Принцип работы роторного двигателя и его устройство

Принцип работы роторного двигателя и его устройство

Среди некоторых автомобильных производителей есть те, который отдают предпочтение не поршневому, а роторному двигателю. К примеру, известный автоконцерн Мазда активно внедрял данный вид ДВС в свои автомобили. Лишь в последнее время компания перешла на выпуск автомобилей с поршневыми двигателями, а роторные силовые агрегаты оставили на особых моделях. Сегодня мы рассмотрим принцип работы роторного двигателя, его отличия в конструктивном плане, разумеется, достоинства и недостатки в сравнении с поршневым двигателем.

Устройство роторного двигателя

В роторном двигателе вы не найдете поршня, распредвала, головки блока цилиндров и даже клапанов. В роторном двигателе примерно на 40 подвижных деталей меньше, так что, его устройство гораздо проще, чем устройство поршневого двигателя. В роторном двигателе даже цилиндры имеют не округлую форму, а овальную. В овальном цилиндре установлен не поршень, а треугольный ротор, который движется по кругу стенок цилиндра, осуществляя 4-тактную работу двигателя. Кроме того, особенностью конструкции роторного двигателя является то, что на один цилиндр устанавливается сразу 2 свечи. Разобравшись с основами конструкции, можно перейти к рассмотрению принципа работы данного двигателя.

Принцип работы роторного двигателя

Благодаря тому, что роторный двигатель не совершает возвратно-поступательных движений, что характерно для поршневого, а работает благодаря тому, что ротор в цилиндре вращается по кругу, мотор не теряет энергию, приводя в движение каждую деталь. Отсюда получается, что роторный двигатель значительно оборотистей, чем поршневой.

Благодаря треугольной форме ротора и принципу вращения, один ротор способен заменить сразу 3 поршня. Роторный двигатель осуществляет все те же такты работы, что и поршневой: впуск, сжатие горючей смеси, сгорание, выпуск. Однако из-за особенностей конструкции, данный двигатель не имеет никакого механизма газораспределения. Таким образом, между роторными камерами даже не нужно иметь сопряжение в работе, так как они не зависимы друг от друга. В результате этого, роторный двигатель способен достигать больших мощностей.

Достоинства и недостатки роторного двигателя

Мы уже частично говорили о преимуществах роторного двигателя перед бензиновым. Прежде всего, это отсутствие сложной конструкции подвижных деталей, а значит и гораздо меньший риск выхода из строя. Кроме того, роторный двигатель имеет гораздо больший процент КПД. Так, средние данные КПД роторного двигателя составляют 40%, против 20% поршневого.

Но почему тогда другие автомобильные производители продолжают пичкать автомобили поршневыми моторами? Да потому, что роторный двигатель имеет серьезный недостаток. Из-за постоянного трения ротора о стенки цилиндров, двигатель склонен к перегреву, температура в цилиндре распределяется неравномерно. Соответственно, из-за высокой температуры метал, то расширяется, то сжимается и, необходимо тщательно рассчитывать диаметр цилиндра и ротора, чтобы сохранять постоянную компрессию при различных режимах работы двигателя.

Наконец, несмотря на то, что цилиндры изготавливаются из специального сплава, срок жизни роторного двигателя составляет порядка 80 тыс. км, что для современного автомобиля крайне недостаточно. Как правило, роторные двигатели склонны и к повышенному потреблению топлива, а с учетом нынешних цен на бензин – это существенный недостаток.

Таким образом, роторный двигатель имеет как свои преимущества, так и недостатки. На сегодняшний день проводят различные совершенствования роторных двигателей, с целью избавления от имеющихся проблем. А пока, обычный поршневой двигатель остается доминирующим силовым агрегатом среди всех имеющихся.

Читайте также:

• Принцип работы инжектора

Большинство автомобилей оснащено инжекторной системой питания, которая была изобретена еще в середине прошлого века. Пришла эта система на смену карбюраторам, которые имели большое количество недостатков, да и просто изжили себя, как механизм, в силу различных причин. Поэтому нет сомнений в том, что инжектор – это огромный шаг вперед в области автомобилестроения. Как создавался инжектор, .

Каждый мало-мальски грамотный автомобилист знает, что на некоторых автомобилях пишется аббревиатура DOHC. Как правило, такой надписью хвалятся американские автомобили, в частности, модели от компании General Motors. DOHC – это обозначения типа двигателя автомобиля, а о том, каковы его технические особенности, какими достоинствами и недостатками обладают двигатели данного типа, мы поговорим .

Стремительно дорожающий бензин вынуждает каждого автовладельца предпринимать меры. Одни вместо фирменных, проверенных АЗС предпочитают заправлять машину там, где дешевле. Другие прибегают к разнообразным методам экономии топлива – не развивая больших оборотов двигателя, повышая давление в шинах и т.д. Третьи – самые радикальные, резко ограничивают себя в .

Принцип работы роторного двигателя

1. Где можно встретить
2. Принципы работы ДВС и роторного двигателя
3. Достоинства и недостатки
4. Видео

Роторный двигатель довольно редкая вещь, о которой некоторые люди даже не подозревают. Кто-то что-то слышал, но никто толком не может объяснить хотя бы то, как он выглядит. По мощности роторный двигатель не уступает двигателю с поршнями.

Где можно встретить

Двигатель Мазда

Для начала немного истории. Роторный двигатель был изобретен уже давно, аж в 1957 году. И с тех пор его активно начали устанавливать на автомобили, но на рынке автомобилей их доля ничтожно мала. Через семь лет после выпуска первого роторного двигателя его начали устанавливать на такие автомобили, как Мерседес-Бенц, Ситроен и другие известные марки. Но эти самые фирмы вскоре начали отказываться от роторных двигателей. Такие двигатели, а называются они, кстати, двигатели Ванкеля, устанавливали долгие годы даже на ВАЗ небольшими партиями. Но со временем его заменили и сейчас даже старожилы волжского автозавода не могут вспомнить то время. Единственная марка, которая с 1967 года и до сих пор выпускает двигатели с роторным двигателем в немалых партиях, – это Мазда. До сих пор роторный двигатель устанавливают на Мазду RX-8 – это двигатель модели 13B-MSP. Про этот автомобиль можно не стесняясь сказать, что он легенда. И стал он легендой именно благодаря своему роторному двигателю.

Мазда RX-8

Принципы работы ДВС и роторного двигателя

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с поршнями, который еще называют поршневым, сильно отличается от роторного и не только по принципу работы, но и по принципу передачи момента и потерям энергии. Энергия, выделяемая при сгорании топлива в поршневом двигателе, сначала приводит в движение поршневую группу, которая, в свою очередь, приводит в движение коленчатый вал. То есть передача момента энергии происходит в два этапа.

Принцип работы ДВС

Принцип работы роторного двигателя намного проще, он выполняет всю работу в один этап. Если объяснять простым языком, то в таком двигателей в центре находится эксцентриковый вал, который вращает сам ротор. Вращается ротор внутри двигателя и выполняет те же функции, что и четырехтактный поршневой агрегат: впуск, сжатие, рабочий такт, выпуск. Но при этом нет сложных механизмов, таких как газораспределительный механизм (ГРМ), распределительные валы, клапаны, поршни. Здесь все эти функции выполняет сам ротор. Полость внутри двигателя, в которой вращается ротор, сама в себе несет все эти функции, но работают они как бы по очереди. Электронные «мозги» управляют «окнами» – это прорези в стенках двигателя – и открывают их по очереди так, что ротор, прокатываясь по шестерне вала, выполняет сразу четыре функции. Легендарный двигатель Мазды RX-8 13B-MPS представлял собой бутерброд из пяти таких двигателей, соединенных двумя герметичными камерами.

Фазы работы роторного двигателя

Достоинства и недостатки

Главное отличие роторного двигателя от поршневого – это то, что вал всегда движется в одну сторону, вращающихся масс в несколько раз меньше и, в отличие от поршневого, роторный двигатель не тратит мощность на газораспределительный механизм. Именно поэтому с атмосферного двигателя 13B-MPS, объемом 1300 кубических сантиметров сняли 192 лошадиные силы. А с форсированного 231 лошадиную силу. Для сравнения, такую мощность у поршневого двигателя снимают с объема 2600 кубических сантиметров.

Мощность двигателя больше

К сожалению, у такого уникального мотора есть свои минусы, и они перевешивают большинство плюсов данной модели двигателя. Первый минус – это небольшой ресурс двигателя всего 100 тысяч километров. По современным меркам это совсем мало, особенно это заметно на фоне самого народного двигателя Тойоты Короллы, ресурс двигателя которого 1 миллион километров. Второй и самый основной минус – это то, что двигатель не поддается капитальному ремонту. Не существует запчастей на замену увеличенных размеров, и расточить детали двигателя тоже не получится, так как очень сложно найти такое оборудование в нашей стране. К тому же в нашей стране сложно найти настоящий 98-й бензин, а использование некачественного топлива приближает кончину роторного мотора. Стоимость нового двигателя на Мазду RX-8 настолько огромна, что ставит под сомнение практичность покупки.

Малый ресурс

Вот в основном и все, что нужно знать о роторном двигателе. Он необычен по конструкции и интересен в работе, но обладает двумя большими минусами, из-за которых использовать данный автомобиль с практической точки зрения невыгодно.

Видео

Устройство роторного двигателя в следующем видео рассмотрено на примере движка Mazda RX-8:

Виды двигателей внутреннего сгорания

Что такое двигатель внутреннего сгорания?

Двигатель внутреннего сгорания — это один из самых популярных на сегодняшний день видов двигателей. Принцип его работы построен на воспламенении смеси в камере сгорания и преобразовании её в энергию. Основной элемент в таком устройстве — поршень. Он опускается в нижнюю точку, в цилиндр впрыскивается топливо с воздухом, затем он поднимает их вверх до момента детонации.

Такие агрегаты используются в воздушных, морских и наземных транспортных средствах. До недавнего времени все автомобили выходили с конвейера только с ДВС. Пока компания Тесла не совершила прорыв в автомобилестроении и не запустила потоковое производство электромобилей.

Какие бывают виды двигателей?

Сложно создать новые виды двигателей внутреннего сгорания. В своём современном состоянии они существуют давно и уже прошли проверку временем. По принципу действия они относительно одинаковые, но каждый производитель вносит «изюминку» в агрегаты, которые выпускает. Это может быть уникальная форма поршней, система впрыска или количество клапанов.

Виды ДВС классифицируются по конструкции: рядные, V- образные, роторные и оппозитные.

Рядные моторы

Самые простые и дешевые в обслуживании и ремонте. Цилиндры стоят в ряд, один за другим. Чем больше их количество, тем больше рабочий объём.

Первый мотор был таким и имел 3 цилиндра. Сейчас такие встречаются на малолитражках. От них не ждут значительной мощности. Но они показывают маленький расход.

Наиболее популярный ДВС — 4-цилиндровый. Его максимальный объём достигает 3 литров. Такой установлен на большей части автомобилей эконом-класса. Например , Мазда 3, Форд Фокус, Тойота Королла, Рено Логан, Хонда Цивик.

В авто помощнее уже рядная шестерка. У неё оптимальное соотношение размера и ресурса. Легко помещается под капотом. Остальные агрегаты, в которых больш е гильз , уже не такие надежные. Их проблемно разместить в подкапотном пространстве из-за больш их габаритов и для них необходимы надежные подушки двигателя .

Преимущества рядных двигателей

низкая стоимость ремонта

Недостатки рядных двигателей

V- образные моторы

Цилиндры расположены под углом, друг напротив друга. Угол развала з ависит от их количества. Такое с троение позволяет получить мощный движок не большого размера. 8-цилиндровый рядный выглядит громоздко и практически не используется в легковых или грузовых автомобилях. Такой же V- образный мотор занимает гораздо меньше места.

Основное преимущество в количестве лошадиных сил и моменте, которые можно получить на таком блоке.

В повседневных машинах популярны V6, V8. О ни встречаются на премиальных авто и внедорожниках — Toyota Camry, Nissan 350Z, Nissan Murano . Стоимость обслуживания получается в два раза больше, чем у рядных. При капитальном ремонте количество прокладок, поршней, клапанов, сальников нужно умножать на 2. Визуально у ДВС две ГБЦ.

Существуют также р азновидности V10, V12. В стречаются на спорткарах, типа Lamborghini Huracan, Porsche Carrera GTS, AUDI R8 и не предназначены для ежедневного использования. Большой минус любого варианта в сильных вибрациях при работе. Их очень трудно сгладить.

Преимущества V- образных двигателей:

Недостатки V — образных ДВС :

быстр ая выработка блока

Оппозитные двигатели

Название происходит от английского слова “opposite” — противоположный. Цилиндры смотрят в противоположны е сторон ы . У гол между ними всегда 180 градусов. Визуально похож на раскрытый в-образник. Основное отличие в движении поршн ей . В оппозитнике они поочередно достигают мертвой точки, а в V- образнике — одновременно.

Благодаря своей конструкции боксер, так их ещё называют, более сбитый. Лучше переносит вибрации за счёт своей схемы работы . Автомобили с таким ДВС отличаются хорошей развесовкой и управляемостью . Он р асположен ниже, чем обычно.

В ажно понимать, что поршни в этом агрегате ходят не в вертикальной плоскости, а в горизонтальной. Что приводит к неравномерно й выработке гильз и переборке мотора . Его сборка обходится дорого. Как в предыдущем виде, здесь две головки блока, все прокладки следует покупать в двойном экзем п ляре.

Самые известные автомобили с оппозитными моторами это – Subaru. А втоконцерн дов ёл конструкцию до совершенства. Также есть они на некоторых представителях Порше и Альфа Ромео.

Преимущества оппозитных двигателей:

Недостатки оппозитных двигателей:

неравномерный износ блока

Роторные моторы

Он же двигатель Ванкеля. В нём используется не поршень, а треугольный ротор. Он вращается вокруг оси — статора — в «цилиндре» овальной формы. Камера образуется между гранью ротора и стенкой блока. За один круг происходит 3 рабочих хода.

Роторный мотор — компактный. Отсутствует ГРМ, коленвал, шатуны. Вместо них уплотнения, которые продлевают срок службы агрегата.

Уже не устанавливаются в авто. Они никогда не пользовались большой популярностью. Отличный экземпляр с таким мотором — Mazda RX8. Все его владельцы могут рассказать про жор масла.

Преимущества роторных двигателей:

простота — меньше деталей

Недостатки роторных ДВС:

расход масла и топлива

Типы двигателей автомобилей

Моторы отличаются не только конструктивно. Типы двигателей автомобилей бывают разные. Главное отличие в топливе, которое они используют. ДВС можно разделить на:

Каждый из них заслуживает внимания. Имеет свои особенности, преимущества, недочеты.

Бензиновые двигатели

Самый распространенный тип автомобильных ДВС. Используется на большинстве иномарок и отечественных машин. Работает на бензине, который перекачивает топливный насос.

По способу впрыска разделяют на карбюраторные и инжекторные. Первая разновидность простая и уже не выпускается. Количество горючего регулирует водитель нажатием педали газа. Оно подаётся в карбюратор, где смешивается с воздухом и идёт во впускной коллектор.

Вторая версия сложнее. Инжектор — более точная система, за каждый цилиндр отвечает своя форсунка. Сколько бензина впрыснуть, регулирует уже электронный блок управления. Такая система установлена на многих новых автомобилях.

Она, в свою очередь, делится на подвиды: моноинжектор — с одной регулирующей форсункой и обычный инжектор — по форсунке на цилиндр. Современная вариация бензинового ДВС — с прямым впрыском. Топливо попадает в камеру отдельно от воздуха и смешивание происходит внутри.

Дизельный двигатель

Работает на дизельном топливе. Не имеет свечей зажигания, вместо них — свечи накала. Они разогревают воздух в цилиндрах до нужной температуры. Форсунки распыляют дизтопливо, оно сразу сгорает и заставляет двигаться поршень.

Особенно популярен вариант турбодизеля. С помощью турбины подается больше воздуха. Коленвал раскручивается быстрее за счёт сильной детонации. Такие моторы быстрее разгоняются.

В целом дизели не быстрые. Имеют большой вес, чтобы уравновесить детонационные вибрации. Отличаются характерным цокотом во время работы. Похоже на стук гидрокомпенсаторов на бензине.

Газовые двигатели

Самостоятельно уже не используются. ГБО устанавливается как альтернатива на бензиновые моторы. Газовый редуктор распределяет его по цилиндрам. Дальше всё происходит по стандартной схеме.

Преимущество машин на газу в том, что стоимость газа меньше. Расход с ГБО возрастает на 1-2 литра. Мощность понижается. Такие агрегаты работают мягче.

Переоборудование необходимо регистрировать в МРЭО и вносить в техпаспорт. Дополнительные форсунки и редуктор не портят блок и его составляющие.

Гибридные двигатели

Смесь ДВС и электромотора. Может работать по-разному. В большинстве случаев сначала функционирует классический мотор, а генератор подзаряжает батарею. От неё работает электродвигатель. На него можно переключить авто и он будет самостоятельно приводить в движение колеса.

Бензиновый и электромотор возможно подключить одновременно. В таком случае расход солярки будет меньше.

Роторный двигатель: принцип работы и устройство

Как известно, подавляющее большинство современных автомобилей оснащено двигателями внутреннего сгорания или ДВС. Суть их работы состоит в преобразовании энергии, образующейся при сжигании топливной смеси, во вращение вала, от которого при помощи механического привода движение передается на колеса транспортного средства. В подавляющем большинстве автомобилей сейчас используются ДВС, устроенные по поршневой схеме. Но, есть и другой тип двигателей внутреннего сгорания, а именно — роторные двигатели. О данном типе двигателя мы и расскажем в данной статье.

Что такое роторный двигатель?

История роторных двигателей началась в 1957 году, когда немецкими инженерами Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде был продемонстрирован первый работоспособный образец такого силового агрегата. Поначалу новинкой очень серьезно заинтересовались многие ведущие мировые производители автомобилей (в частности, Mercedes-Benz, General Motors, Citroen), однако в итоге только японская Mazda решилась на то, чтобы освоить выпуск роторных двигателей крупными сериями и не отказываться от них в течение весьма длительного времени.

Кстати говоря, даже отечественный ВАЗ в течение целого ряда лет выпускал ограниченными сериями «Жигули» с роторными силовыми агрегатами. «Обычным» покупателям они не поставлялись, а отправлялись эти машины в автопарки КГБ и, в совсем небольших количествах, МВД СССР.

Принцип работы роторного двигателя, также как и обычного поршневого двигателя, базируется на преобразовании энергии сгорания в энергию вращения, однако это преобразование осуществляется немного другим способом. В роторном двигателе вращательное движение совершает непосредственно главный рабочий его элемент — ротор. Именно в этом состоит важнейшее отличие роторного двигателя внутреннего сгорания от поршневого ДВС, в котором главными подвижными рабочими элементами являются поршни, совершающие не вращательное, а возвратно-поступательное движение.

Таким образом, в роторных двигателях в силу их конструкции полностью исключаются достаточно сложные по своей конструкции и требующие периодического обслуживания кривошипно-шатунные механизмы, преобразующие возвратно-поступательное движение во вращательное движение коленчатого вала.

Принцип работы роторного двигателя

Так же, как и в поршневом, в роторном двигателе используется давление газов, образующихся в результате сгорания топливно-воздушной смеси. Однако оно возникает не в цилиндрах, а в камере, которая образуется той частью корпуса, которая закрыта стороной находящегося внутри нее треугольного ротора. Именно он и используется вместо поршней.

Вращение ротора под воздействием этого давления происходит по траектории, очень напоминающей линию, нарисованную спирографом. Благодаря этому все три вершины треугольного ротора при соприкосновении со внутренними стенками корпуса двигателя образуют герметичные камеры сгорания. По мере вращения ротора каждый из трех этих объемов попеременно то расширяется, то сжимается. Такой режим функционирования роторного ДВС обеспечивает осуществление таких процессов, как:

• Поступление топливно-воздушной смеси;
• Сжатие;
• Полезную работу;
• Выпуск выхлопа.

Таким образом, роторный двигатель точно так же, как и стандартный поршневой двигатель современного автомобиля, является четырехтактным.

Устройство роторного двигателя

Система зажигания и система впрыска топлива в роторных двигателях схожа с аналогичными, используемыми в двигателях поршневых, однако строение этих ДВС совершенно различно. Основными конструктивными элементами роторного двигателя являются:

• Ротор;
• Статор (корпус);
• Выходной вал.

Как уже были сказано выше, ротор располагается внутри статора (корпуса) и имеет три выпуклых стороны. Каждая из них, по сути дела, играет роль поршня и имеет углубление, необходимое для того, чтобы повысить скорость вращения. На каждой из сторон ротора имеется по два металлических кольца, которые формируют необходимые для функционирования этого ДВС камеры сгорания.

Важной составляющей ротора является зубчатое колесо, расположенное в его центре и сопрягаемое с закрепленной на корпусе шестерней. Именно благодаря такому сопряжению задается необходимая траектория и направление, по которым ротор вращается в корпусе.

Корпус роторного двигателя внутреннего сгорания имеет овальную форму, которая рассчитана и реализована таким образом, чтобы с его внутренними стенками всегда соприкасались все три вершины ротора. Это необходимо для того, чтобы в любой момент времени внутри этого силового агрегата присутствовали три полностью изолированных друг от друга объема газа. Кроме того, в корпусе располагаются порты впуска и выпуска, причем в них нет клапанов: впускной порт соединяется непосредственно с дросселем, а выпускной — непосредственно с выхлопной системой.

Выходной вал роторного двигателя совсем не похож на коленчатый вал поршневого ДВС. На нем эксцентрично, то есть с некоторым смещением относительно центральной оси располагаются специальные выступы. С каждым из них сопряжен отдельный ротор (их, кстати говоря, в роторном двигателе располагается не один, а несколько). При вращении каждый из роторов толкает «свой» кулачок, в результате чего на валу появляется крутящий момент.

Следует заметить, что все роторные двигатели собираются слоями. У наиболее часто используемых двухроторных их пять, а удерживаются все он при помощи болтов, установленных по кругу. Охлаждение роторных двигателей осуществляется с помощью охлаждающей жидкости, которая походит через все части конструкции. Подшипники и уплотнения для выходного вала располагаются в двух крайних слоях. Они же разделяют между собой части корпуса, в которых располагаются сами роторы. Впускные порты располагаются в центральной части, а выпускные — в каждой из крайних частей.

Читайте также: Оппозитный двигатель — что это такое и как он работает.

Преимущества и недостатки роторных двигателей

Основными преимуществами роторных двигателей по сравнению с поршневыми являются:

• Меньшее количество движущихся деталей;
• Более плавная работа;
• Более высокая надежность.

В двухроторном двигателе движется только выходной вал и оба ротора, в то время, как даже в самом простом по конструкции поршневом ДВС движущихся деталей насчитывается не менее сорока. Соответственно, надежность роторного силового агрегаты оказывается существенно более высокой.

В роторных двигателях все движущиеся части вращаются только в одном направлении, что значительно уменьшает вибрации. Для эффективного гашения тех, которые все же возникают, используются противовесы. Следует также отметить, что вращение ротора в роторном двигателе составляет лишь треть от скорости вращения вала. Это также положительно сказывается на надежности силового агрегата.

У роторных двигателей есть и несколько существенных недостатков. Пожалуй, главный из них состоит в том, что по сравнению с поршневыми ДВС они расходуют существенно больше топлива. При этом затраты на их производство значительно выше, поэтому на сегодняшний день большими сериями они не выпускаются.

Читайте также: CRDI двигатель — что это такое.