Aklaypart.ru

Авто Журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характеристики роторно поршневого двигателя

Роторно-поршневой двигатель

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Ро́торный дви́гатель (РД, РДВС, двигатель Ва́нкеля) — роторный двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде. Ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя [1] .

Особенность двигателя — применение трёхгранного ротора (поршня), имеющего вид треугольника Рёло, вращающегося внутри цилиндра специального профиля, поверхность которого выполнена по эпитрохоиде (возможны и другие формы ротора и цилиндра [2] ).

Преимущества перед другими конструкциями

В отличие от более распространённых поршневых конструкций, двигатель Ванкеля (Wankel) обеспечивает преимущества — простоту, плавность, компактность, высокие обороты в минуту и большое отношение мощности к весу. Это связано прежде всего с тем, что производятся три импульса мощности на один оборот ротора Ванкеля по сравнению с одним оборотом в двухтактном поршневом двигателе и по одному на два оборота в четырёхтактном двигателе.

РПД обычно называют вращающимся двигателем. Хотя это название также относится и к другим конструкциям, прежде всего к авиационным двигателям с их цилиндрами, расположенными вокруг коленчатого вала.

Четырёхступенчатый цикл впуска, сжатия, зажигания и выхлопа происходит в каждый оборот на каждом из трёх наконечников ротора, перемещающихся внутри овально — подобранного корпуса с перфорацией, что позволяет использовать в три раза больше импульсов на один оборот ротора. Ротор похож по форме на треугольник Реуле, а стороны его более плоские.

Преимущества и недостатки [ править ]

Преимущества перед поршневыми двигателями:

  • низкий уровень вибраций: двигатель полностью механически уравновешен, что позволяет повысить комфортность лёгких транспортных средств типа микроавтомобилей, мотокаров и юникаров;
  • высокие динамические характеристики: на низкой передаче возможно без излишней нагрузки на двигатель разогнать машину выше 100 км/ч на более высоких оборотах двигателя (8000 об/мин и более);
  • высокая удельная мощность(л. с./кг) в силу того, что:
  • масса движущихся частей в РПД гораздо меньше, чем в аналогичных по мощности поршневых двигателях, так как в его конструкции отсутствуют коленчатый вал и шатуны;
  • однороторный двигатель выдаёт мощность в течение трёх четвертей каждого оборота выходного вала. В отличие от четырёхтактного поршневого двигателя, который выдаёт мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала (современный серийный РПД с объёмом рабочей камеры 1300 см³ имеет мощность 220 л. с., а с турбокомпрессором — 350 л. с.);
  • меньшие в 1,5—2 раза габаритные размеры;
  • меньшее число деталей (два-три десятка вместо нескольких сотен).

За счёт отсутствия преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, двигатель Ванкеля способен выдерживать гораздо большие обороты по сравнению с традиционными двигателями. Роторно-поршневые двигатели обладают более высокой мощностью при небольшом объёме камеры сгорания, сама же конструкция двигателя сравнительно мала и содержит меньше деталей. Небольшие размеры улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии (развесовка) и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

  • Соединение ротора с выходным валом через эксцентриковый механизм, являясь характерной особенностью РПД, вызывает давление между трущимися поверхностями, что в сочетании с высокой температурой приводит к дополнительному износу и нагреву двигателя. В связи с этим возникает повышенное требование к периодической замене масла. При правильной эксплуатации периодически производится капитальный ремонт, включающий в себя замену уплотнителей. Ресурс при правильной эксплуатации достаточно велик, но не заменённое вовремя масло неизбежно приводит к необратимым последствиям, и двигатель выходит из строя.
  • Состояние уплотнителей. Площадь пятна контакта очень невелика, а перепад давления очень высокий. Следствием износа уплотнителей являются высокие утечки между камерами и, как следствие, падение КПД и токсичность выхлопа. Проблема быстрого износа уплотнителей на высокой скорости вращения вала была решена применением высоколегированной стали.
  • 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 которого пропорциональна четвёртой степени температуры; с точки зрения снижения удельной поверхности и за счёт этого потерь теплоты идеальная форма камеры сгорания — сферическая. Лучистая энергия не только бесполезно покидает камеру сгорания, но и приводит к перегреву рабочего цилиндра.
  • Меньшая экономичность на низких оборотах по сравнению с ДВС. Устраняется отключением работы каждого n-го поршня, что также влечёт снижение температурной нагрузки.
  • Высокие требования к геометрической точности изготовления деталей двигателя делают его сложным в производстве — требуется применение высокотехнологичного и высокоточного оборудования: станков, способных перемещать инструмент по сложной траектории эпитрохоидальной поверхности камеры объёмного вытеснения.
Читать еще:  406 двигатель какие поршни поставить

Преимущества

Преимущества, которыми обладают роторно-поршневые двигатели, позволили наладить их серийное производство на заводе Мазда, благодаря чему свет увидела небезызвестная модель RX-8. К сожалению, пока что это единственная серийная машина, на которую устанавливается мотор роторного типа, хотя ходят уверенные слухи, что инженеры Мазда продолжают разработку ДВС и доводят его до совершенства.

Первое преимущество, которым обладает роторный двигатель, было уже упомянуто выше — принцип работы роторного двигателя таков, что конструкция занимает минимум подкапотного пространства и имеет крайне небольшой вес. Это позволило сохранить львиную долю общего объема подкапотного пространства и использовать его для применения турбин и других узлов, повышающих мощность и потенциал машины.

Кроме того, стоит обратить внимание на соотношение мощности и рабочего объема, которое предоставляет роторно-поршневой двигатель. К примеру, на той же Мазда RX8 при объеме 1.3 литра удалось достичь небывалых 220 лошадиных сил. При показателе в 1.6 литра эта мощность уже увеличилась до 345. Стоит сказать, что ни один классический двигатель даже с самым мощным турбонаддувом еще не смог побороть подобный рекорд.

Вообще, стоит сказать, что такая мощность мотора, безусловно, не смогла бы быть достигнута без использования качественного топлива. Поэтому нередко роторная конструкция работает на водороде, который является весьма редким источником энергии и крайне непопулярным, в связи со своей взрывоопасностью.

Применение.

NSU Wankelspider Подразумевалось, что в основном, двигатель будет использоваться на автотранспорте, и первым серийным автомобилем, который был оснащен двигателем Ванкеля, стал спорткар из Германии NSU Wankelspider.

NSU Ro 80 – первый массовый (37 204 экз.) немецкий седан бизнес-класса. В машине, помимо двигателя Ванкеля, было много инноваций – это и кузов, с минимальным аэродинамическим сопротивлением, и полуавтоматическая коробка передач с гидротрансформатором, и блок-фары, также не обошлось и без передового дизайна. Через десять лет именно такой дизайн кузова был основополагающим стиля моделей «Ауди» 100 и 200 поколения С2. Автомобиль NSO Ro 80 заслужил плохую репутацию из-за малого ресурса двигателя, уже через 50 тыс. км. ему требовался ремонт. На некоторых, сохранившихся автомобилях, РПД заменен на «фордовский» двигатель V4 «Essex».

Читать еще:  Шевроле тахо запуск двигателя кнопкой

С двигателями Ванкеля экспериментировала и Citroën – проект Citroën M35.

Позднее, серийным и мелкосерийным производством двигателей Ванкеля занимались только ВАЗ (Россия) и Mazda (Япония).

РПД в СССР и после


Роторный двигатель ваз 2109

Начнем с того, что в 1996 году на территории нашей страны стали выпускать Ваз 2109 с роторным мотором. Это была машина с повышенной мощностью. Под капотом урчал 140-сильный двигатель ротор, разгонявший любимую «девятку» до 100 км/ч всего-то за каких-нибудь 8 секунд, а максимальная скорость составляла – 200 км/ч. Вот откуда слухи о гонках с Мерседесом. Что касается топливного бака, то его объем составлял 39 л, так как аппетит такого Ваз 2109 был просто волчий. Благодаря огромному по размерам баку, можно было доехать от столицы до Смоленска и вернуться обратно.

Примечание. Огромный расход топлива, в некотором роде, объясняет непопулярность Ваз 2109 с роторным силовым агрегатом.

Время на месте не стоит. После выпуска первой «девятки» с таким мотором, производители выпустили еще две версии: мотор на 150 л.с. и форсированную модификацию, развивающую 250 л.с. Такая огромная динамика ничего толкового не давала. Всего 40 тыс. км пробега и бешеный по мощностным характеристикам двигатель превращался в рухлядь.

Примечание. Еще одной причиной, из-за которой роторная «девятка» не прижилась в России, называют высокую стоимость автомобиля и огромные расходы на его содержание.

Немного истории

  • Роторный двигатель или РПД попал в ореол зрения советского правительства еще в провальном для страны 1974 году. Чтобы хоть как-то повысить обороты, социалистическая экономия идет ва-банк. Создается на ВАЗ специальное конструкторское бюро под названием РПД, целью и главной задачей которого становится серийное производство «ванкельных агрегатов»;
  • Поскольку ВАЗ планировался изначально, как копия западных технологий, в частности Фиат, новым конструкторским бюро было решено воспроизвести двигатель Мазда. На десятилетние наработки советских инженеров(см.ВАЗ 2109: ремонт инжектора — как производить?) правительству было, грубо говоря, «начхать» и их предали забвению, как оказалось зря;
  • Вначале советские чиновники вели долгие переговоры с самим Ванкелем на предмет покупки лицензии, которые оказались безуспешными в виду ограниченности бюджета (по слухам Ванкель запросил огромную сумму). Все же, некоторые передовые технологии были успешно переняты. На выпуск был поставлен первый 1-секционный мотор Ваз 311. Он имел мощность, правда, 65 л.с., но это было лишь начало;
  • Опытная партия была выпущена, как ни странно, только после 5 лет. Уже с конвейера сошло 50 образцов роторного мотора. Они мгновенно расходятся среди самих работников автопрома, так сказать, внутри кухни. Ну, может, и правительственным работникам высшего звена, кое-что перепало, не без этого.


Ваз 2109 с роторнопоршневым двигателем

Примечание. Правда, это не помогло двигателю прижиться, так как он перенял только внешнее сходство с японским, а нутро у него было не очень – сыпаться стал по-советски скоро.

  • Пришлось заменить все агрегаты на обычные поршневые. Идея не удалась;
  • Но неожиданно приходит спасение откуда не ждали. Конструкторское бюро по РПД, сотрудников которого уже отправили в черный список и в скором времени бы отчитывали на закрытом съезде работников автопрома, получает предложение от спецслужб. «Чекистов» расход топлива и ресурс мотора нисколько не интересовал, а вот мощностные показатели очень даже;
  • Получив предложение, комбинат сразу же запустил производство 2-секционного РПД. Мощность этого мотора – 120 л.с. Установили на Ваз 2101 Аркан (специального производства);
  • Оживший РПД, настолько понравился, что стали заказывать его для спорта и водного транспорта. Автомобили и лодки, оснащенные таким мотором, завоевывали только призовые места, оставив далеко позади транспорт с обычными поршневыми двигателями. Видимо, это и стало причиной запрета на выпуск РПД в дальнейшем. Только после развала СССР за новую попытку взялись, как и было описано выше, производители Ваз 2109.
Читать еще:  Двигатель бензокосы работает с перебоями


Роторный двигатель на ваз 2109

Вот такая история у роторного ДВС в эпоху СССР.

Рабочим элементом роторных насосов данного типа является полый диск, который в ходе своего вращения в корпусе устройства совершает колебания, что приводит к перемещению жидкости от впускного патрубка к выпускному.

Принцип работы роторного насоса с полым диском

Роторные установки, оснащенные полым вращающимся диском, относятся к самовсасывающим реверсивным устройствам, которые можно использовать даже для перекачки жидкостей, содержащих в своем составе твердые примеси. Благодаря невысокой скорости вращения рабочего органа ротационный насос рассматриваемого типа отличается надежностью и долгим эксплуатационным сроком. Для оснащения таких роторных насосов применяют один или два полых диска, вращение которых синхронизируется при помощи специальных механизмов.

Самовсасывающая роторная насосная установка с полым вращательным диском

Среди преимуществ использования роторных насосов с полым диском можно выделить следующие:

  1. возможность запуска без наполнения (жидкость внутри корпуса таких устройств должна присутствовать только перед их первым запуском);
  2. возможность использования для перекачки слишком вязких жидкостей, а также сред, чувствительных к сдвиговым усилиям, благодаря невысокой скорости вращения рабочего органа устройства (кроме того, невысокая рабочая скорость делает такие насосы более долговечными);
  3. возможность перекачки жидкости в обратную сторону с сохранением всех параметров создаваемого потока;
  4. адаптивность рабочих дисков, что позволяет им самовосстанавливаться при износе и термическом расширении (благодаря данному качеству можно успешно применять такие насосы для перекачки жидкостей, содержащих в своем составе твердые частицы);
  5. поднятие перекачиваемой жидкости на большую высоту (до восьми метров);
  6. невысокий уровень шума и вибраций при работе;
  7. высокий коэффициент полезного действия;
  8. сохранение производительности на постоянном уровне вне зависимости от степени вязкости перекачиваемой жидкости;
  9. обширный диапазон вязкости транспортируемых жидкостей – от средней до очень высокой;
  10. простота конструкции и, соответственно, технического обслуживания;
  11. компактность и небольшой вес;
  12. возможность перекачивать жидкости, содержащие газ или воздух в небольших количествах;
  13. возможность некоторое время работать на холостом ходу (всухую) без ущерба для технического состояния оборудования;
  14. создание давления потока жидкости в интервале 8–20 бар (в зависимости от модификации устройства);
  15. возможность перекачивать жидкости, температура которых доходит до 280 градусов Цельсия.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector