Эпоха машин возникла благодаря созданию дизельного двигателя. Огромную популярность приобрели поршневые моторы. В тоже время, с начала разработки дизельного двигателя перед изобретателями стояла цель извлечь максимальную эффективность при минимальном расходе топлива. Эта проблема разрешалась определенными способами — от усовершенствований техники существующих двигателей до возникновения совсем иных моторов другой структуры. Один из них был роторный мотор.
Роторный двигатель
Второе название роторного РПД – ванкель — аналог дизельного. Роторное моторное устройство было изобретено в 1930-е годы, гораздо позднее поршневого. Полностью функциональный тип такого мотора появился в пятидесятые годы. После возникновения вращающегося мотора многие автопроизводители с интересом начали создавать свою модель роторного силового агрегата, от которого вскоре они отказались ради обычного мотора с поршнем. Единственной сторонницей вращающегося мотора была японская корпорация «Мазда», поэтому такой тип мотора использовала в качестве визитной карточки. Характеристикой таких двигателей является строение, не имеющее поршня. Поэтому строение его было простым. В моторе с поршнем энергия горючего топлива принимается поршнем, который посредством возвратно-поступательного движения передает ее кривошипу коленчатого вала, создавая вращение.
В моторе с ротором энергия сразу преобразуется во вращение вала, минуя возвратно-поступательное движение. Это снижает потери мощности на трение, снижает металлоемкость и упрощает строение. Это заметно повышает КПД мотора.
Конструкция
Для понимания, как работает двигатель с ротором, нужно понимать, какое представление имеет его структура. Энергия сгорания топлива в таком силовом агрегате восполняет статор, вместо поршня. Статор представляет собой равносторонний треугольник. А каждая сторона его работает как поршень.
- Ротор. Чтобы создать этап сгорания, статор помещается в замкнутый участок, состоящий из 3 элементов, 2 боковых и 1 центрального корпуса, который несет название статор. Область, на которой проходит этап нагрева, создается в статоре, а корпус бокового корпуса только создает уплотнение этой площади. Внутри цилиндра выполнен рычаг, а ротор помещается в него. Он сделан овальным, с немного прижатой боковой стороной, чтобы внутри цилиндра протекали все нужные этапы. В самом статоре есть окна впуска воздушно-топливной смеси или воздуха, а также выхлопного газа. А уже они закрыты отверстиями для зажигания свечей.
- Выходной вал. В выходном вале расположены эксцентрично закругленные кулачки. Смещение от центра. Каждая роторная труба соединена с одной из них. Выпускной вал относится к коленчатому валу мотора поршневого мотора. Ротор при вращении давит на кулак. Благодаря тому, что кулачки не симметрично установлены, сила рычага, опираясь на кулаки, делает на выходе крутящий момент, что заставляет его крутиться.
- Устройство двигателя. Характеризуется движением ротора в статорном цилиндре то, что верхний слой цилиндра всегда прикасается к поверхности статора, а движения его осуществляются по образцу эксцентрика. Он смещается по оси и вращается по ней. Чтобы это осуществить, необходимо в роторе проделать небольшое отверстие. У одной стороны отверстия расположен зубчатый сегмент. При этом в ротор вставляется эксцентриковый вал. Для того, чтобы создать вращение, на боковом корпусе установлены неподвижные шестеренки, которые зацепляются с зубчатым сектором ротора. Это так называемая точка отсчёта. Благодаря эксцентричности он опирается на неподвижные шестеренки, а зацепление создает движение вращательного движения. Он вращается, а также создает вращение вала на эксцентрике, на котором установлен.
Принцип работы
Так как цилиндр ротора имеет впускные и выпускные порты, они устраняют необходимость механизма газораспределения, а сам этап работы делится на 4 цикла. Теперь посмотрим, как всё это протекает в статоре. Уголки статора непрерывно контактируют с статорным цилиндром, что создает герметичная область между его сторонами. Эллиптическая форма статора цилиндра позволяет изменить область между стеной статора и двумя соседними вершинами ротора. Теперь посмотрим работу цилиндрика только на одной стороне рычага. Так, когда статор вращается, одна его вершина, проходя через эллиптическое сжатие цилиндрика открывает пусковое окно, и горячая смесь либо воздух начинает приходить в полосу между треугольным краем цилиндра и стеной.
При этом движения продолжаются, и пик достигает высокого предела эллипса и затем снижается. Возможность непрерывного контакта с вершиной ротора возникает благодаря эксцентричному перемещению. Впускается воздух, пока его вторая вершина статора не закрывает окно впуска. Первый пик в этот момент уже превышает высоту цилиндрового эллипса, происходит сжатие такта, и область между цилиндром и статором начинает существенно снижаться.
В момент прохождения стороны статора сквозь максимальное сжатие между стороной рычага и стеной цилиндрика приходит искра, которая воспламеняет сжатую смесь горючего между сжатой стеной цилиндра с стороной рычага. Характеристика вращающегося мотора заключается в том, что его зажигают после того, как проходит так называемая сторона «мертвого места», а не после того, как проходит так называемая сторона «мертвого места», как поршневой мотор.
Это происходит с целью воздействия энергии, выделяющейся при нагревании, на часть ствола, уже прошедшую верхнюю мёртвую точку ВМТ. Это создает движение статора в нужную сторону. После того, как свеча проходит, газ удаляется, пока первый угол ротора не начинает открывать окно выхода, а второй угол его постепенно закрывает.
Такты двигателя
Важно отметить, что все процессы описаны и выполняются только с одной стороны ротора, каждая сторона выполняет процесс одна за другой. То есть для одного оборота ротора выполняется три такта одновременно — пока в полосе между одной и другой сторонами ротора нагнетается воздух или горячее вещество, тогда другая часть ротора проходит через ВТМ, а третья вырабатывает выхлопную смесь.
Сейчас о том, как вращать эксцентриковый вал, который прикреплен к ротору. Благодаря этому эксцентриситету одна полная оборотная передача выполняется меньше, чем одна полная оборотная передача вала. То есть в течение одного полного цикла вал вращается трижды, что придает ему ещё больше полезных действий.
В моторе поршневого типа каждые две обороты коленвала совершают один цикл, эффективен только один полуоборота. Это позволяет обеспечить высокий уровень энергоэффективности.
Сравнение роторного мотора и поршневого мотора позволяет сравнивать выходные мощности в одном цилиндре с одной роторной и статорной мощностью, равной мощности трех цилиндров. А учитывая, что у Мазды в своих автомобилях стоит его двухсекционный роторный двигатель, по мощности он не уступает шестицилиндровому поршневому двигателю.
Устройство роторного двигателя: достоинства и недостатки
Сейчас, если говорить о преимуществах двигателей ротора, их достаточно много. Увидим, что производительность одной части сравнима с трехцилиндровым мотором, однако габариты куда меньше. Это сказывается на компактности самого мотора. Это можно сказать по модели Mazda RC-8. При хорошей мощности автомобиля имеется среднеразмерная конструкция двигателя, позволяющая добиться точного развертывания двигателя по осям, что оказывает влияние на устойчивость и управляемость автомобиля. Кроме компактного размера, у этого двигателя нет ГРМ-генератора, поскольку все фазы передачи задаются самым регулятором. Это существенно снижает металлоемкость корпуса и, следовательно, уменьшает массу мотора.
Изношенная поршня и синхронное соединение уменьшают число движущих частей двигателя, что сказывается на надежности конструкции двигателя. Сам движок не имеет различных направлений, как поршневые двигатели, что дает меньшую вибрацию при работе. Но у таких моторов есть и недостатки. Сначала система смазки одинаковая с 2-тактным двигателем. То есть топливом смазывается поверхность корпуса. Организация подачи масла совсем другая.
Если в двигателе двухтактного смазочного масла непосредственно добавляется в топливо, то в двигателе ротора он подается по форсунку, уже вмешивается в топливо. Использование данного вида смазки позволило сделать двигателям подходящее только минеральное или специальное полусинтетическое масло.
Таким образом, масло выгорает при эксплуатации, что негативно влияет на состав выхлопных газов. По экологичности двигатель ротора значительно превосходит четырехтактный свой поршневой двигатель. Хотя конструкция ротора проста, двигатели ротора имеют весьма маленький ресурс. Та же Мазда, пробег до капремонта был всего 100000 км.
Прежде всего, «страдают» вершины, как компрессионные кольца в поршневой машине. Вершина находится в верхнем стволе ротора, поэтому верхний ствол плотно прилегает к стене корпуса.
Недостатком является и невозможность ремонта. Если места посадки ротора износятся, то эти места восстановить невозможно, так что ротор полностью заменяется. Так же и с цилиндром цилиндра. При повреждениях его практически нельзя расточить, поскольку сложность выполнения такой работы чрезвычайно велика. Вкладыши выносятся гораздо быстрее, поскольку высокое вращающееся эксцентриковое колесо вращается гораздо быстрее.
В общем, при куда более простых конструкциях ротор оказывается намного надежнее поршневого двигателя, в силу сложности процесса его работы. Но, в целом, ротор не тупик в развитии внутренних двигателей. Та же Мазда постоянно совершенствует этот тип двигателя. Например, конструкция двигателя РХ-8 уже почти не отличается от поршневого по токсичности, что является большим достижением. Сейчас они пытаются увеличить свои ресурсы.
Однако это скорее всего достигается, если использовать специальные материалы для производства деталей мотора и улучшенной обработки поверхностей, что существенно упрощает ремонт и повышает расходы. Однако, несмотря на существенные неисправности, двигатель по-прежнему считается важным альтернативой внутреннему сгоранию поршневых двигателей, поскольку имеет несомненные плюсы.
РПД интересное и полезное предложение, но подобные моторы, хотя и имеют высокую мощность и КПД, не подошли. Благодаря конструктивным особенностям механизм быстро износится.
Кроме того, для «движка» требуются особые условия эксплуатации, сервиса. РПД является отличным вариантом для гонок и спортивного автомобиля. Для этого не требуется большой ресурс. Высокая техническая характеристика дает покупателям надежду, что роторный двигатель когда-то выпускается серийно, а недостатки можно будет устранить заранее.
Не за горами двигатели, но после перехода к водородному топливу производство РД начнется. Именно такой мотор не реагирует на взрывы. Одна из последних его разработок — Premacy Hidrogen Re Hybrid. Его характеристики не отличаются от других новинок автомобильного дизайна.
РПД на Западе
На западном рынке роторные двигатели не произвели бума, и конец их разработкам в странах Америки и Европы стал топливным кризисом 1973 года, в котором цены на нефть резко выросли, а покупатели автомобилей начали оценивать модели с экономными расходами.