Роторно-поршневой двигательОтправлено Nils в Thu, 14/02/2008 - 09:32.
|
Роторно-поршневой двигатель(РПД) - это бензиновый мотор с искровым зажиганием, работающий по четырехтактному циклу. В блоке цилиндров - статоре, внутренняя поверхность которого представляет сложную кривую - эпитрохоиду, вращается ротор. Его функция аналогична той, что выполняют поршень с шатуном в обычном моторе. Крутящий момент передается на эксцентриковый вал. Газообмен происходит через впускные и выпускные окна, а смесь в вытянутой камере сгорания последовательно поджигают две свечи. Две свечи необходимы, чтобы «прожечь» длинную камеру сгорания, и срабатывают последовательно. Полный четырехтактный цикл происходит за 120° поворота ротора, и за это время эксцентриковый вал делает один оборот, а не два, как на обычных поршневых «четырехтактниках». Поэтому двухсекционный РПД объемом 2х654 куб.cм эквивалентен поршневой «шестерке» объемом 2,6 л.
Роторно-поршневой двигатель несложен в ремонте, благодаря простоте своего устройства и заметно меньшему числу деталей, чем у обычного ДВС. При выработке ресурса, как правило, производится капитальный ремонт, включающий в себя замену всевозможных уплотнений, а также ротора и, иногда, статора. Роторный двигатель имеет меньшее количество движущихся частей по сравнению с аналогичным четырехтактным поршневым двигателем. Двухроторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой четырехцилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, пружины клапанов, качалки, ремень ГРМ, распределительные шестерни и коленвал.
Также РПД меньше и легче поршневого двигателя (отсутствие поршней, а с ними и коленчатых валов с шатунами помогает уменьшить размеры и массу двигателей), равного по мощности, в полтора-два раза, ято в свою очередь означает улучшение характеристик и управляемости автомобиля. Да и по конструкции "ротор" проще и надежнее, к тому же не требует частого обслуживания. Все части роторного двигателя постоянно вращаются в одном направлении, что не создает вибрации, связанной с переменным направлением движения поршней, присущей обычным двигателям.
Но коль есть плюсы, найдутся и минусы. Например, повышенный расход масла и бензина. В среднем, автомобили с РПД потребляют до 20 литров топлива на 100 км, и от 0,4л до 1л масла на 1000 км. Активнее всего потребляют масло РПД отечественного производства.Камера сгорания роторного двигателя имеет в плане форму серпа. Поэтому при том же объеме, что и у цилиндрической камеры обычного мотора, площадь ее поверхности намного больше. Следствие — большая теплонагруженность двигателя и меньший тепловой КПД. Кроме того, серповидная форма не позволяет организовать вихревое наполнение камеры сгорания, чтобы добиться полного сгорания топливо-воздушной смеси. Отсюда худшая, по сравнению с поршневыми моторами, экономичность и проблемы с выбросом вредных веществ.
Роторно-поршневой двигатель изобрел Ванкель. Внутри примерно цилиндрической камеры по сложной траектории движется трехгранный ротор-поршень. Он постоянно разделяет камеру на рабочие зоны, в которых и происходят впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, при этом роль поршней выполняют три стороны ротора, а на углах ротора установлены уплотнения. Ротор-поршень установлен свободно на эксцентрике вала и соединен с зубчатым колесом с внутренними зубьями, обкатывающимися вокруг неподвижной шестерни с наружными зубьями, ось которой совпадает с осью эксцентрикового вала. Двигатель Ванкеля не обременен деталями, потому отличается высокой мощностью и приемистостью при нажатии педали газа (ротор-поршень заменяет поршень, шатуны и коленвал). К тому же РПД значительно компактней и легче, поэтому, при установке его на автомашину, центр тяжести оказывается значительно ниже, а устойчивость автомобиля – выше. Однако конструкция предопределила и врожденные болезни: уплотнения – грани ротора должны плотно соприкасаться со стенками камеры в условиях высоких температур и значительного давления, – и неполное сгорание топлива в камере (из-за формы последней – плоская и широкая). Все это приводит к высокому расходу топлива и снижению долговечности. В настоящее время РПД активно занимается Мазда и когда-то занимался ВАЗ.
1) Впуск (всасывание)
2) Сжатие - сжатие рабочей смеси начинается после перекрытия вершиной ротора впускного окна и заканчивается при достижении минимального объема. Процесс сжатия характеризуется несколько большими утечками рабочего тела через уплотнения ротора, чем в поршневом двигателе, и меньшей теплоотдачей в стенки. Сжатие смеси соответствует примерно 80о угла поворота ротора. В конце процесса сжатия в течении времени, соответствующего примерно 10о угла поворота ротора, одновременно с уменьшением объема полости происходит первая фаза сгорания смеси.
3) Работа
- сгорание - процесс сгорания в роторно-поршневых двигателях начинается за 10-15о угла поворота ротора до момента
достижения минимального объема камеры сгорания. Воспламенение смеси производится одной или двумя свечами зажигания. В случае
одной свечи зажигания ее устанавливают в части камеры сгорания, расположенной ближе к выпускным окнам двигателя. Фронт пламени
движется навстречу потоку смеси, вытесняемой из уменьшающейся части камеры сгорания. При использовании двух свечей зажигания
одну из них устанавливают в одной части камеры сгорания, а другую - в другой.
- расширение - когда сгорание в основном закончилось, начинается расширение рабочего тела. Период расширение
рабочего тела. Период расширения газов соответствует примерно 90о угла поворота ротора. Затем открывается выпускное окно и во
время поворота ротора примерно 20о происходит свободный выпуск газов.
4) Выпуск (выхлоп) - выпуск газов можно разбить на четыре периода:
первый - от момента открытия выпускного окна до достижения максимального объема полости;
второй - принудительный выпуск, протекает при уменьшающемся объеме полости до момента открытия впускного окна
(примерно 60о угла поворота ротора);
третий - выпуск, совмещенный с предварением впуска, происходит при уменьшающемся объеме полости, но при наличии
продувки;
четвертый - окончание выпуска, совмещен со свободным выпуском из следующей полости (продолжительность этого
периода соответствует примерно 10о угла поворота ротора). Общая продолжительность процесса выпуска около 120о угла поворота
ротора.
Достоинства и недостатки роторно-поршневого двигателя
Роторно-поршневой двигатель несложен в ремонте, благодаря простоте своего устройства и заметно меньшему числу деталей, чем у обычного ДВС. При выработке ресурса, как правило, производится капитальный ремонт, включающий в себя замену всевозможных уплотнений, а также ротора и, иногда, статора. Роторный двигатель имеет меньшее количество движущихся частей по сравнению с аналогичным четырехтактным поршневым двигателем. Двухроторный двигатель имеет три основные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой четырехцилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, пружины клапанов, качалки, ремень ГРМ, распределительные шестерни и коленвал.
Также РПД меньше и легче поршневого двигателя (отсутствие поршней, а с ними и коленчатых валов с шатунами помогает уменьшить размеры и массу двигателей), равного по мощности, в полтора-два раза, ято в свою очередь означает улучшение характеристик и управляемости автомобиля. Да и по конструкции "ротор" проще и надежнее, к тому же не требует частого обслуживания. Все части роторного двигателя постоянно вращаются в одном направлении, что не создает вибрации, связанной с переменным направлением движения поршней, присущей обычным двигателям.
Но коль есть плюсы, найдутся и минусы. Например, повышенный расход масла и бензина. В среднем, автомобили с РПД потребляют до 20 литров топлива на 100 км, и от 0,4л до 1л масла на 1000 км. Активнее всего потребляют масло РПД отечественного производства.Камера сгорания роторного двигателя имеет в плане форму серпа. Поэтому при том же объеме, что и у цилиндрической камеры обычного мотора, площадь ее поверхности намного больше. Следствие — большая теплонагруженность двигателя и меньший тепловой КПД. Кроме того, серповидная форма не позволяет организовать вихревое наполнение камеры сгорания, чтобы добиться полного сгорания топливо-воздушной смеси. Отсюда худшая, по сравнению с поршневыми моторами, экономичность и проблемы с выбросом вредных веществ.
Роторно-поршневой двигатель – принцип работы
Роторно-поршневой двигатель изобрел Ванкель. Внутри примерно цилиндрической камеры по сложной траектории движется трехгранный ротор-поршень. Он постоянно разделяет камеру на рабочие зоны, в которых и происходят впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, при этом роль поршней выполняют три стороны ротора, а на углах ротора установлены уплотнения. Ротор-поршень установлен свободно на эксцентрике вала и соединен с зубчатым колесом с внутренними зубьями, обкатывающимися вокруг неподвижной шестерни с наружными зубьями, ось которой совпадает с осью эксцентрикового вала. Двигатель Ванкеля не обременен деталями, потому отличается высокой мощностью и приемистостью при нажатии педали газа (ротор-поршень заменяет поршень, шатуны и коленвал). К тому же РПД значительно компактней и легче, поэтому, при установке его на автомашину, центр тяжести оказывается значительно ниже, а устойчивость автомобиля – выше. Однако конструкция предопределила и врожденные болезни: уплотнения – грани ротора должны плотно соприкасаться со стенками камеры в условиях высоких температур и значительного давления, – и неполное сгорание топлива в камере (из-за формы последней – плоская и широкая). Все это приводит к высокому расходу топлива и снижению долговечности. В настоящее время РПД активно занимается Мазда и когда-то занимался ВАЗ.
1) Впуск (всасывание)
2) Сжатие - сжатие рабочей смеси начинается после перекрытия вершиной ротора впускного окна и заканчивается при достижении минимального объема. Процесс сжатия характеризуется несколько большими утечками рабочего тела через уплотнения ротора, чем в поршневом двигателе, и меньшей теплоотдачей в стенки. Сжатие смеси соответствует примерно 80о угла поворота ротора. В конце процесса сжатия в течении времени, соответствующего примерно 10о угла поворота ротора, одновременно с уменьшением объема полости происходит первая фаза сгорания смеси.
3) Работа
- сгорание - процесс сгорания в роторно-поршневых двигателях начинается за 10-15о угла поворота ротора до момента
достижения минимального объема камеры сгорания. Воспламенение смеси производится одной или двумя свечами зажигания. В случае
одной свечи зажигания ее устанавливают в части камеры сгорания, расположенной ближе к выпускным окнам двигателя. Фронт пламени
движется навстречу потоку смеси, вытесняемой из уменьшающейся части камеры сгорания. При использовании двух свечей зажигания
одну из них устанавливают в одной части камеры сгорания, а другую - в другой.
- расширение - когда сгорание в основном закончилось, начинается расширение рабочего тела. Период расширение
рабочего тела. Период расширения газов соответствует примерно 90о угла поворота ротора. Затем открывается выпускное окно и во
время поворота ротора примерно 20о происходит свободный выпуск газов.
4) Выпуск (выхлоп) - выпуск газов можно разбить на четыре периода:
первый - от момента открытия выпускного окна до достижения максимального объема полости;
второй - принудительный выпуск, протекает при уменьшающемся объеме полости до момента открытия впускного окна
(примерно 60о угла поворота ротора);
третий - выпуск, совмещенный с предварением впуска, происходит при уменьшающемся объеме полости, но при наличии
продувки;
четвертый - окончание выпуска, совмещен со свободным выпуском из следующей полости (продолжительность этого
периода соответствует примерно 10о угла поворота ротора). Общая продолжительность процесса выпуска около 120о угла поворота
ротора.
.