клапанов и других неотъемлемых элементов обычного поршневого мотора.

 

В зависимости от специфики мотора ротор линейно поставляет мощность до 7.000-8.000 об/мин – бесперебойно, практически на одном уровне крутящего момента. Эта ровная полка момента как раз и отличает его от подавляющего большинства поршневых ДВС, в которых наблюдается много мощности на высоких оборотах и ее нехватка при низких.

 

Автопроизводителям также понравился роторный двигатель благодаря плавности его работы. Роторы, вращаясь вокруг центральной оси, не создают никакой вибрации по сравнению с поршневыми двигателями, у которых верхняя и нижняя точки хождения поршня отчетливо прослеживаются даже внутри салона автомобиля.

 

Но необычный двигатель – это словно необъезженная лошадь, своенравное животное, поэтому в противовес обожателям идеи Ванкеля концепция также внушает свою долю ненависти в среде автомобильных фанатов и механиков. И, казалось бы, почему?

 

Ведь у двигателя простой дизайн: отсутствует ремень ГРМ, отсутствует распределительный вал, нет привычной системы клапанов. Но за простоту приходится платить большой точностью производства деталей. Они должны быть сделаны безукоризненно, что поднимает их стоимость в разы, по сравнению с запчастями для обычных поршневых двигателей. Второе – этих запчастей мало в природе. И в-третьих, в мире почти нет специалистов, которые занимались бы починкой роторных моторов. В Москве, говорят, есть пара, но очередь к ним – на год вперед.

 

Из минусов еще можно назвать своеобразную работу роторного силового агрегата. Конструкция подразумевает сгорание масла в цилиндрах мотора, куда нагнетаются небольшие количества моторного масла прямо в камеры сгорания. Делается это для того, чтобы смазывать прилегающие площади роторов, вращающихся на бешеной скорости. Сизоватый дым, иногда выходящий из выхлопной трубы, – это признак беды, он отпугивает незнающих людей от моделей вроде RX-7 или 8.

 

Роторные моторы также предпочитают минеральные масла синтетическим, а их дизайн означает, что вы должны время от времени подливать масло в этот ненасытный агрегат, чтобы оно не закончилось.

 

Ну и наконец, те уплотнения вершины ротора, которые не удалось сделать NSU, все же недостаточно долговечны. Раз в 130-160 тыс. км мотору требуется капитальная переборка. А это удовольствие, как вы уже понимаете, дорогое. Да и что такое 130.000 км? Пять-шесть лет эксплуатации? Маловато будет!

 

Современные водители также наиболее чувствительны к другим недостаткам роторных движков: высоким выбросам вредных веществ в атмосферу (этим, скорей, обеспокоены в Greenpeace) и экономии топлива из-за тенденции двигателя не полностью сжигать топливно-воздушную смесь перед отправкой ее восвояси (здесь, конечно, удар наносится по карману автовладельца). Да, роторные двигатели имеют отменный «аппетит».

 

Для RX-8 Mazda частично решила эти проблемы, разместив выпускные отверстия по бокам камер сгорания. Но сейчас борьба за экологию обострилась и предложенных улучшений оказалось недостаточно. Это явилось еще одной причиной, по которой RX-8 стал последним автомобилем с двигателем Ванкеля под капотом. Он продавался 10 лет, с 2002 по 2012 год, но его убила экология.

 

Время для повторного возвращения

Вернемся к слухам Mazda о том, что компания может использовать какой-то роторный двигатель в качестве «расширителя» диапазона для своего будущего электрического автомобиля. Эта штука имела бы смысл.

 

Еще в 2012 году Mazda арендовала в Японии 100 электромобилей Demio EV, они были хороши, но напрягал небольшой диапазон без подзарядки – менее 200 км.

 

Изучив дело, в 2013 году Mazda создала прототип, который получил небольшой роторный моторчик, тот самый «расширитель» диапазона, который почти удвоил этот диапазон. Модель назвали «Mazda2 RE Range Extender».

 

Колеса прототипа приводились в движение с помощью электрического двигателя, а 0,33-литровый 38-сильный роторный моторчик работал для того, чтобы перезаряжать батареи электрического двигателя, если они разряжались и поблизости не было места для перезарядки.

 

Поскольку роторный двигатель не мог отправлять мощность на колеса, Mazda2 RE не был гибридом, как Volt или Prius. Силовой агрегат Ванкеля, скорее, был бортовым генератором, который добавлял энергии аккумуляторам.

 

Смотрите также: Mazda официально подтвердила возвращение роторных двигателей в 2019 году

 

Такая же компактность и легкий вес, которые сделали ротор Ванкеля отличным двигателем для спортивного автомобиля, такого как RX-7, также делают его идеальным в новом качестве – расширяющего диапазон генератора на автомобиле, особенно том, который уже имеет электродвигатели и батареи, конкурирующие за пространство, и не может позволить себе много «лишнего» веса.

 

Роторные двигатели Мазда сделали себе репутацию в основном как моторы для спортивного автомобиля. В былые времена слухи об уникальных возможностях такого рода силовых агрегатов преодолели даже железный занавес СССР, где уже наши инженеры вносили и успешно интегрировали диковинные моторы в отечественные автомобили.

 

Наверное, будет не совсем правильно делать из такого легендарного двигателя всего лишь генератор для электромобиля. Но такова сегодняшняя реальность: время роторных моторов прошло, и его не получится вернуть обратно.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя ванкеля, история создания и развития

Роторно — поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)

Роторно-поршневой двигатель или двигатель Ванкеля представляет собой мотор, где главным рабочим элементом осуществляются планетарные круговые движения. Это принципиально другой вид двигателя, отличный от поршневых собратьев в семействе ДВС.

В конструкции такого агрегата используется ротор (поршень) с тремя гранями, внешне образующим треугольник Рело, осуществляющий круговые движения в цилиндре особого профиля.

Чаще всего поверхность цилиндра исполнена по эпитрохоиде (плоской кривой, полученной точкой, которая жестко связана с окружностью, осуществляющей движение по внешней стороне другой окружности).

На практике можно встретить цилиндр и ротор иных форм.

Составные элементы и принцип работы

Устройство двигателя типа РПД предельно проста и компактна. На ось агрегата устанавливается ротор, который крепко соединяется с шестерней. Последняя сцепляется со статором. Ротор, имеющий три грани, двигается по эпитрохоидальной цилиндрической плоскости. В результате чего сменяющиеся объемы рабочих камер цилиндра отсекаются с помощью трех клапанов.

Уплотнительные пластины (торцевого и радиального типа) прижимаются к цилиндру под действием газа и за счет действия центростремительных сил и ленточных пружин. Получаются 3 изолированные камеры разные по объемным размерам.

Здесь осуществляются процессы сжимания поступившей смеси горючего и воздуха, расширения газов, оказывающих давление на рабочую поверхность ротора и очищающих камеру сгорания от газов. На эксцентриковую ось передается круговое движение ротора. Сама ось находится на подшипниках и передает момент вращения на механизмы трансмиссии.

Обратите внимание

В этих моторах осуществляется одновременная работа двух механических пар. Одна, которая состоит из шестерен, регулирует движение самого ротора. Другая — преобразует вращающиеся движение поршня во вращающиеся движения эксцентриковой оси.

Детали Роторно-поршневого двигателя

   Принцип работы двигателя Ванкеля

На примере двигателей, установленных на автомобилях ВАЗ, можно назвать следующие технические характеристики:
— 1,308 см3 – рабочий объем камеры РПД;
— 103 кВт/6000 мин-1 – номинальная мощность;
— 130 кг масса двигателя;

— 125000 км – ресурс двигателя до первого полного его ремонта.

Смесеобразование

В теории в РПД применяют несколько разновидностей смесеобразования: внешнее и внутреннее, на основе жидких, твердых, газообразных видов топлива.

Касательно твердых видов топлива стоит отметить, что их первоначально газифицируют в газогенераторах, так как они приводят к повышенному золообразованию в цилиндрах. Поэтому большее распространение на практике получили газообразные и жидкие топлива.

Сам механизм образования смеси в двигателях Ванкеля будет зависеть от вида применяемого топлива.

При использовании газообразного топлива его смешение с воздухом происходит в специальном отсеке на входе в двигатель. Горючая смесь в цилиндры поступает в готовом виде.

Из жидкого топлива смесь приготавливается следующим образом:

Воздух смешивается с жидким топливом перед поступлением в цилиндры, куда поступает горючая смесь.

В цилиндры двигателя жидкое топливо и воздух поступают по отдельности, и уже внутри цилиндра происходит их смешивание. Рабочая смесь получается при соприкосновении их с остаточными газами.

Соответственно, топливно-воздушная смесь может готовиться вне цилиндров или внутри их. От этого идет разделение двигателей с внутренним или внешним образованием смеси.

Особенности РПД

Преимущества

Преимущества двигателей роторно-поршневого типа по сравнению со стандартными бензиновыми двигателями:

— Низкие показатели уровня вибрации.
В моторах типа РПД отсутствует преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, что позволяет агрегату выдержать высокие обороты с меньшими вибрациями.

— Хорошие динамические характеристики.
Благодаря своему устройству такой мотор, установленный в машине, позволяет ее разогнать выше 100 км/ч на высоких оборотах без избыточной нагрузки.

— Хорошие показатели удельной мощности при малой массе.
Из-за отсутствия в конструкции двигателя коленчатого вала и шатунов достигается небольшая масса движущихся частей в РПД.

— В двигателях такого типа практически отсутствует система смазки.
Непосредственно в топливо добавляется масло. Топливно-воздушная смесь сама осуществляет смазывание пар трения.

— Мотор роторно-поршневого типа имеет небольшие габаритные размеры.

Установленный роторно-поршневой мотор позволяет максимально использовать полезное пространство моторного отсека автомобиля, равномерно распределить нагрузку на оси автомашины и лучше рассчитать расположение элементов коробки передач и узлов. Например, четырехтактный двигатель такой же мощности будет в два раза больше роторного двигателя.

Недостатки двигателя Ванкеля

— Качество моторного масла.
При эксплуатации такого типа двигателей необходимо уделять должное внимание к качественному составу масла, применяемого в двигателях Ванкеля.

Ротор и находящаяся внутри камера двигателя имеют большую площадь соприкосновения, соответственно, износ двигателя происходит быстрее, а также такой двигатель постоянно перегревается. Нерегулярная смена масла наносит огромный урон двигателю.

Износ мотора возрастает в разы из-за наличия абразивных частиц в отработанном масле.

— Качество свечей зажигания.
Эксплуатантам таких двигателей приходится быть особо требовательным к качественному составу свечей. В камере сгорания из-за ее небольшого объема, протяженной формы и высокой температуры затруднен процесс зажигания смеси. Следствием является повышенная рабочая температура и периодическая детонация камеры сгорания.

— Материалы уплотнительных элементов.
Существенной недоработкой мотора типа РПД можно назвать ненадежную организацию уплотнений промежутков между камерой, где сгорает топливо, и ротором. Устройство ротора такого мотора достаточно сложное, поэтому уплотнения требуются и по граням ротора, и по боковой поверхности, имеющей соприкосновение с крышками двигателя.

Поверхности, которые подвергаются трению, необходимо постоянно смазывать, что выливается в повышенный расход масла. Практика показывает, что мотор типа РПД может потребить от 400 гр до 1 кг масла на каждые 1000 км.

Важно

Снижаются экологичные показатели работы двигателя, так как горючее сгорает вместе с маслом, в результате в окружающую среду выбрасывается большое количество вредных веществ.

Из-за своих недоработок такие моторы не получили широкого распространения в автомобилестроении и в изготовлении мотоциклов. Но на базе РПД изготавливаются компрессоры и насосы.

Авиамоделисты часто используют такие двигатели для конструирования своих моделей. Из-за невысоких требований к экономичности и надежности конструкторы не применяют сложную систему уплотнений в таких моторах, что значительно снижает его себестоимость.

Простота его конструкции позволяет без проблем встроить в авиамодель.

Кпд роторно-поршневой конструкции

Не смотря на ряд недоработок, проведенные исследования показали, что общий КПД двигателя Ванкеля довольно-таки высокий по современным меркам. Его значение составляет 40 – 45%.

Для сравнения, у поршневых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет 25%, у современных турбодизелей – около 40%. Самый высокий КПД у поршневых дизельных двигателей составляет 50%.

До настоящего времени ученые продолжают работу по изысканию резервов для повышения КПД двигателей.

Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:

Топливная эффективность (показатель, характеризующий рациональное использование горючего в моторе).

Исследования в этой области показывают, что только 75% горючего сгорает в полном объеме. Есть мнение, что данная проблема решается путем разделения процессов сгорания и расширения газов.

Необходимо предусмотреть обустройство специальных камер при оптимальных условиях.

Горение должно происходить в замкнутом объеме, при условии нарастания температурных показателей и давления, расширительный процесс должен происходить при невысоких показателях температур.

КПД механический (характеризует работу, результатом которой стало образование переданного потребителю крутящего момента главной оси).

Порядка 10% работы мотора расходуется на приведение в движение вспомогательных узлов и механизмов. Исправить данную недоработку можно путем внесения изменений в устройство двигателя: когда главный движущийся рабочий элемент не прикасается к неподвижному корпусу. Постоянное плечо крутящего момента должно присутствовать на всем пути следования основного рабочего элемента.

Термическая эффективность (показатель, отражающий количество тепловой энергии, образованной от сжигания горючего, преобразующейся в полезную работу).

На практике 65% полученной тепловой энергии улетучивается с отработанными газами во внешнюю среду.

Ряд исследований показал, что можно добиться повышения показателей термической эффективности в том случае, когда конструкция мотора позволяла бы осуществлять сгорание горючего в теплоизолированной камере, чтобы с самого начала достигались максимальные показатели температуры, а в конце эта температура понижалась до минимальных значений путем включения паровой фазы.

Современное состояние роторно-поршневого двигателя

На пути массового применения двигателя встали значительные технические трудности:
— отработка качественного рабочего процесса в камере неблагоприятной формы;
— обеспечение герметичности уплотнения рабочих объемов;
— проектировка и создания конструкции корпусных деталей, которые надежно прослужат весь жизненный цикл работы двигателя без коробления при неравномерном нагрева этих деталей.

В результате огромной проделанной научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы этим фирмам удалось решить почти все наиболее сложные технические задачи на пути создания РПД и выйти на этап их промышленного производства.

Первый массовый автомобиль NSU Spider с РПД начала выпускать фирма NSU Motorenwerke.

Вследствие частых переборок двигателей из-за выше сказанных технических проблем на раннем этапе развития конструкции двигателя Ванкеля, взятые NSU гарантийные обязательства привели ее к финансовому краху и банкротству и последовавшему слиянию с Audi в 1969 году.

Между 1964 и 1967 годом произведено 2375 автомобилей. В 1967 году Spider был снят с производства и заменён на NSU Ro80 с роторным двигателем второго поколения; за десять лет производства Ro80 выпущено 37398 машин.

Наиболее успешно с данными проблемами справились инженеры фирмы Mazda. Она и остается единственным массовым производителем машин с роторно-поршневыми двигателями. Доработанный мотор серийно начался ставить на автомобиль Mazda RX-7 с 1978 года. С 2003 преемственность приняла модель Mazda RX-8, она и является на данный момент массовой и единственной версией автомобиля с двигателем Ванкеля.

Российские РПД

Первое упоминание о роторном двигателе в Советском Союзе относится к 60-м годам. Исследовательские работы по роторно-поршневым двигателям начались в 1961 году, соответствующим постановлением Минавтопрома и Минсельхозмаша СССР. Промышленное же изучение с дальнейшем выводом на производство данной конструкции началось в 1974 году на ВАЗе.

специально для этого было создано Специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей (СКБ РПД). Поскольку лицензию купить не было возможности, был разобран и скопирован серийный «ванкель» от NSU Ro80. На этой основе разработали и собрали двигатель Ваз-311, а произошло это знаменательное событие в 1976 году.

На ВАЗе разрабатывали целую линейку РПД от 40 до 200 сильных двигателей. Доработка конструкции тянулась почти шесть лет. Удалось решить целый ряд технических проблем связанные с работоспособностью газовых и маслосъемных уплотнений, подшипников, отладить эффективный рабочий процесс в камере неблагоприятной формы.

Совет

Свой первый серийный автомобиль ВАЗ с роторным двигателем под капотом представил публике в 1982 году, это был Ваз-21018. Машина внешне и конструктивно была как и все модели данной линейки, за одним исключением, а именно, под капотом стоял односекционный роторный двигатель мощностью 70 л.с.

Длительность разработки не помешала случиться конфузу: на всех 50 опытных машинах при эксплуатации возникли поломки мотора, заставившие завод установить на его место обычный поршневой.

Ваз 21018 с Роторно-поршневым двигателем

Установив, что причиной неполадок являлись вибрации механизмов и ненадёжность уплотнений, конструкторы предприняли спасти проект. Уже в 83-ем появились двухсекционные Ваз-411 и Ваз-413 (мощностью, соответственно, 120 и 140 л.с.).

Несмотря на низкую экономичность и малый ресурс, сфера применения роторного двигателя всё-таки нашлась – ГАИ, КГБ и МВД требовались мощные и незаметные машины. Оснащённые роторными двигателями «Жигули» и «Волги» легко догоняли иномарки.

С 80-ых годов 20 века СКБ был увлечён новой темой – применение роторных двигателей в смежной отрасли — авиационной. Отход от основной отрасли применения РПД привело к тому, что для переднеприводных машин роторный двигатель Ваз-414 создаётся лишь к 1992 году, да ещё три года доводится.

В 1995 году Ваз-415 был представлен к сертификации. В отличие от предшественников он универсален, и может устанавливаться под капотом как заднеприводных («классика» и ГАЗ), так и переднеприводных машин (ВАЗ, Москвич). Двухсекционный «Ванкель» имеет рабочий объём 1308 см3 и развивает мощность 135 л.с. при 6000об/мин.

«Девяносто девятую» он ускоряет до сотни за 9 секунд.

Роторно-поршневой двигатель ВАЗ-414

На данный момент проект по разработке и внедрения отечественного РПД заморожен.

Ниже представлено видео устройства и работы двигателя Ванкеля.

Роторный двигатель: принцип работы. Плюсы и минусы роторного двигателя.

Схема роторный двигатель

ГлавнаяСхемаСхема роторный двигатель

принцип работы. Плюсы и минусы роторного двигателя :: SYL.ru

С изобретением двигателя внутреннего сгорания прогресс в развитии автомобилестроения шагнул далеко вперед.

Несмотря на то, что общее устройство ДВС оставалось одинаковым, данные агрегаты постоянно усовершенствовались. Наряду с этими моторами появлялись более прогрессивные агрегаты роторного типа.

Но почему они так и не получили широкого распространения в автомобильном мире? Ответ на этот вопрос мы рассмотрим в статье.

История возникновения агрегата

Двигатель роторного типа был сконструирован и испытан разработчиками Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде в 1957 году. Первый автомобиль, на который был установлен данный агрегат, – спорткар NSU «Спайдер».

Исследования показали, что при мощности мотора в 57 лошадиных сил данная машина имела возможность разогнаться до колоссальных 150 километров в час.

Производство автомобилей «Спайдер» в комплектации с 57-сильным роторным двигателем длилось около 3-х лет.

После этого данным типом двигателей стали оснащать автомобиль NSU Ro-80. Впоследствии роторные моторы устанавливались на «Ситроены», «Мерседесы», ВАЗы и «Шевроле».

Одним из самых распространенных автомобилей с роторным двигателем является японский спорткар «Мазда» модели Cosmo Sport. Также японцы стали оснащать данным мотором модель RX. Принцип работы роторного двигателя («Мазда» RX) заключался в постоянном вращении ротора с переменой тактов работы. Но об этом немного позже.

В нынешнее время японский автопроизводитель не занимается серийным выпуском машин с роторными двигателями. Последней моделью, на которую ставился такой мотор, стала «Мазда» RX8 модификации Spirit R. Однако в 2012 году производство данной версии автомобиля было прекращено.

Устройство и принцип работы

Какой имеет роторный двигатель принцип функционирования? Данный тип моторов отличается 4-тактным циклом действия, как и на классическом ДВС. Однако принцип работы роторно-поршневого двигателя немного отличается от такового у обычных поршневых.

В чем главная особенность данного мотора? Роторный двигатель Стирлинга имеет в своей конструкции не 2, не 4 и не 8 поршней, а всего один. Называется он ротором. Вращается данный элемент в цилиндре специальной формы.

Ротор насаживается на вал и соединяется с зубчатым колесом. Последнее имеет шестеренчатое сцепление со стартером. Вращение элемента происходит по эпитрохоидальной кривой. То есть лопасти ротора попеременно перекрывают камеру цилиндра.

Обратите внимание

В последней происходит сгорание топлива. Принцип работы роторного двигателя («Мазда» Cosmo Sport в том числе) заключается в том, что за один оборот механизм толкает три лепестка жестких кругов.

В то время как деталь вращается в корпусе, три отсека внутри меняют свой размер. Благодаря изменению размеров в камерах создается определенное давление.

Фазы работы

Как действует роторный двигатель? Принцип работы (gif-изображения и схему РПД вы можете увидеть ниже) данного мотора заключается в следующем. Функционирование двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:

Подачи топлива. Это первая фаза работы двигателя. Она происходит в тот момент, когда вершина ротора находится на уровне отверстия подачи. Когда камера открыта для основного отсека, ее объем приближается к минимуму. Как только ротор вращается мимо нее, в отсек попадает топливно-воздушная смесь. После этого камера снова становится закрытой.

Сжатия. Когда ротор продолжает свое движение, пространство в отсеке уменьшается. Таким образом, происходит сжатие смеси из воздуха и топлива. Как только механизм проходит отсек со свечей зажигания, объем камеры снова уменьшается. В этот момент происходит воспламенение смеси.

Воспламенения. Зачастую роторный двигатель (ВАЗ-21018 в том числе) имеет несколько свечей зажигания. Это обусловлено большой длиной камеры сгорания. Как только свеча воспламеняет горючую смесь, уровень давления внутри увеличивается в десятки раз. Таким образом, ротор снова приводится в действие. Далее давление в камере и количество газов продолжают расти. В этот момент происходит перемещение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет выхлопной отсек.

Выпуска газов. Когда ротор проходит данный отсек, газ под высоким давлением начинает свободно перемещаться в выхлопную трубу. При этом движение механизма не прекращается. Ротор стабильно вращается до тех пор, пока объем камеры сгорания снова не упадет до минимума. К этому времени из мотора выдавится оставшееся количество отработавших газов.

Именно такой имеет роторный двигатель принцип работы. ВАЗ-2108, на который также монтировался РПД, как и японская «Мазда», отличался тихой работой мотора и высокими динамическими характеристиками. Но в серийное производство данная модификация так и не была запущена. Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы.

Недостатки и преимущества

Не зря данный мотор привлек внимание столь многих автопроизводителей. Его особый принцип работы и конструкция имеют целый ряд преимуществ по сравнению с другими типами ДВС.

Итак, какие имеет роторный двигатель плюсы и минусы? Начнем с явных преимуществ. Во-первых, роторный двигатель имеет наиболее сбалансированную конструкцию, а потому практически не вызывает высоких вибраций при работе.

Во-вторых, данный мотор имеет более легкий вес и большую компактность, а потому его установка особо актуальна для производителей спорткаров. Кроме того, небольшой вес агрегата дал возможность конструкторам добиться идеальной развесовки нагрузок по осям.

Таким образом, автомобиль с данным двигателем становился более устойчивым и маневренным на дороге.

Ну и, конечно же, простора конструкции. Несмотря на то же самое количество тактов работы, устройство данного двигателя гораздо проще, чем у поршневого аналога. Для создания роторного мотора требовалось минимальное количество узлов и механизмов.

Однако главный козырь данного двигателя заключается не в массе и низких вибрациях, а в высоком КПД. Благодаря особому принципу работы роторный мотор имел большую мощность и коэффициент полезного действия.

Теперь о недостатках. Их оказалось намного больше, чем преимуществ. Основная причина, по которой производители отказывались покупать такие моторы, заключалась в их высоком расходе топлива. В среднем на сто километров такой агрегат тратил до 20 литров горючего, а это, согласитесь, немалый расход по сегодняшним меркам.

Сложность производства деталей

Кроме того, стоит отметить высокую стоимость производства деталей данного двигателя, которая объяснялась сложностью изготовления ротора.

Для того чтобы данный механизм правильно прошел эпитрохоидальную кривую, нужна высокая геометрическая точность (для цилиндра в том числе).

Поэтому при изготовлении роторных двигателей невозможно обойтись без специализированного дорогостоящего оборудования и особых знаний в технической области. Соответственно, все эти затраты заранее закладываются в цену автомобиля.

Перегревы и высокие нагрузки

Также из-за особой конструкции данный агрегат был часто подвержен перегреву. Вся проблема заключалась в линзовидной форме камеры сгорания. В отличие от нее, классические ДВС имеют сферическую конструкцию камеры.

Топливо, которое сгорает в линзовидном механизме, превращается в тепловую энергию, расходуемую не только на рабочий ход, но и на нагрев самого цилиндра.

В конечном итоге частое «закипание» агрегата приводит к быстрому износу и выходу его из строя.

Ресурс

Не только цилиндр терпит большие нагрузки. Исследования показали, что при работе ротора значительная часть нагрузок ложится на уплотнители, расположенные между форсунками механизмов.

Они подвергаются постоянному перепаду давления, потому максимальный ресурс двигателя составляет не более 100-150 тысяч километров.

После этого мотору требуется капитальный ремонт, стоимость которого порой равносильна покупке нового агрегата.

Расход масла

Также роторный двигатель очень требователен к обслуживанию. Расход масла у него составляет более 500 миллилитров на 1 тысячу километров, что заставляет заливать жидкость каждые 4-5 тыс. километров пробега.

Если вовремя не произвести замену, мотор попросту выйдет из строя. То есть к вопросу обслуживания роторного двигателя нужно подходить более ответственно, иначе малейшая ошибка чревата дорогостоящим ремонтом агрегата.

Разновидности

На данный момент существует пять разновидностей данных типов агрегатов:

Роторные моторы с возвратно-вращательными движениями вала.

С равномерным вращением вала. При этом в его конструкции не используются какие-либо уплотнительные механизмы. Расположение камер сгорания у них спирального типа.

Агрегаты с пульсирующе-вращательным движением, направленным в 1 сторону.

С планетарным вращением вала, без уплотнительных элементов. Яркий пример тому – двигатель Ванкеля.

РПД с равномерной работой рабочих элементов и спиральным типом расположения камер сгорания.

Роторный двигатель (ВАЗ-21018-2108)

История создание ВАЗовских роторных ДВС датируется 1974 годом. Именно тогда было создано первое конструкторское бюро РПД.

Однако первый разработанный нашими инженерами двигатель имел схожую конструкцию с мотором Ванкеля, который укомплектовывался на импортные седаны NSU Ro80. Советский аналог получил название ВАЗ-311.

Это самый первый советский роторный двигатель. Принцип работы на ВАЗовских автомобилях данного мотора имеет одинаковый алгоритм действия РПД Ванкеля.

Важно

Первым автомобилем, на который стали устанавливать данные двигатели, стал ВАЗ модификации 21018. Машина практически ничем не отличалась от своего «предка» – модели 2101 – за исключением используемого ДВС.

Под капотом новинки стоял односекционный РПД мощностью в 70 лошадиных сил.

Однако в результате исследований на всех 50 образцах моделей были обнаружены многочисленные поломки мотора, которые заставили Волжский завод отказаться от применения данного типа ДВС на своих автомобилях на ближайшие несколько лет.

Основная причина неисправностей отечественного РПД заключалась в ненадежных уплотнениях. Однако советские конструкторы решили спасти данный проект, презентовав миру новый 2-секционный роторный двигатель ВАЗ-411. Впоследствии был разработан ДВС марки ВАЗ-413.

Основные их различия заключались в мощности. Первый экземпляр развивал до 120 лошадиных сил, второй – порядка 140. Однако в серию данные агрегаты снова не вошли. Завод принял решение ставить их только на служебные автомобили, использовавшиеся в ГАИ и КГБ.

Моторы для авиации, «восьмерок» и «девяток»

В последующие годы разработчики пытались создать роторный мотор для отечественной малой авиации, однако все попытки оказались безрезультатными.

В итоге конструкторы снова занялись разработкой двигателей для легковых (теперь уже переднеприводных) автомобилей ВАЗ серии 8 и 9.

В отличие от своих предшественников новоразработанные моторы ВАЗ-414 и 415 являлись универсальными и могли использоваться на заднеприводных моделях авто типа «Волга», «Москвич» и так далее.

Характеристики РПД ВАЗ-414

Впервые данный двигатель появился на «девятках» лишь в 1992 году. По сравнению со своими «предками» данный мотор имел следующие преимущества:

• Высокую удельную мощность, которая давала возможность машине набрать «сотню» всего за 8-9 секунд.
• Большой коэффициент полезного действия. С одного литра сгоревшего топлива удавалось получить до 110 лошадиных сил мощности (и это без какой-либо форсировки и дополнительной расточки блока цилиндров).
• Высокий потенциал для форсирования. При правильной настройке можно было увеличить мощность двигателя на несколько десятков лошадиных сил.
• Высокооборотистость мотора. Такой двигатель способен был работать даже при 10 000 об./мин. При таких нагрузках мог функционировать только роторный двигатель. Принцип работы классических ДВС не позволяет их эксплуатировать долго на высоких оборотах.
• Относительно малый расход топлива. Если прежние экземпляры «съедали» на «сотню» порядка 18-20 литров топлива, то данный агрегат потреблял всего 14-15 в среднем режиме эксплуатации.

Сегодняшняя ситуация с РПД на Волжском автозаводе

Все вышеописанные двигатели не получили большой популярности, и вскоре их производство было свернуто. В дальнейшем Волжский автозавод пока не планирует возрождать разработку роторных двигателей. Так что РПД ВАЗ-414 так и останется скомканным клочком бумаги в истории отечественного машиностроения.

Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы и устройство.

www.syl.ru

Принцип работы роторного двигателя, плюсы и минусы системы |

Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми отличается ДВС. Это и отличает агрегат от обычного поршневого двигателя. РПД называют ещё двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и явные достоинства.

Ротор такого двигателя находится в цилиндре. Сам корпус не круглого типа, а овального, чтобы ротор треугольной геометрии нормально в нём помещался. У РПД не бывает коленчатого вала и шатунов, а также отсутствуют в нём другие детали, что делает его конструкцию намного проще. Если говорить другими словами, то примерно около тысячи деталей обычного двигателя внутреннего сгорания в РПД нет.

Работа классического РПД основана на простом движении ротора внутри овального корпуса. В процессе движения ротора по окружности статора создаются свободные полости, в которых и происходят процессы запуска агрегата.

Удивительно, но роторный агрегат представляет собой некий парадокс. В чём он заключается? А в том, что он имеет гениально простую конструкцию, которая почему-то не прижилась. А вот более сложный поршневой вариант стал популярным и повсюду используется.

Как работает двигатель Ванкеля

Паровые машины, как и традиционные ДВС отличаются общим недостатком — возвратно-поступательные движения поршня должны преобразовываться во вращательные движения колес. Это и является причиной низкого КПД, высокого износа основных элементов.

Многие инженеры пытались решить эту проблему, придумав двигатель внутреннего сгорания, все детали которого бы только вращались. Однако изобрести такой агрегат смог механик-самоучка, не окончивший ни высшего, ни даже средне-специального учебного заведения.

Немного истории

В 1957 году малоизвестный механик-изобретатель Феликс Ванкель и ведущий инженер NSU Вальтер Фреде стали первыми, кто решил установить роторно-поршневой мотор на автомобиль. «Подопытным» стал на NSU Prinz.

Первоначальная конструкция была далекой от совершенства. К примеру, свечи приходилось менять практически после полной разборки агрегата.

К тому же, надежность мотора оставалась под сомнением, а про экономичность можно было не упоминать.

После множества испытаний концерн занялся выпуском машин с традиционным ДВС. Однако первый роторно-поршневой DKM-54 мог продемонстрировать великий потенциал.

Именно так оригинальная разновидность ДВС получил свой шанс на внедрение в производство авто. В дальнейшем он постоянно дорабатывался, однако перспективы роторно-поршневого мотора уже тогда были очевидны. РПД входит в классификацию роторных моторов как один из 5 представителей линейки.

К 80-м годам 20 века роторные двигатели Ванкеля исследовались лишь японской компанией Mazda. Еще к этому мотору проявлял внимание ВАЗ. В СССР бензин стоил достаточно дешево, а такой агрегат имел достаточно большую мощность. Однако к 2004 году производство машин с таким двигателем прекратилось. Япония стала единственной страной, в которой продолжается разработка роторного двигателя.

Есть множество разновидностей роторных агрегатов. Единственное их отличие — поверхность корпуса и число выполненных на роторе граней. Различные компоновки таких моторов применяются в авто- и судостроении.

Достоинства

Двигатель Ванкеля с момента создания имел множество выгодных преимуществ перед поршневыми моторами. Агрегат постоянно дорабатывался,что позволило повысить его экономичность и производительность.

Среди преимуществ»Ванкеля» выступают:

Небольшие габариты и вес. «Ванкель» практически в 2 раза меньшепоршневого ДВС, что положительно сказывается на управляемости машины, способствует оптимальному монтажукоробки передач, позволяет сделать салон намного просторнее.

В сравнении с двухтактным мотором, двигатель Ванкеля имеет гораздо меньше деталей. Это более выгодно с точки зрения ремонта.

Вдвое большая мощность, чем у стандартных ДВС.

Большая плавность работы — отсутствие поступательно-возвратных движений благоприятно сказывается на комфорте езды.

Возможность заправки низкооктановым бензином.

Все элементы мотора вращаются в одну сторону. Это улучшает внутренний баланс агрегата и снижает вибрации. «Ванкель» выдает мощность равномерно и плавно. За время пока ротор оборачивается 1 раз, выходной вал совершает 3 оборота. Каждое сгорание осуществляется за 90 фазу вращение ротора.

Это говорит о том, что роторный двигатель с 1 ротором способен выдавать мощностьза ¾ каждого поворота выходного вала. Двигатель с 1 цилиндром может выдавать мощность лишь за ¼ каждого витка выходного вала.

Недостатки

К недостаткам двигателя относятся непривычность для владельцев и механиков. Такой агрегат требует изменить многие привычки.

К примеру, тормозить РПД не получится, а штурм подъемов «внатяг» обречен на неудачу. Компактный мотор обладает малой инерцией, чего не скажешь о массивных поршневых ДВС.

При частыхзапусках-выключениях «забрасываются» свечи.Звук мотора некоторые автолюбители также относят к недостаткам.

Более серьезными являются органические изъяны роторно-поршневого агрегата. Во-первых, он обладает увеличенным расходом горючего. Это легко объяснить неоптимальной формой камеры, теряющей тепло через стенки. К тому же, мотор «съедает» достаточно много масла. Срок эксплуатации Ванкеля ниже, чем у стандартного ДВС —роторные уплотнениярегулярно изнашиваются.

Значительная роль отведена жесткости внешней характеристики роторно-поршневого мотора. Для управления машиной с таким двигателем требуется достаточно часто манипулировать рычагом коробки передач. Это объясняется тем, что необходим короткий передаточный ряд и увеличенное количество передач.

Идеальным вариантом является монтаж вариатора. Однако на спорткарах автоматы не приживаются, а для авто семейного типа требуется больше экономичности.

Совет

Недостатки РПД схожи с недостатками двухтактных поршневых агрегатов. Интересно, что вылечить это можно одними и теми же способами.

Увеличенное потребление топлива сбивается непосредственным впрыском, нехватка эластичности — установкой изменяемых фаз. Это повышает экономичность и управляемость.

Также для повышения эластичности меняется конфигурация трубопроводов. Такие изменения и были выполнены на моторе Mazda RX-8.

Как работает

Работает двигатель Ванкеляпо принципу, который достаточно просто объяснить даже несведущему в механике человеку. Агрегат обладает минимумом деталей, что позволяет быстро понять, какие системы задействуются в определенные промежутки времени.

Поршень двигателя в РПД заменяется ротором с 3 гранями, который передает силу давления сгораемых газов на вал эксцентрика.

Статор обладает эпитрохоидальной конфигурацией внутренних поверхностей. Он отличается высокой износостойкостью, поскольку имеет специальное покрытие.

В вершинах ротора находятсяуплотнения, а на поверхности статораимеются выемки — они являются своеобразными камерами, в которых происходит сгорание. Вал вращается на специальных подшипниках. Они помещены на корпус.

Также валоснащенэксцентриком — на нем и вращается ротор.

Шестерня вмонтирована в корпус. Она сцеплена с шестерней ротора. Взаимное действие этих шестерен создает движение ротора. Это позволяет образовать 3 камеры, которые постоянно изменяют свой объем.

Отношение передач шестерен равно 2:3, что обеспечивает один оборот вала за поворот ротора на 120 градусов. Когда ротор совершает полный оборот,все камерывыполняют четырехтактный цикл. Сгораемые газы действуют на эксцентрик вала через ротор — так возникает крутящий момент.

Между ротором и статором имеется 3 камеры. Впуск происходит, когда одна из вершин ротора начинает пересекать впускное отверстие для впрыска топлива. Объем камеры увеличивается, что заставляет смесь ее заполнить. Следующая вершина закрывает окно. Как и поршень двигателя традиционного исполнения, ротор сдавливает рабочую смесь перед воспламенением.

Обратите внимание

Она сжимается, при наибольшем сжатии в камере возникает искра. В результате осуществляется рабочий ход. После выпускное окно под давлением отработавших газов открывается, и они покидают камеру.

При одном обороте ротора двигатель совершает 3 цикла — это делает ненужным применение уравновешивающих устройств.

В рабочем процессе есть слабые звенья. Первое — повышенная нагрузка на уплотнения, а второе — избыток динамического перекрытия фаз.Не является оптимальной и конфигурация камеры сгорания. Однако есть и положительный момент — если повышать обороты, скорость распространения факела пламени увеличивается быстрее, чем перетекает топливная смесь.

Это позволяет применять для РПД бензин с пониженным октановым числом. Принцип работы Ванкеля достаточно прост, что в свое время привлекло к изобретению внимание многих производителей авто.

Интересные факты

Не каждый автолюбитель знает, что Ванкель является одним из 5 подтипов в классификации роторных моторов.

Компактность, оборотистость, высокая производительность — не этого ли добиваются практически все производители мотоциклов? Однозначно, это так. Однако роторный мотор в мотомире таки не прижился. Все ставки делаются на классические поршневые двигатели.

Однако в истории производства мотоциклов существовало несколько исключений. К примеру, в 1974 году Hercules выпускает массовую серию Wankel, которые оборудованы двигателем KC-27.

Это были роторные агрегаты, которые оснащались воздушным охлаждением. Двигатель имел объем294 куб. см. Мощность агрегатов составляла 25л.с.

Для смазки агрегата, масло нужно было самостоятельно заливать в топливный бак.

В начале1980 роторный мотор использовали для оснащения мотоциклов Norton. Несмотря на то, что опытные прототипы таких двигателей появились еще в 1970-х.Инженеры Norton успешно внедрили РПД в спорт. К концу 80-х им не было равных.

Сегодня компания производит 588-кубовую модельдвумя роторами NRV588. Также инженерами Norton ведется разработка 700сс версии, которая называется NRV700. Она представляет собой мощный спортбайк, оснащенный инжекторным 170-сильным двигателем Ванкеля.

Как видно, эпоха роторных моторов еще не наступила. Поршневые системы так и остались лидирующими в сфере авто- и мотостроения. Обладатели байков с роторными двигателями могут образовать лишь небольшой круг фанатов Ванкеля. Возобновившийся интерес к «Ванкелю» компании Norton говорит о скором подъеме разработок и достижений в этой сфере.

Одной из причин, по которым двигатель не производится для оснащения автомобилей и мотоциклов — необходимость точного оборудования при его производстве. Малейший брак становится причиной выхода мотора из строя. Это пока не позволяет роторному агрегату заменить поршневой двигатель даже в узкихотраслях производства.

Двигатель Ванкеля. Роторно-поршневой двигатель Феликса Ванкеля :

Основные типы двигателей внутреннего сгорания и паровые машины имеют один общий недостаток. Он состоит в том, что возвратно-поступательное перемещение требует преобразования во вращательное движение. Это, в свою очередь, обуславливает низкую производительность, а также достаточно высокую изнашиваемость деталей механизма, включенных в различные типы двигателей.

Довольно много людей задумывались о том, чтобы создать такой мотор, в котором подвижные элементы только вращались. Однако решить эту задачу удалось только одному человеку. Феликс Ванкель – механик-самоучка – стал изобретателем роторно-поршневого двигателя. За свою жизнь этот человек не получил ни какой-либо специальности, ни высшего образования.

Рассмотрим далее подробнее роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Краткая биография изобретателя

Феликс Г. Ванкель родился в 1902 году, 13 августа, в небольшом городке Лар (Германия). В Первую Мировую отец будущего изобретателя погиб. Из-за этого Ванкелю пришлось бросить учебу в гимназии и устроиться помощником продавца в лавке по продаже книг при издательстве. Благодаря этому он пристрастился к чтению.

Феликс изучал технические характеристики двигателей, автомобилестроение, механику самостоятельно. Знания он черпал из книг, которые продавались в лавке. Считается, что реализованная позднее схема двигателя Ванкеля (точнее, идея ее создания) посетила во сне.

Неизвестно, правда это или нет, но точно можно сказать, что изобретатель обладал незаурядными способностями, тягой к механике и своеобразным взглядом на многие вещи.

Первые типы двигателей

Изобретатель, поняв, как можно осуществить все 4 цикла обычного мотора при вращении, приступил к конструированию. В 1924 году Ванкель создал небольшую мастерскую. Она также выполняла роль лаборатории. Именно здесь Феликс Ванкель стал изучать роторно-поршневые системы. В 1936 году модель, собранная изобретателем, заинтересовала компанию “БМВ”.

Ванкель получил деньги, ему была предоставлена собственная лаборатория в Линдау. Там он должен был разрабатывать опытные образцы авиамоторов. Однако до самого конца Второй мировой ни один роторный двигатель Ванкеля не был отправлен в серийное производство.

Вероятно, это было вызвано тем, что доведение конструкции до пригодного к эксплуатации состояния и наладка массового производства требовали достаточно много времени

Послевоенные годы

После разгрома фашизма лаборатория была закрыта, а все оборудование, которое там находилось, было переправлено во Францию. В итоге Ванкель остался без работы.

Этому поспособствовало его бывшее членство в национальной социалистической партии. Но спустя небольшой период времени Феликса пригласили в компанию NSU в качестве инженера-конструктора.

Это предприятие на тот момент считалось старейшим производителем автомобилей и мотоциклов.

Опытный образец

В 1957 году, благодаря поддержке Вальтера Фреде (ведущего инженера в компании NSU), роторно-поршневой двигатель был впервые поставлен на автомобиль. Мотор был установлен на NSU Prinz. Однако первоначальная конструкция была очень далека от совершенства. Она была настолько сложной, что даже для замены свечей нужно было разобрать почти весь мотор.

Кроме этого, конструкция была очень ненадежна, неэкономична и имела очень низкий КПД. Двигатель Ванкеля в связи с этим не пошел в серию. Автомобили отправились на конвейер с традиционным ДВС. Тем не менее роторно-поршневой двигатель доказал не только право на свое существование, но и продемонстрировал впечатляющий для того времени потенциал.

Важно

Перспективы его использования были настолько привлекательны, что инженеров-конструкторов ничего не смогло остановить. Сам изобретатель понимал, что его детище требует усовершенствования, он стремился к тому, чтобы и функционирование, и ремонт двигателя вызывали как можно меньше затруднений.

С этого момента началась активная деятельность по доведению мотора до эксплуатационного совершенства.

Двигатель Ванкеля: конструкция

Что собой представляет мотор? В центре ротора имеется круглое отверстие. Оно изнутри покрыто зубцами, как на шестеренке. В отверстие вставляется вал с меньшим диаметром. На нем также есть зубцы. Они препятствуют проскальзыванию вала.

Отношения диаметров подбираются таким образом, чтобы перемещение вершин треугольников осуществлялось по одной замкнутой кривой. Она именуется “эпитрохоида”. Задача Ванкеля состояла в том, чтобы для начала понять, что работа такого механизма возможна. Затем ему нужно было все точно и верно рассчитать.

В результате поршень, выполненный в форме треугольника Рело, отсекает три камеры переменного положения и объема.

Особенности

Конструктивная характеристика двигателя значительно выигрывает в сравнении с обычными моторами. В частности, герметизация камер обеспечивается за счет торцевых и радиальных уплотнительных пластин.

Они прижимаются к “цилиндру” с помощью ленточных пружин, давления газа и центробежных сил. Особого внимания заслуживает и характеристика двигателя с точки зрения производительности. За весь цикл вал совершает 3 полных оборота.

В обычном поршневом моторе такого результата можно добиться при использовании шести цилиндров.

Внедрение в промышленность

После проведения первой успешной демонстрации в 1957 году двигатель Ванкеля заинтересовал крупнейших автогигантов того времени. Так, первой компанией, выкупившей лицензию, стала Curtiss-Wright.

Спустя год изобретение стали использовать такие известные предприятия, как Mazda, Friedrich Krupp, MAN и Daimler-Benz.

За достаточно непродолжительный период лицензии приобрело порядка ста компаний, в том числе с мировым именем: Ford, BMW, Porsche, Rolls-Royce.

Преимущества

Какие достоинства имеет двигатель Ванкеля? Принцип работы мотора заключается в том, что реализация любого четырехтактного цикла осуществляется без использования механизма газораспределения. Благодаря этому значительно упрощается конструкция мотора.

В обычном 4-тактном поршневом моторе примерно на тысячу элементов больше. Огромный интерес крупнейших автомобильных предприятий был вызван потенциалом конструкции. Несомненными преимуществами является простота производства, несложный ремонт двигателя, компактность и небольшой вес.

Все это способствует улучшению управляемости машины, облегчает расположение трансмиссии. Компактность мотора позволяет создать удобный и довольно просторный салон. Усовершенствованные модели двигателя способны развивать высокую мощность при достаточно экономном расходе топлива.

К примеру, современный мотор при объеме 1300 см3 обладает 220 л. с. Если оснастить двигатель Ванкеля турбокомпрессором, то можно получить мощность до 350 л. с. Еще одним достоинством конструкции является очень низкий уровень вибраций и шумов. Двигатель Ванкеля отличается механической уравновешенностью.

Снижение уровня шумов и вибрации достигается небольшим количеством деталей (их на 40% меньше, чем в традиционных моторах). Стоит также отметить и динамические характеристики мотора. На низкой передаче без особенной нагрузки можно разогнать машину до 100 км/ч при высоких оборотах.

В конструкции мотора отсутствует механизм, преобразовывающий возвратно-поступательное перемещение во вращательное. За счет этого двигатель Ванкеля может выдерживать большие обороты в сравнении с традиционными ДВС.

Завершение эйфории

В 1964-м вышел автомобиль NSU Spyder, а после него была выпущена легендарная модель Ro 80. И в настоящее время в мире достаточно много существует клубов любителей этих машин. Затем с конвейера сошли такие модели, как Corvette XP, Mercedes C-111, Citroen M35.

Однако единственной компанией, которая занялась массовым производством, стала Mazda. С 1967 года она выпускала по 2-3 новых автомобиля с РПД. Двигатель Ванкеля ставили на легкие самолеты, снегоходы, катеры. В 1973 году наступил конец эйфории.

В то время нефтяной кризис был в разгаре. Именно в этот период проявился основной недостаток РПД – неэкономичность. Кроме компании Mazda, все производители свернули программы по выпуску автомобилей с роторными двигателями. Однако только Mazda продолжала выпуск таких машин.

У компании значительно сократились продажи в Америке.

Недостатки РПД: недолговечность и ненадежность

Наряду с достоинствами, роторные двигатели обладали и существенными минусами. В первую очередь, они были очень недолговечными. Так, одна из первых моделей РПД в ходе испытаний выработала весь ресурс за 2 часа. Более успешный прототип смог выдержать 100 часов.

Однако это не обеспечивало нормальной эксплуатации машины. Главная проблема состояла в неравномерности износа внутренней поверхности камеры. В ходе работы на ней образовывались поперечные борозды. Они получили весьма красноречивое название: “метки дьявола”.

Совет

После получения лицензии компания Mazda сформировала специальный отдел, который занимался усовершенствованием мотора. Вскоре выяснилось, что в процессе вращения ротора заглушки, расположенные на его вершинах, начинают вибрировать. Из-за этого и появляются эти борозды.

Сегодня проблема долговечности и надежности решена. Для этого в производстве используется высококачественное покрытие, в том числе и керамическое.

Высокая токсичность выхлопов

Это еще один недостаток РПД. В сравнении с традиционными моторами, двигатель Ванкеля выделяет меньшее количество окислов азота, но во много раз больше углеводородов, что обусловлено неполным сгоранием топлива. Инженеры Mazda достаточно быстро нашли эффективное решение проблемы. Специалисты создали “термальный реактор”.

В нем происходит “дожигание” углеводородов. Mazda R 100 стала первым автомобилем, в котором был применен этот элемент. В 1968 была выпущена еще одна модель с “термальным реактором” – Familia Presto Rotary.

Это авто, одно из немногих, сразу прошло достаточно жесткую экологическую проверку, выдвинутую США в 1970-м для импортируемых ТС.

Экономичность

Это еще одна проблема РПД. Частично она вытекает из описанной выше. Расход топлива в стандартном РПД значительно выше, чем у ДВС. Эта проблема снова была решена специалистами Mazda.

Внедрив комплекс мер, в числе которых переработка карбюратора и термореактора, добавление в выхлопную систему теплообменника, создание нового зажигания и разработка каталитического конвектора, инженеры добились снижения расхода на 40%.

Это позволило выпустить в 1978 году модель RX-7.

Отечественное производство

Кроме компании Mazda, автомобили с РПД выпускал и “АвтоВАЗ”. В 1974-м на заводе было сформировано специальное конструкторское бюро. В Тольятти началось строительство цехов для серийного выпуска РПД.

В связи с тем, что первоначально предполагалось, что ВАЗ будет просто копировать западную технологию, было решено наладить воспроизводство двигателя Mazda.

При этом совершенно не учитывались многолетние наработки отечественных институтов моторостроения.

Достаточно долго велись переговоры между Ванкелем и советскими чиновниками. Некоторые встречи проходили непосредственно в Москве. Денег, однако, было недостаточно, поэтому использовать некоторые технологии так и не удалось. В 1976-м был выпущен первый односекционный мотор ВАЗ-311. Его мощность составила 65 л. с.

В течение последующих пяти лет проводилась доводка конструкции. После этого завод выпустил 50 опытных автомобилей с двигателем Ванкеля. Они мгновенно разошлись среди сотрудников предприятия. Однако вскоре выяснилось, что мотор в машинах только внешне был похож на японский. Конструкция его была крайне ненадежна.

В течение полугода все двигатели были заменены, а штат конструкторского бюро был сокращен.

Однако отечественное производство мотора было спасено спецслужбами. Их не слишком беспокоил ресурс конструкции и расход топлива. Больше их привлекали динамические характеристики двигателя.

Обратите внимание

В короткое время из двух моторов ВАЗ-311 был собран один двухсекционный. Его мощность увеличилась почти вдвое – до 120 л. с. Двигатель стали ставить на специальную единицу – ВАЗ-21019.

Эта модель получила неофициальное наименование “Аркан”.

Перепрофилирование

Спецзаказы вдохнули вторую жизнь в конструкторское бюро. На ВАЗе стали выпускать двигатели для авто- и водного спорта. Машины стали часто завоевывать первые места. Спортивные чиновники, в свою очередь, были вынуждены запретить использование РПД. В 1987 на смену Поспелову (руководителю конструкторского бюро) пришел Шнякин.

Он недолюбливал наземный транспорт, тяготея больше к авиации. С начала его руководства СКБ перепрофилировало свою деятельность на выпуск двигателей для воздушных машин. Это была неверная стратегия, поскольку самолетов в стране выпускается намного меньше, чем автомобилей. Завод же получал прибыль преимущественно с продажи автомоторов.

Следующей ошибкой стала переориентация на маломощные двигатели. Японцы устанавливают РПД на спортивные машины. А ВАЗ выпускал мололитражные модели “Ока”, несмотря на то что динамичные моторы целесообразнее было бы ставить на более быстроходные авто. Так или иначе, на отечественных дорогах оказалось несколько микролитражек “Ока” с РПД.

К 1998 году, наконец, завершилась подготовка гражданского варианта двухцилиндрового 1.3-литрового роторного мотора. Его устанавливали на модели ВАЗ 2107-2109 и 2105.

В заключение

Почему же ведущие производители мира все еще не перешли окончательно на выпуск машин с РПД? Дело в том, что для изготовления таких моторов необходима, в первую очередь, очень точная технология, включающая в себя множество разнообразных нюансов.

Не каждая, даже крупная компания, может пойти по пути Mazda. Кроме того, дело в оборудовании. Для выпуска двигателя Ванкеля необходимы высокоточные станки для вытачивания поверхностей с эпитрохоидой.

Для оборудования, которое используется сегодня на заводах, такая работа вполне выполнима. Сегодня серьезными исследованиями РПД занимается только Mazda. Инженеры компании постоянно совершенствуют конструкцию, решают множество различных проблем.

Важно

Выпускаемые в Японии роторные двигатели соответствуют принятым в мире стандартам по надежности, расходу топлива и экологичности.

Принцип работы роторного двигателя внутреннего сгорания. Как работает двигатель ванкеля

Главное отличие внутреннего устройства и принципа работы роторного двигателя от ДВС заключается в полном отсутствии двигательной активности, при этом удается добиться высоких оборотов работы мотора. У роторного двигателя или иначе двигателя Ванкеля, есть и ряд других преимуществ, их мы и рассмотрим подробнее.

Общий принцип устройства роторного двигателя

РПД облачен в овальный корпус для оптимального размещения ротора, имеющего треугольную форму. Отличительная особенность ротора в отсутствии шатунов и валов, что значительно упрощает конструкцию. По сути, ключевыми деталями РД являются ротор и статор. Основная двигательная функция в таком типе мотора осуществляется за счет движения ротора, расположенного внутри корпуса, имеющего схожесть с овалом.

Принцип действия основан на высокоскоростном движении ротора по окружности, в результате создаются полости для запуска устройства.

Почему роторные двигатели не пользуются спросом?

Парадокс роторного двигателя заключается в том, что при всей простоте конструкции он не столь востребован, как двигатель внутреннего сгорания, имеющий весьма сложные конструктивные особенности и сложности при осуществлении ремонтных работ.

Разумеется, роторный двигатель не лишен недостатков, иначе он бы нашел широкое применение в современном автопроме, а возможно мы бы и не узнали про существование ДВС, ведь роторный был сконструирован значительно раньше. Так зачем же так усложнять конструкцию, попытаемся разобраться.

Явными недочетами роторного мотора можно считать отсутствие надежной герметизации в камере сгорания. Это легко объяснить конструктивными особенностями и условиями работы мотора. В ходе интенсивного трения ротора со стенками цилиндра происходит неравномерный нагрев корпуса и, как следствие, металл корпуса расширяется от нагрева лишь частично, что и приводит к выраженным нарушениям герметизации корпуса.

Для усиления герметичных свойств, особенно при условии выраженной разницы температурных режимов между камерой и системой впуска или выпуска, сам цилиндр изготавливают из разных металлов и размещают их в разных частях цилиндра, для улучшения герметичности.

Для запуска мотора используют всего две свечи, это связано с конструктивными особенностями мотора, позволяющими выдавать на 20% больше КПД, в сравнении с двигателем внутреннего сгорания, за одинаковый промежуток времени.

Роторный двигатель Желтышева — принцип работы:

Преимущества роторного двигателя

При малых габаритах он способен развивать высокую скорость, однако есть в этом нюансе и большой минус. Несмотря на малые габариты, именно роторный двигатель потребляет огромное количество горючего, а вот ресурс работы мотора составляет всего 65 000 км. Так, двигатель всего в 1,3 л потребляет до 20 л. топлива на 100 км. Возможно, это и стало основной причиной отсутствия популярности данного вида моторов для массового потребления.

Цена на бензин во все времена считается актуальной проблемой человечества, учитывая, что мировые запасы нефти расположены на Ближнем востоке, в зоне постоянных боевых конфликтов, цены на бензин остаются достаточно высокими, и в ближайшей перспективе нет тенденций для их снижения. Это приводит к поиску решений по минимальному потреблению ресурсов не в ущерб мощности, в чем и заключается главный довод в пользу ДВС.

Все это в совокупности определило положение роторных двигателей, как подходящий вариант для спорткаров. Однако известный по всему миру производитель авто «Мазда», продолжил дело изобретателя Ванкеля. Японские инженеры всегда стараются извлекать из невостребованных моделей максимум пользы путем модернизации и применения инновационных технологий, что позволяет сохранять лидирующие позиции на мировом автомобильном рынке.

Принцип работы роторного двигателя Ахриевых на видео:

Новая модель «Мазда», оснащенная роторным двигателем, по мощности не уступает передовым немецким моделям, выдавая до 350 лошадиных сил. При этом расход топлива был несравнимо высоким. Инженерам-конструкторам «Мазда» пришлось уменьшить мощность до 200 лошадиных сил, что позволило нормализовать потребление топлива, однако компактные размеры двигателя позволили наделить авто дополнительными преимуществами и составить достойную конкуренцию европейским моделям авто.

В нашей стране роторные двигатели не прижились. Были попытки установить их на транспорт специализированных служб, но этот проект не был профинансирован в должном объеме. Поэтому все успешные разработки в данном направлении принадлежат японским инженерам из компании «Мазда», намеренной в ближайшее время показать новую модель авто с модернизированным двигателем.

Как работает роторный мотор Ванкеля на видео

Принцип работы роторного двигателя

РПД работает за счет вращения ротора, так идет передача мощности на коробку передач через сцепление. Преобразующий момент заключается в передаче энергии топлива колесам за счет вращения ротора, изготовленного из легированной стали.

Механизм работы роторного-поршневого двигателя:

• сжатие горючего;
• впрыск топлива;
• обогащение кислородом;
• горение смеси;
• выпуск продуктов сгорания топлива.

Как работает роторный двигатель показано на видео:

Ротор закреплен на специальном устройстве, при вращении он образует независимые друг от друга полости. В первой камере происходит наполнение воздушно-топливной смесью. В дальнейшем она тщательно перемешивается.

Затем смесь переходит в другую камеру, где происходит сжатие и воспламенение, благодаря наличию двух свечей. В дальнейшем смесь перемещается в следующую камеру, из нее вытесняются части переработанного топлива, которые выходят из системы.

Так происходит полный цикл работы роторного-поршневого двигателя, основанного на трех тактах работы за всего лишь один оборот ротора. Именно японским разработчикам удалось существенно модернизировать роторный двигатель и установить в нем сразу три ротора, что позволяет значительно увеличить мощность.

Принцип работы роторного двигателя Зуева:

На сегодня, усовершенствованный двухроторный двигатель сравним с двигателем внутреннего сгорания с шестью цилиндрами, а трехроторный по мощности не уступает 12-ти цилиндровому двигателю внутреннего сгорания.

Не стоит забывать и про компактный размер двигателя и простоту устройства, позволяющую при необходимости осуществлять ремонт или полную замену основных агрегатов мотора. Таким образом, инженерам компании «Мазда» удалось подарить вторую жизнь этого простого и производительного устройства.

Конструкция

Установленный на валу ротор жёстко соединён с зубчатым колесом, которое входит в зацепление с неподвижной шестернёй — статором. Диаметр ротора намного превышает диаметр статора, несмотря на это ротор с зубчатым колесом обкатывается вокруг шестерни. Каждая из вершин трёхгранного ротора совершает движение по эпитрохоидальной поверхности цилиндра и отсекают переменные объёмы камер в цилиндре с помощью трёх клапанов.

Цикл двигателя Ванкеля: впуск (голубой), сжатие (зелёный), рабочий ход (красный), выпуск (жёлтый)

Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля , Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжения (картерное пространство, коленвал и шатуны) между отдельными рабочими камерами обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За один оборот ванкель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.

При всех преимуществах (высокая удельная мощность, простота устройства, несложный ремонт при правильной эксплуатации), важной проблемой является меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с обычными ДВС .

Другой особенностью двигателей Ванкеля является его склонность к перегреву. Камера сгорания имеет линзовидную форму, то есть при маленьком объёме у неё относительно большая площадь. При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания — сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра. Эти потери не только снижают эффективность преобразования химической энергии в механическую, но и вызывают проблемы с воспламенением рабочей смеси, поэтому в конструкции двигателя часто предусматривают 2 свечи.

Высокие требования к точности исполнения деталей делают его сложным в производстве. Оно требует высокотехнологичного и высокоточного оборудования — станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.

Применение

Двигатель разрабатывался изначально именно для применения на автотранспорте. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Wankelspider.

Первый массовый (37,204 экземпляра) — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro80. Автомобиль имел достаточно инноваций и помимо двигателя — в частности, кузов с рекордно-низким аэродинамическим сопротивлением, полуавтоматическую коробку передач с гидротрансформатором, блок-фары, и так далее. Ro80 отличалась не только уникальной конструкцией, но и передовым дизайном, который оказался непонятен публике середины шестидесятых; через десять лет именно он был положен в основу стиля моделей «Ауди» 100 и 200 поколения C2 .

К сожалению, ресурс двигателя оказался весьма мал (ремонт требовался уже после пробега порядка 50 тыс. км), поэтому автомобиль заслужил плохую репутацию и относительно малоизвестен. На многих сохранившихся автомобилях оригинальный двигатель заменён на поршневой V4 «Essex» фирмы Ford .

Citroën также экспериментировал с РПД — проект Citroën M35.

После этого серийное и мелкосерийное производство роторно-поршневых двигателей Ванкеля производились только фирмой ВАЗ, в конечном счёте взявшим за основу конструкцию двигателя

Современные двигатели

Инженерам фирмы Euro IV. Двухцилиндровый двигатель «Renesis» объёмом всего 1,3 л выдаёт мощность в 250 л. с. и занимает гораздо меньше места в моторном отсеке. Следующая модель двигателя Renesis 2 16X имеет меньший объём, но бо́льшую мощность, меньше нагревается.

Сноски

Литература

• Роторно-поршневой двигатель // Большая советская энциклопедия

Ссылки

• Последняя разработка РПД Mazda: Renesis 16X (англ.) , www.mazda.com
• Wankel-ag.de (нем.) (англ.)
• Англоязычный форум по РПД (англ.)

РПД СССР/России

• ВАЗ: Описание моделей с РПД , Ladaonline.ru

Поршневые двигатели и конфигурации двигателей
	Одноцилиндровый · · · · · · · · · ·

Основные типы двигателей внутреннего сгорания и паровые машины имеют один общий недостаток. Он состоит в том, что возвратно-поступательное перемещение требует преобразования во вращательное движение. Это, в свою очередь, обуславливает низкую производительность, а также достаточно высокую изнашиваемость деталей механизма, включенных в различные типы двигателей.

Довольно много людей задумывались о том, чтобы создать такой мотор, в котором подвижные элементы только вращались. Однако решить эту задачу удалось только одному человеку. Феликс Ванкель – механик-самоучка — стал изобретателем роторно-поршневого двигателя. За свою жизнь этот человек не получил ни какой-либо специальности, ни высшего образования. Рассмотрим далее подробнее роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Краткая биография изобретателя

Феликс Г. Ванкель родился в 1902 году, 13 августа, в небольшом городке Лар (Германия). В Первую Мировую отец будущего изобретателя погиб. Из-за этого Ванкелю пришлось бросить учебу в гимназии и устроиться помощником продавца в лавке по продаже книг при издательстве. Благодаря этому он пристрастился к чтению. Феликс изучал технические характеристики двигателей, автомобилестроение, механику самостоятельно. Знания он черпал из книг, которые продавались в лавке. Считается, что реализованная позднее схема двигателя Ванкеля (точнее, идея ее создания) посетила во сне. Неизвестно, правда это или нет, но точно можно сказать, что изобретатель обладал незаурядными способностями, тягой к механике и своеобразным

Плюсы и минусы

Преобразуемое движение возвратно-поступательного характера полностью отсутствует в роторном двигателе. Образование давления происходит в тех камерах, которые создаются с помощью выпуклых поверхностей ротора треугольной формы и различными частями корпуса. Вращательные движения ротор осуществляет помощью сгорания. Это способно привести к снижению вибрации и увеличить скорость вращения. Благодаря повышению эффективности, которое обусловлено таким образом, роторный двигатель имеет размеры намного меньше, чем обычный поршневой двигатель эквивалентной мощности.

Роторный двигатель имеет один главный из всех своих компонентов. Эта важная составляющая называется треугольным ротором, который совершает вращательные движения внутри статора. Все три вершины ротора, благодаря этому вращению, имеют постоянную связь с внутренней стеной корпуса. С помощью этого контакта образуются камеры сгорания, или три объема замкнутого типа с газом. Когда происходят вращательные движения ротора внутри корпуса, то объем всех трех образованных камер сгорания все время меняется, напоминая действия обычного насоса. Все три боковых поверхности ротора работают, как поршень.

Внутри у ротора является шестерня небольшого размера с внешними зубьями, которая прикреплена к корпусу. Шестерня, которая больше по диаметру, соединена с данной неподвижной шестерней, что задает саму траекторию вращательных движений ротора внутри корпуса. Зубы в большей шестерни внутренние.

По той причине, что вместе с выходным валом ротор связан эксцентрично, вращение вала происходит наподобие того, как ручка будет вращать коленвал. Выходной вал станет делать оборот три раза за каждый из оборотов ротора.

Роторный двигатель имеет такое преимущество, как небольшая масса. Самый основной из блоков роторного двигателя обладает небольшими размерами и массой. При этом управляемость и характеристики такого двигателя будут лучше. Меньше масса у него получается за счет того, что необходимость в коленвале, шатунах и поршнях просто отсутствует.

Роторный двигатель обладает такими размерами, которые гораздо меньше обычного двигателя соответствующей мощности. Благодаря меньшим размерам двигателя, управляемость будет гораздо лучше, а также сама машина станет просторнее, как для пассажиров, так и для водителя.

Все из частей роторного двигателя осуществляют непрерывные вращательные движения в одном и том же направлении. Изменение их движения происходит так же, как в поршней традиционного двигателя. Роторные двигатели внутренне сбалансированы. Это ведет к снижению самого уровня вибрации. Мощность роторного двигателя кажется намного более гладким и равномерным образом.

Двигатель Ванкеля имеет выпуклый специальный ротор с тремя гранями, который можно назвать его сердцем. Этот ротор совершает вращательные движения внутри цилиндрической поверхности статора. Роторный двигатель «Мазда» является первым в мире роторным двигателем, который был разработан специально для производства серийного характера. Данной разработке было положено начало еще в 1963 году.

Что это такое РПД?

В классическом четырехтактным двигателем одно и то же цилиндр используется для различных операций — впрыск, сжатие, сжигание и выпуска. В роторном же двигателе каждый процесс выполняется в отдельном отсеке камеры. Эффект мало чем отличается от разделения цилиндра на четыре отсека для каждой из операций.
В поршневом двигателе давление возникает при сгорании смеси заставляет поршни двигаться вперед и назад в своих цилиндрах. Шатуны и коленчатый вал преобразуют этот толкательной движение во вращательное, необходимое для движения автомобиля.
В роторном двигателя нет прямолинейного движения которое надо было бы переводить во вращательное. Давление образуется в одном из отсеков камеры заставляя ротор вращаться, это снижает вибрацию и повышает потенциальную величину оборотов двигателя. В результате всего большая эффективность, и меньшие размеры при той же мощности, что и обычного поршневого двигателя.

Как работает РПД?

Функцию поршня в РПД выполняет трьохвершинний ротор, преобразующий силу давления газов во вращательное движение эксцентрикового вала. Движение ротора относительно статора (наружного корпуса) обеспечивается парой шестерен, одна из которых жестко закреплена на роторе, а вторая на боковой крышке статора. Сама шестерня неподвижно закреплена на корпусе двигателя. С ней в зацеплении находится шестерня ротора из зубчатым колесом как бы обкатывается вокруг нее.
Вал вращается в подшипниках, размещенных на корпусе, и имеет цилиндрический эксцентрик, на котором вращается ротор. Взаимодействие этих шестерен обеспечивает целесообразное движение ротора относительно корпуса, в результате которого образуются три разобщенных камеры переменного объема. Передаточное отношение шестерен 2: 3, поэтому за один оборот эксцентрикового вала ротор возвращается на 120 градусов, а за полный оборот ротора в каждой из камер происходит полный четырехтактный цикл.

Газообмен регулируется вершиной ротора при прохождении ее через впускной и выпускной окно. Такая конструкция позволяет осуществлять 4-тактный цикла без применения специального механизма газораспределения.

Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаются к цилиндру центробежными силами, давлением газа и ленточными пружинами. Крутящий момент получается в результате действия газовых сил через ротор на эксцентрик вала Смесеобразование, воспаление, смазка, охлаждение, запуск — принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания

Смесеобразование

В теории в РПД применяют несколько разновидностей смесеобразования: внешнее и внутреннее, на основе жидких, твердых, газообразных видов топлива.
Касательно твердых видов топлива стоит отметить, что их первоначально газифицируют в газогенераторах, так как они приводят к повышенному золообразованию в цилиндрах. Поэтому большее распространение на практике получили газообразные и жидкие топлива.
Сам механизм образования смеси в двигателях Ванкеля будет зависеть от вида применяемого топлива.
При использовании газообразного топлива его смешение с воздухом происходит в специальном отсеке на входе в двигатель. Горючая смесь в цилиндры поступает в готовом виде.

Из жидкого топлива смесь приготавливается следующим образом:

1. Воздух смешивается с жидким топливом перед поступлением в цилиндры, куда поступает горючая смесь.
2. В цилиндры двигателя жидкое топливо и воздух поступают по отдельности, и уже внутри цилиндра происходит их смешивание. Рабочая смесь получается при соприкосновении их с остаточными газами.

Соответственно, топливно-воздушная смесь может готовиться вне цилиндров или внутри их. От этого идет разделение двигателей с внутренним или внешним образованием смеси.

Технические характеристики роторно-поршневого двигателя

параметры	ВАЗ-4132	ВАЗ-415
число секций	2	2
Рабочий объем камеры двигателя, куб.см	1,308	1,308
степень сжатия	9,4	9,4
Номинальная мощность, кВт (л.с.) / мин-1	103 (140) / 6000	103 (140) / 6000
Максимальный крутящий момент, Н * м (кгс * м) / мин-1	186 (19) / 4500	186 (19) / 4500
Минимальная частота вращения эксцентрикового вала на холостом ходу, мин-1	1000	900
Масса двигателя, кг
Габаритные размеры, мм
Расход масла в% от расхода топлива
Ресурс двигателя до первого капитального ремонта, тыс. Км
назначение	ВАЗ-21059/21079	ВАЗ-2108/2109/21099/2115/2110

выпускаются модели

	двигатель РПД	Время разгона 0-100, сек	Максимальная скорость, км \ ч

КПД роторно-поршневой конструкции

Не смотря на ряд недоработок, проведенные исследования показали, что общий КПД двигателя Ванкеля довольно-таки высокий по современным меркам. Его значение составляет 40 – 45%. Для сравнения, у поршневых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет 25%, у современных турбодизелей – около 40%. Самый высокий КПД у поршневых дизельных двигателей составляет 50%. До настоящего времени ученые продолжают работу по изысканию резервов для повышения КПД двигателей.

Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:

Исследования в этой области показывают, что только 75% горючего сгорает в полном объеме. Есть мнение, что данная проблема решается путем разделения процессов сгорания и расширения газов. Необходимо предусмотреть обустройство специальных камер при оптимальных условиях. Горение должно происходить в замкнутом объеме, при условии нарастания температурных показателей и давления, расширительный процесс должен происходить при невысоких показателях температур.

1. КПД механический (характеризует работу, результатом которой стало образование переданного потребителю крутящего момента главной оси).

Порядка 10% работы мотора расходуется на приведение в движение вспомогательных узлов и механизмов. Исправить данную недоработку можно путем внесения изменений в устройство двигателя: когда главный движущийся рабочий элемент не прикасается к неподвижному корпусу. Постоянное плечо крутящего момента должно присутствовать на всем пути следования основного рабочего элемента.

1. Термическая эффективность (показатель, отражающий количество тепловой энергии, образованной от сжигания горючего, преобразующейся в полезную работу).

На практике 65% полученной тепловой энергии улетучивается с отработанными газами во внешнюю среду. Ряд исследований показал, что можно добиться повышения показателей термической эффективности в том случае, когда конструкция мотора позволяла бы осуществлять сгорание горючего в теплоизолированной камере, чтобы с самого начала достигались максимальные показатели температуры, а в конце эта температура понижалась до минимальных значений путем включения паровой фазы.

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля

Паровые машины, как и традиционные ДВС отличаются общим недостатком — возвратно-поступательные движения поршня должны преобразовываться во вращательные движения колес. Это и является причиной низкого КПД, высокого износа основных элементов.

Многие инженеры пытались решить эту проблему, придумав двигатель внутреннего сгорания, все детали которого бы только вращались. Однако изобрести такой агрегат смог механик-самоучка, не окончивший ни высшего, ни даже средне-специального учебного заведения.

Немного истории

В 1957 году малоизвестный механик-изобретатель Феликс Ванкель и ведущий инженер NSU Вальтер Фреде стали первыми, кто решил установить роторно-поршневой мотор на автомобиль. «Подопытным» стал на NSU Prinz. Первоначальная конструкция была далекой от совершенства. К примеру, свечи приходилось менять практически после полной разборки агрегата. К тому же, надежность мотора оставалась под сомнением, а про экономичность можно было не упоминать.

После множества испытаний концерн занялся выпуском машин с традиционным ДВС. Однако первый роторно-поршневой DKM-54 мог продемонстрировать великий потенциал.

Именно так оригинальная разновидность ДВС получил свой шанс на внедрение в производство авто. В дальнейшем он постоянно дорабатывался, однако перспективы роторно-поршневого мотора уже тогда были очевидны. РПД входит в классификацию роторных моторов как один из 5 представителей линейки.

К 80-м годам 20 века роторные исследовались лишь японской компанией Mazda. Еще к этому мотору проявлял внимание ВАЗ. В СССР бензин стоил достаточно дешево, а такой агрегат имел достаточно большую мощность. Однако к 2004 году производство машин с таким двигателем прекратилось. Япония стала единственной страной, в которой продолжается разработка роторного двигателя.

Есть множество разновидностей роторных агрегатов. Единственное их отличие — поверхность корпуса и число выполненных на роторе граней. Различные компоновки таких моторов применяются в авто- и судостроении.

Достоинства

Двигатель Ванкеля с момента создания имел множество выгодных преимуществ перед поршневыми моторами. Агрегат постоянно дорабатывался,что позволило повысить его экономичность и производительность.

Среди преимуществ»Ванкеля» выступают:

1. Небольшие габариты и вес. «Ванкель» практически в 2 раза меньшепоршневого ДВС, что положительно сказывается на управляемости машины, способствует оптимальному монтажукоробки передач, позволяет сделать салон намного просторнее.
2. В сравнении с двухтактным мотором, двигатель Ванкеля имеет гораздо меньше деталей. Это более выгодно с точки зрения ремонта.
3. Вдвое большая мощность, чем у стандартных ДВС.
4. Большая плавность работы — отсутствие поступательно-возвратных движений благоприятно сказывается на комфорте езды.
5. Возможность заправки низкооктановым бензином.

Все элементы мотора вращаются в одну сторону. Это улучшает внутренний баланс агрегата и снижает вибрации. «Ванкель» выдает мощность равномерно и плавно. За время пока ротор оборачивается 1 раз, выходной вал совершает 3 оборота. Каждое сгорание осуществляется за 90 фазу вращение ротора.

Это говорит о том, что с 1 ротором способен выдавать мощностьза ¾ каждого поворота выходного вала. Двигатель с 1 цилиндром может выдавать мощность лишь за ¼ каждого витка выходного вала.

Недостатки

К недостаткам двигателя относятся непривычность для владельцев и механиков. Такой агрегат требует изменить многие привычки. К примеру, тормозить РПД не получится, а штурм подъемов «внатяг» обречен на неудачу. Компактный мотор обладает малой инерцией, чего не скажешь о массивных поршневых ДВС. При частыхзапусках-выключениях «забрасываются» свечи.Звук мотора некоторые автолюбители также относят к недостаткам.

Более серьезными являются органические изъяны роторно-поршневого агрегата. Во-первых, он обладает увеличенным расходом горючего. Это легко объяснить неоптимальной формой камеры, теряющей тепло через стенки. К тому же, мотор «съедает» достаточно много масла. Срок эксплуатации Ванкеля ниже, чем у стандартного ДВС -роторные уплотнениярегулярно изнашиваются.

Значительная роль отведена жесткости внешней характеристики роторно-поршневого мотора. Для управления машиной с таким двигателем требуется достаточно часто манипулировать рычагом коробки передач. Это объясняется тем, что необходим короткий передаточный ряд и увеличенное количество передач.

Идеальным вариантом является монтаж вариатора. Однако на спорткарах автоматы не приживаются, а для авто семейного типа требуется больше экономичности.

Недостатки РПД схожи с недостатками двухтактных поршневых агрегатов. Интересно, что вылечить это можно одними и теми же способами. Увеличенное потребление топлива сбивается непосредственным впрыском, нехватка эластичности — установкой изменяемых фаз. Это повышает экономичность и управляемость. Также для повышения эластичности меняется конфигурация трубопроводов. Такие изменения и были выполнены на моторе Mazda RX-8.

Как работает

Работает двигатель Ванкеляпо принципу, который достаточно просто объяснить даже несведущему в механике человеку. Агрегат обладает минимумом деталей, что позволяет быстро понять, какие системы задействуются в определенные промежутки времени.

Поршень двигателя в РПД заменяется ротором с 3 гранями, который передает силу давления сгораемых газов на вал эксцентрика.

Статор обладает эпитрохоидальной конфигурацией внутренних поверхностей. Он отличается высокой износостойкостью, поскольку имеет специальное покрытие. В вершинах ротора находятсяуплотнения, а на поверхности статораимеются выемки — они являются своеобразными камерами, в которых происходит сгорание. Вал вращается на специальных подшипниках. Они помещены на корпус. Также валоснащенэксцентриком — на нем и вращается ротор.

Шестерня вмонтирована в корпус. Она сцеплена с шестерней ротора. Взаимное действие этих шестерен создает движение ротора. Это позволяет образовать 3 камеры, которые постоянно изменяют свой объем.

Отношение передач шестерен равно 2:3, что обеспечивает один оборот вала за поворот ротора на 120 градусов. Когда ротор совершает полный оборот,все камерывыполняют четырехтактный цикл. Сгораемые газы действуют на эксцентрик вала через ротор — так возникает крутящий момент.

Между ротором и статором имеется 3 камеры. Впуск происходит, когда одна из вершин ротора начинает пересекать впускное отверстие для впрыска топлива. Объем камеры увеличивается, что заставляет смесь ее заполнить. Следующая вершина закрывает окно. Как и поршень двигателя традиционного исполнения, ротор сдавливает рабочую смесь перед воспламенением.

Она сжимается, при наибольшем сжатии в камере возникает искра. В результате осуществляется рабочий ход. После выпускное окно под давлением отработавших газов открывается, и они покидают камеру.

При одном обороте ротора двигатель совершает 3 цикла — это делает ненужным применение уравновешивающих устройств.

В рабочем процессе есть слабые звенья. Первое — повышенная нагрузка на уплотнения, а второе — избыток динамического перекрытия фаз.Не является оптимальной и конфигурация камеры сгорания. Однако есть и положительный момент — если повышать обороты, скорость распространения факела пламени увеличивается быстрее, чем перетекает топливная смесь.

Это позволяет применять для РПД бензин с пониженным октановым числом. Принцип работы Ванкеля достаточно прост, что в свое время привлекло к изобретению внимание многих производителей авто.

Не каждый автолюбитель знает, что Ванкель является одним из 5 подтипов в классификации роторных моторов.

Компактность, оборотистость, высокая производительность — не этого ли добиваются практически все производители мотоциклов? Однозначно, это так. Однако роторный мотор в мотомире таки не прижился. Все ставки делаются на классические поршневые двигатели.

Однако в истории производства мотоциклов существовало несколько исключений. К примеру, в 1974 году Hercules выпускает массовую серию Wankel, которые оборудованы двигателем KC-27. Это были роторные агрегаты, которые оснащались воздушным охлаждением. Двигатель имел объем294 куб. см. Мощность агрегатов составляла 25л.с. Для смазки агрегата, масло нужно было самостоятельно заливать в топливный бак.

В начале1980 роторный мотор использовали для оснащения мотоциклов Norton. Несмотря на то, что опытные прототипы таких двигателей появились еще в 1970-х.Инженеры Norton успешно внедрили РПД в спорт. К концу 80-х им не было равных.

Сегодня компания производит 588-кубовую модельдвумя роторами NRV588. Также инженерами Norton ведется разработка 700сс версии, которая называется NRV700. Она представляет собой мощный спортбайк, оснащенный инжекторным 170-сильным двигателем Ванкеля.

Как видно, эпоха роторных моторов еще не наступила. Поршневые системы так и остались лидирующими в сфере авто- и мотостроения. Обладатели байков с роторными двигателями могут образовать лишь небольшой круг фанатов Ванкеля. Возобновившийся интерес к «Ванкелю» компании Norton говорит о скором подъеме разработок и достижений в этой сфере.

Одной из причин, по которым двигатель не производится для оснащения автомобилей и мотоциклов — необходимость точного оборудования при его производстве. Малейший брак становится причиной выхода мотора из строя. Это пока не позволяет роторному агрегату заменить поршневой двигатель даже в узкихотраслях производства.

Основные типы двигателей внутреннего сгорания и паровые машины имеют один общий недостаток. Он состоит в том, что возвратно-поступательное перемещение требует преобразования во вращательное движение. Это, в свою очередь, обуславливает низкую производительность, а также достаточно высокую изнашиваемость деталей механизма, включенных в различные типы двигателей.

Довольно много людей задумывались о том, чтобы создать такой мотор, в котором подвижные элементы только вращались. Однако решить эту задачу удалось только одному человеку. Феликс Ванкель — механик-самоучка — стал изобретателем роторно-поршневого двигателя. За свою жизнь этот человек не получил ни какой-либо специальности, ни высшего образования. Рассмотрим далее подробнее роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Краткая биография изобретателя

Феликс Г. Ванкель родился в 1902 году, 13 августа, в небольшом городке Лар (Германия). В Первую Мировую отец будущего изобретателя погиб. Из-за этого Ванкелю пришлось бросить учебу в гимназии и устроиться помощником продавца в лавке по продаже книг при издательстве. Благодаря этому он пристрастился к чтению. Феликс изучал технические характеристики двигателей, автомобилестроение, механику самостоятельно. Знания он черпал из книг, которые продавались в лавке. Считается, что реализованная позднее схема двигателя Ванкеля (точнее, идея ее создания) посетила во сне. Неизвестно, правда это или нет, но точно можно сказать, что изобретатель обладал незаурядными способностями, тягой к механике и своеобразным взглядом на многие вещи.

Первые типы двигателей

Изобретатель, поняв, как можно осуществить все 4 цикла обычного мотора при вращении, приступил к конструированию. В 1924 году Ванкель создал небольшую мастерскую. Она также выполняла роль лаборатории. Именно здесь Феликс Ванкель стал изучать роторно-поршневые системы. В 1936 году модель, собранная изобретателем, заинтересовала компанию «БМВ». Ванкель получил деньги, ему была предоставлена собственная лаборатория в Линдау.

Там он должен был разрабатывать опытные образцы авиамоторов. Однако до самого конца Второй мировой ни один роторный двигатель Ванкеля не был отправлен в серийное производство. Вероятно, это было вызвано тем, что доведение конструкции до пригодного к эксплуатации состояния и наладка массового производства требовали достаточно много времени

Послевоенные годы

После разгрома фашизма лаборатория была закрыта, а все оборудование, которое там находилось, было переправлено во Францию. В итоге Ванкель остался без работы. Этому поспособствовало его бывшее членство в национальной социалистической партии. Но спустя небольшой период времени Феликса пригласили в компанию NSU в качестве инженера-конструктора. Это предприятие на тот момент считалось старейшим производителем автомобилей и мотоциклов.

Опытный образец

В 1957 году, благодаря поддержке Вальтера Фреде (ведущего инженера в компании NSU), роторно-поршневой двигатель был впервые поставлен на автомобиль. Мотор был установлен на NSU Prinz. Однако первоначальная конструкция была очень далека от совершенства. Она была настолько сложной, что даже для замены свечей нужно было разобрать почти весь мотор. Кроме этого, конструкция была очень ненадежна, неэкономична и имела очень низкий КПД. Двигатель Ванкеля в связи с этим не пошел в серию. Автомобили отправились на конвейер с традиционным ДВС. Тем не менее роторно-поршневой двигатель доказал не только право на свое существование, но и продемонстрировал впечатляющий для того времени потенциал. Перспективы его использования были настолько привлекательны, что инженеров-конструкторов ничего не смогло остановить. Сам изобретатель понимал, что его детище требует усовершенствования, он стремился к тому, чтобы и функционирование, и ремонт двигателя вызывали как можно меньше затруднений. С этого момента началась активная деятельность по доведению мотора до эксплуатационного совершенства.

Двигатель Ванкеля: конструкция

Что собой представляет мотор? В центре ротора имеется круглое отверстие. Оно изнутри покрыто зубцами, как на шестеренке. В отверстие вставляется вал с меньшим диаметром. На нем также есть зубцы. Они препятствуют проскальзыванию вала. Отношения диаметров подбираются таким образом, чтобы перемещение вершин треугольников осуществлялось по одной замкнутой кривой. Она именуется «эпитрохоида». Задача Ванкеля состояла в том, чтобы для начала понять, что работа такого механизма возможна. Затем ему нужно было все точно и верно рассчитать. В результате поршень, выполненный в форме треугольника Рело, отсекает три камеры переменного положения и объема.

Особенности

Конструктивная характеристика двигателя значительно выигрывает в сравнении с обычными моторами. В частности, герметизация камер обеспечивается за счет торцевых и радиальных уплотнительных пластин. Они прижимаются к «цилиндру» с помощью ленточных пружин, давления газа и центробежных сил. Особого внимания заслуживает и характеристика двигателя с точки зрения производительности. За весь цикл вал совершает 3 полных оборота. В обычном поршневом моторе такого результата можно добиться при использовании шести цилиндров.

Внедрение в промышленность

После проведения первой успешной демонстрации в 1957 году двигатель Ванкеля заинтересовал крупнейших автогигантов того времени. Так, первой компанией, выкупившей лицензию, стала Curtiss-Wright. Спустя год изобретение стали использовать такие известные предприятия, как Mazda, Friedrich Krupp, MAN и Daimler-Benz. За достаточно непродолжительный период лицензии приобрело порядка ста компаний, в том числе с мировым именем: Ford, BMW, Porsche, Rolls-Royce.

Преимущества

Какие достоинства имеет двигатель Ванкеля? Принцип работы мотора заключается в том, что реализация любого четырехтактного цикла осуществляется без использования механизма газораспределения. Благодаря этому значительно упрощается конструкция мотора. В обычном 4-тактном поршневом моторе примерно на тысячу элементов больше. Огромный интерес крупнейших автомобильных предприятий был вызван потенциалом конструкции. Несомненными преимуществами является простота производства, несложный ремонт двигателя, компактность и небольшой вес. Все это способствует улучшению управляемости машины, облегчает расположение трансмиссии.

Компактность мотора позволяет создать удобный и довольно просторный салон. Усовершенствованные модели двигателя способны развивать высокую мощность при достаточно экономном расходе топлива. К примеру, современный мотор при объеме 1300 см 3 обладает 220 л. с. Если оснастить двигатель Ванкеля турбокомпрессором, то можно получить мощность до 350 л. с. Еще одним достоинством конструкции является очень низкий уровень вибраций и шумов. Двигатель Ванкеля отличается механической уравновешенностью. Снижение уровня шумов и вибрации достигается небольшим количеством деталей (их на 40% меньше, чем в традиционных моторах). Стоит также отметить и динамические характеристики мотора. На низкой передаче без особенной нагрузки можно разогнать машину до 100 км/ч при высоких оборотах. В конструкции мотора отсутствует механизм, преобразовывающий возвратно-поступательное перемещение во вращательное. За счет этого двигатель Ванкеля может выдерживать большие обороты в сравнении с традиционными ДВС.

Завершение эйфории

В 1964-м вышел автомобиль NSU Spyder, а после него была выпущена легендарная модель Ro 80. И в настоящее время в мире достаточно много существует клубов любителей этих машин. Затем с конвейера сошли такие модели, как Corvette XP, Mercedes C-111, Citroen M35. Однако единственной компанией, которая занялась массовым производством, стала Mazda. С 1967 года она выпускала по 2-3 новых автомобиля с РПД. Двигатель Ванкеля ставили на легкие самолеты, снегоходы, катеры. В 1973 году наступил конец эйфории. В то время нефтяной кризис был в разгаре. Именно в этот период проявился основной недостаток РПД — неэкономичность. Кроме компании Mazda, все производители свернули программы по выпуску автомобилей с роторными двигателями. Однако только Mazda продолжала выпуск таких машин. У компании значительно сократились продажи в Америке.

Недостатки РПД: недолговечность и ненадежность

Наряду с достоинствами, роторные двигатели обладали и существенными минусами. В первую очередь, они были очень недолговечными. Так, одна из первых моделей РПД в ходе испытаний выработала весь ресурс за 2 часа. Более успешный прототип смог выдержать 100 часов. Однако это не обеспечивало нормальной эксплуатации машины. Главная проблема состояла в неравномерности износа внутренней поверхности камеры. В ходе работы на ней образовывались поперечные борозды. Они получили весьма красноречивое название: «метки дьявола». После получения лицензии компания Mazda сформировала специальный отдел, который занимался усовершенствованием мотора. Вскоре выяснилось, что в процессе вращения ротора заглушки, расположенные на его вершинах, начинают вибрировать. Из-за этого и появляются эти борозды. Сегодня проблема долговечности и надежности решена. Для этого в производстве используется высококачественное покрытие, в том числе и керамическое.

Высокая токсичность выхлопов

Это еще один недостаток РПД. В сравнении с традиционными моторами, двигатель Ванкеля выделяет меньшее количество окислов азота, но во много раз больше углеводородов, что обусловлено неполным сгоранием топлива. Инженеры Mazda достаточно быстро нашли эффективное решение проблемы. Специалисты создали «термальный реактор». В нем происходит «дожигание» углеводородов. Mazda R 100 стала первым автомобилем, в котором был применен этот элемент. В 1968 была выпущена еще одна модель с «термальным реактором» — Familia Presto Rotary. Это авто, одно из немногих, сразу прошло достаточно жесткую экологическую проверку, выдвинутую США в 1970-м для импортируемых ТС.

Экономичность

Это еще одна проблема РПД. Частично она вытекает из описанной выше. Расход топлива в стандартном РПД значительно выше, чем у ДВС. Эта проблема снова была решена специалистами Mazda. Внедрив комплекс мер, в числе которых переработка карбюратора и термореактора, добавление в выхлопную систему теплообменника, создание нового зажигания и разработка каталитического конвектора, инженеры добились снижения расхода на 40%. Это позволило выпустить в 1978 году модель RX-7.

Отечественное производство

Кроме компании Mazda, автомобили с РПД выпускал и «АвтоВАЗ». В 1974-м на заводе было сформировано специальное конструкторское бюро. В Тольятти началось строительство цехов для серийного выпуска РПД. В связи с тем, что первоначально предполагалось, что ВАЗ будет просто копировать западную технологию, было решено наладить воспроизводство двигателя Mazda. При этом совершенно не учитывались многолетние наработки отечественных институтов моторостроения.

Достаточно долго велись переговоры между Ванкелем и советскими чиновниками. Некоторые встречи проходили непосредственно в Москве. Денег, однако, было недостаточно, поэтому использовать некоторые технологии так и не удалось. В 1976-м был выпущен первый односекционный мотор ВАЗ-311. Его мощность составила 65 л. с. В течение последующих пяти лет проводилась доводка конструкции. После этого завод выпустил 50 опытных автомобилей с двигателем Ванкеля. Они мгновенно разошлись среди сотрудников предприятия. Однако вскоре выяснилось, что мотор в машинах только внешне был похож на японский. Конструкция его была крайне ненадежна. В течение полугода все двигатели были заменены, а штат конструкторского бюро был сокращен.

Однако отечественное производство мотора было спасено спецслужбами. Их не слишком беспокоил ресурс конструкции и расход топлива. Больше их привлекали динамические характеристики двигателя. В короткое время из двух моторов ВАЗ-311 был собран один двухсекционный. Его мощность увеличилась почти вдвое — до 120 л. с. Двигатель стали ставить на специальную единицу — ВАЗ-21019. Эта модель получила неофициальное наименование «Аркан».

Перепрофилирование

Спецзаказы вдохнули вторую жизнь в конструкторское бюро. На ВАЗе стали выпускать двигатели для авто- и водного спорта. Машины стали часто завоевывать первые места. Спортивные чиновники, в свою очередь, были вынуждены запретить использование РПД. В 1987 на смену Поспелову (руководителю конструкторского бюро) пришел Шнякин. Он недолюбливал наземный транспорт, тяготея больше к авиации. С начала его руководства СКБ перепрофилировало свою деятельность на выпуск двигателей для воздушных машин. Это была неверная стратегия, поскольку самолетов в стране выпускается намного меньше, чем автомобилей. Завод же получал прибыль преимущественно с продажи автомоторов.

Следующей ошибкой стала переориентация на маломощные двигатели. Японцы устанавливают РПД на спортивные машины. А ВАЗ выпускал мололитражные модели «Ока», несмотря на то что динамичные моторы целесообразнее было бы ставить на более быстроходные авто. Так или иначе, на отечественных дорогах оказалось несколько микролитражек «Ока» с РПД. К 1998 году, наконец, завершилась подготовка гражданского варианта двухцилиндрового 1.3-литрового роторного мотора. Его устанавливали на модели ВАЗ 2107-2109 и 2105.

В заключение

Почему же ведущие производители мира все еще не перешли окончательно на выпуск машин с РПД? Дело в том, что для изготовления таких моторов необходима, в первую очередь, очень точная технология, включающая в себя множество разнообразных нюансов. Не каждая, даже крупная компания, может пойти по пути Mazda. Кроме того, дело в оборудовании. Для выпуска двигателя Ванкеля необходимы высокоточные станки для вытачивания поверхностей с эпитрохоидой. Для оборудования, которое используется сегодня на заводах, такая работа вполне выполнима. Сегодня серьезными исследованиями РПД занимается только Mazda. Инженеры компании постоянно совершенствуют конструкцию, решают множество различных проблем. Выпускаемые в Японии роторные двигатели соответствуют принятым в мире стандартам по надежности, расходу топлива и экологичности.

Характеристика роторного двигателя, его плюсы и минусы

7

Сравнивая два вида мотора, роторный и поршневой, очевидным является тот факт, что первый из них имеет преимущества. Простая конструкция, работа на максимальных оборотах без перегрева и значительных потерь, а также фактически отсутствие вибрации — заставляют некоторых любителей “сложных ДВС” обратить внимание на этот агрегат. Хоть широкого распространения он не получил, но все также интересует механиков, в силу своей специфики работы и строения. Для того, чтобы самостоятельно попытаться освоить “азы” строения двигателя, нужно узнать что такое роторный двигатель и по какому принципу он приводится в действие.

Что такое роторный двигатель

Ротор — это “сердце” теплового агрегата, отсюда и название ДВС — роторный. Этим же рабочим элементом он приводится в действие. Основная отличительная техническая характеристика основывается на отсутствии возвратно-поступательных движений. Промежуточный этап полностью исключен, быстрее преобразуется энергия в двигателе, выходит на максимальное значение КПД. Но, в силу своих недостатков, “движок” так и не стал пользоваться спросом.

Устройство и структура роторного двигателя

Изобретение являет собой эллипсоид, внутри полого корпуса размещается насаженный на вал ротор. Лопасти ротора при вращении взаимодействуют с краями корпуса, в котором он размещен. Обычно их количество может составлять 1,2, или 3, хотя наиболее часто устанавливается 2 треугольника Рело. Давлением газа и центробежных сил пластины, создается полная герметизация камеры, за счет их прижимания к внутренней части конструкции. Таким образом, строение РПД позволяет работать без наличия дополнительных узлов и деталей — в нем отсутствуют коленвал, шатуны, противовесы, а также газораспределительная система. ГРС заменяют впускные и выпускные просеки, и сам ротор, поочередно открывающий и закрывающий эти просеки.

Принцип работы роторного двигателя

Роторный ДВС имеет простой принцип работы, который основывается на высоких оборотах. Ротор вращается внутри овального корпуса. При рабочем цикле создаются по окружности статора свободные полости, в которых и запускается двигатель. Приводится в действие движок посредством впускных/выпускных окон в боковых корпусах. В результате чего, ротор, вращаясь, открывает и закрывает их соответственно.  Почему-то все сдвигают плечами и не могут понять, почему же казалось-бы такое простое строение не оправдало ожиданий и уступило дорогу поршневому движку? Если рабочий цикл состоит из постоянных преобразований по принципу:

• впрыска топлива,
• сжатия,
• рабочего такта,
• выпуска газа.

Инженеры настаивают на том, чтобы все-таки дать этому мотору вторую жизнь, усовершенствовать его и запустить в обиход.

Плюсы и минусы

Чтобы уяснить, почему же агрегат не стал популярным в силу всех своих “за” по мнению механиков, рассмотрим плюсы и минусы роторного двигателя. К преимуществам конструкции относят:

• Мотор подвергается гораздо меньшей нагрузке на высоких оборотах.
• Сбалансированность обеспечивает низкий уровень вибрации.
• Имеет меньше деталей и узлов.
• Он легче, компактнее, его габариты намного меньше.
• Имеет практически идеальное распределение веса по осям, что делает автомобиль более устойчивым.

Тем не менее, отмечается и ряд существенных недостатков:

• Низкие обороты “сжирают топливо по секундно”, слишком высокий расход.
• Дороговизна деталей.
• Большой расход и частая замена смазки.
• Перегрев, как основная беда ДВС. В итоге ломается цилиндр. Такая частая поломка обусловлена конструкционными особенностями.
• Форма камер не позволяет топливу сгорать полностью, и газы поступают на выхлоп. Поэтому силовая установка считается менее экологичной.

Теперь не остается сомнений, что все преимущества роторного двигателя не могут покрыть существенные минусы установки.

Система смазки и питания роторного двигателя

Подача масла осуществляется под давлением к основным движущимся деталям. Система смазки работает следующим образом:

• Масляный насос всасывает масло из масляного бака.
• Через маслопровод и форсунки масло подается в замкнутый контур воздушного охлаждения.
• Масло попадает в рабочую полость, совмещается с тепловоздушной смесью, чем обеспечивает смазку узлов и механизмов, и сгорает вместе с ней.

Система питания включается после того, как стартер обеспечит устойчивость жидкостного кольца в барабане. Это происходит так:

• При вращении ротора его торцевые радиальные выступы отсекают порции топливной смеси или воздуха.
• Сжатые порции топливной смеси или воздуха поступают в камеры сгорания.

Зажигание топливной смеси происходит по-разному, это зависит от используемого принципа смесеобразования.

Где используется

Испытания проводились немцами. В 1957 году инженеры Германии Феликс Венкель и Вальтер Фройде выпустили этот агрегат на обозрение, как “рабочую единицу”. Спустя семь лет, этот мощный двигатель был под капотом спорткара “Спайдер”. Новинку естественно “начали есть все автопроизводители”, в частности: “Мерседес-Бенц”, “Ситроен” и прочие. Даже Ваз испытывал ДВС Ванкеля. Но, единственный кто все-таки решился на серийное производство — это “Мазда”, она же и стала последней точкой в выпуске этого устройства. На сегодня практикуется мелкосерийное производство для мотоциклов. Но, роторный движок это идеальный вариант для гоночной машины и спорткара, а не обычной тюнингованной “Дженерал Моторс”.

Возможные проблемы и неисправности роторного двигателя

Некоторые особенности строения силовой установки влияют на возникновение неисправностей двигателя:

• Линзовидная форма имеет прямое воздействие на цилиндр. В результате работы появляется перегрев из-за сгорающего топлива в камере и преобразования в тепло. Цилиндр работает на износ, приходит в негодность.
• Быстрому изнашиванию поддаются и уплотнители. Находящиеся между форсунками прокладки поддаются высоким перепадам давления в камерах сгорания. Только капремонт силового агрегата могут исправить эту проблему.
• Вся установка в целом и ее отдельные части могут часто выходить из строя, если не проводить своевременно смену масла.

Узлы и агрегаты двигателя

Учитывая все особенности работы роторного двигателя, следует более ответственно подходить к его обслуживанию, своевременно проводить техобслуживание и ремонт. Хотя на данный момент серийное производство автомобилей с роторным двигателем не налажено, разработчики не собираются расставаться с этой идеей. Силовые установки постоянно совершенствуются, поэтому пока еще рано списывать его со счетов.

Конструктивные схемы и принципы работы роторно-лопастных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.01

Д. В. Гринёв

КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ РОТОРНО-ЛОПАСТНЫХ МАШИН

Рассмотрены схемы конструкций и принципы работы известных видов ро-торно-лопастных машин: тепловые двигатели (внутреннего сгорания, с внешним подводом теплоты, паровые), насосы (гидравлические, пневматические), моторы (гидравлические, пневматические). Приведены результаты патентного поиска по каждому классу роторно-лопастных машин.

Ключевык слова: роторно-лопастная машина, лопасть, ротор, насос, двигатель.

В последнее десятилетие с новой силой возрос интерес к роторно-лопастным машинам. Такое повышенное внимание обусловлено, прежде всего, поиском новых перспективных машин в условиях обостряющихся нефтегазовых кризисов и экологических проблем в автомобилестроении. Особенно ярко на этом фоне выделяется проект создания в России «ё-мобиля» с гибридным роторно-лопастным двигателем [1].

Схема любой роторно-лопастной машины включает в себя (рис. 1):

1) неподвижный цилиндр с впускными и выпускными окнами;

2) лопастная группа, совершающая вращательно-колебательное движение относительно корпуса;

3) механизм преобразования движения лопастей по заданному закону;

4) выходной (входной) вал.

Рис. 1. Схема роторно-лопастной машины

Идея роторно-лопастной машины уходит корнями к началу XX века, когда была предложена схема роторно-лопастного двигателя. Однако сразу же возникла главная проблема данного класса машин — поиск эффективного механизма преобразования движения, позволяющего лопастям перемещаться по заданному закону. Именно по этой причине нерешённости данной проблемы предлагаемые до настоящего времени конструкции роторно-лопастных машин не находят широкого применения. Тем не менее, можно говорить о конкретных направлениях машиностроения, в которых имеются определённые достижения в использовании роторно-лопастных конструкций [2].

В настоящее время существуют следующие виды роторно-лопастных машин (рис. 2):

1) тепловые двигатели: внутреннего сгорания; с внешним подводом теплоты; паровые;

2) насосы: гидравлические; пневматические;

3) моторы: гидравлические; пневматические.

Рис. 2. Виды роторно-лопастных машин

Рассмотрим конструктивные схемы указанных агрегатов.

1.Тепловые двигатели.

1. Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (РЛДВС).

Принцип работы РЛДВС (рис. 3, 4). На двух соосных роторах установлены по две лопасти, разделяющие цилиндр на четыре рабочие камеры. Каждая камера за один оборот совершает четыре рабочих такта (набор рабочей смеси, сжатие, рабочий ход и выброс отработанных газов). Воспламенение смеси осуществляется в верхней точке окружности от свечи зажигания.

Свеча зажигания

п/п Название патента Автор Номер патента Год начала действия патента

1 Роторная машина Вигриянов М. С. 1788305 1993

2 Четырехтактный роторно-лопастной двигатель Седунов И. П. 2101520 1996

3 Роторный двигатель внутреннего сгорания Лаптев Е. В., Лаптев Д. Е. 2133845 1998

4 Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (варианты), механизм качания лопастей, узел уплотнительных элементов лопастей и подшипниковая опора механизма качания лопастей Савин Г. А., Савин А. Г. 2159342 1999

5 Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания Абатуров А. С. 2168033 1999

6 Четырехтактный роторно-лопастной тангенциальный двигатель Ившин Ю. П. 2212545 2000

7 Роторный двигатель Анфисов В. Б. 2217612 2001

преобразование вращения лопастей Рис. 4. Схема работы РЛДВС

лопастей

вращение выходного вала

Данный тип двигателя разрабатывается ещё с конца XIX века. В настоящее время российскими изобретателями предлагаются новые конструктивные схемы (см. табл. 1).

Таблица 1

Патенты РФ в области роторно-лопастных машин внутреннего сгорания

п/п

Название патента

Автор

Номер патента

Год начала действия патента

Роторная машина

Вигриянов М. С.

1788305

1993

Четырехтактный роторно-лопастной двигатель

Седунов И. П.

2101520

1996

Роторный двигатель внутреннего сгорания

Лаптев Е. В. Лаптев Д. Е.

2133845

1998

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания (варианты), механизм качания лопастей, узел уплотнительных элементов лопастей и подшипниковая опора механизма качания лопастей

Савин Г. А., Савин А. Г.

2159342

1999

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания

Абатуров А. С.

2168033

1999

Четырехтактный роторно-лопастной тангенциальный двигатель

Ившин Ю. П.

2212545

2000

Роторный двигатель

Анфисов В. Б.

2217612

2001

1

2

3

4

5

6

7

Продолжение таблицы 1

8 Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания Мултановский В. В. 2215159 2001

9 Роторно-лопастной ДВС Исачкин А. Ф. 2295041 2005

10 Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания РЛДВС Дротенко П. Н. 2294444 2005

11 Роторно-лопастной двигатель Григорчук В. С. 2323356 2006

12 Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания Холодный Г. К. 2422652 2009

13 Четырехтактный роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания Гридин В. В. 2467175 2011

14 Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания Горохов В. Н. 2496998 2011

15 Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания Потапов И. М. 2488704 2011

16 Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания Богатырев В. А. 2474705 2011

2. Роторно-лопастной двигатель с внешним подводом теплоты (РЛДВПТ).

Принцип работы РЛДВПТ (рис. 5, 6) [3]. В корпусе роторно-лопастной группы предусмотрены окна для соединения трубопроводами с нагревателем и охладителем. Корпус заполнен рабочим телом (газом) под начальным избыточным давлением. В четырёх рабочих объёмах одновременно осуществляются такты термодинамического цикла Стирлинга: впуск, сжатие, подвод тепла, рабочий ход, выпуск, отвод тепла.

Ротор- Корпус Ротор

\ Охладитель Нагреватель /

Рис. 5. Схема роторно-лопастного двигателя с внешним подводом теплоты

Рис. 6. Схема работы РЛДВПТ

Известные конструкции РЛДВПТ приведены в табл. Стерк Мартин ФРГ DE19814742 2000

3 Способы работы теплового двигателя и двигатель Романова Романов В. А. РФ 2274756 2002

4 Роторно-поршневой двигатель с внешним подводом тепла Лукьянов Ю. Н. и др. РФ 2387844 2008

5 Роторно-поршневая машина объемного расширения Драчко Е. Ф. РФ 2439333 2007

6 Роторный преобразователь энергии и двигатель внешнего сгорания с его использованием Чантурия О. Г., Чантурия И. Г. РФ 2454546 2010

7 Роторный двигатель внешнего сгорания Андреев Ю. П. РФ 2451811 2010

8 Ролико-лопастной двигатель с внешним подводом тепла Педан С. Б. 2469203 2011

3. Роторно-лопастный паровой двигатель.

Принцип работы роторно-лопастного парового двигателя (рис. 7, 8). Вода непрерывно поступает в котёл, где она нагревается при помощи горелочного устройства, превращаясь тем самым в пар. Далее пар по внутреннему трубопроводу поступает в рабочие камеры двигателя. Пар, находящийся под высоким давлением, оказывает давление на смежные лопасти каждой рабочей камеры. Возникающие в результате этого разности давлений заставляют роторы вращаться. При повороте ротора лопасть каждой рабочей камеры переходит точку расположения соответствующего элемента отвода пара, вследствие чего пар из каждой рабочей камеры свободно выходит через элементы отвода. Далее цикл повторяется.

Сегодня роторно-лопастные машины практически не используются в качестве паровых машин (табл. 3).

Таблица 3

Патенты в области роторно-лопастных паровых машин

п/п Название патента Автор Номер патента Год начала действия патента

1 Паровой роторно-лопастный двигатель Глумов Ф. К. РФ 2491425 2011

Отвод пара

Рис. 7. Схема роторно-лопастной паровой машины

Рис. 8. Схема работы роторно-лопастного парового двигателя

II. Роторно-лопастные насосы:

1) гидравлические;

2) пневматические (компрессоры).

Принцип работы роторно-лопастного насоса (рис 9, 10). Роторно-лопастные насосы позволяют осуществлять объёмную перекачку рабочего тела. Объём камеры, находящейся напротив открытого впускного окна, увеличивается до максимального значения и наполняется рабочим телом. Затем этот объём рабочего тела при закрытом впускном окне переносится в зону выпуска, и при открытом выпускном окне происходит выпуск с уменьшением объёма камеры до минимального значения. На одном обороте выходного вала каждая камера совершает два выпуска рабочего тела и, следовательно, при четырёх камерах насос совершает восемь выпусков.

Известные конструкции роторно-лопастных насосов приведены в табл. 4. Следует отметить, что многие авторы называют роторно-пластинчатый насос ро-торно-лопастным, хотя они обладают принципиально различными конструкциями.

Выпуск

Выпуск

Рис. 9. Схема роторно-лопастного насоса

Рис. 10. Схема работы роторно-лопастного парового двигателя

Таблица 4

Патенты в области рото

п/п Название патента Автор Номер патента Год начала действия патента

1 Роторная машина Вигриянов М. С., Саломатов В. В. РФ 2135777 1997

2 Двухцилиндровый лопастный насос РА Фил Чан РФ 2184874 1997

3 Ротационно-лопастной насос Иванов С. П. РФ 2121607 1998

4 Лопастной насос Шаров А. И. РФ 2211377 2002

5 Лопастной насос (варианты) Киси Иосинобу и др РФ 2368809 2006

6 Нагнетатель роторно-лопастной Балыкин А. В. Квасов В. Г. РФ 2407918 2008

7 Лопастной насос Сакакибара Рюи-ти РФ 2490516 2010

8 Многофазный роторно-лопастной насос и способ его эксплуатации Залыгин Ю. Р. РФ 2456477 2011

эно-лопастных насосов

III. Роторно-лопастные моторы:

1) гидравлические;

2) пневматические.

Принцип работы роторно-лопастного мотора (рис. 11). Роторно-лопастные моторы позволяют осуществлять преобразование кинетической энергии рабочего

тела в механическую энергию вращения выходного вала. Конструкция роторно-лопастных моторов аналогична насосам, а вот принцип работы обратный. Рабочее тело поступает в рабочие камеры цилиндра, оказывая давление на смежные лопасти каждой камеры. Возникающие разности давлений заставляют роторы вращаться. При открытом выпускном окне происходит выпуск.

Рис. 11. Схема работы роторно-лопастного мотора

В качестве роторно-лопастных моторов могут быть использованы роторно-лопастные насосы (табл. 4), а также приведённые в табл. 5.

Таблица 5

Патенты в области роторно-лопастных моторов

п/п Название патента Автор Номер патента Год начала действия патента

1 Роторно-лопастная гидромашина Зельдин Ю. Р., Савинов Е. Р., Грибунин Н. М. РФ 2067220 1991

2 Роторно-лопастная гидромашина Махота А. А., Безносов В. В. РФ 2106533 1995

3 Гидравлическая машина Черняков Ю. Ф. РФ 2486367 2011

4 Гидромашина Черняков Ю. Ф. РФ 2487263 2011

5 Объёмная гидромашина Черняков Ю. Ф. РФ 2479747 2011

Выводы:

1. Выявлены основные виды роторно-лопастных машин: тепловые двигатели (внутреннего сгорания, с внешним подводом теплоты, паровые), насосы (гидравлические, пневматические), моторы (гидравлические, пневматические).

2. Рассмотрены схемы конструкций и принципы работы известных видов ро-торно-лопастных машин.

3. Приведены результаты патентного поиска по каждому классу роторно-лопастных машин.

Анализ патентной активности за последние годы свидетельствует о росте внимания конструкторов к разработке роторно-лопастных машин различного назначения и о перспективности дальнейших исследований в этой области.

Литература

1. Старт / ё-мобиль. [Электронный ресурс]: URL: http://www.yo-auto.ru

2. Обзор роторно-лопастных конструкций. [Электронный ресурс]: URL: http://ekoteh.narod.ru/ rbe_new/rotor_valve/analysis/page02.html

3. Конструкция и принцип работы РЛДВПТ. [Электронный ресурс]: URL: http://delta-t.zapto.org/rldvp/konstrukcia-i-princip-raboty

Об авторе(ах)

Гринёв Дмитрий Владимирович — кандидат технических наук, заведующий кафедрой технологии обработки материалов, факультет образовательных технологий и дизайна, Псковский государственный университет, Россия.

E-mail: [email protected]

D. V. Grinev

CONSTRUCTIVE SCHEMES AND PRINCIPLES OF OPERATION OF THE ROTOR-BLADE MACHINES

Constructive schemes and principles of operation of the rotor-blade machines: heat-engines (internal combustion engine, external combustion, steam-engine), pumps (hydraulic, pneumatic), motors (hydraulic, pneumatic) are considered. The results of a patent search for each class of rotor-blade machines are presented.

Key words: rotor-blade machine, blade, rotor, pump, engine.

About the author(s)

Grinev Dmitry Vladimirovich, Candidate of Engineering Sciences, Head of the Department of Technologies of processing of materials, Faculty of Educational Technologies and Design, Pskov State University, Russia.

E-mail: [email protected]

Малые двигатели в качестве расширителей пара нижнего цикла для двигателей внутреннего сгорания

Нижние циклы рекуперации тепла для двигателей внутреннего сгорания открыли новые возможности для исследований малых пародетандеров (Stobart and Weerasinghe, 2006). Надежные данные для небольших пародетандеров позволят нам спрогнозировать их пригодность в качестве двигателей с нижним циклом и экономию топлива, достигаемую при их использовании в качестве двигателей с нижним циклом. Настоящая статья основана на результатах экспериментов, проведенных на маломасштабных двигателях Ванкеля и двухтактных поршневых двигателях в качестве расширителей воздуха и пародетандеров.Испытательная установка, разработанная в Сассексе, используемая для измерений, состоит из измерений крутящего момента, мощности и скорости, электронного срабатывания клапанов, синхронизированного сбора данных о давлении и температурах пара и внутри двигателей для паровых циклов и циклов внутреннего сгорания. Результаты представлены для четырех режимов двигателя, а именно для поршневого двигателя в режиме расширения парового потока и в режиме расширения воздуха и роторного двигателя Ванкеля в режиме расширения пара и в режиме расширения воздуха. Воздушные испытания предоставят базовые данные о трении и влиянии движения, тогда как паровые испытания покажут, насколько эффективны будут двигатели в этом режиме.Результаты для мощности, крутящего момента и диаграмм сравниваются, чтобы определить изменение производительности от режима расширения воздуха к режиму расширения пара.

1. Введение и мотивация

Поиск подходящего нижнего цикла для рекуперации низкопотенциального тепла, регенерированного из двигателя внутреннего сгорания, основывается на температурном диапазоне работы и ожидаемой эффективности. Термоэлектрическая рекуперация тепла обеспечивает относительно чистый и менее сложный вариант, но с очень низкой эффективностью. С другой стороны, было доказано, что пар работает в циклах рекуперации тепла с приличным диапазоном эффективности.Атмосферный двигатель Томаса Ньюкомена, который сегодня называют двигателем Ньюкомена, был первым практическим устройством, которое использовало силу пара для создания механической работы. Джеймс Ватт развил его дальше, и паровые поршневые двигатели используются в течение последних 200 лет [1]. Использование паровых двигателей уменьшилось с появлением двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя. Тем не менее, паровые двигатели по-прежнему используются в различных инженерных приложениях, особенно в электроэнергетике.Малые паровые расширительные машины используются ограниченно [2]; Обычно это связано с тем, что также требуется система генерации пара, что делает их неэкономичными. Были попытки использовать пародетандеры в качестве основной силовой установки автомобиля [3]; однако настоящая работа основана на паровых двигателях малой мощности в качестве детандеров нижнего цикла. В этой области не проводилось много исследований. В частности, нет данных о характеристиках этих двигателей. Работа предназначена для создания платформы для разработки небольших паровых двигателей, которые могут быть использованы в качестве тепловых детандеров нижнего цикла.Существуют различные варианты пародетандеров, например, лопастные роторы и микротурбины. Однако поршневые детандеры и двигатели Ванкеля легко доступны в виде небольших двигателей, которые могут быть преобразованы в паровые детандеры. Диапазон двигателей в исследовании был ограничен размером и мощностью, которые могут быть установлены на испытательном стенде, настольном динамометре. По сути, этот мод ограничился объемом цилиндров менее 20 куб. Основные параметры двух двигателей, которые использовались в исследовании, перечислены в таблице 1.

мм) Двигатель Четырехтактный поршневой двигатель Роторный двигатель Ванкеля Модель OS 32 SX OS 49 PI 19,5 Н / Д Ход (мм) 17,5 Н / Д Объем (см3) 5,23 4.97 Степень сжатия 10: 1 7: 1 (приблизительно)

1.1. Цикл Ренкина

Паровая машина обычно работает по термодинамическому циклу Ренкина. Циклы Ренкина [4] широко используются как в первичных двигателях, так и в расширителях нижнего цикла. Возвратно-поступательный цикл Ренкина использовался в локомотивах, кораблях и стационарных двигателях. Роторные детандеры, в первую очередь паровые турбины, используются в электроэнергетике.Использование роторного двигателя ограничено оптимальным рабочим диапазоном, который он предлагает по сравнению с широким диапазоном, предлагаемым поршневым двигателем. Использование расширителя пара, используемого в этом исследовании, в основном нацелено на двигатель с прямым соединением, который может работать синхронно с двигателем внутреннего сгорания. Поршневой двигатель имеет такие же характеристики крутящего момента и мощности, что и двигатель внутреннего сгорания. Другое главное преимущество — наличие небольших двигателей, которые можно преобразовать в паровые детандеры.

1.1.1. Цикл Ренкина с поршневым расширителем

Возвратно-поступательный цикл Ренкина, показанный на Рисунке 1, объясняется следующими этапами: (1-2) Впуск пара под давлением парового резервуара. (2-3) Расширение пара до открытия выпускного отверстия. (3-4 ‘) Продувка пара до давления конденсатора. (4-5) Выпуск пара до закрытия выпускного отверстия. (5-1) Сжатие пара, оставшегося в цилиндре.

Работу и тепло для цикла можно определить, получив удельные энтальпии, которые относятся к этапам на Рисунке 1.Теоретическая работа цикла равна, а подводимое тепло -. Эффективность определяется по формуле. Работой насоса пренебрегают, поскольку она мала по сравнению с поступающим теплом. Поршневые паровые детандеры были наиболее распространенным типом расширителей, известных своим высоким крутящим моментом и простотой в эксплуатации. В основном они используются как морские тягачи и тягачи старых локомотивов. Скорость, доступная для больших паровых машин, ограничена. Возможны прямоточные и противоточные устройства с возвратно-поступательными детандерами [1].Однако клапанные устройства становятся более сложными с противоточным расположением [5]. Считается, что поршневые двигатели легче реализовать, чем двигатели Ванкеля [6].

1.1.2. Роторные паровые двигатели

Паровые турбины являются эффективными устройствами, но диапазон их работы ограничен, поэтому они не очень подходят для автомобильных применений. Основное преимущество турбинного цикла — высокий общий КПД при эксплуатации. Однако гибкость работы перевешивает коэффициент полезного действия и делает возвратно-поступательный цикл Ренкина более практичным.Кроме того, способность адаптироваться к условиям колебания крутящего момента и скорости возвратно-поступательного цикла делает его предпочтительным устройством для автомобильных приложений. Тем не менее, если энергия, вырабатываемая турбиной, преобразуется в электричество и используется для привода электродвигателя, это приводит к практическому решению для гибридных транспортных средств [7].

Промежуточным решением является роторный детандер Ванкеля [8]. Двигатель Ванкеля предлагает некоторые преимущества как турбинного цикла, так и гибкости поршневого двигателя [9, 10].Двигатели Микро-Ванкеля могут быть изготовлены с использованием улучшенной технологии изготовления [11]. Были предприняты попытки правильно имитировать работу двигателя Ванкеля [12], но в настоящее время в качестве рабочего тела используется пар без внутреннего сгорания. На рисунке 2 показан теоретический цикл Ренкина и диаграмма давления-объема цикла Ренкина.

1.2. Рекуперация отходящего тепла

Главной достопримечательностью цикла Ренкина [13] сегодня является его применимость в системах рекуперации отходящего тепла [12].В производстве электроэнергии турбины Ренкина приводятся в действие паром, вырабатываемым за счет утилизации отходящего тепла. Поршневые двигатели в системах утилизации отработанного тепла используются редко. С другой стороны, использование роторных паровых двигателей в малых масштабах не является обычным явлением. Способность цикла Ренкина работать с низкопотенциальными источниками тепла, такими как пар, делает его привлекательным для использования в нижнем цикле [14]. В приложениях цикла Ренкина применялись два основных типа расширителей, которые бывают двух типов: первый — это скоростной тип, такой как осевые турбины и турбины с радиальным потоком; другой — поршневого типа, такого как спиральные расширители, винтовые расширители, поршневые расширители и пластинчато-поворотные расширители [15].Эти детандеры подпитываются паровым резервуаром благодаря рекуперации тепла в нижнем цикле [16, 17].

2. Экспериментальная установка

Экспериментальная установка состоит из динамометра, системы сбора данных, управляемой программным обеспечением LabVIEW, источника пара / воздуха и конденсатора. Входы датчиков поступают в систему через многоканальную карту сбора данных. На рисунке 3 показаны компоненты системы и их взаимосвязь.

2.1. Динамометр

Испытание малых двигателей предлагает такие преимущества, как портативность, меньшее количество инструментов, низкие затраты на пространство и гибкость.Однако нет доступных динамометрических установок для испытаний небольших двигателей. Следовательно, небольшой динамометрический стенд, изображенный на рисунке 4, должен был быть разработан для установки небольших двигателей для испытаний. Динамометр был заимствован из токарного станка моделистов, а трансмиссия была модифицирована для поглощения мощности и работы двигателя при необходимости. Выходной вал двигателя установлен на одной линии с валом токарного станка. Конструкция датчика крутящего момента соединяет выходной вал двигателя и вал токарного станка. Двигатель постоянного тока мощностью 400 Вт приводит в движение главный вал, который также может поглощать мощность.На конце приводного вала установлен импульсный датчик, который генерирует три потока импульсов, а именно: (i) импульс на оборот (ppr), (ii) импульс на оборот — 90 ° (индикатор направления) и (iii) импульс на оборот. градус угла поворота коленчатого вала (pcd).

В качестве двигателей использовались доработанные модели двигателей Hobby производства OS (Япония). Имеются следующие данные об используемых двигателях.

Для использования в качестве расширителей пара необходимо было модифицировать впускные и выпускные патрубки для впуска и выпуска пара.Головки двигателя были модифицированы для подключения пара.

На рис. 4 схематически показана конфигурация впускных и выпускных патрубков и клапанов. На рисунке показана конфигурация элементов управления портами, а также подачи и выпуска пара. Устройство роторного двигателя такое же, за исключением того, что роторный двигатель имеет два впускных клапана и два выпускных клапана. Открытие и закрытие поворотных клапанов двигателя происходит без электронного управления.

2.2. расширители пара

расширители пара доступны в виде поршневых расширителей и роторных расширителей. В данном контексте испытываются однопоточный поршневой детандер и роторный двигатель Ванкеля.

2.2.1. Поршневой паровой двигатель

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания был модифицирован для обеспечения впуска пара через верхний клапан с электрическим приводом. С этой целью был модифицирован автомобильный клапан впрыска топлива. Пар поступает через впускной клапан с электрическим приводом и выходит через порт на НМТ.Время впуска пара имеет решающее значение для приведения в движение. Время газораспределения было установлено на 3 ° до ВМТ и сохранено на 100 ° для впускного клапана. Отвод осуществляется через порт длиной 6 мм и шириной 25 мм перед BDC.

2.2.2. Расположение клапанов для двухтактного поршневого двигателя

Карта сбора данных использует два потока импульсов от оптического кодировщика: импульс на оборот (ppr) и импульс на градус угла поворота коленчатого вала (pcd). Импульс ppr совмещен с верхней мертвой точкой поршня.Программное обеспечение LabVIEW, которое управляет срабатыванием клапана и производит выборку данных для хранения, использует импульс pcd в качестве источника тактовых импульсов и импульс ppr в качестве триггера для выходного импульса. Время срабатывания клапана синхронизировано с импульсом pcd и может меняться.

2.2.3. Паровой двигатель Ванкеля

Модифицированный маломасштабный двигатель внутреннего сгорания Ванкеля используется в качестве расширителя пара. Поток через двигатель Ванкеля является прямоточным, и непрерывная генерация крутящего момента доступна с тремя расширениями за цикл ротора.Диаграмма цикла Ванкеля Ренкина в литературе отсутствует. Однако на рис. 9 показан график зависимости давления от угла поворота коленчатого вала, поскольку он более уместен, чем диаграмма. Двигатель Ванкеля модели 5 см ³ был модифицирован для работы в качестве парового детандера Ванкеля. Есть два впускных и два выпускных отверстия. Они были изменены для достижения оптимальной производительности. Впускной канал расположен под углом 20 ° к исходной линии двигателя, а выпускные клапаны были заменены на боковые выпускные клапаны, как показано на Рисунке 5.

2.3. Контрольно-измерительные приборы и измерения

Двигатель снабжен воздухом или паром в зависимости от обстоятельств, а расход жидкости регулируется электронным способом. Измерения проводились при двух установленных давлениях: 7 бар и 15 бар для воздуха и пара соответственно. Сигналы давления, температуры, крутящего момента, скорости и импульсов подаются через карту сбора данных National Instruments (NI) на компьютер. Связь с весами осуществляется через соединение RS232. Весь сбор данных и контроль выполняются с помощью программного обеспечения LabVIEW.Выборка запускалась импульсом на каждый импульс угла поворота коленчатого вала (pcd) от оптического кодировщика.

2.3.1. Давление

Измерения давления были получены на входе в двигатель, выходе из двигателя, внутри цилиндра, на входе в подогреватель и на выходе из подогревателя с помощью пьезоэлектрических датчиков давления.

2.3.2. Температура

Температуры на входе в двигатель, выходе из двигателя, внутри двигателя, на входе в подогреватель и на выходе из подогревателя были получены с помощью типовых термопар.

2.3.3. Крутящий момент и скорость

Крутящий момент и скорость получаются с помощью встроенного датчика крутящего момента, мощность по этим показаниям определяется по формуле

2.3.4. Массовый расход

Конденсат из двигателя собирается в емкость на электронных весах. Увеличение веса во времени дает массовый расход.

2.3.5. Качество пара

Для анализа качества отработанного пара потребовалась установка нового устройства. Пар, выходящий из двигателя, является влажным, и, следовательно, давление и температура сами по себе не могут определить состояние пара.К выхлопным трубам прикреплена секция подогревателя, которая доводит пар до состояния перегрева, при котором только давление и температура могут дать состояние пара. На рис. 6 показаны точки отбора температуры и давления, а на рис. 7 — анализатор качества пара.

Датчики давления и температуры размещаются на входе в SQA (ri) и на выходе из SQA (re). Показания используются для получения удельной энтальпии при re из таблиц пара.Тогда где — масса воды, собранной за время т . VI — зарегистрированные напряжение и ток, используемые секцией подогревателя. Наиболее важными измерениями системы являются давление и температура на входе, выходе и внутри двигателя. Эти измерения можно использовать для определения условий на входе и выходе пара и, следовательно, для разработки баланса энергии.

2.3.6. КПД двигателя

КПД двигателя можно рассчитать с помощью значений тепловложения и мощности, развиваемой двигателем.

3. Результаты испытаний двигателя

На рисунках 10 и 13 показаны кривые мощности для различных давлений на впуске двигателя. Оптимальное давление подачи составляет около 30 бар, что было подтверждено предыдущим Прасадом [7]. Давление выше этого диапазона будет иметь отрицательный эффект, что объясняется внимательным анализом диаграммы Мольера для воды. Насыщенный пар при давлении выше 30 бар сохраняет меньшую энтальпию, чем пар при 30 бар. Были проведены измерения давления от пика до пика, и данные приведены относительно нулевого давления подачи.Показания наносятся с учетом смещения и отражают абсолютное значение.

3.1. Воздушные испытания двигателя Ванкеля

Данные воздушных испытаний были получены для значений частоты вращения 100, 200, 300, 500, 700, 900, 1100, 1300, 1500, 1700, 2000 и 2300. Диаграмма давления и объема для воздушных испытаний двигателя Ванкеля Двигатель показан на Рисунке 9 для давления воздуха 7 бар. Взаимосвязь между давлением и углом поворота коленчатого вала показана на рисунке 8. Когда давление подачи низкое, имеет место существенная работа двигателя, что иллюстрируется отрицательными давлениями на диаграмме.

Данные испытаний воздуха были получены для значений частоты вращения 200, 300, 500, 900, 1300 и 1700.

3.2. Паровые испытания двигателя Ванкеля

Паровые испытания проводились при давлении подачи 10 бар и давлении подачи 15 бар. Здесь показаны результаты в 15 бар, поскольку 15 бар было самым высоким давлением, при котором данные регистрировались, как на рисунках 11 и 12. Испытания проводились с подачей пара с регулируемым давлением от промышленного котла. Основное наблюдение, которое ожидается от характеристик давления при паровых испытаниях, — это эффект расширения.

3.3. Испытания поршневого двигателя воздухом и паром

Были проведены измерения расширения пара при давлении 10 бар в поршневом двигателе. Данные были получены только при 200-800 об / мин. Это считается целесообразным, поскольку предполагается, что двигатель будет работать на более низких оборотах, чем двигатель внутреннего сгорания. Форма диаграммы в значительной степени соответствует теоретической диаграмме, показанной на Рисунке 14. Характеристики удельной мощности и крутящего момента показаны на Рисунке 15 при давлении 10 бар.

Диаграмма крутящего момента также впечатляет и имеет ожидаемую форму, за исключением показаний при 400 об / мин. Однако в целом поведение соответствует ожиданиям.

В таблице 2 приведены результаты, полученные для испытаний на воздухе и на пару. Диаграммы воздушных испытаний здесь не показаны, поскольку они были сделаны только в целях проверки.

9000 Максимальный крутящий момент (воздух) Двигатель Ванкеля Поршневой двигатель Максимальная мощность (воздух) 1400 Вт / кг 2800 Вт / кг 0.80 Нм 0,38 Нм Максимальная мощность (пар) 5550 Вт / кг 2600 Вт / кг Максимальный крутящий момент (пар) 11,65 Нм 0,45 Нм

3.4. Анализ результатов

Представлены диаграммы расширения воздуха и пара в роторных и прямоточных поршневых двигателях. Характеристики расширителя Ванкеля показаны на рисунках 9 и 12.Диаграмма зависимости давления от угла поворота коленчатого вала двигателя Ванкеля показывает явное расширение пара на низких оборотах. Эффект расширения уменьшается с увеличением скорости. Это лучше объяснить кривой крутящего момента для того же самого. Развиваемый крутящий момент высок на более низких скоростях. Очевидной причиной такого поведения является время, необходимое пару для расширения [18]. Расширение пара намного выше, чем у воздуха, и выделение энергии хорошо видно. Кривая максимальной мощности для воздуха дает максимум при 1000 об / мин, тогда как для пара — около 400 об / мин.Это показывает более высокую скорость расширения воздуха. Пар, выходящий из двигателей во влажном состоянии, означает, что в процессе расширения происходит фазовый переход. Процесс фазового перехода происходит медленнее, чем прямое расширение воздуха. Однако, когда они используются в качестве нижних циклов, необходимо иметь передаточное число около 10: 1 для работы параллельно с двигателем внутреннего сгорания. Это связано с тем, что оптимальная рабочая частота вращения паровых детандеров находится в пределах от 100 до 250, тогда как двигатели внутреннего сгорания оптимально работают около 2000 об / мин.

Медленная работа пара не делает его менее предпочтительным кандидатом в качестве расширительной среды нижнего цикла. Это позволяет пару накапливаться и потребляться медленнее. После правильной настройки он должен обеспечивать достаточный крутящий момент для усиления через трансмиссию.

Помимо результатов, полученных в ходе тестирования, во время тестирования были выявлены некоторые проблемы. Качество пара имеет решающее значение для продолжительной работы двигателя [19]. Следовательно, система с замкнутым циклом предпочтительнее открытого цикла.Конструкция впускного клапана пара имеет решающее значение при впрыске пара в цилиндр. Механическое устройство может быть более надежным, по крайней мере, для частей, контактирующих с паром. Малогабаритные двигатели могут страдать из-за того, что они маленькие, что снижает их ресурс. Ожидается, что эти двигатели будут обеспечивать лучшую выносливость.

Правильное масштабирование может быть выполнено, когда для двигателей доступны все данные моделирования и испытаний.

4. Заключение и дальнейшая работа

Измерения производительности были проведены для прогнозирования пригодности малых двигателей в качестве пародетандеров.Двигатели были модифицированы с учетом парового расширения. Диапазон рабочих скоростей пара намного ниже, чем у двигателя внутреннего сгорания. Это мешает нам проводить прямые сравнения. Воздушные испытания предоставляют очень сопоставимый набор данных для расширителей. Сравнивая данные о максимальной мощности и крутящем моменте двух двигателей, становится очевидным, что двигатель Ванкеля представляет собой гораздо лучшее устройство в качестве расширителя.

Основная цель этой работы — измерить пригодность парового цикла Ренкина в качестве нижнего цикла рекуперации тепла и сравнить характеристики двух типов двигателей, поршневого двигателя и двигателя Ванкеля.Характеристики мощности и крутящего момента, показанные для небольших двигателей, делают их очень подходящими для этой цели. Работа включает разработку полного цикла определения дна Ренкина, включая элементы управления. Это включает в себя систему рекуперации тепла и тепловое регулирование двигателя внутреннего сгорания и парового цикла. Необходимо провести ресурсные испытания паровых двигателей, разработанных для проверки долговечности [3, 20]. Отдельная работа ведется по разработке стратегий и методов борьбы.

Уменьшенный динамометр, разработанный для измерения производительности двигателя, представляет собой очень полезный инструмент для тестирования масштабированных моделей.Полученные кривые крутящего момента и мощности можно масштабировать для полноразмерного двигателя.

Время газораспределения для двухтактного двигателя является чувствительным фактором в работе двигателя. Небольшие двигатели не позволяют нам гибко это изменить. С электронным запуском можно изменить только время. В полномасштабном двигателе можно использовать клапаны гораздо большего размера, и будет место для более точной регулировки.

Тесты выявили ряд областей, требующих улучшения. Серьезной проблемой может быть надежность двигателей.Использование паромасла, повышающего надежность, возможно в замкнутом цикле. В открытом цикле это становится проблемой выбросов, поскольку он будет выброшен в атмосферу.

Использование малых двигателей для определения характеристик двигателей является основой для проектирования средних паровых двигателей. Результаты могут быть подтверждены моделированием после того, как будет доступен полный набор данных. Авторы намерены провести дальнейшие испытания на более крупном двигателе с системой рекуперации тепла, прикрепленной к двигателю внутреннего сгорания.

4.1. Моделирование двигателя

Результаты можно сравнить с результатами, полученными на основе результатов одномерного моделирования двигателя. Могут быть получены значения для расширения воздуха и оптимальная рабочая точка. На данный момент результаты моделирования не представлены. Однако первоначальные сравнения, которые здесь не представлены, предполагают, что измерения могут быть подтверждены моделированием. Эти результаты показывают, что пародетандеры, даже в небольших масштабах, являются подходящими устройствами для нижних циклов рекуперации тепла.Полный набор имитаций, как описано выше, можно использовать для увеличения результатов для коммерческих приложений двигателей. Ожидается, что моторный эффект и трение в небольших двигателях высоки в процентах. Однако они предоставляют концепцию, подтверждающую достоверную статистику.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы выражают благодарность EPSRC за финансирование работы [Grant no.GR / T19810 / 01], профессору Р. К. Стобарту, главному исследователю, Яну Уоллису и Барри Джексону из Университета Сассекса за их поддержку в проведении исследования, а также компании Spirax Sarco Ltd., Великобритания, за предоставление парового оборудования и поддержку.

Как работает роторный двигатель?

► Как работает двигатель Ванкеля
► Чем они отличаются от 4-тактного
► Почему они возвращаются

Подобно более обычным бензиновым двигателям, роторный двигатель использует топливо, воспламеняемое искрой для выработки энергии, но, помимо этого, он во многом отличается от обычного автомобильного двигателя; в первую очередь, как он берет расширяющиеся газы и тепло сгорания и превращает их в движение, чтобы толкать вашу машину.

Как работает роторный двигатель?

В нормальном двигателе сгорание действует на набор поршней, которые производят линейное движение внутри цилиндров двигателя. Поршни поднимаются и опускаются, как ноги велосипедиста-толкателя, и прикреплены к коленчатому валу, который является компонентом, преобразующим это движение вверх и вниз в круговое движение, приводящее в движение колеса.

В роторном двигателе все основные внутренние компоненты вращаются в основном круговыми движениями, поэтому это более простой и эффективный способ передачи энергии от сжигания бензина до вращения колес.Таким образом, роторный двигатель имеет меньше движущихся частей, он меньше, легче и мощнее для своей вместимости.

В то время как Mazda, без сомнения, является чемпионом по роторным двигателям, японский бренд — не единственный производитель, который баловался этой идеей.

Также, как и в обычных поршневых двигателях, роторная компоновка роторного двигателя может быть продублирована для увеличения мощности и мощности. Большинство роторных моделей было «сдвоенным» ротором, но Mazda создала версии с тремя и четырьмя роторами.

Однако, как и следовало ожидать, у этой гениальной идеи есть недостатки.

Запечатанная судьба

Во-первых, изнашиваются специальные уплотнения (их можно услышать, называемые торцевыми, концевыми или верхними уплотнениями), которые помогают создавать сжатие, необходимое для горения. Когда это происходит, роторные двигатели начинают терять мощность и также могут сжигать масло. Замена уплотнителей — большая работа.

Выбросы и экономика

В то время как характеристики мощности роторного двигателя очень хорошие, они не так хороши, когда дело доходит до экономии топлива, и влияние на выбросы также отрицательное.Турбонаддув и каталитические нейтрализаторы в последних разработках помогли в определенной степени, но не настолько, чтобы сохранить принцип с сегодняшними строгими правилами.

Абсолютная мощность

В то время как роторный двигатель со свободными оборотами делает автомобили, приводимые в движение им, увлекательными и увлекательными, это достигается за счет низкой мощности и особенно крутящего момента. Эта уникальная производительность ограничивает двигатель для конкретных применений и в основном для спортивных автомобилей.

Многие автопроизводители возились с роторными двигателями, но только Mazda начала их массовое производство.И когда это произошло в 1960-х и 1970-х годах, низкая надежность роторного двигателя чуть не поставила компанию на колени. Но современные технологии и материалы означают, что у роторного двигателя может быть будущее, и если вы когда-либо ездили на нем, вы поймете, насколько они восхитительно плавные и полные характера.

Что дальше?

С тех пор, как Mazda прекратила выпуск RX-8 в 2012 году, автомобили с роторным двигателем не были доступны в течение длительного времени, казалось, что так и останется из-за присущих роторным конструктивным недостаткам.

Однако Mazda недавно подтвердила, что возродит культовый роторный двигатель и что она нашла способы решить свои инженерные задачи.

Детали по-прежнему очень легкие, и модель, знаменующая возрождение, еще не объявлена, но вы, возможно, снова сможете путешествовать с помощью этого необычного силового агрегата.

Эволюция двигателя внутреннего сгорания

Люди строят автомобили уже более века, и почти под каждым капотом находится двигатель внутреннего сгорания.В течение последних 100 лет его принцип оставался неизменным: воздух и топливо попадают внутрь, в цилиндрах происходит взрыв, и сила толкает вас вперед. Но с каждым годом инженеры оттачивают двигатель внутреннего сгорания, чтобы он двигался быстрее и дальше, делая его более эффективным, чем раньше, и производя мощность, которую вы раньше видели только на суперкарах. Состояние двигателя внутреннего сгорания никогда не могло бы зайти так далеко без этих серьезных скачков. Вот как мы дошли до этого.

---

1955

Впрыск топлива

До впрыска топлива дозирование бензина в камеру сгорания было неточным и сложным процессом.Карбюраторы часто нуждались в очистке и восстановлении, и на них влияли погодные условия, температура и высота над уровнем моря. Для сравнения, впрыск топлива был простым: он помогал двигателю работать более плавно, более стабильно на холостом ходу, работал более эффективно и избавлял от надоедливой рутины регулировки дроссельной заслонки каждый раз, когда вы ее запускали. Созданный на основе самолетов военного времени, он впервые был внедрен в автомобиль в 1955 году. В том же году Стирлинг Мосс и Денис Дженкинсон проехали на гоночном автомобиле Mercedes-Benz 300SLR через изнурительную гонку Mille Miglia протяженностью 992 мили в Италии, победив с рекордом. ни разу не сломался: 10 часов 7 минут 48 секунд.

Британский автогонщик Стирлинг Мосс на пути к победе в итальянской гонке Mille Miglia Race, установив новый рекорд.

KeystoneGetty Images

Дорожная версия

Benz стала не только первым серийным автомобилем с системой впрыска топлива, разработанным Bosch, но и самым быстрым автомобилем в мире. Два года спустя Chevrolet подарил Corvette двигатель «Fuelie» с системой впрыска топлива Rochester Ramjet, которая смогла разогнать 300SL.Тем не менее, именно системы Bosch с электронным управлением нашли свое применение почти во всех автопроизводителях Европы, а к восьмидесятым годам система впрыска топлива захватила мир.

---

1962

Турбокомпрессор

Турбокомпрессор — одна из жемчужин развития двигателей. Турбина в форме улитки, набирающая больше воздуха в цилиндр, когда-то позволяла 12-цилиндровым истребителям времен Второй мировой войны взлетать выше, быстрее и дальше. Угадай, что? То же самое и на суше.Когда в 1962 году дебютировал первый автомобиль с турбонаддувом, он был обнаружен не под капотом легкого европейского малолитражного автомобиля, BMW 2002 или Saab 99, а благодаря мозговому доверию General Motors, полному наличными и желающему опробовать новые технологии.

Предоставлено Hagerty

В то время Oldsmobile Jetfire требовал — почти с каждым баком, полным бензина, — добавлением Turbo Rocket Fluid, оригинального названия дистиллированной воды и метанола Jetsons.GM отказалась от этой концепции в середине десятилетия. Но к концу 1970-х годов такие компании, как BMW, Saab и Porsche, заняли позицию, доказали свою ценность в автоспорте, и теперь каждая машина имеет турбокомпрессор. Почти.

Турбокомпрессор превратился из грязного трюка с быстрой скоростью в вашем 930 Turbo в семейную жизнь в Mazda CX-9, чей 2,5-литровый двигатель был оснащен первой в своем роде системой Dynamic Pressure Turbo в 2016 году. В действии действует принцип «большой палец над садовым шлангом»: ограниченный поток ускоряет выхлоп в турбину, улучшая отзывчивость на низких оборотах и ​​уменьшая турбо-лаг.Кроме того, с более строгими стандартами выбросов и эффективности, это необходимый компонент для выжимания мощности большого двигателя из самых маленьких и легких двигателей. И крутящий момент! Вам больше не нужно сбивать мессершмитты, чтобы почувствовать себя втянутым в кресло.

---

1964

Роторный двигатель

Единственным двигателем, который действительно сломал шаблон — единственным, кто попал в производство — было вращающееся чудо инженера Феликса Ванкеля, треугольник внутри овала, вращающийся, как демон.По самой природе своей конструкции роторный двигатель легче, менее сложен и имеет более высокие обороты, чем типичная коробка с поршнями. Mazda и несуществующий немецкий автопроизводитель NSU были первыми, кто подписал контракт; В 1964 году NSU Spider стал первым серийным автомобилем с Ванкелем.

Mazda, однако, была единственной компанией, которая действительно работала с ним — первой Mazda с роторным двигателем была Cosmo 1967 года, предшественница длинной линейки спортивных автомобилей, седанов и даже случайных пикапов. последний RX-8 сошел с конвейера в 2012 году.Концепция RX-Vision 2016, представленная на Токийском автосалоне 2015 года, подтвердила непристойные слухи о том, что группа преданных своему делу инженеров, которым нечего терять, все еще разрабатывает следующий великий роторный двигатель где-то на заводе в Хиросиме.

Вверху слева: Mazda Cosmo Sport 110S 1967 года выпуска; справа и внизу слева: роторный двигатель Mazda RENESIS

Предоставлено Mazda

.

---

1981

Деактивация цилиндра

Идея проста.Чем меньше срабатывает цилиндр, тем лучше пробег. Как превратить V8 в четырехцилиндровый? Если вы были Кадиллаком около 1981 года, вы представили двигатель с метким названием 8-6-4, в котором использовались соленоиды с электронным управлением для закрытия клапанов на двух или четырех цилиндрах. Это должно было повысить эффективность, скажем, при движении по шоссе. Но последовавшая за этим ненадежность и неуклюжесть были настолько печально известны, что никто не осмеливался повторить попытку в течение двадцати лет.

Теперь у нескольких производителей эта идея наконец-то работает — и она перешла к двигателям меньшего размера.

---

2012

Степень сжатия

Наука работает следующим образом: внутри цилиндра двигателя чем меньше вы можете сжать воздух и топливо, тем больше мощности вы получите при взрыве. Объем, который может сжать поршень, и есть степень сжатия. Но производители не могут слишком сильно увеличивать степень сжатия, иначе смесь воспламенится сама по себе; последующий «стук» разорвет двигатель.

В надире 1970-х годов, задыхаясь от правил смога и вынужденных бороться с неэтилированным бензином, производители создали массивные двигатели V8, которые хрипели.Эти большие мальчики сдерживались болезненно низкой степенью сжатия — свинец, который когда-то был в бензине, предотвращал детонацию. Благодаря электронному управлению подачей топлива и лучшему пониманию контроля за выбросами двигатели стали вырабатывать больше мощности при уменьшении рабочего объема.

Двигатель Mazda SKYACTIV-G 2018 года с отключением цилиндров выдает 187 лошадиных сил и 186 фунт-фут крутящего момента.

Предоставлено Mazda

.

В 2012 году двигатель Mazda SKYACTIV-G был запущен в производство с самой высокой степенью сжатия для серийного двигателя, поразительной 14: 1 (в Америке — 13: 1), что позволяет ему извлекать энергию практически из каждой капли бензина без множество оборудования для защиты от смога.Следующее нововведение Mazda вывело высокую степень сжатия на новый уровень. SKYACTIV-X использует искровое зажигание от сжатия (SPCCI) для воспламенения топливно-воздушной смеси с минимальным количеством бензина, сочетая крутящий момент дизельного двигателя с высокими оборотами бензинового двигателя.

Даже спустя столетие, даже при использовании альтернативных видов топлива и методов движения, двигатель внутреннего сгорания остается самой большой добычей в городе. Спустя столько времени основы не изменились. Но всегда найдется автомобильная компания, которая готова представить что-то новое, и постоянное совершенствование является ключом к сохранению актуальности двигателя внутреннего сгорания в предстоящие годы.

Принцип работы поршневого двигателя

Взаимосвязь между давлением, объемом и температурой газов является основными принципами работы двигателя. Двигатель внутреннего сгорания — это устройство для преобразования тепловой энергии в механическую. Бензин испаряется и смешивается с воздухом, нагнетается или втягивается в цилиндр, сжимается поршнем, а затем воспламеняется электрической искрой. Преобразование полученной тепловой энергии в механическую, а затем в работу осуществляется в цилиндре.На рис. 1-35 показаны различные компоненты двигателя, необходимые для выполнения этого преобразования, а также представлены основные термины, используемые для обозначения работы двигателя.

Рисунок 1-35. Компоненты и терминология работы двигателя.

Рабочий цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания включает в себя серию событий, необходимых для индукции, сжатия, воспламенения и горения, вызывающих расширение заряда топлива / воздуха в цилиндре и удаления или выпуска побочных продуктов процесса сгорания.Когда сжатая смесь воспламеняется, образующиеся при сгорании газы расширяются очень быстро и заставляют поршень отодвигаться от головки блока цилиндров. Это движение поршня вниз, воздействующее на коленчатый вал через шатун, преобразуется коленчатым валом в круговое или вращательное движение. Клапан в верхней части или в головке цилиндра открывается, чтобы позволить сгоревшим газам уйти, а импульс коленчатого вала и гребного винта заставляет поршень возвращаться в цилиндр, где он готов к следующему событию в цикле.Затем открывается другой клапан в головке блока цилиндров, чтобы впустить свежую топливно-воздушную смесь. Клапан, позволяющий отводить горящие выхлопные газы, называется выпускным клапаном, а клапан, который впускает свежий заряд топливно-воздушной смеси, называется впускным клапаном. Эти клапаны открываются и закрываются механически в нужное время с помощью механизма управления клапанами.

Отверстие цилиндра — это его внутренний диаметр. Ход — это расстояние, на которое поршень перемещается от одного конца цилиндра к другому, в частности от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ), или наоборот.[Рис. 1-35]

Летный механик рекомендует

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ВЗАИМНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ — Академия технологических процессов и операторов

Двигатель Chevy 409 1962 года

Она в полном порядке, мой 4-0-9
Она в полном порядке, мой 4-0-9
Мой 4-0-9
Ничто не может ее поймать, ничто не может остановить мой 4-0-9 , 4-0-9
Головокружение, головокружение, головокружение, 409!

(«409», Beach Boys, 1962)

ОБЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ, НАЙДЕННОЕ В ДВИГАТЕЛЯХ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Каждые поршневой двигатель внутреннего сгорания будет иметь следующее оборудование:

A Цилиндр … перевернутый контейнер в форме банки, в котором воспламеняется углеводородное топливо.

A Поршень , который перемещается вверх и вниз в каждом цилиндре .

Поршень имеет важные рабочие обязанности:

• При движении вниз поршня Поршень всасывает воздух для горения.
• Поршень также используется для сжатия еще не сгоревшего углеводородного топлива.

• И это также поршень , на который воздействует расширяющая сила рабочей жидкости , которая опускает поршень вниз, создавая Power Stroke …ака механическая / движущая сила.

A Шатун / Коленчатый вал Соединение, которое преобразует прямолинейное движение вверх-вниз поршня во вращательное движение, которое вращается вокруг и вокруг. Это вращательное движение может приводить в движение нагрузку (например, насос или компрессор), или вращать генератор электроэнергии, или вращать пропеллер и т. Д.

Картер окружает шатун / Коленчатый вал .

Дополнительный общий Двигатель Аппаратное обеспечение включает Клапаны и Порты , которые управляют потоком топлива и воздуха для горения в цилиндр и удаляют (также известные как « Выхлоп ») продукты сгорания из цилиндра .

Также будет аппаратных средств, предназначенных для управления количеством топлива , которое поступает в цилиндр , и некоторые средства для воспламенения топлива .

Как указано в Сегменте № 200 PTOA, наиболее популярное использование двигателя внутреннего сгорания в качестве главного двигателя / привода в перерабатывающей промышленности является критически важной функцией резервного производства электроэнергии.

Мощность, необходимая для такого важного обслуживания … а также для управления обычным автомобилем, пригодным для дорог … не может быть обеспечена одним поршнем и цилиндром .

Мощные двигатели внутреннего сгорания имеют несколько цилиндров , которые синхронно работают в пределах блока цилиндров и головки цилиндров .

Хорошо!

Представлена ​​форма оборудования, используемого в поршневом двигателе внутреннего сгорания !

А теперь пора разобраться в функциях этого оборудования!

ЦИКЛ СГОРАНИЯ ИЗ ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Все сжигание углеводородов Двигатели работают одинаково, независимо от того, движется ли создаваемая движущая сила вперед и назад «возвратно-поступательно» или вращается вокруг и вокруг «вращательного» движения.

Возвратно-поступательное движение, которое преобразуется в механическую силу в поршневом двигателе внутреннего сгорания , было показано на гифке, появившейся в предыдущем разделе.

Циклическое движение роторного двигателя внутреннего сгорания показано на гифке рядом.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания и создают свои движущие / механические силы, следуя этапам Цикл сгорания .

Цикл сгорания для двигателей внутреннего сгорания проще всего проиллюстрировать на примере четырехтактного двигателя внутреннего сгорания .

Шаг 1: « Впуск » углеводородного топлива в цилиндр .

Этот шаг начинается с поршня в верхней части цилиндра , где расположены впускной клапан клапан и впускное отверстие .

Это положение называется «Верхняя точка мертвой точки» (также известная как ВМТ), и заправочный объем цилиндра составляет минимум .

На этом этапе открывается впускной клапан , что позволяет всасывать определенное количество испаренного топлива и воздуха (бензиновый двигатель) или только воздуха (дизельный двигатель) в цилиндр через впускной порт .

Испаренное топливо и воздух, всасываемые в цилиндр во время впуска , показаны светло-голубым цветом на соседнем изящном гифке четырехтактного двигателя внутреннего сгорания .

На этапе всасывания поршень перемещается таким образом, что он полностью выдвигается, и в нижней части цилиндра , находится в положении, обозначенном как «Нижняя точка мертвой точки» (также известная как НМТ).

Заполняемый объем цилиндра является максимальным в конце этапа всасывания .

Как показано на гифке рядом, в конце этапа всасывания цилиндр заполнен голубым испаренным топливом и воздухом (для бензинового двигателя ) или только воздуха (для дизельного двигателя ) .

Шаг 2: Сжатие :

Впускные клапаны закрыты, поэтому никакой материал не может входить или выходить из цилиндра .

Поршень перемещается от НМТ вверх, непрерывно уменьшая объем в цилиндре , таким образом сжимая захваченное испаренное топливо и воздух (бензин двигатель ) или только воздух (дизельный двигатель ).

На анимированном GIF-изображении четырехтактного двигателя внутреннего сгорания топливо и воздух в цилиндре становятся темно-синими, при этом они сжимаются в гораздо меньший объем.

Переход от светло-голубого к темно-синему визуально показывает, что температура, а также давление испаренной топливно-воздушной смеси (бензин , двигатель ) или только воздуха (дизельный двигатель , двигатель ) возрастают на этапе сжатия .

Йо! Фред! Ваш наставник видит, что вы переживаете!

Разве вы не осмеливаетесь сказать своему наставнику такое «А?» Смотри!

Нет ни одного специализированного читателя или ученика PTOA, который был бы удивлен тем, что захваченный газ в жестком контейнере (например, цилиндр ) будет испытывать повышение температуры при сжатии (поршнем ) в меньший объем.Все эти таинственные, но здравые «законы», предсказывающие поведение газа, были представлены в сегментах PTOA №152, №153 и №154.

Повышение температуры сжатого воздуха в дизельном двигателе может достигать 1000 ° F!

Достаточно горячо, чтобы произошло возгорание!

Шаг 3a: Зажигание :

В бензиновом двигателе испаренная топливно-воздушная смесь воспламеняется свечой зажигания .

Свеча зажигания на соседнем гифке двухтактного двигателя внутреннего сгорания находится вверху слева под углом вниз, очень близко к тому месту, где испаренное углеводородное топливо (светло-зеленый) впрыскивается в воздух для горения (синий).

A Свеча зажигания — это изящный электрический генератор, который создает периодические импульсы высокого напряжения.

Технологическое название свечи зажигания — « магнето ». ***

Дизель Двигатели не используют свечи зажигания для зажигания.

Очень горячий сжатый воздух и капли дизельного топлива с наддувом самовоспламеняются из-за высокой температуры, которая возникает на этапе сжатия .

*** Читатель PTOA Эрик М. предлагает следующее разъяснение другим читателям PTOA, которых может также раздражать приведенное выше утверждение, приравнивающее свечу зажигания к «магнето».

«Свеча зажигания не является электрическим генератором. Почти во всех современных двигателях высокое напряжение генерируется катушкой — трансформатором и передается по высоковольтному кабелю к свече зажигания, где напряжение в кабеле достаточно велико, чтобы создать искру, чтобы вызвать возгорание.

Магнито — это электрический генератор, в принципе похожий на генератор переменного тока, используемый в современных автомобилях для подзарядки аккумуляторной батареи. Различия между генератором и магнето:

1) Генератор переменного тока использует электромагнит для создания магнитного поля для выработки электричества, тогда как в магнето используется постоянный магнит

2) Катушки в генераторе намотаны для получения низкого напряжения, подходящего для перезарядки аккумулятора при высоком токе., Тогда как в магнето катушки намотаны для создания высокого напряжения для искры при низком токе

3) Генератор обычно вырабатывает трехфазный переменный ток, который выпрямителем преобразуется в постоянный ток.Магнето однофазное и не требует выпрямителя.

4) Магнито должно приводиться в движение двигателем таким образом, чтобы искра появлялась в нужное время — Генератор не имеет такого требования ».

Шаг 3b: Создание и расширение рабочей жидкости … он же СИЛОВОЙ ХОД!

Горящее топливо быстро превращается в горячий газ, состоящий из углекислого газа, водяного пара и не полностью сгоревших продуктов сгорания.

Эти газы.. aka The Working Fluid … быстро расширяется, и сила расширения толкает поршень вниз, создавая всемогущий Power Stroke двигателя .

На гифке рядом показаны Ignition и Expansion , создающие The Power Stroke.

Синие сжатое топливо и воздух воспламеняются и становятся красными.

Сразу после зажигания поршень взрывается вниз, заполняя цилиндр красными продуктами сгорания.

Вуаля!

Power Stroke — это движущая сила, которая вращает коленчатый вал !

На этом рисунке шаг расширения более точно обозначен как мощный ход!

К сожалению … многие иллюстрации Цикл сгорания двигателя внутреннего сгорания на самом деле не показывают Рабочий ход !

Типичная иллюстрация показывает конец Сжатие Шаг , а затем начало последнего шага Выпуск .

Так что знайте!

Power Stroke — вот почему вся сложная технология пошла в первую очередь на создание двигателя Engine !

Шаг 4: Выхлоп рабочей жидкости (также известной как продукты сгорания).

Выпускной клапан открывается.

Поршень движется вверх, выталкивая Рабочую жидкость красных продуктов сгорания из цилиндра через выпускное отверстие .

Шатун / коленчатый вал преобразует красные продукты сгорания выхлопных газов ed в движущую / механическую энергию (однако это действие не показано на гифке).

Выпускной порт закрывается в конце ступени выпуска . Затем открывается впускной клапан , и цикл сгорания двигателя внутреннего сгорания повторяется.

СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ ДВИГАТЕЛЯ

Модель T производства Ford, показанная в первых фильмах…

, как без разговоров с Чарли Чаном…

толкнул из-за « Pre-ignition ».

«Предварительное зажигание » испаренного газа и воздуха во время этапа сжатия является основной причиной того, что первые автомобили имели то движение «пыхтеть-пыхтеть-пыхтение», которое сотрясало кости водителей и пассажиров.

« Pre-ignition » происходит, когда испарившаяся топливно-воздушная смесь становится настолько горячей при сжатии, что смесь самовоспламеняется до окончания этапа сжатия … , который в бензиновом двигателе должен прогрессировать до планового зажигания через свечу зажигания .

« Pre-ignition » вызывает потерю движущей силы и изнашивает поршни и другое оборудование внутреннего сгорания.

Pre-Ignition повредил этот поршень.

Чтобы ограничить возникновение преждевременного зажигания , Двигатель производители разработали конструктивный параметр Двигатель , названный Степень сжатия .

Коэффициент сжатия ограничивает давление PV, оказываемое на стенки цилиндра во время этапа сжатия .

Ограничение повышенного давления PV во время этапа сжатия ограничивает повышение температуры, которое будет испытывать содержимое цилиндра , тем самым ограничивая предварительное зажигание .

Коэффициент сжатия можно оценить, разделив заполненный объем цилиндра в самом конце этапа всасывания (до начала этапа сжатия ) на гораздо меньший заполненный объем цилиндра . в конце этапа сжатия … до Зажигание .

На соседнем гифке Степень сжатия можно оценить, разделив объем голубой топливно-воздушной смеси в конце Впускной на гораздо меньший темно-синий объем топливно-воздушной смеси в самом конце Компрессия (непосредственно перед тем, как стать красным из-за Зажигание ).

В общем…

Чем больше Степень сжатия … тем больше максимальное давление PV, оказываемое на стенки цилиндра после сгорания .

Черт!

Это общее замечание имеет смысл!

Блестящие читатели и студенты PTOA уже знают, что давление PV — это просто Сила, несущаяся над областью, потому что они узнали это еще в сегменте PTOA # 142.

Итак, Силовой ход , который следует за этапом сжатия , можно визуализировать как распределение силы по площади дна цилиндра .

Ergo… чем больше Степень сжатия двигателя, тем мощнее Power Stroke смещает поршень вниз.

Так что ни один Читатель или Студент PTOA не удивится, если сделает вывод, что…

Чем больше Степень сжатия и, следовательно, ход мощности … тем более эффективен двигатель с точки зрения расхода топлива для выработки движущей силы.

Означает ли это, что для нет ограничений на Степень сжатия в конструкции двигателя ?

Черт возьми!

Состав легкодоступного углеводородного топлива ограничивает проектную степень сжатия для двигателей внутреннего сгорания .

Например:

Чтобы предотвратить преждевременное воспламенение , автомобильный бензин смешивается до минимального октанового числа, а дизельное топливо смешивается до минимального цетанового числа.

Интересный факт! Число 66 в марке бензина «Phillips 66» было маркетинговым ходом для компании Phillips, чтобы похвастаться своей способностью производить бензин с колоссальным октановым числом 66… большим достижением для того времени.

Современные автомобили, эксплуатируемые в негорных штатах США, требуют гораздо более высокого среднего октанового числа 87, чтобы предотвратить преждевременное зажигание .

Сжигание природного газа Двигатели спроектированы для степени сжатия 5: 1.

Рабочая жидкость в двигателе этого автомобиля — природный газ.

Таким образом, это означает, что заполненный объем цилиндра перед этапом сжатия в пять раз больше, чем заполненный объем цилиндра после завершения этапа сжатия (и непосредственно перед этапом зажигания ) .

Это ограничение для . Степень сжатия природного газа. Двигатели приводят к тому, что на стенки цилиндра оказывается давление приблизительно 120 фунтов на кв. Дюйм, прямо перед тем, как происходит воспламенение .

Дизель Двигатели намного эффективнее бензиновых двигателей , потому что этап сжатия не нагревает углеводородно-воздушную смесь, а только воздух!

Распыленное дизельное топливо, которое впрыскивается в конце этапа сжатия , не нужно нагревать, поскольку сжатый воздух уже очень горячий.Такая конструкция позволяет давлению, оказываемому на стенки цилиндра , быть достаточно высоким, в диапазоне от 450 до даже 600 фунтов на кв. Дюйм, ман.

Результирующий Рабочий ход …

, который приводит в движение коленчатый вал и, в конечном итоге, нагрузку на трансмиссию дизельного транспортного средства…

обеспечивает эффективное преобразование дизельного топлива в движущую силу.

Иначе говоря, дизельный двигатель Engine дает намного больше миль на галлон, чем бензиновый двигатель Engine .

БАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТИПЫ

К настоящему времени читатели и студенты PTOA должны уловить суть того, что различные конструкции двигателей внутреннего сгорания различаются по способу обращения:

• Какой вид топлива используется.
• Как впрыскивается топливо.
• Как воздух попадает в цилиндр.
• Когда и где испаренное или распыленное топливо смешивается с кислородом воздуха.
• Как воспламеняется углеводород.
• Степень сжатия.

Существуют десятки конструктивных усовершенствований двигателя внутреннего сгорания , которые превосходят непосредственную цель МОМ по представлению основной формы и функций двигателей внутреннего сгорания , используемых в качестве первичных двигателей / приводов в промышленной перерабатывающей промышленности.

Только наиболее распространенные двигатели внутреннего сгорания и усовершенствования конструкции упомянуты ниже.

Двухтактный по сравнению с четырехтактным двигателем

Как двухтактный двигатель , так и четырехтактный двигатель проходят все этапы цикла сгорания двигателя внутреннего сгорания , описанные выше.

Двухтактный двигатель показан работающим на соседнем гифке.

Разница в том, что…

Двухтактный двигатель имеет рабочий ход на каждый полный оборот коленчатого вала .

Коленчатый вал в четырехтактном двигателе вращается два раза для каждого отдельного рабочего хода .

Обратите внимание на расположенный рядом двухтактный двигатель gif, что красные продукты сгорания (также известные как The Working Fluid ) — это Exhaust ed …

и, следовательно, преобразуются в движущую / механическую силу …

каждый раз, когда поршень перемещается вверх.

Сравните двухтактный двигатель gif с ближайшим четырехтактным двигателем gif.

Светло-коричневый Выхлоп ed Продукты сгорания (также известные как Рабочая жидкость) выходят из левой стороны цилиндра …

и, следовательно, преобразуются в движущую / механическую силу …

через каждые два раза поршень перемещается вверх.

Таким образом, коленчатый вал четырехтактного двигателя совершает два полных вращения, чтобы получить один ход Power Stroke от двигателя .

Преимущества двухтактного двигателя по сравнению с четырехтактным двигателем :

Двухтактный двигатель генерирует больше движущей / механической мощности, чем четырехтактный двигатель .

Двухтактный двигатель физически менее сложен и меньше, чем четырехтактный двигатель .

Однако ..

Двухтактный двигатель менее эффективен, чем четырехтактный двигатель , потому что он использует больше топлива для выработки единицы мощности, чем четырехтактный двигатель e.

Роторный двигатель внутреннего сгорания Конструкция … Двигатель Ванкеля

Роторный двигатель внутреннего сгорания Конструкция учитывала это вращательное движение…

движется по кругу вместо того, чтобы совершать возвратно-поступательные движения…

может привести к меньшему и более компактному двигателю , который может генерировать больше «мощности на оборот», чем движение поршня вверх и вниз, перемещающегося внутри цилиндра .

Только роторный двигатель Ванкеля достаточно мощный, но при этом достаточно мал, чтобы поместиться в моторном отсеке этого автомобиля.

К сожалению, конструкция Wankel также выбрасывает больше выбросов в атмосферу.

Еще раз пора «You Tube and Chill».«

Большое спасибо Engineering Explained за создание ниже You-Tube , в котором объясняет «Как работают роторные двигатели» .

Как всегда, обязательно ПОНРАВИТЕСЬ этому отличному видео, чтобы выразить признательность его создателю за попытку подсказать вам.

Если приведенный ниже прямой доступ к YouTube-каналу Engineering Explained по теме «Как работают роторные двигатели» не работает, откройте YouTube-канал, щелкнув ЗДЕСЬ.

В начале видео ясно показано, как роторное оборудование работает на тех же этапах цикла сгорания двигателя внутреннего сгорания .Аппаратное обеспечение просто сильно отличается от Поршни и Цилиндры !

Дождитесь конца видео и узнайте о преимуществах роторного двигателя внутреннего сгорания по сравнению с поршневым двигателем внутреннего сгорания .

«Наддув» и «Турбонаддув» и Двигатель

Цель « Supercharging an Engin e» — втиснуть больше воздуха в цилиндр с целью сжигания большего количества топлива, что увеличит выходную мощность двигателя Engine .

Наддув достигается за счет подачи всасываемого воздуха с большей плотностью, чем обычное атмосферное давление воздуха (14,7 фунтов на квадратный дюйм). Этот «плотный» воздух должен поддерживаться в цилиндре в начале этапа сжатия .

Для подачи воздуха обычно используется вентилятор.

Но эй … воздуходувка — это Load … так что же им движет?

Воздуходувка должна приводиться в действие двигателем или отдельным двигателем с электрическим приводом .

Иногда выхлоп двигателя используется для привода турбины, которая подает «плотный» воздух. Двигатели с этой конструктивной особенностью описываются как « с турбонаддувом ».

Вау!

Это было много информации, чтобы узнать о первичных двигателях / драйверах, известных как двигатели внутреннего сгорания , учитывая, что операторы процессов обычно несут ответственность только за обеспечение готовности аварийного резервного силового агрегата, когда это необходимо.

На больших и сложных перерабатывающих предприятиях операторы процессов с гораздо большей вероятностью будут взаимодействовать с первичным двигателем / приводом с регулируемой скоростью, известным как Паровая турбина …, который будет представлен в следующем сегменте PTOA!

ПРИНИМАЙТЕ ДОМОЙ СООБЩЕНИЯ: Поршневые двигатели внутреннего сгорания имеют поршни и цилиндры, которые сжигают углеводородное топливо, и шатуны / коленчатые валы, которые преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращательное механическое движение, приводящее в движение нагрузку.

Роторным двигателям внутреннего сгорания не требуются шатуны и коленчатые валы для скрытия сгоревшего топлива во вращательном движении.

Общее оборудование как для поршневых, так и для роторных двигателей внутреннего сгорания включает:

• Впускные клапаны, впускные каналы, выпускные отверстия и выпускные отверстия
• Средство контроля количества топлива и воздуха.
• Оборудование, предназначенное для ступени зажигания.

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания поршневые имеют:

• Свечи зажигания, магнето, инициирующие горение.
• Картеры
• Блок цилиндров
• Головки цилиндров

Как поршневые, так и роторные двигатели внутреннего сгорания работают через цикл сгорания двигателя внутреннего сгорания:

(1) Впуск, (2) Сжатие, (3) Зажигание и расширение = Рабочий ход (4) Выпуск рабочей жидкости, состоящей из продуктов сгорания.

Коэффициент сжатия — это проектный параметр для поршневых двигателей внутреннего сгорания, который был разработан для ограничения возникновения преждевременного воспламенения.

Коэффициент сжатия определяет, какое давление будет оказано на цилиндр после сгорания, следовательно, сколько мощности будет генерироваться двигателем.

Дизельный двигатель более эффективен, чем бензиновый, по причинам, описанным в этом сегменте PTOA.

Двухтактный двигатель обеспечивает рабочий ход на каждый оборот коленчатого вала, но четырехтактный двигатель обеспечивает один рабочий ход за два оборота.

Двухтактный двигатель мощнее и легче четырехтактного двигателя, но при этом менее экономичен.

Роторные двигатели (также известные как двигатели Ванкеля) обладают большей мощностью при своем компактном размере, но при этом производят больше выбросов.

Большое спасибо Engineering Explained за отличный You Tube, который иллюстрирует, как роторный двигатель Ванкеля управляет циклом сгорания.

Основным интерфейсом операторов технологического процесса с двигателями на технологическом предприятии будет мониторинг состояния и производительности двигателя внутреннего сгорания, который был установлен для управления аварийным генератором электроэнергии.Дизельный двигатель в генераторной установке работает, как описано в этом сегменте PTOA.

© 2018 Сегмент ВОМ 0192

Фокусное исследование технологической переменной давления PTOA
Фокусное исследование вращающегося оборудования под давлением PV PTOA
Исследование увеличения давления первичного двигателя / привода вращающегося оборудования PTOA

Как работает двигатель Ванкеля? — MechStuff

Больше никаких скучных представлений, давайте начнем и разберемся, как работает двигатель Ванкеля и что это такое!

История: —
Первый двигатель Ванкеля был разработан немецким инженером — Феликсом Ванкелем .Ванкель получил свой первый патент на двигатель в 1929 году.
Однако конструкция двигателя Ванкеля, используемая сегодня, была разработана Ханнсом Дитером Пашке , который он использовал для создания современного двигателя!

Двигатель Ванкеля: —

Двигатель Ванкеля — это двигатель внутреннего сгорания, в отличие от поршневого цилиндра. В этом двигателе используется эксцентриковая конструкция ротора, которая напрямую преобразует энергию давления газов во вращательное движение. В устройстве поршень-цилиндр поступательное движение поршня используется для преобразования во вращательное движение коленчатого вала.
По сути, ротор просто вращается в корпусах, имеющих форму толстой восьмерки .

Части механизма Ванкеля: —

Для этого слайд-шоу требуется JavaScript.

Ротор: — Ротор имеет три выпуклые поверхности, которые действуют как поршень. 3 угла ротора образуют уплотнение снаружи камеры сгорания. Он также имеет внутренние зубья шестерни в центре с одной стороны. Это позволяет ротору вращаться вокруг фиксированного вала.
Корпус: — Корпус эпитрохоидальной формы (примерно овал).Корпус имеет продуманную конструкцию, так как 3 вершины или угла ротора всегда находятся в контакте с корпусом. Впускной и выпускной патрубки расположены в корпусе.
Впускные и выпускные отверстия: — Впускное отверстие позволяет свежей смеси поступать в камеру сгорания, а отработавшие газы выходят через выпускное / выпускное отверстие.
Свеча зажигания: — Свеча зажигания подает электрический ток в камеру сгорания, которая воспламеняет топливовоздушную смесь, что приводит к резкому расширению газа.
Выходной вал: — Выходной вал имеет эксцентриковых выступов , установленных на нем, что означает, что они смещены на относительно оси
оси вала . Ротор не вращается в чистом виде, но нам нужны эти эксцентрические выступы для чистого вращения вала.

Примечание: — Выходной вал — вещь, которую нельзя полностью объяснить словами. Довольно сложно представить его вклад в работу. эта ссылка на видео может помочь вам понять это.

Рабочий: — Анимация двигателя Ванкеля.

Впуск: —
Когда кончик ротора проходит через впускное отверстие, свежая смесь начинает поступать в первую камеру. Камера всасывает свежий воздух, пока вторая вершина не достигнет впускного отверстия и не закроет его. В настоящий момент свежая топливовоздушная смесь запаяна в первую камеру и отводится на сжигание.

Компрессия: —
Первая камера (между углом 1 и углом 2), содержащая свежий заряд, сжимается из-за формы двигателя к тому моменту, когда он достигает свечи зажигания.
При этом новая смесь начинает поступать во вторую камеру (между углом 2 и углом 3).

Четыре такта двигателя с пронумерованными углами.

Сгорание: —
При воспламенении свечи зажигания сильно сжатая смесь взрывоопасно расширяется. Давление расширения толкает ротор вперед. Это происходит до тех пор, пока первый угол не пройдет через выхлопное отверстие.

Выхлоп: —
Когда пиковый угол ИЛИ 1 проходит через выхлопное отверстие, горячие газы сгорания под высоким давлением могут свободно выходить из порта.
По мере того, как ротор продолжает двигаться, объем камеры продолжает уменьшаться, вытесняя оставшиеся газы из порта. К тому времени, когда угол 2 закрывает выпускное отверстие, угол 1 проходит мимо впускного отверстия, повторяя цикл.

Пока первая камера выпускает газы, вторая камера (между углом 2 и углом 3) находится под давлением . Одновременно камера 3 (между углом 3 и углом 1) всасывает свежую смесь .
В этом прелесть двигателя — четыре последовательности четырехтактного цикла, которые происходят последовательно в поршневом двигателе, происходят одновременно в двигателе Ванкеля, вырабатывая мощность в непрерывном потоке.

Преимущества: —

1. Двигатель Ванкеля имеет очень мало подвижных частей; намного меньше, чем 4-тактный поршневой двигатель. Это делает конструкцию двигателя более простой, а двигатель надежным.
2. Это примерно 1/3 размера поршневых двигателей , обеспечивающих такую ​​же выходную мощность.
3. Может развивать более высокие обороты в минуту, чем поршневой двигатель.
4. Двигатель Ванкеля весит почти 1/3 веса поршневых двигателей , обеспечивая такую ​​же выходную мощность.Это приводит к более высокому соотношению мощности к весу.

Недостатки: —

1. Поскольку каждая секция имеет разность температур, расширение материала корпуса различается в разных регионах. Поэтому ротор иногда не может полностью герметизировать камеру в области высоких температур.
2. Горение происходит медленно, поскольку камера сгорания длинная, тонкая и подвижная. Следовательно, может существовать вероятность того, что свежий заряд разрядится, даже не сгорая.
3. Поскольку несгоревшее топливо находится в потоке выхлопных газов, соблюдение требований по выбросам затруднено.

Связанный

Патент США на генераторы переменного тока и усовершенствования роторных двигателей внутреннего сгорания Патент (Патент № 6,876,113, выданный 5 апреля 2005 г.)

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте настоящее изобретение относится к генераторам переменного тока с выпрямлением для обеспечения постоянного тока или без выпрямления, которые могут использоваться, например, в сочетании с роторными двигателями внутреннего сгорания. В другом аспекте настоящее изобретение относится к усовершенствованиям роторных двигателей внутреннего сгорания.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

(A) Генераторы переменного тока

Генератор переменного тока берет свое начало еще в 1831 году, когда Майкл Фарадей впервые провел эксперименты, связанные с перемещением магнита вперед и назад внутри катушки с проволокой для генерации электрического тока внутри катушки. цепь за счет электромагнитной индукции. За многие годы, прошедшие с тех пор, было разработано множество конструкций генераторов переменного тока для различных областей применения. Тем не менее, основная конструкция генератора существенно не изменилась.Конфигурация проводки катушки вокруг статора может иметь множество различных форм, и ротор может иметь любое количество магнитных полюсов и различных форм, но, тем не менее, последовательно собирается как единое целое с приводным валом. Расположение приводного вала ротора в корпусе генератора фиксировано и определяется движущимися подшипниками, такими как шарикоподшипники, игольчатые подшипники или подшипники в кожухе, которые поддерживают приводной вал с каждой стороны ротора в корпусе генератора.

Во время разработки нового улучшенного типа роторного двигателя стали очевидны существенные ограничения традиционного узла генератора переменного тока. Мало того, что обычные узлы генератора переменного тока не могут быть разобраны с оптимальной легкостью, и они не только уязвимы для износа подвижных компонентов подшипников и связанных с ними деталей, но их общая конструкция, ограниченная подвижными подшипниками, серьезно ограничивает способность блока генератора переменного тока иметь что-либо другое. чем один ротор, установленный на приводном валу генератора.Эти нерешенные ограничения существующей конструкции генератора, возможно, даже были частично ответственны за неспособность автомобильной промышленности преодолеть низкую эффективность перезарядки автомобильных аккумуляторов генератором, которая препятствовала разработке жизнеспособных транспортных средств с электрическим приводом. .

(B) Роторный двигатель внутреннего сгорания

Широко признано, что обычный поршневой двигатель внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением является неэффективной системой. Несмотря на то, что они составляют подавляющее большинство всех современных двигателей транспортных средств, их эффективность при преобразовании энергии топлива в работу часто оценивается как 20-25%. Частично это связано с тем, что в четырехтактном цикле только один из четырех тактов обеспечивает мощность, а остальные такты для впуска, сжатия и выпуска сгоревшего топлива не передают мощность.Срабатывание других цилиндров двигателя и импульс маховика необходимы для поддержания движения отдельных поршней во время трех других тактов.

Помимо эффективности, другие проблемы вызывают стоимость, вес и сложность сборки двигателя и скорость износа компонентов, а также дополнительные вопросы, такие как степень выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.

В то время как ряд различных подходов к конструкции двигателя исследовался на протяжении многих лет, мало что было опубликовано о конструкции роторных двигателей внутреннего сгорания, кроме знаменитого двигателя Ванкеля, изобретенного в 1959 году немецким инженером Феликсом Ванкелем.Двигатель Ванкеля основан на использовании ротора, установленного на валу для вращения внутри корпуса, при этом ротор приспособлен для удаления эпитрохоидального или гипертрохоидального объема внутри корпуса, чтобы сначала ввести в корпус топливно-воздушную смесь, чтобы заполнить камеру сгорания между ротором и внутренней стенкой корпуса и затем сжать ее перед сгоранием и последующим перемещением ротора расширяющимися газами в положение, в котором продукты сгорания выходят.

Эта конструкция роторного двигателя, по-видимому, является единственной конструкцией, которая получила сколько-нибудь существенное коммерческое признание. Тем не менее, он используется только в ограниченном количестве серийных автомобилей и подвергался критике за относительно плохой баланс между экономией топлива, характеристиками и стоимостью производства.

Потенциал для конструкций роторных двигателей по улучшению некоторых или всех этих характеристик, а также по улучшению обычных поршневых двигателей ранее не был полностью реализован, и можно достичь большей простоты и эффективности, чем до сих пор.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

(A) Генераторы

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предоставляется генератор переменного тока, содержащий вмещающий корпус, ротор и статор, а также, при использовании, приводной вал для ротора. Этот генератор не имеет подвижных подшипников в корпусе, поддерживающем приводной вал ротора.

Предпочтительно, чтобы генератор не имел в корпусе подшипников для поддержки приводного вала. Это особенно подходит, когда генератор переменного тока должен быть установлен на существующий приводной вал, например, двигателя внутреннего сгорания.

В частности, генератор переменного тока имеет жесткую центрирующую пластину, предназначенную для жесткой центровки корпуса и статора над приводным валом. Подходящим образом дополнительно предусмотрено множество длинных болтов для жесткого прикручивания корпуса и статора к жесткой центрирующей пластине.

Предпочтительно, жесткая центрирующая пластина имеет выпуклый профиль, соответственно выгибающийся к передней части генератора переменного тока, чтобы повысить его прочность и жесткость, которые она придает узлу генератора переменного тока.

Корпус генератора соответственно включает кожух, содержащий переднюю часть кожуха и заднюю часть кожуха, а статор зажат между передней частью кожуха и задней частью кожуха, образуя по существу жесткую коробчатую конструкцию вокруг приводного вала.

Предпочтительно жесткая выравнивающая пластина прикреплена к задней внешней поверхности задней части кожуха.

Генератор переменного тока предпочтительно не имеет встроенного приводного вала для ротора, причем генератор имеет проход через него, в том числе через ротор, для установки на существующий приводной вал. Такой существующий приводной вал может быть выполнен за одно целое с двигателем, таким как, например, двигатель внутреннего сгорания автомобиля или другого транспортного средства, или соединен с ним, а корпус генератора переменного тока соответствующим образом приспособлен для крепления болтами к жесткой конструкции или корпусу, от которого установлен существующий привод. вал выступает, с помощью которого генератор центрируется на приводном валу.В принципе, двигатель может быть любым источником движущей силы и может, например, представлять собой воздушный винт с приводом от ветра или крыльчатку с водяным приводом, или двигатель большой или малой энергетической установки любого типа.

Генератор переменного тока соответственно имеет множество роторов внутри корпуса генератора, которые устанавливаются при использовании с разнесенными интервалами вдоль приводного вала. Соответственно, корпус генератора переменного тока имеет соответствующий разделительный элемент / пластину для отделения каждого ротора и / или статора от каждого соседнего ротора и / или статора.За счет наличия множества роторов и, соответственно, множества статоров, генератор переменного тока имеет гораздо более высокий выходной потенциал мощности для одного приводного вала и при минимальных размерах и весе генератора.

В альтернативном варианте осуществления генератор переменного тока может иметь собранный за одно целое приводной вал ротора без подвижных подшипников, поддерживающих приводной вал. Соответственно, приводной вал, по существу, полностью поддерживается концевым подшипником на одном конце вала, который установлен на жесткой центрирующей пластине.Этот вариант осуществления особенно подходит для использования в качестве заряжаемого устройства с ручным приводом. Для этого он может быть снабжен кривошипной рукояткой.

Предпочтительно, устройство дополнительно имеет одно или несколько устройств накопления заряда, размещенных в корпусе генератора переменного тока или в его удлинении или дополнении. Соответственно, устройства накопления заряда содержат аккумуляторные элементы. Элементы батареи соответственно дополняются конденсаторами для обеспечения оптимального быстрого контролируемого высвобождения заряда.

В дополнительном аспекте настоящего изобретения предоставляется зарядное устройство, которое содержит генератор переменного тока, имеющий корпус, ротор или узел ротора и узел статора или статора, а также приводной вал для ротора и дополнительно имеющий кривошипную рукоятку, установленную на приводной вал для ротора, посредством чего приводной вал может вращаться вручную (предпочтительно через редуктор с соотношением оборотов), чтобы генерировать переменный ток.Это устройство предпочтительно дополнительно снабжено одним или несколькими средствами накопления заряда и особенно предпочтительно имеет один или несколько аккумуляторных элементов, размещенных в корпусе подходящим образом вместе с одним или несколькими конденсаторами для контролируемого разряда накопленного заряда.

Это ручное зарядное устройство может иметь множество различных применений, включая не только зарядку автомобильных аккумуляторов или запуск двигателей автомобилей от внешнего источника, но и такие приложения, как питание медицинских установок для реанимации сердца или даже кардиостимуляторов.Это устройство по настоящему изобретению может оказаться неоценимым в аварийных ситуациях, когда нельзя полагаться на уровень заряда существующего оборудования с батарейным питанием.

(B) Роторные двигатели внутреннего сгорания

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен усовершенствованный роторный двигатель внутреннего сгорания, который содержит: корпус; ротор, установленный на вращающемся выходном валу, при этом вал и ротор установлены внутри корпуса, ротор имеет по меньшей мере одну выемку, образованную в или на радиально внешней поверхности, наиболее удаленную от вала, причем эта выемка заключена в корпус для определения камера сгорания практически фиксированного размера, которая не изменяется при вращении ротора, причем корпус дополнительно имеет впускное отверстие для подачи сжатого воздуха в камеру сгорания и выпускное отверстие для удаления продуктов сгорания из камеры сгорания.

В отличие от обычного двигателя Ванкеля и других роторных двигателей внутреннего сгорания, объем, определенный в камере сгорания на протяжении всего цикла вращения двигателя, остается по существу постоянным, поскольку от него не зависит выполнение этапа сжатия цикла сгорания. Вместо этого воздух подается в двигатель предварительно сжатым, по существу, до требуемого уровня сжатия.

В предпочтительном варианте осуществления ротор имеет по существу круглую цилиндрическую форму и особенно предпочтительно представляет собой по существу круглый диск.Выемка, а предпочтительно их несколько, расположенных на равных интервалах вокруг ротора, предпочтительно формируется на радиально внешней поверхности ротора во время литья ротора. В качестве альтернативы он может быть фрезерован или частично отлит, а затем фрезерован с радиально внешней поверхности ротора, особенно для двигателей с высокими рабочими характеристиками.

Предпочтительно та часть корпуса, которая по существу концентрически окружает ротор, чтобы охватить каждое или каждое углубление, представляет собой дискретно сформированное кольцевое пространство или втулку.

Это кольцевое пространство корпуса предпочтительно представляет собой цельную отливку из металла / сплава, в которой предусмотрены отверстия для впуска и выпуска топлива и воздуха.

Входное отверстие для сжатого воздуха предпочтительно включает в себя комбинированную форсунку для сжатого воздуха и топлива.

Предпочтительно, чтобы каждая выемка ротора имела горловину Вентури.

Боковой профиль выемки или каждой выемки предпочтительно представляет собой хорду окружности на первой части своей длины и переходит в радиальное изгибание наружу, образуя стопорную стенку, действующую как лопасть для вращения ротора.

Для оптимальной прочности, целостности и снижения веса ротор предпочтительно выполнен за одно целое с валом.

Особенно предпочтительно, чтобы двигатель имел функционально установленный на приводном валу ротора ротор генератора / генератора для обеспечения электричеством, которое можно использовать, например, для питания насоса компрессора для подачи сжатого воздуха. Статор генератора / генератора предпочтительно крепится прямо или косвенно к корпусу двигателя. Другие аспекты настоящего изобретения могут включать в себя ротор, кольцевое пространство корпуса и генератор / генератор переменного тока, все подходящие для использования описанным образом.Дополнительные преимущества и изобретательские особенности настоящего раскрытия станут очевидными из следующего описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

(A) Генераторы переменного тока

Два предпочтительных варианта осуществления настоящего изобретения теперь будут более подробно описаны в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 — вид в поперечном разрезе первого предпочтительного варианта осуществления генератора переменного тока, установленного на приводном валу двигателя;

РИС.2 — отдельные компоненты генератора переменного тока, иллюстрирующие их сборку;

РИС. 3 — вид в поперечном разрезе второго предпочтительного варианта выполнения генератора переменного тока, адаптированного как автономный блок для ручного управления;

РИС. 4 — вид отдельных компонентов второго варианта осуществления, отделенных друг от друга; и

ФИГ. 5 и 6 — соответственно вид спереди и сзади второго предпочтительного варианта осуществления;

РИС. 7 a — 7 d — простые схематические диаграммы конфигураций генератора переменного тока, состоящего из множества ротора и одного статора или множества ротора и множества статорных узлов;

РИС.8 a — 8 g — простые принципиальные схемы альтернативных вариантов ротора;

РИС. 9 a — 9 d — простые схематические изображения, иллюстрирующие расположение различных конфигураций ротора относительно ведущего вала;

РИС. 10 a — 10 b демонстрируют расположение конфигураций с несколькими роторами и статорами, где ведущий вал соединен с другим валом, а

фиг.Фиг.11 a и 11 b схематично иллюстрируют конфигурацию узла, в которой генератор переменного тока установлен на собственном валу и поддерживается установочной пластиной подшипника.

(B) Роторные двигатели внутреннего сгорания

Предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения будет теперь более подробно описан в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. B 1 — схематический вид в разрезе роторного двигателя внутреннего сгорания в сборе, воплощающего изобретение;

РИС.B 2 — вид сверху верхней половины корпуса / кожуха устройства, показанного на фиг. B 1 вариант и фиг. B 3 и B 4 — соответственно вид сбоку и вид сверху снизу верхней половины кожуха;

ФИГ. B 5 , B 6 и B 7 — это, соответственно, вид сверху снизу нижней половины кожуха и вид сбоку и вид сверху того же самого;

РИС. B 8 , B 9 и B 10 — соответственно схематический вид в изометрии, вид сбоку и вид сбоку ротора согласно изобретению;

ФИГ.B 11 A-C — виды в изометрии обрезков уплотнений, используемых для герметизации камеры сгорания;

РИС. B 12 — вид сбоку ротора с правого конца на фиг. B 10 ;

РИС. B 13 — вид с торца кольцевого пространства корпуса;

РИС. B 14 — вид сверху нижней половины корпуса / корпуса с ротором на месте, но схематично;

РИС. B 15 — вид в изометрии кольцевого пространства корпуса, показанного на фиг.13;

РИС. B 16 — вид в поперечном разрезе модуля генератора / генератора, который может быть установлен на роторе, как показано на фиг. B 1 для выработки электроэнергии для питания внешнего воздушного компрессора;

РИС. B 17 — вид компонентов генератора / генератора отдельно для иллюстрации их сборки;

и ФИГ. B 18 , B 19 и B 20 — соответственно вид сбоку собранного кожуха двигателя с первого конца, с одной стороны и с другого конца.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(A) Генераторы переменного тока

Сначала обратимся к варианту осуществления, показанному на фиг. 1 и 2, этот вариант осуществления изобретения адаптирован для установки на приводной вал 1 , выходящий из двигателя и приводимый в действие двигателем. Приводной вал 1, может быть подходящим образом непосредственно соединен с двигателем и выступать из корпуса двигателя. Генератор установлен концентрически на приводном валу 1 и прикручен к корпусу двигателя 2 .

Генератор содержит, последовательно, спереди, как показано: переднюю часть корпуса / пластину 3 корпуса генератора; статор 4 ; ротор 5 с полым отверстием 5 b для установки непосредственно на приводной вал двигателя 1 ; пластина щеткодержателя / диодная пластина 6 ; заднюю часть корпуса 7 задней основной пластины, несущую диодную пластину (b) и регулятор 8 и множественную розетку для генерируемого электрического питания; и жесткая задняя выравнивающая пластина 9 ; весь узел скрепляется длинными болтами 10 .

Жесткая задняя выравнивающая пластина 9 служит основой для сборки. Он имеет изогнутый вперед выпуклый профиль для дополнительной прочности и жесткости. Передняя часть корпуса, или передняя пластина корпуса, 3 , и задняя выравнивающая пластина 9 , каждая имеет вертикальную периферийную стенку 3 a , 9 a , соответственно, которые обращены друг к другу, а сэндвич статор 4 и задняя пластина корпуса или часть корпуса 7 между ними и вместе образуют жесткую цилиндрическую коробчатую конструкцию.

Болты 10 проходят через соответствующие отверстия в радиально разнесенных по окружности турелях на каждой из передней пластины кожуха 3 , статора 4 , задней пластины корпуса 7 и в заднюю выравнивающую пластину 9 , чтобы дать структурная целостность собранного агрегата. Задняя центрирующая пластина 9 , в свою очередь, прикреплена болтами 11 с пружинными шайбами ​​к кожуху двигателя 2 с жесткой опорой, удерживая корпус генератора в фиксированном концентрическом положении вокруг приводного вала 1 .

Как будет видно, вокруг приводного вала нет подвижных подшипников 1 . Это резко контрастирует с традиционной конструкцией генератора переменного тока, которая обычно влечет за собой установку шарикоподшипников или других подвижных подшипников, таких как корпусные или игольчатые подшипники между приводным валом ротора и корпусом генератора, чтобы поддерживать и поддерживать концентричность приводного вала ротора. В этом первом предпочтительном варианте осуществления нет необходимости в какой-либо форме подшипника между приводным валом 1 и корпусом генератора переменного тока, содержащим компоненты 3 , 4 и 7 .Единственный необходимый контакт — между щетками 18 на щеткодержателе и диодной пластиной 6 и коллекторами колец на роторе 5 .

Отчасти из-за того, что внутри корпуса не требуются движущиеся подшипники, но также из-за того, что роторы 5 выполнены с непрерывным сквозным проходом по всей их ширине для установки на приводной вал, чтобы их можно было установить в нужном положении кроме того, в любом из ряда выбранных мест вдоль приводного вала существует небольшое существенное ограничение на количество роторов 5 , которые могут быть установлены на приводном валу 1 внутри корпуса генератора.Ряд таких роторов 5, может быть расположен вдоль приводного вала 1, с разнесенными интервалами, подходящим образом разделенных распорными пластинами 24 (см. Фиг. 7- 11 ). Разделительные пластины 24 могут иметь форму или размеры, аналогичные задней пластине корпуса 7 , например, и служить для изоляции каждого ротора 5 и статора 4 от каждого соседнего ротора 5 и статора 4 . При таком расположении передняя пластина 3 кожуха может быть усилена, как задняя выравнивающая пластина 9 , путем изменения ее формы, чтобы она была аналогична форме задней выравнивающей пластины 9 , или за счет увеличения ее дополнительной пластиной.Кроме того, диод и регулятор , 8, , многосекционная вилка и любые другие компоненты электрической обработки соответствующим образом перемещаются на торцевую пластину и могут быть расположены на периферийной внешней поверхности пластины.

Ссылаясь на фиг. 7 a-d , в первом из них ротор 5 образован парой роторов 5 a , 5 b , скрепленных вместе и вращающихся в общем статоре 4 . На фиг. 7 b имеется не только одна пара роторов 6 a , 5 b со связанным статором 4 , но и еще одна пара роторов 5 a , 5 b и статор 4 последовательно с первым и отделены от него проставкой 24 .

РИС. 7 c аналогична конфигурации на фиг. 7 b , но с четырьмя роторами 5 a-d в каждом статоре 4 . Обмотки ротора подходящим образом спаяны вместе в проходах через фермы ротора.

На ФИГ. 7 d конфигурация аналогична конфигурации на фиг. 7 c , но с одним ротором, связанным с каждым статором.

РИС. 8 a от до 8 g показаны различные варианты ротора.Первый из них имеет трубчатое удлинение 25 подшипникового переключателя 26 , предусмотренное только на одной стороне ротора 5 . В качестве альтернативы может быть предусмотрен коллектор на трубчатом удлинительном подшипнике, проходящий в каждом направлении от соответствующего одного из пары роторов, расположенных встык, как показано на фиг. 8 г.

Ротор может альтернативно, как на фиг. 8 d , имеют трубчатые выступы с каждой стороны ротора, но для этого нужен только коммутатор 26 на одном из выступов.В роторе, показанном на фиг. 8 г нет выступа с коммутатором. Коммутатор может поставляться отдельно.

Если предусмотрены сдвоенные роторы, они соответственно содержат два одиночных ротора, скрученных вместе, коммутаторы которых спаяны вместе через соответствующие бывшие блоки обмоток.

Для облегчения монтажа любой дополнительной передней панели к передней части передней панели кожуха 3 , которая может использоваться, например, для переноски бессмысленного блока зажигания двигателя автомобиля или для усиления, длинные болты 10 целесообразно иметь головки с резьбовыми головками для установки дополнительных болтов.

Теперь обратимся ко второму из двух проиллюстрированных вариантов осуществления, как показано на фиг. 3 по 6 , он представляет собой полностью автономный генератор переменного тока. Здесь генератор имеет собственный приводной вал ротора 12 . Этот генератор, кроме того, имеет собственные зарядные накопители / аккумуляторы 13 , встроенные в корпус генератора, чтобы сделать устройство полностью независимым и подходящим для использования, например, в качестве перезаряжаемого вручную источника питания для запуска автомобиля от внешнего источника, где аккумулятор автомобиля разряжен или предназначен для питания отделения реанимации сердца.

Общая конфигурация компонентов по существу такая же, как и для первого предпочтительного варианта осуществления, и подобные части имеют такую ​​же нумерацию.

Наиболее заметным общим компонентом другой формы является задняя выравнивающая пластина 9 ‘, которая на своей задней стороне более плоская, чем задняя пластина корпуса 9 первого варианта осуществления, поскольку она не должна соответствовать форме фиксированная конструкция для монтажа. Вместо этого относительно плоская задняя пластина корпуса 9 ‘второго предпочтительного варианта осуществления заключена на ее задней поверхности закрывающей пластиной 14 , которая, как показано на фиг.6, соответственно снабжен соответствующими положительным и отрицательным выходными электродами с зажимами типа «крокодил», размещенными в карманах на задней стороне устройства. Эта крышка 14 может также подходящим образом вмещать дополнительные электрические схемы, включая конденсаторы и т. Д.

Передняя поверхность блока снабжена передней крышкой 15 , которая крепится к передней пластине корпуса 3 короткими болтами, которые ввинчиваются в корпус. резьбовые головки длинных болтов 11 . Подходящая передняя крышка дополнительно имеет боковые стенки, которые проходят от нее, чтобы окружать компоненты генератора переменного тока, и служат для расширения корпуса вбок для размещения аккумуляторных элементов , 13, и любых других желаемых схем обработки.

Приводной вал ротора 12 прикреплен к ротору 5 и поддерживается в корпусе генератора, по существу, исключительно концевым опорным подшипником 16 на заднем конце вала 12 . Этот подшипник 16 имеет форму чашки и соответственно покрыт сеткой или другой подкладкой с низким коэффициентом трения с масляной смазкой. Подшипник 16 является неподвижным подшипником и благодаря своему конечному расположению позволяет установить множество роторов 5 на приводном валу 12 .

Жесткому удержанию приводного вала 12 способствует задняя пластина корпуса 7 , прижимающая к внешнему ободу 21 чашеобразного подшипника 16 . Действительно, как видно из фиг. 3 центральное отверстие задней пластины 7 корпуса, через которое проходит вал 12 , имеет обод со ступенчатым отверстием 22 , который вмещает внешний обод подшипника.

Как и в первом предпочтительном варианте осуществления, ротор 5 имеет полое отверстие, через которое проходит приводной вал 12 .Он может удерживаться на валу , 12, для вращения с ним либо за счет плотной фрикционной посадки, либо за счет продольных шлицев по внешней окружности приводного вала 12 или, действительно, с помощью штифтов 17, или винтов.

Кроме того, в отличие от первого предпочтительного варианта осуществления приводной вал 12, выполнен с возможностью вращения вручную с помощью кривошипной рукоятки 20 . Направляющее кольцо 23 предусмотрено в передней пластине корпуса 3 , через которое проходит приводной вал 12 и которое способствует центрированию вала 12 .

Управление рукояткой 20 , подходящим образом через редуктор с передаточным числом (не показан), позволяет генерировать ток, который может подаваться непосредственно на электроприбор, возможно через один или несколько конденсаторов. Электронные компоненты, включая схему переключателя, соответственно предусмотрены для обеспечения возможности выбора между различными режимами работы. Для многих целей способность сохранять высокий уровень заряда во встроенных аккумуляторных элементах может быть наиболее важным средством.Предпочтительны высокоэффективные батареи, такие как гелевые батареи.

Это средство позволяет использовать устройство, например, для питания переносного блока реанимации сердца. Производительность устройства для этой и других целей может быть дополнительно улучшена за счет включения подходящей зубчатой ​​передачи, которая может быть наиболее удобно установлена ​​на переднем конце устройства — возможно, в кожухе, который установлен на переднем кожухе 3 корпуса. В устройство также может быть встроен повышающий трансформатор.Хотя особенно предпочтительно сконфигурировать устройство так, чтобы оно имело несколько роторов и статоров внутри корпуса генератора, в качестве альтернативы можно использовать несколько отдельно размещенных генераторов переменного тока, вместе установленных последовательно на общем приводном валу.

Устройство согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения при последовательном использовании может эффективно заряжать автомобильный аккумулятор от одного генератора переменного тока при непосредственном питании двигателя электромобиля.

Система может уменьшить потребность в большом количестве аккумуляторов и привести к тому, что электромобили станут действительно жизнеспособными.Это может относиться не только к автомобилям, но потенциально также и к другим транспортным средствам, например, к самолетам с электрическим приводом.

Преимущества настоящего изобретения могут быть реализованы при питании или зарядке большого количества транспортных средств или устройств.

(B) Роторные двигатели внутреннего сгорания

Сначала обратимся к РИС. B 1 , на этом обзоре роторного двигателя внутреннего сгорания, заключенного в корпус 5 , показан ротор двигателя 1 в разрезе как состоящий из круглого диска с приводным валом 2 , выполненного за одно целое с ротором 1 , ось приводных валов проходит по существу по центру ротора 1 .

Ротор 1 сформирован в виде единой отливки из подходящего металла или сплава, чтобы иметь по существу круглую форму диска и по существу с центральными в осевом направлении выступами, проходящими перпендикулярно с каждой противоположной стороны, чтобы определять вал 2 . Приводной вал 2 должен быть соединен с приводным валом автомобиля или другой нагрузки напрямую, с помощью зубчатой ​​передачи или других подходящих средств.

В отличие от обычных поршневых двигателей, ротор 1 с его встроенным валом 2 является по существу единственной подвижной частью двигателя.Нет необходимости в том, чтобы коленчатый вал преобразовывал возвратно-поступательное движение во вращательное движение, поскольку движение основного движущего компонента двигателя с самого начала является вращательным.

В отличие от обычных роторных двигателей, которые обычно имеют выпуклые радиально внешние поверхности, ротор 1 имеет одну или несколько выемок 3 a -d, образованных или иным образом определенных на его радиально внешней поверхности (ах), крайний от вала 2 (см. фиг. B 8 — B 10 ).

Радиально внешние поверхности в качестве альтернативы можно описать как цилиндрическую внешнюю поверхность ротора 1 .

Если углубления 3 a -d образуются в процессе литья ротора 1 , они могут быть впоследствии подвергнуты механической обработке для получения точно определенного профиля.

Как видно на ФИГ. От B 8 до B 10 предпочтительный боковой профиль каждой выемки 3 a -d по существу имеет форму шнура круглой формы ротора 1 примерно на две трети длины выемки, но поднимаясь к концу.Этот поворот образует стопорную стенку 7 для расширяющихся продуктов сгорания внутри камеры сгорания, образованной выемкой 3 a -d, посредством чего эта часть ротора 1 действует как лопасть ротора 1 , чтобы приведите ротор 1 в движение вперед. Кроме того, если смотреть в плане, каждое углубление 3 a -d имеет узкую перемычку или горловину 8 , частично по длине (см. Фиг. B 10 ), благодаря чему углубление имеет эффект канала Вентури. для ускорения впрыскиваемого топлива и сжатого воздуха в сторону ограничителя 7 .

Пределы каждой выемки 3 a -d ограничены подходящими уплотняющими элементами 4 для уплотнения относительно корпуса 5 , тем самым ограничивая отдельные газонепроницаемые камеры сгорания. Та часть корпуса 5 , которая окружает ротор 1 по окружности и охватывает камеры сгорания / выемки 3 a -d, представляет собой дискретно сформированный кольцевой компонент или втулку, называемую здесь кольцевым пространством корпуса 6 .

Кольцевое пространство корпуса 6 выполнено в виде единой цельной отливки из металла / сплава, чтобы поддерживать однородную целостность уплотнения и свободу вращения при движении уплотнений 4 вокруг кольцевого пространства 6 .

Кольцевой зазор корпуса 6 включает по окружности отверстие для каждого из: масляного инжектора 10 для смазки внешней стороны ротора 1 ; форсунка комбинированная для впрыска топливовоздушной смеси 11 ; свеча зажигания с платиновым электродом 12 ; и выхлоп 13 , ведущий к выхлопной трубе 33 в нижней половине корпуса 5 b.

Масло форсунки 10 , воздух-топливо nozel 11 и свечи зажигания 12 все установлены в блоке поддержки инъекции 16 на верхней половине кожуха 5 а.

Еще одно отверстие в кольцевом пространстве корпуса 6 представляет собой выпускное отверстие для масла 14 , связанное с магнитным масляным фильтром.

Масло для двигателя циркулирует по каналам 31 a в верхней половине корпуса и вниз по каналам 31 b в нижней половине корпуса перед прохождением через выпускное отверстие для масла 14 .Эти масляные каналы 31 a, b смазывают вкладыши 17 вала ротора 2 , а масло из масляного инжектора 10 смазывает сам ротор 1 .

Охлаждение двигателя предпочтительно осуществляется за счет системы воздушного охлаждения с приводом от вентилятора. Верхняя и нижняя половины кожуха двигателя 5 a, b снабжены ребрами охлаждения 32 .

Электроэнергия для вентилятора воздушного охлаждения и воздушного компрессора для подачи сжатого воздуха для работы двигателя в основном генерируется модулем генератора / генератора 29 , который напрямую соединен с приводным валом ротора и приводится в действие им. 2 .

Этот модуль генератора / генератора 29, показан на левой стороне ФИГ. B 1 и снова на ФИГ. В 16 . Он состоит из корпуса, который крепится непосредственно к верхней и нижней половинкам корпуса / корпуса 5 a, b двигателя и с ротором генератора 23 , установленным непосредственно над приводным валом ротора двигателя 2 . Как показано, та часть приводного вала ротора двигателя 2 , которая поддерживает ротор генератора / генератора 23 , является удлинительной частью 2 b , которая также служит в качестве синхронизирующего стержня для синхронизации синхронизирующего механизма двигателя 30 .В зависимости от длины этого удлинителя 2 b любое количество генераторов переменного тока 29 может быть подсоединено к двигателю и приведено в действие им. На фиг. B 16 и B 17 основными компонентами модуля генератора / генератора 29 являются передняя пластина кожуха модуля 20 , статор 21 , ротор генератора / генератора 22 , имеющий вал 23 с полым отверстием для установки непосредственно над удлинителем приводного вала двигателя 2 b , пластиной держателя щетки 24 , задней пластиной корпуса 25 , несущей диод и выпрямитель 26 для генерируемого электрического питания, и заднюю пластину корпуса модуля 27 , при этом весь узел скреплен вместе длинными болтами 28 .

Эта конструкция позволяет эффективно поддерживать ротор генератора 22 генератора / генератора на приводном валу 2 двигателя в плавающем режиме.

Работа двигателя

Стартер (не показан) вращает маховик 9 по часовой стрелке. Все моменты впрыска и зажигания производятся в момент 30, в сочетании с системным блоком контроллера.

Мелкий туман синтетического масла впрыскивается на четыре уплотнения ротора 4 в сочетании с одним оборотом ротора 1 в корпусе 5 во время запуска, при этом масло дозируется в соответствии с мощностью двигателя. положить.Масло подается к концевым вкладышам 17 корпуса двигателя 5 путем прокачки масла по каналам 31 a в гильзах к отверстиям в торцевых крышках 18 через вкладыши 17 по несущие поверхности. Также имеются каналы 31 b , ведущие от подшипников к магнитному масляному фильтру 14 и обратно в систему возврата масла.

Когда уплотнение ротора 4 достигает верхней мертвой точки, это находится непосредственно под масляной форсункой 10 , масляная форсунка 10 закрывается.Сдвоенный топливный инжектор 11 воздуха с высокой степенью сжатия впрыскивает топливо и воздух в углубление камеры сгорания 3 a.

Как только топливно-воздушная форсунка 11 впрыснула топливо в камеру сгорания 3 a и пока ротор 2 все еще вращается по часовой стрелке, заднее уплотнение 4 первая камера сгорания 3 a прошла под топливно-воздушной форсункой 11 , запечатывая ее, затем свеча зажигания с платиновым электродом 12 воспламеняет смесь.Расширяющийся газ движется от точки воспламенения и ускоряется через горловину Вентури 8 в чашу на конце камеры сгорания, ударяясь о стопорную стенку 7 и приводя ротор 1 вперед и вниз по пути вращения. .

Этот процесс повторяется, когда следующая камера 3 b выравнивается и ее заднее уплотнение 4 достигает верхней мертвой точки и на всех последующих этапах. Все это происходит, пока конструкция поршня все еще вращается по часовой стрелке.

Когда ротор 1 вращается мимо открытого овального выхлопного отверстия 13 , отработанные газы с некоторым количеством масла будут выходить из камеры сгорания 3 a-d в выхлопную трубу 33 . В проиллюстрированном «4-тактном» двигателе каждая четверть оборота ротора 1 инициирует новый рабочий цикл или «шаг».

Каждый цикл (шаг) приводит к силовому шагу, перемещающему поршневую конструкцию вперед и вниз во вращении, каждый шаг находится непосредственно за предыдущим.

Этот тип двигателя должен работать на более чем одном типе топлива. (Городской газ, метан, метиловый спирт, бензин, бензин, этанол, этанол, бензохол, вода).

Используемая свеча зажигания 12 предпочтительно имеет один центральный платиновый электрод и различное количество заземляющих электродов. Платина, будучи инертным металлом, обладает высокой проводимостью и устойчивой к химической эрозии. При использовании свечей зажигания этого типа 12 платиновый электрод будет вытягивать водород из водяного пара, образующегося из сильно сжатого воздуха, и, в свою очередь, это приведет к более интенсивному горению топлива в камере сгорания 3 н.э.

Использование разделения напряжения и частоты в электроснабжении свечи зажигания 12 обеспечивает, что вместо одной искры от центрального электрода к заземляющим электродам может быть много. Это увеличивает высокую отдачу горения в камере сгорания.

Модуль генератора / генератора 29 , питает насос компрессора для подачи сжатого воздуха, а также может использоваться для запуска системы прямого воздушного охлаждения двигателя и для поддержания заряда аккумулятора.

Предлагаемый протокол сборки двигателя

Установите нижний кожух 5 b на скамейку. Вставьте нижние вкладыши 17 в концевые подшипники (не показаны), затем обильно смажьте вкладыши 17 . Проверьте и очистите шпильки и их резьбу (не показаны) нижних корпусов подшипников. С помощью специального инструмента ввинтите шпильки в соответствующие опоры подшипников (не показаны).

Использование теплозащитной одежды для предварительного прогрева ротора 2 .Затем вставьте уплотнения ротора 4 в их пружинные трубки 4 b , затем вставьте готовые узлы в их соответствующие пазы. В роторе 1 направьте вверх.

Слегка смажьте внутреннюю часть кольцевого пространства 6 чистой тканью, смоченной чистым моторным маслом. Вставьте вал ротора 2 (с помощью специального обжимного инструмента), убедившись, что конец маховика 9 находится слева в задней части нижней половины корпуса 5 b и стержень привода ГРМ 2 b находится справа в передней части нижней половины кожуха 5 b .Вместе они опускаются в нижний кожух 5 b , следя за тем, чтобы овальное отверстие 13 в кольце втулки совпало с выпускным отверстием 13 , 33 . Если все правильно, кольцевое пространство и монтажные фланцы 15 обнаружат свойство в нижнем корпусе 5 b.

Вставьте верхние раковины 17 в конец крышки подшипников 18 затем обильно маслом раковины 17 , и нижней крышки в положение с соответствующей нижней опорной части нижнего кожуха 5 б , чтобы удерживать вал ротора 2 .Нижний корпус 5 b может быть помечен буквой F для передней части и R для задней части для облегчения правильной ориентации. Теперь наденьте гайки на шпильки и равномерно затяните с указанным крутящим моментом.

Если уменьшение крутящего момента было правильным, ротор будет вращаться свободно. 1 .

Поместите прокладки двигателя на соответствующие стороны над полыми стопорными башнями на нижнем кожухе 5 b .Они имеют соответствующую маркировку для правого, и эти отметки должны быть обращены вверх.

Установите верхний кожух 5 a , убедитесь, что три отверстия 10 , 11 , 12 в кольцевом пространстве корпуса 6 совпадают с соответствующими отверстиями в верхнем кожухе 5 . Опустите верхнюю часть корпуса 5 a над кольцевым пространством корпуса 6 , убедившись, что две половины 5 a , 5 b совпадают должным образом.

Не применять силу.

Закрепите сквозные болты от нижней части корпуса 5 b «концы сучьев» двигателя до верхних 5 a (концы сучьев имеют подходящую форму, как ручки) наденьте гайки и затяните вручную. Эти четыре сквозных болта позже будут прикреплять монтажные пластины двигателя к двигателю.

Закрепите масляные соединители к концевым подшипникам и от них от масляных каналов 31 в корпусах 5 a , 5 b .Установите торцевые пластины корпуса масляного уплотнения 19 на верхние крышки подшипников. Эти пластины 19 подходят только для передней или задней части.

Переверните двигатель в сборе и вставьте оставшиеся болты, обязательно используйте фиксирующую жидкость, с помощью Т-образной планки затяните в соответствующей последовательности, а затем затяните их с указанным крутящим моментом.

Верните двигатель в вертикальное положение.

Поместите вал ротора 2 переднюю прокладку сальника на весь сальник в сборе.Проведите узел через выступающий вал ротора 2 , вставьте восемь коротких болтов через узел и равномерно затяните с заданным крутящим моментом. Повторите процедуру для заднего вала ротора 2 в сборе сальника, они выровняют концевые пластины корпуса сальника 19 . Правильная ориентация узлов масляного уплотнения обозначена подходящей вертикальной (F) для передней части и (R) для задней части.

Совместите и закрепите масляную форсунку 10 , сдвоенную топливно-воздушную форсунку 11 и ввинтите свечу зажигания 12 в блок корпуса блока форсунок 16 .Подсоедините этот блок корпуса 16 к верхней части двигателя, используя обработанную пробковую прокладку, этот блок 16 закрепит только в одном направлении. Вставьте шесть коротких болтов и равномерно затяните их с указанным крутящим моментом. Подключите подачу масла к масляным каналам блока 31 и масляному инжектору 10 , подключите подачу топлива и воздух к двойному топливно-воздушному инжектору 11 и подключите делитель напряжения и частоты к проводу HT, который затем подключен к свече зажигания 12 .

Вставьте и закрепите выпускной коллектор / спускную трубу 33 . (Это цельный блок). Обязательно используйте овальную прокладку, вставьте крепежные болты и затяните их до указанных значений.

Установите и закрепите модуль генератора / генератора 29 . Закрепите заднюю пластину корпуса модуля 27 на корпусе двигателя 5 над торцевой пластиной корпуса сальника 19 и перед ней. Задняя пластина корпуса модуля 27 имеет три или четыре гайки, закрепленные в коротких полых башенках, в треугольном или квадратном расположении: одна вверх, две вниз или две пары параллельно.Задний кожух 25 генератора / генератора 29 затем помещается на турели, следя за тем, чтобы кабель был подсоединен к универсальному разъему модуля 29 . На задней пластине корпуса 25 находится мультиштекер, регулятор 26 , щетки и диодная пластина. Большой полый ротор генератора 22 идет на передней части двигателя. Прикрепите переднюю поверхность ротора генератора 22 к выступающему удлинителю приводного вала двигателя / валу синхронизации 2 b на заданной длине, не забывая использовать фиксирующую жидкость на крепежных винтах.

Примечание. Если выступающий вал привода ротора 2 достаточно длинный в передней части двигателя, то двигатель может поддерживать более одного модуля генератора / генератора 29 .

Узел статора 21 расположен и закреплен над ротором генератора 22 , а кабели соединены в задней пластине кожуха 25 . Передняя пластина корпуса модуля 20 закреплена на собранном генераторе / генераторе с помощью трех или четырех длинных болтов 28 и пружинных шайб.Эти длинные болты 28 имеют головки с внутренней резьбой. Длинные болты 28 проходят через переднюю пластину кожуха 20 , через узел статора 21 , через диодную пластину, через заднюю пластину корпуса 25 и затем прикрепляются к задней пластине кожуха 27 . (верхняя поверхность передней пластины кожуха 20 удваивается как опорная пластина для бессмысленного блока зажигания).

Болт колокол опорный корпус кольца в положении с помощью восемнадцати коротких болтов и шайб, равномерно затяните их с их заданными параметрами.

Примечание: Если модуль заднего генератора / генератор 29 присутствует, можно было бы подключить генератор кабелей к Колокол корпуса опорного кольца внутренней поверхности кабеля башни.

Прикрутите маховик 9 к выступающему концу приводного вала ротора 2 , имеется центральная направляющая револьверная головка для выравнивания маховика 9 , используйте пять болтов, чтобы прикрепить маховик 9 к валу 2 .

No related posts.