Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, похожий на двигатель вашего автомобиля, но он работает совершенно иначе, чем обычный поршневой двигатель.
В поршневом двигателе один и тот же объем пространства (цилиндр) попеременно выполняет четыре разные работы:впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Роторный двигатель выполняет те же четыре работы, но каждая из них происходит в своей части корпуса. Это похоже на наличие отдельного цилиндра для каждого из четырех рабочих мест, при этом поршень постоянно перемещается от одного к другому.
Роторный двигатель (первоначально задуманный и разработанный доктором Феликсом Ванкелем) иногда называют двигателем Ванкеля. , или роторный двигатель Ванкеля .
В этой статье мы узнаем, как работает роторный двигатель. Начнем с основных принципов работы.
Содержание
Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, создаваемое при сгорании смеси воздуха и топлива. В поршневом двигателе это давление содержится в цилиндрах и заставляет поршни двигаться вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение, которое можно использовать для привода автомобиля.
В роторном двигателе давление сгорания содержится в камере, образованной частью корпуса и герметизированной одной стороной треугольного ротора, который используется в двигателе вместо поршней.
Ротор движется по траектории, похожей на то, что вы создали бы с помощью спирографа. Этот путь удерживает каждую из трех вершин ротора в контакте с корпусом, создавая три отдельных объема газа. При движении ротора по камере каждый из трех объемов газа попеременно расширяется и сжимается. Именно это расширение и сжатие втягивает воздух и топливо в двигатель, сжимает их и создает полезную мощность по мере расширения газов, а затем выбрасывает выхлопные газы.
Мы заглянем внутрь роторного двигателя, чтобы проверить детали, но сначала давайте взглянем на новую модель автомобиля с совершенно новым роторным двигателем.
Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторными двигателями. RX-7, поступивший в продажу в 1978 году, был, пожалуй, самым успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовала серия автомобилей с роторным двигателем, грузовиков и даже автобусов, начиная с Cosmo Sport 1967 года. В последний раз RX-7 продавался в США в 1995 году, но в ближайшем будущем роторный двигатель вернется на рынок.
Mazda RX-8 , новый автомобиль от Mazda, оснащен новым роторным двигателем RENESIS, отмеченным наградами. . Этот безнаддувный двухроторный двигатель, названный Международным двигателем года 2003, будет производить около 250 лошадиных сил. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Mazda RX-8.
Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему подачи топлива, которые аналогичны поршневым двигателям. Если вы никогда не видели внутреннюю часть роторного двигателя, будьте готовы к сюрпризу, потому что вы мало что узнаете.
Ротор имеет три выпуклые поверхности, каждая из которых действует как поршень. На каждой поверхности ротора есть карман, который увеличивает рабочий объем двигателя и оставляет больше места для топливно-воздушной смеси.
На вершине каждой грани находится металлическое лезвие, которое образует уплотнение снаружи камеры сгорания. На каждой стороне ротора также есть металлические кольца, которые герметизируются по бокам камеры сгорания.
Ротор имеет набор внутренних зубьев шестерни, врезанных в центр одной стороны. Эти зубья сопрягаются с шестерней, закрепленной на корпусе. Это зубчатое соединение определяет траекторию и направление прохождения ротора через корпус.
Корпус имеет примерно овальную форму (на самом деле это эпитрохоид). -- ознакомьтесь с этой демонстрацией Java о том, как создается фигура). Форма камеры сгорания разработана таким образом, что три кончика ротора всегда остаются в контакте со стенкой камеры, образуя три герметичных объема газа.
Каждая часть корпуса предназначена для одной части процесса сгорания. Четыре раздела:
Впускной и выпускной патрубки расположены в корпусе. В этих портах нет клапанов. Выпускное отверстие соединяется непосредственно с выпускным отверстием, а впускное отверстие соединяется непосредственно с дроссельной заслонкой.
Выходной вал имеет круглые выступы, установленные эксцентрично, что означает, что они смещены от центральной линии вала. Каждый ротор надевается на одну из этих кулачков. Кулачок действует как коленчатый вал в поршневом двигателе. Когда ротор следует по своему пути вокруг корпуса, он давит на кулачки. Поскольку кулачки установлены эксцентрично по отношению к выходному валу, сила, которую ротор прикладывает к кулачкам, создает крутящий момент на валу, заставляя его вращаться.
Теперь давайте посмотрим, как собраны эти детали и как они производят энергию.
Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель, который мы разобрали, состоит из пяти основных слоев, которые скреплены кольцом длинных болтов. Охлаждающая жидкость проходит через проходы, окружающие все детали.
Два крайних слоя содержат уплотнения и подшипники выходного вала. Они также герметизируют две секции корпуса, в которых находятся роторы. Внутренние поверхности этих деталей очень гладкие, что помогает уплотнениям ротора выполнять свою работу. Впускное отверстие расположено на каждой из этих концевых частей.
Следующий слой снаружи — это корпус ротора овальной формы, в котором находятся выпускные отверстия. Это часть корпуса, в которой находится ротор.
Центральная часть содержит два впускных отверстия, по одному на каждый ротор. Он также разделяет два ротора, поэтому его внешние поверхности очень гладкие.
В центре каждого ротора находится большая внутренняя шестерня, которая вращается вокруг меньшей шестерни, закрепленной на корпусе двигателя. Это то, что определяет орбиту ротора. Ротор также опирается на большой круглый выступ выходного вала.
Далее мы увидим, как двигатель на самом деле развивает мощность.
Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, который является тем же циклом, что и четырехтактные поршневые двигатели. Но в роторном двигателе это осуществляется совершенно по-другому.
Если вы внимательно посмотрите, то увидите, что смещенный лепесток на выходном валу вращается три раза за каждый полный оборот ротора.
Сердцем роторного двигателя является ротор. Это примерно эквивалентно поршням поршневого двигателя. Ротор установлен на большом круглом выступе на выходном валу. Этот лепесток смещен от центральной линии вала и действует как рукоятка на лебедке, давая ротору рычаг, необходимый для поворота выходного вала. Когда ротор вращается внутри корпуса, он толкает кулачок по узким кругам, совершая три оборота. за каждый оборот ротора.
По мере того, как ротор перемещается по корпусу, размеры трех образованных ротором камер меняются. Это изменение размера вызывает насосное действие. Давайте рассмотрим каждый из четырех тактов двигателя, глядя на одну сторону ротора.
Фаза всасывания цикла начинается, когда кончик ротора проходит через впускное отверстие. В тот момент, когда впускное отверстие обращено к камере, объем этой камеры близок к минимуму. Когда ротор проходит мимо впускного отверстия, объем камеры расширяется, втягивая воздушно-топливную смесь в камеру.
Когда вершина ротора проходит через впускное отверстие, эта камера закрывается и начинается сжатие.
По мере того, как ротор продолжает свое движение вокруг корпуса, объем камеры уменьшается, а воздушно-топливная смесь сжимается. К тому времени, когда торец ротора доходит до свечей зажигания, объем камеры снова близок к своему минимуму. Это когда начинается горение.
Большинство роторных двигателей имеют две свечи зажигания. Камера сгорания длинная, поэтому пламя распространялось бы слишком медленно, если бы была только одна свеча. Когда свечи зажигания воспламеняют топливно-воздушную смесь, давление быстро нарастает, заставляя ротор двигаться.
Давление сгорания заставляет ротор двигаться в направлении, увеличивающем объем камеры. Дымовые газы продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, пока пик ротора не пройдет через выпускное отверстие.
Как только вершина ротора проходит через выпускное отверстие, газы сгорания под высоким давлением могут свободно вытекать из выхлопных газов. По мере того, как ротор продолжает двигаться, камера начинает сжиматься, вытесняя оставшийся выхлоп из отверстия. К тому времени, когда объем камеры приближается к минимуму, вершина ротора проходит через впускное отверстие, и весь цикл начинается снова.
Отличительной особенностью роторного двигателя является то, что каждая из трех сторон ротора всегда работает в одной части цикла — за один полный оборот ротора будет три такта сгорания. Но помните, выходной вал совершает три оборота за каждый полный оборот ротора, а это означает, что на каждый оборот выходного вала приходится один такт сгорания.
Есть несколько определяющих характеристик, которые отличают роторный двигатель от обычного поршневого двигателя.
Роторный двигатель имеет гораздо меньше движущихся частей, чем сопоставимый четырехтактный поршневой двигатель. Двухроторный роторный двигатель имеет три основные движущиеся части:два ротора и выходной вал. Даже самый простой четырехцилиндровый поршневой двигатель имеет не менее 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распределительный вал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, зубчатый ремень, зубчатые колеса и коленчатый вал.
Эта минимизация движущихся частей может привести к большей надежности роторного двигателя. Вот почему некоторые производители самолетов (включая производителя Skycar) предпочитают роторные двигатели поршневым двигателям.
Все части роторного двигателя вращаются непрерывно в одном направлении, а не резко меняют направление, как это делают поршни в обычном двигателе. Роторные двигатели внутренне уравновешены вращающимися противовесами, которые синхронизированы, чтобы гасить любые вибрации.
Подача мощности в роторном двигателе также более плавная. Поскольку каждое событие сгорания длится в течение 90 градусов вращения ротора, а выходной вал делает три оборота на каждый оборот ротора, каждое событие сгорания длится в течение 270 градусов вращения выходного вала. Это означает, что однороторный двигатель развивает мощность на три четверти каждого оборота выходного вала. Сравните это с одноцилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит в течение 180 градусов из каждых двух оборотов, или только четверть каждого оборота коленчатого вала (выходного вала поршневого двигателя).
Поскольку роторы вращаются со скоростью, равной одной трети скорости выходного вала, основные движущиеся части двигателя движутся медленнее, чем части поршневого двигателя. Это также повышает надежность.
При проектировании роторного двигателя возникают некоторые проблемы:
Для получения дополнительной информации о роторных двигателях и смежных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.
Первоначально опубликовано:29 марта 2001 г.
Жидкость сцепления и трансмиссионная жидкость:есть ли разница?
BMW добавляет X1 и X2 в модельный ряд PHEV
Отслеживание расписания технического обслуживания автомобилей
Jaguar F-Pace 2021 R-Dynamic S Diesel Внешний вид