Ротор мотор: Роторные двигатели — прошлое и будещее | Двигатели

Содержание

РОТОР — ДВИГАТЕЛЬ БУДУЩЕГО? | МОДЕЛИСТ-КОНСТРУКТОР

О роторных двигателях пишут, говорят, ими широко интересуются. Но спросите кого угодно (кроме узких специалистов, разумеется), какие он знает двигатели такого типа. И назван будет лишь один — двигатель Ванкеля. А между тем специалисты условно делят все роторные двигатели на три большие группы.

К первой относятся собственно роторные, в которых рабочие такты проходят в «камерах», создаваемых вращающимся ротором. К этому типу и относится ванкель-мотор. Его иногда называют роторно-поршневым, потому что ротор считают своеобразным поршнем. Но это абсолютно неверно.

Двигатели с поршнем — это следующая группа. В них поршни оставлены, но нет сложного и громоздкого шатунно-кривошипного механизма; менее сложен и механизм газораспределения, включающий золотник и систему выходных окон для выхлопа отработанных газов.

Третий тип — роторно-лопастные двигатели, где рабочий процесс тоже происходит в камерах переменного объема. Только создаются они уже не ротором, а плоскими деталями — лопастями.

Рис. 1. Общий вид нового микрованкеля «ОСТраупнер», объемом 5 см3 и весом 385 г, и отдельные детали

Общий принцип устройства ванкель-мотора широко известен. Ротор в форме треугольника с изогнутыми сторонами вращается внутри цилиндра. Между ним и стенками цилиндра создаются камеры переменного объема. В одной камере горючая смесь сжимается, в другой происходит взрыв, из третьей выхлопные газы выталкиваются наружу. Теоретически двигатель Ванкеля имеет огромные преимущества перед поршневым. Но понадобится не один десяток лет упорной работы самого Феликса Ванкеля и лучших конструкторских коллективов разных стран, чтобы появились на дорогах мира первые серийные образцы автомобилей, оснащенных этим двигателем Однако и сейчас их немного.

Успехи в области создания микрованкелей — двигателей для моделей и небольших машин — более значительны, чем в области создания моторов подобного же типа для автомобилей. Недавно появился новый, очень интересный микрованкель (рис. 1), о котором оповестили автомодельные журналы мира. Это двигатель размером с мандарин, с рабочим объемом 5 см3 и максимальным числом оборотов ротора 16 000 об/мин. Мощность его — 0,67 л. с.

Теперь поговорим немного о цене такого успеха, о труде, который ему предшествовал. В 1961 году, вскоре после того, как технический мир облетело сообщение о реализации доктором Ванкелем идеи двигателя с вращающимся ротором, западногерманская фирма Иоганнеса Граупнера решила создать серийный микрованкель. За проектирование взялся инженер Шегг, один из ведущих конструкторов, имевший к тому же большой опыт по разработке двигателя Ванкеля в натуральную величину. Шеггу понадобилось три года, чтобы создать конструкцию действующего микрованкеля, и еще три года, чтобы поднять на нем в воздух радиоуправляемую модель.

Итак, конструкция была как будто бы уже отработана, оставалось найти серийного производителя. Им стала японская фирма ОС. Еще два года весь экспериментальный отдел фирмы работал над тем, чтобы приспособить новый микродвигатель к условиям серийного производства. В 1969 году появились первые пятьдесят предсерийных образцов, а затем двести серийных. Но и в 1970 и в 1971 году работы над усовершенствованием двигателя не прекращались.

В чем же они заключались?

Главная трудность, из-за которой роторно-поршневой двигатель долгое время не мог увидеть света, заключается в том, что очень сложно создать уплотнение между вращающимся ротором и стенками цилиндра. Если зазор слишком мал, ротор не может вращаться, если велик — рабочая смесь будет просачиваться, не создавая нужного давления и, следовательно, мощности.

Есть и другие конструктивные сложности, например сильное нагревание. В микрованкеле «ОС-Граупнер» зазор между ротором и корпусом при всасывании и сжатии на 0,008— 0,01 мм больше, чем при расширении и выхлопе. Этот последний составляет всего 0,02 мм — чтобы уменьшить потери мощности, улучшить работу при запуске и на холостых оборотах. Дальнейшим усовершенствованием было расширение фазы впуска, применение алюминиевого сплава для внутренней поверхности цилиндра.

Может возникнуть у читателя вопрос: к чему столь подробный рассказ о работе всего над одним типом микрованкеля? А вот к чему. Человек, вздумавший заняться изготовлением его в домашних условиях, должен совершенно отчетливо представить себе, какие трудности перед ним встанут. Конструкция поршневых двигателей отрабатывалась почти столетие. Опыт их изготовления стал достоянием огромного количества людей. Нет в настоящее время двигателя лучше отработанного, пригодного для серийного выпуска в огромном количестве экземпляров, нежели обычный поршневой. Но, как известно, творческая мысль опережает реальность, поиски изобретателей не ограничиваются жесткими рамками современного промышленного производства. Они создают свои конструкции, а вопрос о пригодности их решит время.

Рис. 2. Схематический разрез двигателя Меркера:

а — четырехцилиндрового, б — шестицилилдрового; 1 — цилиндр, 2 — поршень, 3 — опорный ролик, 4 — жесткая рама, 5 — корпус, 6 — золотник, 7 — рабочая дорожка, 8 — канал золотника, 9 — впускные клапаны, 10 — выпускные клапаны.

Поговорим о роторно-поршневых двигателях. Наиболее широко известен вариант (рис. 2), созданный австрийским инженером Остином Меркером. Четыре цилиндра расположены крестообразно внутри жесткой рамы. К концу каждого цилиндра крепится жесткий ролик. Он упирается в специально проточенную внутри рамы дорожку сложной формы. Имеющие выпускные и впускные каналы цилиндры крепятся к корпусу, внутри которого помещается золотник с каналами для подвода горючей смеси. Когда ролик одной соосной пары поршней проходит через места сужения рабочей дорожки, в цилиндрах этой пары происходит максимальное сжатие. В этот момент вспыхивает искра, горючая смесь воспламеняется, давление газов заставляет Цилиндры двигаться по окружности. Ролики попадают на самое широкое место рабочей дорожки, и происходит выхлоп отработанных газов. Но в этот момент сжатие начинается уже в другой паре цилиндров, все повторяется вновь. Ролики поочередно проходят наиболее широкие и наиболее узкие места внутренней дорожки рамы, поршни движутся внутри цилиндров, выхлопные газы уходят через открываемые поршнями окна, золотник вращается, и в тот момент, когда его каналы совпадают с впускными каналами цилиндров, происходит наполнение горючей смесью. Смесь эта поступает в золотник из небольшого нагнетателя, приводимого в действие от вала двигателя.

Вот такой двигатель предложил Остин Меркер. Заманчиво, ничего не скажешь. Нет шатунов, и вал не коленчатый, а прямой; нет инерционных сил, нет мучающего всех автомобилистов стука клапанов, нет даже прерывателя, распределителя, механизма опережения зажигания. Вместо этого неподвижная пластинка с выступами, на которую подается высокое напряжение Свечи, ввернутые в цилиндры, движутся вместе с ними, последовательно проходят выступы, и искра перескакивает с пластинки на свечу. Все предельно просто.

Рис. 3. Силы, действующие в двигателе Меркера на ролик и поршень:

1 — цилиндр, 2 — поршень, 3 — опорный ролик, 4 — рабочая дорожка.

Так почему же двигателестроители мира не бросили поспешно моторы обычного типа и не взялись дружно за конструкции Меркера? Почему эти моторы существуют пока только в виде экспериментальных вариантов и нет даже опытных образцов? Ответ на этот вопрос дает теоретическая механика, а конкретно — та ее часть, которая касается разложения сил. Посмотрим на рисунок 3, где показан ролик, катящийся по дорожке, и поршень. Сила Р, воспринимаемая роликом от дорожки, вовсе не направлена по оси цилиндра. Ее можно разложить на составляющие. Составляющая направлена по оси цилиндра, а сила — вбок. Она-то и перекашивает поршень в цилиндре, вызывая его усиленный износ. Поэтому высокие рабочие обороты в двигателе невозможны. Существуют, правда, конструкции, где основной ролик дополняют два вспомогательных, берущих на себя боковые нагрузки. Но это уж очень большое конструктивное усложнение. Так что двигатель Меркера пока что всего лишь мечта, хотя и очень заманчивая.

К этой же разновидности двигателей относятся и такие, в которых поршни и цилиндры расположены, как гнезда и патроны в револьверном барабане, вокруг оси. С поршнями соединены наклонные диски. Двигаясь, поршни вращают эти диски, а те, в свою очередь, вал. Двигатель подобной схемы был предложен очень давно. Еще в 1916 году молодые инженеры А. Микулин и 6. Стечкин, оба — будущие советские академики, выдающиеся двигателестроители — предложили сконструированный именно по такой, «барабанной» схеме мотор АМБС-1 мощностью 300 л. с. В 1924 году вариант такого же двигателя создал инженер Старостин. Судьба их всех схожа с судьбой двигателя Меркера.

И причина та же. большие потери на трение, быстрый износ.

Рис. 4. Схема роторно-лопастного двигателя:

1 — корпус, 2 — система охлаждения, 3 — выпускное окно, 4 — впускное окно, 5 — свеча.

Рис. 5. Циклы работы роторно-лопастного двигателя.

Рассмотрим теперь, что представляет собой роторно-лопастной двигатель (рис. 4). В корпусе, снабженном системой охлаждения, впускными и выпускными окнами и свечой зажигания, вращаются две лопасти. Если лопасть А вращается равномерно, а лопасть Б то догоняет ее, то отстает, замкнутый объем между лопастями и корпусом все время меняется. Тут-то и возможны всякого рода циклы, имеющие место в двигателях внутреннего сгорания (рис. 5). В камере 1 (позиция «а») горючая смесь воспламеняется от свечи зажигания. В камере 2 газы расширяются — происходит рабочий ход; в камере 3 всасывается новая порция рабочей смеси, в камере 4 она сжимается. Лопасти движутся дальше; камеры меняются местами (позиция «б»)- в 1-й — рабочий ход; во 2-й — выпуск; в 3-й — всасывание; в 4-й — сжатие свежей смеси. Затем все повторяется вновь (позиции «в» и «г»).

Идея заманчивая, что и говорить. Преимущества перед обычным, шатунно-кривошипным механизмом все те же: нет инерционных сил, все уравновешено, двигатель может развивать колоссальные обороты. Перед двигателями Меркера или Ванкеля тоже есть преимущества: сила давления газов воспринимается не крохотной поверхностью контакта ротора или ролика, а большими поверхностями лопастей. И щели между лопастями и внутренней поверхностью корпуса гоже легче уплотнять, нежели в двигателе Ванкеля.

Но одна проблема есть и тут. Как добиться точного движения лопастей относительно друг друга? Для этой цели создано множество механизмов — шестеренчатых, кулачковых, рычажных, — но говорить о результатах пока еще рано. Если эксперименты увенчаются успехом, техника получит высокооборотный, долговечный, надежный, легкий и мощный двигатель.

Рис. 6. Двигатель финских изобретателей, совмещающий в себе особенности роторного и обычного двигателя (механизм газораспределения — клапанный). Описание и чертежи двигателя были любезно предоставлены нашей редакции одним из его авторов, Ману Пайоненом

Таковы основные разновидности двигателей нового типа — роторных. К ним примыкает двигатель с вращающимся поршнем — как бы переходное звено между роторными и обычными двигателями. Эта конструкция предложена финскими изобретателями Онни Хейнола, Матти Кейхманиеми, Ману Пайоненом. Здесь поршень (рис. 6), вращаясь на эксцентриковой оси, то приближается к стенкам цилиндра, то удаляется от них. Цикл идет следующим образом. В одном пространстве происходит взрыв горючей смеси и рабочий ход; в другом — выпуск; в третьем — всасывание. Сохранена в какой-то степени и газораспределительная система обычного поршневого двигателя. В этой конструкции как бы наложились друг на друга, совместились разные типы роторных двигателей.

KUNST! Mazda отмечает 40-летие производства роторных двигателей — ДРАЙВ

В современном автомобильном мире становится всё меньше марок, обладающих яркой индивидуальностью. Всё больше ценится серая надёжность, и мало кому нужен яркий дизайн или оригинальные технические решения. Но есть компании, которые продолжают гнуть свою линию. Например, Mazda, в этом году отмечающая сорокалетие своих серийных роторно-поршневых двигателей.

Спортивные модели Mazda и роторно-поршневые двигатели — сейчас это практически синонимы. Но сам мотор придумали вовсе не японцы. В 1951 году, работая на компанию NSU, Феликс Ванкель (Felix Wankel) начал разрабатывать мотор собственной конструкции. Первый рабочий прототип автомобиля с получившимся агрегатом появился лишь шесть лет спустя. Впоследствии много кто занимался «движками» подобной конструкции — их применяли на автомобилях, мотоциклах и даже автобусах. А компания Rolls-Royce в начале 60-х даже сделала дизельную версию роторно-поршневого двигателя Ванкеля.

Mazda Cosmo Sport — первая роторная ласточка фирмы — была сделана тиражом чуть больше 1,5 тысяч экземпляров.

Первой машиной Mazda с «ротором» была Cosmo Sport. Прототип этого красивейшего купе был сделан ещё в 1963 году. А в 65-м и 66-м компания построила 80 автомобилей, на которых проводились испытания, и лишь в мае 67-го с конвейера сошли серийные машины. Mazda Cosmo Sport, также известная как 110S, стала не только первой роторной Маздой, но и первым автомобилем с двухсекционным мотором — с двумя роторами и секциями рабочим объёмом по 491 см3. Cosmo Sport образца 1967 года имела двигатель всего в 982 «кубика», но его мощность была вполне приличной — 110 лошадиных сил. Это позволяло ей разгоняться до 185 километров в час — недурно для того времени.

Автобус Mazda Parkway 26. Даже он оснащался роторным двигателем.

Почему роторные двигатели развивают такую мощность при столь малом объёме? Во-первых, в отличие от традиционных ДВС, в которых поршни движутся вверх-вниз, здесь крутится треугольник-ротор. А это значит, что и нагрузки на него меньше. Именно поэтому современные роторные «движки» влёгкую крутятся до 9 с лишним тысяч оборотов. Во-вторых, рабочий объём у «Ванкелей» используется более полно и постоянно. За впуск и выпуск отвечают разные «зоны» мотора, а не одна и та же. Ротор делит рабочую секцию на три части, каждая из которых постоянно работает, в то время как в обычном поршневом двигателе один и тот же объём сначала работает на сжатие, а потом на воспламенение. Поэтому так называемый приведённый рабочий объём (грубо говоря — эквивалент обычного в поршневых ДВС) в два раза больше номинального. Кроме того, роторные моторы чрезвычайно компактны и до неприличия легки — а это сулит одни лишь плюсы.

Вот так работает роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Идеальный мотор? Если бы! Проблем с двигателями Ванкеля просто огромное количество. Во-первых, они обладают низким крутящим моментом, а максимальная мощность у них, соответственно, достигается при высоких оборотах. Поэтому мотор для получения большой мощности надо «крутить», а это значит, что совершается больше циклов, и на ресурсе это отражается, естественно, не самым лучшим образом. Во-вторых, камера сгорания у РПД некомпактная, а это приводит к низкому КПД. Отсюда и высокий расход топлива. В-третьих, у такого двигателя большущие проблемы с обеспечением уплотнения подвижных сопряжений ротора и стенок секции. И масло РПД пожирает ну просто в промышленных масштабах — причём это не неисправность, а особенность конструкции.

Двигатель Renesis в разрезе.

Короче, все, поэкспериментировав немного с роторными двигателями и столкнувшись с вышеперечисленными проблемами, задвинули свои разработки куда подальше и отказались от затеи. Все, кроме Mazda. На сегодняшний день эта компания остаётся единственным производителем, не только делающим РПД, но и активно их совершенствующим.

До появления двигателя Renesis многие роторные моторы Mazda были оснащены турбонаддувом.

Надёжность своих «роторов» Mazda доказала, выставив в 1968 году две машины на старт 84-часового марафона de la Route на знаменитом Нюрбургринге. Серийные Cosmo Sport со 130-сильными РПД практически всю гонку держались на четвёртом и пятом местах (из 58 стартовавших экипажей) и… сошли! Но вовсе не из-за проблем с моторами, а из-за повреждения полуосей всего за два часа до финиша.

В семидесятых годах у Mazda сложились обозначения роторных машин — их начали звать RX.

К слову об автоспорте. Своего высшего успеха роторные двигатели добились именно с компанией Mazda, когда болид 787B в 1991 году выиграл 24-часовой марафон в Ле-Мане. После этого РПД были поставлены под запрет в этой гонке. А в Америке даже существует серия Formula Mazda, где гоняются болиды с роторными моторами.

Mazda 787B — единственный японский автомобиль, победивший в знаменитом Ле-Мане в классе прототипов.

Последняя разработка Mazda — мотор Renesis, устанавливающийся на купе RX-8. В ходе его разработки инженерам Mazda удалось победить многие врождённые пороки конструкции, такие, как небольшой ресурс и высокое потребление топлива. При мощности под 250 лошадиных сил, он «кушает» немногим более 11 литров бензина в смешанном режиме.

На RX-8 дебютировал роторный двигатель Mazda нового поколения, а сама машина стала бестселлером.

Даже экспериментальные водородные автомобили у Mazda — роторные.

Но и на этом японцы не останавливаются. Во-первых, они готовят новое поколение «движка» Renesis, а во-вторых, приспосабливают нынешнее для работы на водороде. А первые Mazda RX-8 с роторными моторами, способными работать как на бензине, так и на водороде, уже ездят по улицам Токио. Так что юбилей получился и правда знатный — ведь Mazda единственная компания, которая не остановилась и продолжала развивать конструкцию, которую многие считали бесперспективной. И не просто доказала миру её жизнеспособность, но и довела практически до совершенства.

Разбираем двигатель Mazda RX-8: сколько стоит роторное удовольствие

После повышения таможенных пошлин в 2011 году любителям мощных заднеприводных автомобилей все труднее: старый автопарк изнашивается, а привезти в РБ что-то с большим мотором неприлично дорого. Тем не менее белорусам все еще доступна подержанная Mazda RX-8 с роторно-поршневым двигателем объемом всего 1,3 л и мощностью от 192 до 231 л.с. Стоит ли связываться с этим мотором, пытался выяснить Юрий Гладчук вместе со специалистами СТО.

У нас в ногах лежит компактный роторный мотор Mazda RX-8. Менее чем через час он будет полностью разобран, в процессе специалисты расскажут обо всех нюансах его эксплуатации и ремонта. Но перед этим — краткий ликбез о двигателе Ванкеля.

История техники

Немецкий изобретатель Феликс Ванкель в 20-х гг. XX века стремился упростить конструкцию двигателя, избавив его от большого количества деталей. Ему это удалось — в РПД отсутствуют кривошипно-шатунный механизм, поршни, клапаны и сложная система их привода. Роль цилиндра выполняет статор, имеющий форму эпитрохоиды (похоже на раздувшуюся в середине цифру 8). В роли поршня выступает трехгранный ротор. Вершинами он скользит по поверхности статора, образуя три замкнутые полости. В каждой из трех полостей за один оборот происходит 4 такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск — все как обычно. Ротор движется по сложной траектории, которую обеспечивают две шестерни. Одна из них, внутренняя, неподвижно закреплена на роторе и «обкатывает» неподвижную шестерню, закрепленную на боковой стенке статора. Сам ротор вращается на валу с эксцентриком. С этого вала и снимается крутящий момент двигателя. Впрочем, чтобы понять, как это работает, достаточно изучить данное видео.


 
В идеале все выглядит здорово: минимум деталей, максимум простоты и отдачи.
По габаритам роторный мотор существенно меньше поршневых двигателей и занимает не так много места. При этом РПД способен выдерживать высокие обороты, вибронагруженность меньше. Из-за меньшего числа деталей двигатель имеет малую инертность, а значит в ответ на газ раскручивается моментально!

Но, как это часто бывает, недостатки роторного двигателя проистекают из его же достоинств. Неидеальная форма камеры сгорания — причина неэкономичности и высокого содержания вредных веществ в выхлопных газах. Расход топлива выше, чем у классических моторов. Кроме того, большая площадь камеры сгорания приводит к большей теплонагруженности мотора. Главным врагом любого роторного двигателя является износ апексов — уплотнителей между камерами сгорания. Этой очень маленькой пластине приходится принимать на себя огромные перепады температур и давления при небольшом пятне контакта с поверхностью камеры сгорания. Чтобы обеспечить нормальную смазку уплотнений, во впускной коллектор приходится дополнительно впрыскивать масло.

А это повышенный расход масла и ухудшение экологических параметров. И прочее, прочее, прочее — о недостатках этого мотора можно говорить часами. Конструкция на первый взгляд вроде бы и проста, но нюансов здесь не счесть.
 
Многие автопроизводители в свое время отказались от разработок РПД, хотя патент на производство двигателя купили: Daimler-Benz, General Motors, Alfa Romeo, Nissan, Toyota. Серьезно роторами некоторое время занимался ВАЗ. А еще был такой автомобиль как NSU Ro 80, с 1967 года выпускавшийся несколько лет с роторным двигателем объемом 995 куб.см  мощностью 113 л.с. Но в итоге только Mazda продолжила работы над совершенствованием конструкции Ванкеля, добившись весьма неплохих результатов. И сегодня мы на станции, специализирующуюся на ремонте двигателей Mazda RX-7 и RX-8.
 
Разборка

 

Перед нами мотор 13В. Его мощность — 192 л.с, пробег — около 180.000 км. Капитальный ремонт производился на 120. 000 км. Владелец автомобиля приехал с жалобами на плохой запуск горячего двигателя и высокое потребление масла на угар. Самое время поговорить о ресурсе и стоимости ремонта.

 — В США, Японии и странах Европы эти моторы проезжают без вмешательства около 200 тысяч километров, — рассказывает мастер специализированной СТО Вячеслав. — Но у нас ресурс мотора в среднем составляет 100 тысяч. Бывает и меньше, так как частенько они не получают должного обслуживания и качественного топлива. Первым признаком приближающегося капитального ремонта является повышенный расход масла, плохой запуск «на горячую» и низкий уровень компрессии. Перед покупкой такого автомобиля обязательно нужно пользоваться специальным компрессометром — компрессия не должна быть ниже 6,5 атмосфер. Стоимость работы по переборке двигателя — около 1000 долларов, ремкомплект — около 1500. Это при условии, что ни одна из секций, никакие крупные детали не пострадали. Если внутри большой износ, задиры или повреждения, то рекомендуется замена секции, стоимость которой составляет около 700 долларов. Если за мотором ухаживать, все делать своевременно, двигатель может проехать и 150 тысяч. Все очень прогнозируемо: достаточно через одну замену масла замерять компрессию — она должна составлять 6,5-8 атмосфер. Падает она постепенно, но ниже 6-6,5 атмосфер лучше не доводить, иначе одним ремкомплектом не обойдешься.
 
Бывают ситуации, когда стоимость ремонта может быть нецелесообразной. По словам Вячеслава, в таком случае из Америки можно заказать двигатель, который проходил капитальный ремонт в заводских условиях, при этом все основные детали в нем заменены на новые. От нового двигателя такой можно и не отличить. Его стоимость — около $4500. Из Японии можно заказать новый по цене около $6000-6500. Можно рассматривать и вариант б/у.
 
— Ресурс сильно зависит от того, как часто меняются «расходники» и какого они качества. Своим клиентам мы рекомендуем менять масло раз в 5 тысяч километров. Для разных рынков установлены разные интервалы: в Европе, например, они составляют 20 тысяч. Воздушный фильтр обязательно следует менять раз в 20 тысяч километров. В бак заливать только 95-й бензин, но лучше всего подходит 98-й, хотя это, конечно, дорого. Ведь топливо RX-8 потребляет нещадно: в городе 15 литров, а то и больше. Хотя я считаю, что расход вполне адекватен мощности двигателя.

Приступаем к разборке. Мастер обращает внимание на масляные форсунки. В РПД нет прямого контакта секций с поддоном, поэтому здесь масло принудительно подается в секции на такте впуска.

— Если их вовремя не поменять, это может плохо закончиться. Запомните: расход масла у роторного двигателя должен быть. Какой? Канистра оригинального масла вмещает 5 литров, заливаем 3,5 — полутора литров хватает на 5 тысяч километров. Это если все исправно. Если есть нюансы, расход может быть больше. Если расход меньше, это должно вызвать обеспокоенность — значит, проблема с форсунками. По статистике выхаживают они почти 50 тысяч километров.

В Mazda RX-8 установлен масляный радиатор, в зависимости от версии их может быть два или один. Нашему взору открывается масляный термостат. Масло не сразу попадает в радиаторы, а только лишь по достижении определенной температуры.
 
По словам Вячеслава, как и любой мотор, роторный 13В боится перегрева, но он случается нечасто — общая система охлаждения имеет объем 9,5 л, радиатор охлаждения немаленький.

Откручиваем поддон — взору предстает хитрая система противоотливов. На RX-8 можно смело участвовать в любительских трек-днях.

 

Масляный насос, по словам Вячеслава, очень производительный, есть два редукционных клапана сброса избыточного давления масла.

Снимаем крышку масляного насоса. Вячеслав говорит, что единственная цепь (привод масляного насоса) в этом моторе практически вечная, проблем с ней никогда не было.

Углубляемся. Двигатель крепится 19 болтами, которые зажимаются в определенной последовательности. У каждого болта есть сальник для предотвращения утечки антифриза. Откручиваем их.

А вот и сам ротор. В данном видеосюжете Вячеслав наглядно рассказывает о принципе работы РПД.

Специалист обращает внимание, что роль компрессионных колец здесь выполняют апексы.

— Проблема маленького ресурса заключаются в том, что уплотнения необходимо обеспечивать по трем плоскостям. А это сложно, поэтому изначально компрессия в РПД более низкая, отсюда много проблем. В старом RX-7 все получше. Турбированный роторный мотор этого автомобиля проходит больше 200 тысяч при условии грамотного обслуживания. У Mazda RX-8 высота апекса составляет 5,3 миллиметра, на 4,5 миллиметра рекомендуется замена, следовательно, на «жизнь» отводят 0,8 миллиметра. У RX-7 высота апекса составляет 8,1 миллиметра, стереться он может на 1,6 миллиметра. Поэтому ресурс занизили искусственно, мне кажется — чтобы попасть в экологические рамки и повысить оборотистость двигателя.

— Комплект из четырех специальных свечей стоит 100 долларов. Обычные использовать нельзя — можно сразу уничтожить двигатель. Менять их нужно раз в 30-40 тысяч километров. Главное не перепутать маркировку — свечи разные.

Спустя менее часа работы в спокойном темпе двигатель был полностью разобран. Проверка состояния деталей в двух секциях показала, что в первой сместился вкладыш ротора. В обеих секциях признаки повышенного расхода масла — выпускные окна наполовину закоксованы. Внутренние стенки секции имеют задиры.

Вячеслав утверждает, что капитальный ремонт двигателя нецелесообразен:
 
— Общий износ мотора высок, съехал вкладыш ротора, крупные узлы требуют замены. Если восстанавливать, то за такие деньги можно купить два подержанных мотора или один «ребилдинговый». Здесь нужно менять вал, вкладыши, прокладки, апексы, секции. То есть цена качественного восстановления такого мотора — около 4000 долларов. Но это еще не страшно. Бывает, апекс выпадает и наносит серьезные разрушения другим деталям. К слову, мотор может заводиться и ехать на одной секции. В этом плане, конечно, двигатель терпит страшные издевательства.

 Есть ли смысл?

Вячеслав, помимо того что ремонтирует эти машины, сам на них ездит. Что он думает о них? Стоит ли покупать?
 
— У меня в семье есть и Mazda RX-7, и RX-8. На самом деле в этих автомобилях очень много хорошего. Ездить приятно: мотор эластичный, легко раскручивается до 9000 оборотов в минуту в зависимости от модификации. Управляемость великолепная, дизайн очень интересный. Нужно лишь вовремя менять «расходники», следить за состоянием форсунок и компрессией. Кроме двигателя, здесь все предельно надежно — с электрикой и ходовой частью нюансов в автомобиле нет. Выбор имеется — в стране появляется все больше Mazda RX-8. Можно смело покупать. Но стоит помнить, что такие машины недешево обслуживать, на последние деньги они не покупаются, хотя как раз купить не так дорого: за 15. 000-16.000 долларов можно подобрать хороший экземпляр. Если все работает, роторная Mazda — сплошной позитив.
 
Юрий ГЛАДЧУК
Фото Павла СЛЕПУХИНА
ABW.BY

Что такое ротор двигателя.  Роторный двигатель. Роторный двигатель. Устройство, принцип работы. Плюсы и минусы ротора

Роторный двигатель — Что это такое?
Как он работает. Его история…

В традиционном четырехтактном поршневом двигателе один и тот же цилиндр используется для разных процессов — впуска, сжатия, сгорания и выпуска.
Роторный двигатель позволяет осуществлять каждый из этих процессов в разных частях корпуса. Каждый процесс как бы происходит в отдельном цилиндре.
В поршневом двигателе давление расширения, возникающее при сгорании топливовоздушной смеси, заставляет поршни двигаться вверх-вниз внутри цилиндров. Шатуны и коленвал преобразуют это возвратно-поступательное движение во вращательное движение, необходимое для перемещения автомобиля.

В роторном двигателе отсутствует преобразуемое возвратно-поступательное движение. Давление образуется в камерах, создаваемых различными частями корпуса и выпуклыми поверхностями треугольного ротора. Сгорание приводит непосредственно к вращению ротора, что снижает вибрации и увеличивает возможную скорость вращения. Обеспечиваемое таким образом повышение эффективности также позволяет роторному двигателю иметь гораздо меньшие размеры по сравнению с традиционным поршневым двигателем эквивалентной мощности.

Как он работает?
Главный компонент роторного двигателя — треугольный ротор, который вращается внутри овального корпуса (статора) таким образом, что три вершины ротора находятся в постоянном контакте с внутренней стенкой корпуса, образуя три замкнутых объема с газом, или камеры сгорания. Фактически каждая из трех боковых поверхностей ротора действует как поршень. При вращении ротора внутри корпуса объем трёх создаваемых им рабочих камер постоянно изменяется, действуя как насос.
Внутри ротора находится небольшая шестерня с внешними зубьями, прикрепленная к корпусу. Шестерня большего диаметра с внутренними зубьями сопряжена с этой неподвижной шестерней — таким образом задается траектория вращения ротора внутри корпуса.
Поскольку ротор соединен с выходным валом эксцентрично, он вращает вал подобно тому, как ручка вращает коленвал, при этом выходной вал совершает три оборота за каждый оборот ротора.

Каждая фаза процесса сгорания происходит в определенной части корпуса:
1/ Впуск
2/ Сжатие
3/ Зажигание
4/ Сгорание
5/ Выпуск

История роторного двигателя
Джеймс Уатт, изобретатель паровой машины с вращательным движением, также разрабатывал двигатель внутреннего сгорания роторного типа. За последние 150 лет изобретатели предложили множество конструкций роторного двигателя.
Еще в 1846 году были определены геометрическая форма рабочей камеры сгорания современных роторных двигателей и принцип работы первого двигателя, основанный на свойствах эпитрохоиды. (Эпитрохоида — геометрическая линия, создаваемая точкой одной окружности, которая катится без проскальзывания по внешней стороне другой окружности большего диаметра.)
В 1924 году, когда 22-летний Феликс Ванкель начал создавать свой роторный двигатель, практические результаты еще не были получены. Ванкель исследовал и анализировал возможности различных типов роторного двигателя и нашел оптимальную форму трохоидообразного корпуса. Многолетние исследования и разработки Ванкеля, осуществлявшиеся им совместно с производителем мотоциклов — компанией NSU, увенчались в 1957 году созданием первого роторного двигателя Ванкеля — DKM. Двигатель DKM доказал, что роторный двигатель — не просто мечта.

Однако сложная конструкция — вращался сам трохоидообразный корпус — делала этот роторный двигатель непрактичным. Но спустя год появился двигатель KKM с неподвижным корпусом. Это был прототип современного роторного двигателя Ванкеля. В ноябре 1959 года компания NSU официально объявила о создании роторного двигателя Ванкеля.

Президент компании Mazda г-н Цунеджи Мацуда тотчас оценил огромный потенциал этого двигателя и лично заключил договор о сотрудничестве с NSU. В 1963 году созданное подразделение Mazda по исследованию роторных двигателей, возглавляемое г-ном Кеничи Ямамото, приступило к разработке первого в мире роторного двигателя для серийного производства.
30 мая 1967 года Mazda начала продавать первый автомобиль с двухроторным двигателем, Cosmo Sport, оснащенный двигателем Type 10A мощностью 110 л.с. Дальнейшие разработки привели к снижению расхода топлива более чем на 40 процентов и существенному уменьшению количества токсичных выхлопов для соответствия постоянно ужесточаемым требованиям экологических норм. К 1970 году общее число автомобилей с роторным двигателем достигло 100 тысяч. К 1975 году было собрано 500 тысяч таких автомобилей. К 1978 году — более миллиона. Роторный двигатель пришел в автомобильный мир всерьез и надолго.

Преимущества роторного двигателя
Меньшая масса
Из-за отсутствия необходимости в поршнях, шатунах и коленвале основной блок роторного двигателя имеет меньшие размеры и массу при лучших динамических характеристиках и управляемости.

Меньшие размеры
Роторный двигатель существенно меньше традиционного двигателя такой же мощности. Новый двигатель RENESIS примерно равен по размерам небольшому обычному четырехцилиндровому рядному двигателю. Небольшие размеры роторного двигателя выгодны не только тем, что уменьшают массу — они также улучшают управляемость, облегчают оптимальное расположение трансмиссии и позволяют сделать автомобиль более просторным для водителя и пассажиров.

Меньший уровень вибрации
Все части роторного двигателя непрерывно вращаются в одном направлении, а не изменяют направление своего движения так, как поршни обычного двигателя. Роторные двигатели внутренне сбалансированы, что снижает уровень вибрации.

Более высокая мощность
Роторный двигатель выдает мощность более равномерно и плавно. С каждым полным оборотом ротора выходной вал оборачивается трижды. Каждое отдельное сгорание происходит в течение 90-градусной фазы вращения ротора, т.е. в течение 270-градусной фазы вращения выходного вала. Это значит, что однороторный двигатель выдает мощность в течение трех четвертей каждого оборота выходного вала. Учтите, что одноцилиндровый поршневой двигатель выдает мощность только в течение одной четверти каждого оборота выходного вала.

Более высокая надежность
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.

Двигатель RENESIS
«RENESIS» в вольном переводе с английского означает «новая жизнь роторного двигателя». Наш новый технологический и конструктивный подход революционизировал роторный двигатель и обеспечил выигрышное сочетание низкого расхода топлива и низкого уровня токсичных выбросов с высокими динамическими характеристиками.
В основу разработки был положен роторный двигатель с несколькими боковыми окнами (MSP-E). Этот двигатель впервые использовали в концептуальном спорткаре Mazda RX-01, продемонстрированном на Токийском автосалоне 1995 года, а затем его улучшенная версия была представлена на Токийском автосалоне 1999 года в четырехдверном концептуальном спорткаре RX-EVOLV. RENESIS — окончательная серийная версия этого двигателя, итог многолетних целенаправленных разработок. Он будет устанавливаться в полностью новую модель Mazda RX-8.

Силовая трансмиссия RENESIS будет предлагаться в двух вариантах: повышенной мощности (170 кВт (231 л.с.) при 8200 об/мин, макс. 9000 об/мин) и базовый силовой агрегат (141 кВт (192 л.с.) при 7000 об/мин, макс. 7500 об/мин) для обычного вождения с превосходной управляемостью.
Двигатель RENESIS существенно отличается по своей конструкции от обычных современных роторных двигателей. Технология выпуска через боковые окна значительно повышает экономичность двигателя. RENESIS также имеет новые топливные форсунки, обеспечивающие сверхтонкое распыление, и высокоэффективные свечи зажигания для улучшенного сгорания топливовоздушной смеси. Выпускной коллектор имеет двойную стенку и поддерживает высокую температуру выхлопных газов, уменьшая время прогрева каталитического нейтрализатора. Новая система смазки уменьшенной высоты с «мокрым картером» содержит маслосборник глубиной 40 мм — вдвое меньшей, чем у обычных современных роторных двигателей.

RENESIS также обладает превосходными акустическими свойствами — он порадует ценителя спортивного звука звонкими и прозрачными нотами на верхах и сочными на низах. Он не только работает невероятно плавно, но и звучит именно так, как должна звучать силовая трансмиссия спорткара.

Источник:theallnewrx-8.com

Не байка.
Широко был распространен на спец.транспорте. А АвтоВАЗ выпускал и «гражданскую» версию до 2002г.

Отечественная история
Однако для нас самым примечательным в истории существования двигателя Ванкеля является тот факт, что наряду с Японией его производят и в нашей стране. В России история ротора началась в 1974 году, когда на Волжском автозаводе было открыто Специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей (СКБ РПД). Первым двигателем, подготовленным в стенах СКБ стал односекционный ВАЗ-311 мощностью 70 л.с. Опытно-промышленная партия «копеек» с этим мотором оказалась и первым провалом молодого коллектива — массовые отказы двигателей заставили заменить их на всех автомобилях обыкновенными поршневыми.
Проект спасли отечественные спецслужбы. Для установки на служебные машины им требовался мощный двигатель, а малым ресурсом и большим расходом топлива можно было принебречь. В результате были созданы «Жигули» с двухсекционным РПД мощностью 120 л.с., благодаря которым коллектив СКБ остался «на плаву». А милиции и КГБ роторные «Жигули» позволяли безраздельно господствовать на дорогах. Обычные с виду вазовские машины легко догоняли даже мощные иномарки, которых в СССР того времени были единицы.

Только в конце 80-х конструкторы смогли вернуться к проекту автомобиля общего назначения. Сначала был создан двигатель ВАЗ-413 для вазовской «классики», а в 1994 году начат выпуск мотора ВАЗ-415, предназначенного для установки на автомобили «восьмого» семейства.
Все эти годы машины с роторным двигателем выпускались только очень малыми партиями, в основном на заказ. При этом их цена вполне привлекательна — до недавнего времени ВАЗ-21099 с РПД в Москве можно было купить за $7200, в Тольятти — долларов на 500 дешевле. Две такие машины мы и решили протестировать на Дмитровском полигоне…

Трудности быта
По конструкции отечественный мотор, конечно, уступает японским роторам. О стальной хромированной ленте, образующей рабочую поверхность статора, нам остается только мечтать. Вазовский статор отлит из алюминия и имеет никасилевое покрытие, используемое в мотоциклетных моторах. Уплотнения ротора — стальные или чугуные. Как следствие — заявленный ресурс составляет всего 120 тыс.км, из которых 30 тыс. покрывает заводская гарантия. При этом случаи полной выработки ресурса практически неизвестны. Как правило, мотора хватает на 60-70 тыс. км, после чего требуется его переборка, которая производится только в Тольятти или в Москве — парой специализированных сервисов, имеющих тесные связи с СКБ РПД. С другой стороны, капитальный ремонт роторного двигателя проще и дешевле, чем поршневого, и многие владельцы делают его самостоятельно. Комплект необходимых для восставновления мотора деталей стоит около $300.

Эксплуатация роторного ВАЗа имеет свои особенности. Во-первых, 500 граммов масла на 1000 км пробега — норма для этого двигателя, ведь часть масла специальным насосом впрыскивается прямо во впускной коллектор для дополнительной смазки трущихся поверхностей. С другой стороны, из-за постоянных доливов масло требуется менять не чаще, чем в 10-12 тыс. км, и обязательно после зимней эксплуатации. Строго рекомендуется применять только минеральное масло, так как «синтетика», сгорая в двигателе, закоксовывает уплотнения ротора.
Еще одна беда отечественных двигателей Ванкеля — свечи, по две на каждую секцию. Они работают в жестких температурных условиях и стоят поэтому дороже обыкновенных. Отечественные А26ДВ1, устанавливаемые на заводе, редко ходят больше 5 тыс.км, хотя, по информации СКБ РПД, сейчас на заводе в городе Энгельс налажено производство более надежных свечей. В качестве альтернативы владельцы используют свечи фирмы NGK, которые выдерживают 15 и более тысяч километров, но стоят они при этом до $30 за комплект. Помимо свечей от более высокой температуры страдает выпускная система. Глушитель и резонатор от обыкновенной «восьмерки» не только «душат» мощный мотор, но и прогорают порой за полгода эксплуатации, после чего их обычно без жалости меняют на тюнинговые.

Наконец, от большого крутящего момента двигателя страдает стандартная трансмиссия — сцепление, КПП и особенно ШРУСы. Дешевле будет не скупиться и вышедшие из строя детали сразу заменять на более надежные импортные аналоги.

Быть или не быть?
Так стоит ли роторно-поршневой двигатель внимания поклонников быстрой езды? С одной стороны, для автомобиля со 135-сильным мотором роторная «восьмерка» или «девяносто девятая» стоит совсем недорого. Но, как показал наш тест, это плата только за мощный двигатель. Все остальное — подвеска, трансмиссия, тормоза — требует соответствующих доработок, после которых роторная машина по стоимости приблизится к поршневой с аналогичным уровнем тюнинга. С другой стороны, дальнейшее увеличение мощности поршневого мотора, к примеру до 160 л.с., потребует уже очень крупных вложений. А от двигателя Ванкеля такой отдачи можно добиться сравнительно просто и дешево. Правда, вопрос ресурса остается открытым…
А стандартный роторный двигатель мог бы подойти тем, кто, покупая мощный автомобиль, не стремиться кого-то поразить или победить во всех светофорных гонках. Ротор — прекрасный вариант для тех, кто хочет ездить быстро и комфортно — как говорилось в классическом фильме, «без шуму и пыли». Вот только перспективы выпуска вазовских машин с двигателями Ванкеля, к сожалению, не ясны. СКБ РПД все больше склоняется к выпуску моторов для легкой авиации и фактически сворачивает производство автомобильных двигателей. Последняя товарная машина была выпущена и продана в апреле этого года. Будут ли производится роторные автомобили в будущем — неизвестно.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания дало толчок к производству автомобилей, передвигающихся на жидком виде топлива. Двигатели эти на протяжении всей истории автомобилестроения эволюционировали: появлялись различные конструкции моторов. Одной из прогрессивных, но так и не получивших распространение конструкций двигателей стал роторно-поршневой агрегат. Об особенностях этого типа двигателя, его достоинствах и недостатках мы поговорим в сегодняшнем материале.

История

Разработчиком роторно-поршневого двигателя стал дуэт инженеров компании NSU – Феликс Ванкель и Вальтер Фройде. И хотя основная роль в создании роторного двигателя принадлежит именно Фройде (второй участник проекта в это время работал над конструкцией иного двигателя), в автомобильной среде силовой агрегат известен как мотор Ванкеля.

Эта силовая установка была собрана и испытана в 1957 году. Первым автомобилем, на который установили роторно-поршневой двигатель, стал спорткар NSU Spider, который развивал скорость 150 км/час при мощности мотора 57 лошадиных сил. Производилась эта модель на протяжении трех лет (1964-1967 годы).


По настоящему массовым автомобилем с роторным двигателем стало второе детище компании NSU – седан Ro-80.


В названии автомобиля указывалось, что модель оснащается роторным агрегатом. Впоследствии роторные двигатели устанавливались на автомобили Citroen (GS Birotor), Mercedes-Benz (С111), Chevrolet (Corvette), ВАЗ (21018) и так далее. Но самый массовый выпуск моделей с роторным двигателем был налажен японской компанией Mazda. Начиная с 1964 года, компания произвела несколько автомобилей с подобным типом силовой установки, а пионером в этом деле стала модель Cosmo Sport. Самая известная модель с роторно-поршневым двигателем, которая выпускалась этим производителем – RX (Rotor-eXperiment). Производство последней модели из этого семейства, Mazda RX8 в специальной версии Spirit R, было свернуто в середине 2012 года. Впрочем, не все экземпляры роторной «восьмерки» еще распроданы – официальный дилер Mazda в Индонезии еще продает эти автомобили.


Устройство

Особенностью роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания стало присутствие в его конструкции трехгранного ротора – поршня. Он вращается в цилиндре, который имеет специальную форму. Ротор насажен на вал, и соединен с зубчатым колесом, которое, в свою очередь, имеет сцепление со статором – шестерней. Ротор вращается вокруг статора по так называемой эпитрохоидальной кривой, его лопасти попеременно перекрывают камеры цилиндра, в которых происходит сгорание топлива.


В конструкции роторного двигателя отсутствует газораспределительный механизм – его функцию выполняет сам ротор, который при помощи своих лопастей распределяет поступающую горючую смесь и выпускает отработанные в цилиндре газы. Подобная конструкция двигателя позволяет обойтись без множества узлов, крайне необходимых для простого поршневого двигателя (например, коленчатый вал, шатуны), что, во-первых, позволяет уменьшить размер и массу силового агрегата, а во-вторых – уменьшить стоимость его производства.

Достоинства и недостатки

Роторно-поршневой двигатель не зря привлек внимание многих именитых автомобильных компаний. Его конструкция и принцип действия позволяли получить несколько довольно весомых преимуществ перед обычными двигателями.

Во-первых, роторно-поршневой мотор в силу своей конструкции обладал лучшей среди остальных типов силовых установок сбалансированностью, и был подвержен минимальным вибрациям.

Во-вторых, у этой силовой установки отмечались отменные динамические характеристики: без существенной нагрузки на двигатель, авто с роторно-поршневым мотором легко можно разогнать до 100 км/час и более на низкой передаче при высоких оборотах двигателя.

В-третьих, роторный двигатель компактнее и легче, чем стандартный поршневой силовой агрегат. Эта особенность позволяла конструкторам добиться практически идеальной развесовки по осям, что влияло на устойчивость автомобиля на дороге.

В-четвертых, в нем используется намного меньшее количество узлов и агрегатов, чем в обычном двигателе.

Наконец, в-пятых, роторный двигатель обладает высокой удельной мощностью.

Недостатки

К минусам роторно-поршневого двигателя, из-за которых он так и не смог получить массового применения и не используется сегодня в автомобилях всех брендов, относится, во-первых, большой расход топлива на низких оборотах. На некоторых моделях он достигает 20 литров на 100 км пробега, что, согласитесь, совсем не экономично и бьет по карману владельца авто с роторным двигателем.

Во-вторых, недостатком этого типа двигателей является сложность изготовления его деталей: чтобы ротор правильно прошел эпитрохоидальную кривую, необходима высокая геометрическая точность при создании как самого ротора, так и цилиндра. Для этого производители роторных двигателей используют высокоточное и дорогостоящее оборудование, а стоимость производства закладывают в цену автомобиля.

В-третьих, роторный двигатель склонен к перегреву из-за особенности конструкции камеры сгорания: она имеет линзовидную форму, а не сферическую, как у обычных поршневых моторов. Топливная смесь, сгорая в такой камере, превращается в тепловую энергию, которая расходуется в большей части неэффективно – ее избыток нагревает цилиндр, что в конечном итоге приводит к износу и выходу его из строя.

В-четвертых, высокий износ уплотнителей между форсунками ротора из-за перепадов давления в камерах сгорания двигателя. Именно поэтому ресурс таких двигателей составляет 100-150 тысяч км, после чего, как правило, требуется силового агрегата.

В-пятых, роторно-поршневой двигатель нуждается в своевременной и четко соблюдаемой процедуре : мотор потребляет примерно 600 мл моторного масла на 1000 км, так что менять его приходится раз в 5000 км пробега. Если его вовремя не заменить, это чревато выходом из строя узлов и агрегатов мотора, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. То есть, к эксплуатации и обслуживанию роторно-поршневых двигателей следует подходить более ответственно, чем к обслуживанию обычных моторов, вовремя проводя их техническое обслуживание и капитальный ремонт.

› Роторный двигатель

Роторный двигатель: принцип работы

Как работает роторный двигатель. Роторный двигатель изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигатель Ванкеля или роторный двигатель Ванкеля.

Роторный двигатель, как и традиционный поршневой, является двигателем внутреннего сгорания, но работает он совершенно иначе. В поршневом двигателе, в одном и том же объеме пространства (в цилиндре) попеременно происходят четыре различные работы — впуск, сжатие, сгорание и выпуск (такты).

Роторный двигатель делает эти четыре такта в одном и том же объеме(камере), но каждый из этих тактов происходит в своей отдельной части этой камеры. Как будто для каждого цикла используется отдельный цилиндр, а поршень перемещается от одного цилиндра к другому.
Принцип работы роторного двигателя.

Как и поршневой, роторный двигатель использует давление которое создается при сжигании смеси воздуха и топлива. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и двигает поршни вперед и назад. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое может быть использовано для вращения колес автомобиля.

В роторном двигателе, давление сгорания содержится в камере, образованной частью объема камеры закрытой стороной треугольного ротора, который используется в данном случае вместо поршней.

роторный двигатель


Ротор и корпус роторного двигателя от Mazda RX-7: Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны, шатуны и распредвалы в поршневых двигателях.

Ротор соединен со стенками камеры каждой из трех своих вершин, создавая три отдельных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Цепная реакция всасывает воздух и топливо в рабочую камеру, сжимает смесь, она расширяясь делает полезную работу, затем выхлопные газы выталкиваются, новая порция воздуха и топлива всасывается, и так далее.

Мы заглянем внутрь роторного двигателя, чтобы познакомится с его устройством, но сначала давайте взглянем на новые модели автомобилей с роторным двигателем.

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей, использующих роторные двигатели. Спорткар RX-7, который поступил в продажу в 1978 году, был, пожалуй, наиболее успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал целый ряд автомобилей, грузовиков и даже автобусов с роторной силовой установкой, начиная с Cosmo Sport выпуска 1967 года.



Однако RX-7 не продается с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла. Mazda RX-8, последний спорткар от Mazda, имеет у себя под капотом новейший роторный двигатель под названием RENESIS. Названный лучшим двигателем 2003 года, этот атмосферный двух-роторный двигатель производит около 250 лошадиных сил.

Строение роторного двигателя.

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, весьма похожие на те, что установлены на поршневых двигателях. Однако, если вы никогда не видели внутренности роторного двигателя, то будьте готовы удивиться, потому что вы не увидите ничего знакомого.

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых действует как поршень.
Каждая сторона ротора имеет углубление в ней, что повышает скорость вращения ротора в целом, предоставляя больше пространства для топливо-воздушной смеси.


На вершине каждой грани находится по металлической пластине, которые и формируют камеры, в которых происходят такты двигателя. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер. В середине ротора находится круг, в котором имеется множество зубьев. Они соединены с приводом, который крепится к выходному валу. Это соединение определяет путь и направление, по которому ротор движется внутри камеры.

Камера двигателя приблизительно овальной формы (но если быть точным — это Эпитрохоида, которая в свою очередь представляет собой удлиненную или укороченную эпициклоиду, которая является плоской кривой, образуемой фиксированной точкой окружности, катящейся по другой окружности). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три закрытых объемах газа.


В каждой части камеры происходит один из четырех тактов:

Впуск
Сжатие
Сгорание
Выпуск
Отверстия для впуска и выпуска находятся в стенках камеры, и на них отсутствуют клапаны. Выхлопное отверстие соединено непосредственно с выхлопной трубой, а впускное напрямую подключено к газу.

Выходной вал

Выходной вал имеет полукруглые выступы-кулачки, размещенные несимметрично относительно центра, что означает, что они смещены от осевой линии вала. Каждый ротор надевается на один из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. Каждый ротор движется внутри камеры и толкает свой кулачок.


Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.
Теперь давайте посмотрим, как эти части взаимодействуют.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель состоит из слоев. Двухроторный двигателя состоят из пяти основных слоев, которые удерживаются вместе благодаря длинным болтам, расположенным по кругу. Охлаждающая жидкость протекает через все части конструкции.

Два крайних слоя закрыты и содержат подшипники для выходного вала. Они также запечатаны в основных разделах камеры, где содержатся роторы. Внутренняя поверхность этих частей очень гладкая и помогает роторам в работе. Отдел подачи топлива расположен на конце каждой из этих частей.

Следующий слой содержит в себе непосредственно сам ротор и выхлопную часть.

Центр состоит из двух камер подачи топлива, по одной для каждого ротора. Он также разделяет эти два ротора, поэтому его внешняя поверхность очень гладкая.

В центре каждого ротора крепится две большие шестерни, которые вращаются вокруг более маленьких шестерней и крепятся к корпусу двигателя. Это и является орбитой для вращения ротора.

Мощность роторного двигателя

Роторные двигатели используют четырехтактный цикл сгорания, как и в обычном поршневом. Но в роторном это происходит совсем по-другому.

Сердце роторного двигателя — это ротор. Он чем-то эквивалентен поршню в поршневом двигателе. Ротор установлен на большой округлом лепестке на выходном вале. Этот лепесток смещается от осевой линии вала и действует как заводная ручка на лебедку, давая ротору пространство для поворота выходного вала. Пока ротор вращается внутри корпуса, он толкает лепесток внутри жестких кругов, вращаясь 3 раза за каждый оборот ротора.
В то время как ротор вращается в корпусе, три отсека внутри изменяют свой размер. Изменение размера этих камер создает давление. Давайте пройдем по всем 4 отсекам двигателя.

Первая фаза начинается тогда, когда вершина ротора находится на уровне отсека подачи. В момент когда камера подачи открыта для основного отсека, объем этой камеры близок к минимуму. Как только ротор проходит мимо камеры подачи, объем камеры расширяется и вливает воздух/топливо в основной отсек. Как только ротор проходит камеру подачи, отсек становится полностью изолированным и начинается компрессия.

Компрессия

В то время как ротор продолжает свое движение по основному отсеку, пространство в отсеке становится меньше, смесь из воздуха/топлива сжимается. Как только ротор проходит отсек со свечами зажигания, объем камеры снова сводится к минимуму. В это время происходит возгорание смеси.

Возгорание

Большинство роторных двигателей имеет две свечи зажигания. Камера возгорания достаточно длинная, поэтому одной свечи будет недостаточно. Как только свечи воспламеняет топливно-воздушную смесь, давление в отсеке сильно увеличится, приводя ротор в движение. Давление в камере возгорания продолжает расти, заставляя ротор двигаться, а отсек расти в объеме. Газы от возгорания продолжают расширяться, перемещая ротор и создавая мощность, до того момента, пока ротор не пройдет выхлопной отсек.

После того, как ротор проходит выхлопной отсек, высокое давление газа сгорания свободно выходит в выхлопную трубу. Так как ротор продолжает движение, камера начинает сжиматься, выдавливая оставшиеся выхлопные газы в свободный отсек. К тому времени объем камеры опять падает к минимуму и цикл начинается сначала.

Разница и Проблемы

У роторного двигателя достаточно много различий с обычным поршневым двигателем.

Меньше движущихся частей

Роторный двигатель имеет намного меньше частей, чем скажем 4-ех цилиндровый поршневой движок. Двух роторный двигатель имеет три главные движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой 4-ех цилиндровый поршневой двигатель имеет как минимум 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, стержень, клапаны, рокеры, клапанные пружины, зубчатые ремни и коленчатый вал. Минимизация движущихся частей позволяет получить роторным двигателям более высокую надежность. Именно поэтому некоторые производители самолетов (к примеру Skycar) используют роторные двигатели вместо поршневых.

Мягкость

Все части в роторном двигателе непрерывно вращаются в одном направлении, в отличие от постоянно изменяющих направление поршней в обычном двигателе. Роторный движок использует сбалансированные крутящиеся противовесы, служащие для подавления любых вибраций. Подача мощности в роторном двигателе также более мягкая. Каждый цикл сгорания происходит за одни оборот ротора в 90 градусов, выходной вал прокручивается три раза на каждое прокручивание ротора, каждый цикл сгорания проходит за 270 градусов за которые проворачивается выходной вал. Это значит, что одно роторный двигатель вырабатывает мощность в три четверти. Если сравнивать с одно-цилиндровым поршневым двигателем, в котором сгорание происходит каждые 180 градусов каждого оборота, или только четверти оборота коленчатого вала.

Неспешность

В связи с тем, что роторы вращаются на одну треть вращения выходного вала, основные части двигателя вращаются медленней, чем части в обычном поршневом двигателе. Это также помогает и в надежности.

Проблемы

Самые главные проблемы при производстве роторных двигателей:

Достаточно сложно (но не невозможно) подстроиться под регламент выброса CO2 в окружающую среду, особенно в США.

Производство может стоить намного дороже, в большинстве случаев из-за небольшого серийного производства, по сравнению с поршневыми двигателями.

Они потребляют больше топлива, так как термодинамическое КПД поршневого двигателя снижается в длинной камере сгорания, а также благодаря низкой степени сжатия.

5 лет

Роторный двигатель внутреннего сгорания (или как его ещё называют роторно-поршневым, так как сам ротор выполняет роль поршня) был изобретён ещё в 1957 году прошлого века талантливыми инженерами Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Этот двигатель существенно отличается от обычного двигателя внутреннего сгорания. В этой статье мы подробно рассмотрим эти основные отличия, а так же преимущества и недостатки роторного двигателя перед обычным мотором, и почему всё таки РПД не так распространён, как обычный ДВС.

Основное отличие роторно-поршневого двигателя перед обычным поршневым, это отсутствие цилиндропоршневой группы, то есть с кольцами, и . Ну и самое главное — это отсутствие множества деталей механизма газораспределения, что позволило сэкономить на производстве около тысячи деталей!

И у такого мотора гораздо меньше деталей, чем у привычного нам ДВС. Это хорошо видно на фото слева. И это далеко не все преимущества и подробнее о преимуществах РПД написано ниже.

Преимущества роторного двигателя.

  • Меньшие габаритные размеры, чем у обыччного ДВС (примерно в полтора и даже в два раза). Это позволяет сделать машину более просторной и удобной для обслуживания.
  • Бóльшая удельная мощность, при меньшем объёме камеры сгорания, чем у обычного ДВС. Это достигается благодаря тому, что однороторный мотор выдаёт мощность в течении трёх четвертей каждого оборота вала. А на знакомом нам обычном моторе, мощность выдаётся только в течении одной четверти оборота коленвала.
  • Меньшее количество деталей (примерно около тридцати), а у обычного ДВС несколько сотен деталей.
  • Способность развить большие обороты при отсутствии вибрации, так как нет кривошипно-шатунного механизма, который преобразует возвратно-поступательное движение поршней в вращательное.
  • Низкий уровень вибрации, и мотор хорошо уравновешен.
  • Отличные динамические показатели автомобиля с РПД, и на низкой передаче можно легко разогнаться более сотни км/ч.
  • Ну и главный плюс, который я считаю вернёт эти моторы на дороги в будущем — это меньшая склонность к детонации, по сравнению с обычным ДВС. А значит можно использовать в качестве топлива не только бензин, но и водород — топливо будущего.

Так почему же такой двигатель не стал популярен у производителей автомобилей (исключение фирма Мазда) и до сих пор распространены обычные двигатели?. Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим недостатки роторного-поршневого двигателя (РПД).

Недостатки роторного двигателя.

Кроме множества преимуществ, у РПД имеется ряд недостатков, из-за которых он не получил широкого распространения:

  • Повышенный расход топлива, особенно на низких оборотах, по сравнению с обычным двигателем.
  • Сложность производства, так как требуется очень большая точность изготовления трущихся пар и очень качественные сплавы (легированные стали). К тому же на производстве должны быть очень дорогие, сложные и точные металлообрабатывающие станки, так как фреза должна при обработке (например внутренней поверхности статора) следовать очень сложной траектории.
  • Быстрый износ уплотнителей, так как площадь пятна контакта маленькая а обороты вала большие. А при износе уплотнителей, из-за прорыва газов повышается токсичность, резко теряется коэффициент полезного действия (КПД) двигателя и потеря мощности.
  • Бóльшая склонность к перегреву, чем обычный ДВС. Из-за повышенного перегрева, даже бывают проблемы с воспламенением смеси в камере и чтобы улучшить воспламенение, на такие моторы устанавливают по две на камеру. Две свечи ставят ещё и потому, что камера сгорания имеет вытянутую плоскую форму, и одной свечи в ней недостаточно.
  • В большинстве регионов не возможность ремонта таких двигателей, так как нет ни адекватных специалистов, ни запасных частей.
  • Более частая замена моторного масла, из-за того, что ротор соединяется с выходным валом через эксцентриковый механизм и получается большое давление между трущимися деталями. В добавок к этому ещё и большая температура приводит к быстрому износу двигателя, особенно если вовремя не поменять масло, а менять как я уже говорил, его надо чаще. Если же вовремя менять масло, уплотнители и делать капремонт, то ресурс РПД будет достаточно большим. А у некоторых двигателях японской фирмы Мазда, проработать РПД без поломок может около трёхсот тысяч км.

Устройство и более подробный принцип работы роторно-поршневого двигателя.

В роторном двигателе, как и в обычном ДВС вращение выходного вала (работа двигателя) происходит за счёт сгорания топливно-воздушной смеси. И так же как в привычном нам обычном двигателе, РПД имеет впускной канал, через который впрыскивается рабочая смесь, и имеет выпускной канал, через который выбрасываются отработавшие газы.

Но основное отличие состоит в том, что газы, образуемые при сгорании топлива, давят не на поршень (поршни), а на ротор, и от этого ротор передаёт вращение через зубья шестерни и эксцентрики на приводной вал. При этом сам ротор при этом выполняет и роль газораспределителя (как в двухтактном моторе, но не совсем), и делит внутренний объём картера на три отдельных камеры.

И в каждой камере в определённый момент происходит всасывание рабочей смеси, её сжатие, вспышка рабочей смеси и сам рабочий ход от расширения газов, ну и выпуск отработанных газов (четыре такта). Подробно это показано на рисунке слева и описано ниже.

  1. Такт впуска . Всасывание рабочей смеси происходит в тот момент, когда соответствующая вершина ротора проходит через впускное отверстие в картере двигателя. А при дальнейшем движении ротора, объём соответствующей камеры увеличиваетс и создаётся разряжение, при котором рабочая смесь засасывается в камеру.
  2. Такт сжатия . Далее при вращении ротора, впускное отверстие отсекается кромкой другой (следующей) вершины ротора, и одновременно объём камеры уменьшается, таким образом рабочая смесь сжимается и давление в камере увеличивается. Пик сжатия (наибольшего давления смеси) достигается в районе свечей зажигания.
  3. Такт рабочий ход . В этот момент происходит разряд на двух свечах зажигания и соответственно вспышка сжатой рабочей смеси. От вспышки происходит сгорание и расширение продуктов горения, которые с силой толкают ротор, и от этого он проворачивается и вращает выходной вал.
  4. Такт выпуска . Далее, при вращении ротора, кромка одной из вершин ротора проходит выпускное отверстие в картере, открывая его, и через это выпускное отверстие под давлением выходят отработанные газы. Далее первый ротор благодаря силе инерции, а так же благодаря действию второго ротора, работающего асинхронно первому ротору, продолжает своё вращение и подходит опять кромкой к впускному отверстию, для нового такта впуска, и всё повторяется заново.

Но как понял читатель из выше описанного, чтобы лучше сбалансировать РПД, а так же уменьшить вибрацию и предотвратить , применяют не один а два ротора (см. фото выше, где показан РПД в разобранном виде). А сам ротор (роторы) немного смещён (эксцентричен) от выходного вала, ось которого расположена строго по центру и передаёт вращение на вал как бы обкатывая его по кругу.

Передача вращения происходит воздействием шестерни ротора на шестерню вала (а шестерня вала находится внутри шестерни ротора), а передаточное число рассчитано так, что за один оборот ротора, вал совершает три оборота.

Основные детали роторно-поршневого двигателя . Главная деталь РПД это ротор, имеющий форму треугольника. Причем на каждой из трёх немного выпуклых плоскостей ротора, имеются выборки (углубления — см. фото), которые делаются на заводе для того, чтобы немного увеличить рабочий объём двигателя.

На каждой из трёх вершин ротора, вставлены уплотнительные пластинки, которые уплотняют сам ротор относительно внутренней поверхности картера двигателя, и делят внутреннюю полость картера на три камеры. Пластинки трутся о внутреннюю поверхность картера с большой скоростью и разумеется постепенно изнашиваются. Поэтому они вставлены в вершину ротора так, что бы по необходимости их можно было заменить новыми, взамен изношенных.

Так же с каждой стороны ротора (ближе к центру — см. фото) установлены уплотнительные кольца, которые герметизируют (отделяют) полость камер от картера. Ну и в самом центре ротора жёстко вмонтирована кольцевая шестерня (зубчатый венец), которая как бы обкатывается вокруг меньшей шестерни, закреплённой на валу двигателя, и передаётся вращение выходному валу.

Сам ротор (роторы) помещён в картер, а картер состоит из нескольких плит, которые плотно соединяются между собой, образуя несколько отсеков и разделяющие их стенки. Как правило разделительная стенка делит двигатель на две основные части (полости), в каждой их которых работает свой отдельный ротор (обычно в моторе два ротора).

Каждая полость имеет впускной и выпускной каналы, и сложную форму в виде восьмёрки, которую не так то просто выполнить при производстве. К тому же стенки должны быть изготовлены из очень твёрдого материала, иначе они быстро износятся, и от этого давление в камерах упадёт, и соответственно упадёт и мощность мотора.

Сам картер имеет с наружи двойную стенку (как блок обычного ДВС) для циркуляции между стенками охлаждающей жидкости системы охлаждения. А в центре картера имеются отверстия, в которые запрессованы подшипники, на которых висит вал мотора.


Вал роторного двигателя с виду похож на распределительный вал обычного ДВС (см. фото), так как имеет эксцентрики, похожие на кулачки распредвала обычного мотора. Вал изготовлен так, что эксцентрики расположены на нём в противоположных сторонах вала. И когда на эти эксцентрики при сборке будет насажены два ротора (насажены на подшипники скольжения), то роторы будут работать в противофазе, помогая друг другу в работе.

То есть работа двух роторов будет подобна работе двух поршней четвёртого и второго цилиндров обычного четырёхцилиндрового мотора — один из них в начальной стадии впуска рабочей смеси, а другой в стадии выпуска отработавших газов. И именно из-за того, что роторы сидят на эксцентриках вала, при вращении роторов в противофазе будет вращаться и вал РПД, передавая вращение на трансмиссию.

Ну а как же применение роторно-поршневого двигателя на автомобилях — есть ли смысл?

Первым автопроизводителем, который установил РПД на свой автомобиль ещё в конце 60-х годов прошлого века, была компания NSU (о их машине, двигателе и о машинах Мазда, смотрите интересный видеоролик под статьёй). А авто-производитель, которому удалось поставить такие двигатели на поток, применяя их на своих автомобилях — является всем известная японская Мазда.

РПД установленный на некоторые её машины, при рабочем объёме всего в 1,3 литра, способен развить мощность в 250 лошадей. Но и это ещё не всё, благодаря постоянному совершенствованию своих роторных моторов, им удалось существенно снизить расход топлива и масла, а главное снизить токсичность. Это позволило вывести автомобили с РПД на европейский рынок, который наиболее жёсткий к экологическим нормам.

К тому же в 1995 году был разработан новейший РПД, который назвали RENESIS, что означает новая жизнь роторного мотора. Этот мотор был впервые установлен на новый маздовский концепткар «Mazda RX-01″ и показал отличную динамику разгона. А улучшенный вариант такого мотора был установлен в 1999 году на спортивный концепткар «RX-EVOLV». Этот двигатель планируют устанавливать серийно на автомобиль «Mazda RX-8″.

Большая экономичность нового двигателя была достигнута за счёт применения более совершенных форсунок и использования боковых окон для выпуска отработанных газов. Так же были установлены усовершенствованные свечи зажигания, которые существенно улучшили полноту сгорания топлива.

К тому же выпускной коллектор был изготовлен с двойной стенкой, позволяющей повысить температуру выпускных газов и быстро прогревать каталитический нейтрализатор, даже при минусовой температуре окружающего воздуха. Ну и была усовершенствована система смазки с мокрым картером, и количество масла в картере было уменьшено вдвое, по сравнению с обычными РПД.Ну и кроме идеальной плавности работы нового мотора, был улучшен и звук выхлопа, который не описать, это нужно слышать.

Многие могут сказать, что несмотря на многие преимущества, технология производства таких двигателей довольно сложна и требует новейшего оборудования. Но ведь многие высокотехнологические детали, которые имеются сейчас на многих серийных машинах, когда то казались сложными и не практичными, и применялись только на спортивных машинах.

Например когда то и никасилевое покрытие цилиндров серийного двигателя, или вентилируемые тормозные диски, казались сложными, дорогими и трудновыполнимыми, а сейчас на большинстве серийных машин это обычное явление.

Сейчас ведутся работы по применению на таких двигателях водородного топлива, ведь роторный двигатель не склонен к детонации и способен работать на водороде, и скорей всего за РПД будущее, поживём — увидим.

Роторный двигатель изобрел доктор Феликс Ванкель, вернее он был соавтором совместно с Вальтером Фройде. В 1957 году они разрабатывали две модели аналогичных роторных двигателей, но двигатель Ванкеля нашел более широкое применение. Именно поэтому этот двигатель часто также называют двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля.
Роторный двигатель, как и двигатель в вашей машине является двигателем внутреннего сгорания, но принцип его работы совершенно другой, в отличии от обычного поршневого двигателя.

Если в поршневом двигателе, существует несколько (в зависимости от цилиндров) рабочих объемов (цилиндр и поршень), поочередно выполняющих свои стандартные циклы – забор смеси, сжатие, зажигание и выхлоп, то в роторном, поршни заменены ротором. (рабочий треугольный орган в форме эпитрохоида), который в зависимости от угла поворота поочередно, совместно с корпусом, участвует все в тех же циклах перечисленных ранее (забор, сжатие, зажигание, выброс)
В этой статье мы узнаем о том, как работает роторный двигатель, о его особенностях и интересных фактах связанных с ним, о достоинствах и недостатках. Давайте начнем наше знакомство с роторным двигателем, с принципа его работы.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, создаваемое при сгорании топливно-воздушной смеси. Как и в поршневом двигателе, входное отверстие сообщается с дроссельной заслонкой, а выпускное с выхлопной системой. Если в поршневом двигателе это давление образуется в цилиндрах, а затем посредством поршней, шатунов передается на коленчатый вал, то в роторном двигателе передаточные звенья отсутствуют. Треугольный ротор в роторном двигателе является своеобразным поршнем, вращающимся по кругу и передающим крутящий момент на выходной вал.
Фактически ротор при вращении делит общую камеру на три изолированных, в объеме каждой из этих условных камер происходит свой цикл (забор, сжатие, зажигание, выброс). Как и в случае с поршневым двигателем, роторные двигатели имеют всего 4 такта.
Как правило, даже в самом простом роторном двигателе применяют два ротора. Такая конструкция позволяет уменьшить детонацию, увеличить стабильность работы двигателя. Если вы внимательно посмотрите на картинку, то увидите, что один полный оборот ротора, соответствует 3 оборотом вала.
Сердцем роторного двигателя является ротор. Ротор в данном случае эквивалентен поршням в обычном двигателе. Ротор установлен на вал с неким эксцентриситетом. Фактически такое смещение можно сравнить с рукояткой на лебедке. Подобная установка ротора, позволяет передавать крутящий момент от него на вал.
Как мы уже говорили, двигатель имеет 4 такта, они меняются в зависимости от угла поворота ротора. Сейчас мы кратко рассмотрим каждый из данных тактов в роторном двигателе.

Забор топливно-воздушной смеси в роторном двигателе

Забор смеси начинается в тот момент, когда одна из вершин ротора проходит впускной клапан в корпусе. В это время, объем камеры расширяется, вовлекая в свое увеличивающееся пространство топливно-воздушную смесь. В тот момент, когда следующая вершина ротора проходит впускной канал, начинается следующий такт.
Сжатие топливно-воздушной смеси в роторном двигателе
Во время поворота ротора, объем смеси захваченной ротором уменьшается, что приводит к повышению давления. Максимальное давление образуется в тот момент, когда топливно-воздушная смесь находится в зоне свечей.

Сжигание топливно-воздушной смеси

Для зажигания смеси, как и в поршневом двигателе, используются свечи. Они зажигают смесь одновременно, то есть срабатывают синхронно. Обычно для роторного двигателя применяют две свечи зажигания. Применение двух свечей зажигания связано с особенностями рабочего объема. Он как бы вытянут по стенке корпуса, именно поэтому, эффективней использовать две свечи, чтобы смесь сгорала более быстро и равномерно. В случае с одной свечкой, смесь будет сгорать дольше, если можно так сказать постепенно, что значительно понизит пиковое давление во время взрыва при зажигании топливно-воздушной смеси.
В итоге, от образовавшегося давления взрывной волны, получается рабочее усилие, проворачивающее ротор на эксцентрике вала. Крутящий момент передается на выходной вал. Ротор проворачивается до отверстия выпуска выхлопных газов.

Выброс отработавших выхлопных газов

Как только ротор одной из своих вершин пересекает границу выпускного отверстия, начинается выброс выхлопных газов. Ротор по инерции, а также посредством второго ротора, работающего асинхронно, продолжает менять свой угол и перемещается вершиной до впускного отверстия. Здесь все происходит заново от такта забора до такта выброса.

Узлы (детали) роторного двигателя

Далее мы расскажем о составляющих частях роторного двигателя, что также отчасти поможет вам в более точном понимании работы двигателя. Роторный двигатель имеет в своем составе систему зажигания, систему питания, систему охлаждения, которые похожи на те, что применяются в поршневых двигателях. А теперь о уникальных деталях.

Ротор роторного двигателя


Ротор имеет три выпуклых поверхности с фразированными углублениями. Углубление позволяют несколько увеличить рабочий объем. На вершинах (углах) ротора имеются уплотнительные, однонаправленные пластинки. Именно они учувствуют в герметизации между ротором и корпусом. Есть также металлические кольца на каждой из сторон ротора, которые отделяют рабочую камеру от картера двигателя. Кроме того, ротор имеет в центре с одной стороны зубчатый венец. Этот венец жестко закреплен с ротором. Именно через данную зубчатую передачу передается рабочий крутящий момент от двигателя.

Корпус роторного двигателя

Корпус роторного двигателя, словно многослойный пирог. Он имеет свои крышки, рабочие камеры, разделительные стенки. Лучше всего понять конструкцию корпуса можно будет взглянув на картинку.
Из нее видно, что двигатель имеет две камеры, разделенные стенкой и крышки с двух сторон. Все остальное конечно тоже имеет значение, но первостепенно именно то, что мы перечислили.
А теперь мы расскажем о рабочих камерах корпуса роторного двигателя.


Внутренняя полость корпуса представляет из себя сложную форму, напоминающую овал. На самом деле овал имеет определенные компенсирующие отливы, которые обеспечивают герметизацию всех трех камер разделенных ротором, вне зависимости от угла его поворота и происходящего цикла. Для каждого цикла, в корпусе роторного двигателя, отведено свое место. В зависимости от угла поворота ротора выполняется соответствующий цикл, который повторяется с периодичностью через каждые 360 градусов поворота ротора
Выпускные отверстия для выброса сгоревших газов, находятся также в корпусе рабочей камеры. Промежуточная стенка между камерами (на фото ниже)

удерживает вал в совеем центральном отверстии, уплотняется с роторами по боковым стенкам, имеет элементы системы охлаждения, инжекционные порты, направляющие втулки.

Выходной вал роторного двигателя


Выходной вал имеет эксцентрики, в данном случае их два, так как на вал устанавливается два ротора, которые работают в противофазе, когда один в цикле выброса отработавших газов, второй в цикле забора смеси. Применение двух роторов позволяют скомпенсировать биения во время работы двигателя и соответственно уменьшить детонацию. За счет смещения эксцентрика и перемещения каждого из роторов по стенкам в корпусе двигателя, они стараются провернуть вал. В итоге, на нем образуется рабочий крутящий момент.

Достоинства роторного двигателя

Как мы уже упоминали, главным достоинством роторного двигателя является отсутствие передающих звеньев, а именно шатунов. Кроме того, для роторного двигателя не требуется клапанов, пружин клапанов, распределительного вала, ремня ГРМ и т.д. Все это в итоге сказывается на габаритах и массе двигателя. Именно поэтому многие производители самолетов (например Skycar, Schleicher), предпочитают поршневым двигателям роторные.
К плюсам роторного двигателя, как мы уже тоже говорили, можно отнести и очень хорошую сбалансированность деталей в нем. Его можно сравнить с оппозитным 4 поршневым двигателем.
роторный двигатель более длительное время, по сравнению с поршневым, выдает крутящий момент на выходной вал. Если для роторного двигателя выход мощности на вал длится порядка ¾ оборота (270 градусов), то для поршневого двигателя крутящий момент передается только в течении ½ оборота (180 градусов)
Так как ротор вращается всего один раз за три оборота вала, это также сказывается на ресурсе ротора, в отличии от поршневых двигателей, где поршень делает полный цикл за оборот вала. У японский моделей автомобилей, ресурс двигателя может достигать 300 т. км.

Недостатки роторных двигателей

Так в современном мире роторные двигатели массово не применяются вследствие низкой экологичности.
Роторные двигатели потребляют большее количество топлива, вследствие низких рабочих давлений в камере сгорания.
Роторные двигатели не так распространены, что может стать проблемой при их ремонте и эксплуатации.
В двигателе фактически нет системы смазки. Определенное количество смазки (моторного масла) постоянно выбрасывается в корпус к ротору. В итоге у двигателя имеется значительный расход масла. Кроме того, это должно быть высококачественное минеральное масло без присадок, так как «синтетика» выгорая, образует на стенках корпуса нагар.
Двигатели намного сильнее нагреваются чем поршневые двигатели.

Всемирно известные автомобили, выпускающиеся с роторными двигателями


(На фото Mazda Cosmo Sport и Mazda RX8)

Японская компания Mazda была пионером в разработке серийных автомобилей с роторным двигателем. Так первая Мазда Cosmo Sport увидела свет в далеком 1967 году. Следующее поколение — Mazda RX-7 поступила в продажу в 1978 году. Пожалуй, это была одна из самых удачных машин с роторным двигателем. И последнее поколение автомобилей с роторным двигателем это Мазда RX-8.
И в итоге, самым мощным без турбонаддува двигателем внутреннего сгорания стал двигатель «Renesis» от Мазда, объёмом всего 1,3 л. Именно у него рекордный показатель мощности к рабочему объему двигателя, а именно 250 л. с.
В последние годы компании Мазда удалось значительно улучшить характеристики роторных двигателей. Двигатели стали более экологичны, и не требуют такого объема масла для смазки.
Выпускались автомобили с роторным двигателем и другими авопроизводителями: Audi, Mercedes.
В СССР на АвтоВАЗе также выпускали ряд роторных двигателей. Роторные двигатели ставились на автомобиль 21079 (1,3 л 140 л.с.) и планировались к эксплуатации в спецслужбах.
В 90 годах, в Научно-техническом центре ВАЗ были созданы следующие роторные двигатели ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Перспективы роторных двигателей

Основные перспективы роторных двигателей связаны с переходом на водородное топливо. Во-первых сразу решается проблема экологичности, а во-вторых, роторные двигатели практически не подвержены детонации при работе с этим видом топлива.

Ротор вместо цилиндров. Почему двигатель Ванкеля так и не покорил СССР


Свой путь

В СССР еще в довоенный период конструкторы баловались опытами над вариациями поршневых силовых агрегатов. Причем, что интересно, поначалу их тоже привязывали исключительно к самолетам. Об автомобилях никто особо не задумывался.

Роторной темой в СССР плотно занимались три научно-исследовательских института — НАМИ, НАТИ и ВНИИМотопром. Делали они это по прямому приказу Минавтопрома и Минсельхозмаша. Любопытно, что происходило это еще в «дованкелевские времена». И когда немец представил свой ДВС, его разработками заинтересовались серьезно. Ведь подобный мотор мог пригодиться как в милиции, так и в автоспорте.

Советские верхи посовещались и решили передать карты в руки ВАЗу. И в 1973 году там началась кропотливая работа над РПД, в специально созданном конструкторском бюро. Тамошним инженерам поручили решить еще одну задачу — заведомо провальную — проанализировать главные недостатки мотора Ванкеля и найти (!) способы их устранения.

Надо сказать, советский РПД действительно создавали с нуля. Никто не думал о покупке патента или лицензии на производство. А чтобы работа шла быстрее, была куплена Mazda RX-2 — как раз с роторным мотором. Силовой агрегат разобрали, изучили и собрали. После чего поставили японский РПД на вазовскую «трешку».

Во время испытаний стало понятно, что РПД крайне неэкологичнен и неэкономичен. Кроме того, очень часто приходилось менять уплотнители на роторе. Другими словами, советские конструкторы столкнулись с главной проблемой РПД. Ее пытались решить лучшие европейские и японские конструкторские умы на протяжении долгих лет — и безуспешно. Как, собственно, и сам Ванкель. Ведь именно недолговечность уплотнителей поставила крест на NSU Ro-80. И, соответственно, на перспективах мотора.

Но опыт заграничных коллег если и пугал советских конструкторов, то они этого не показывали. И свой собственный опытный РПД продемонстрировали уже в 1976 году. Он получил индекс ВАЗ-301. Правда, о его серийном производстве не было речи: образец явно требовал многочисленных усовершенствований.

На это ушло еще 6 лет. И в 1982 году появился РПД ВАЗ-311, чья мощность составляла 70 лошадиных сил. Этот мотор установили на ВАЗ-21011, изменив индекс на 21018.

Для пробы было выпущено 50 таких автомобилей. Но уже спустя полгода в живых остался лишь один. На остальных РПД поменяли на привычные моторы. С главным проклятием моторов Ванкеля — недолговечными уплотнителями и подшипниками — справиться не удалось.

Роторный двигатель на автомобиль.

Роторный двигатель внутреннего сгорания (или как его ещё называют роторно-поршневым, так как сам ротор выполняет роль поршня) был изобретён ещё в 1957 году прошлого века талантливыми инженерами Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Этот двигатель существенно отличается от обычного двигателя внутреннего сгорания. В этой статье мы подробно рассмотрим эти основные отличия, а так же преимущества и недостатки роторного двигателя перед обычным мотором, и почему всё таки РПД не так распространён, как обычный ДВС.

Основное отличие роторно-поршневого двигателя перед обычным поршневым, это отсутствие цилиндропоршневой группы, то есть поршней с кольцами, шатунов и цилиндров. Ну и самое главное — это отсутствие множества деталей механизма газораспределения, что позволило сэкономить на производстве около тысячи деталей!

 

 

 

 

 

 

Основная деталь такого двигателя — это ротор, имеющий форму треугольника (cм. фотографии и рисунок). И этот ротор, с помощью зубьев шестерни, входит в зацепление с шестерней другой детали, но неподвижной — статором. Принцип работы роторного двигателя можно посмотреть на видеоролике чуть ниже и он основан на том, что вершины треугольного ротора, при его вращении трутся по эпитрохоидальной (имеющей форму восьмёрки) и полированной внутренней поверхности картера (статора).

И при этом ротор своими гранями вершин отсекает при вращении переменные объёмы трёх камер (трёх камер потому, что у ротора три вершины, бывает и другое число, но три — самый распространённый вариант). Камеры образуются отсеканием вершинами ротора внутренней поверхности статора (при вращении ротора).

При вращении ротора получается, что ротор играет роль и поршня и клапанов при работе мотора. И такая уникальная конструкция позволяет осуществлять любой четырёхтактный цикл Отто, Стерлинга или Дизеля, и при этом не нужен отдельный механизм газораспределения с множеством деталей, который имеется в головке цилиндров обычного и хорошо известного нам ДВС.

А герметичность пар в роторном двигателе, достигается торцевыми и радиальными уплотнителями (пластинами), которые при работе ещё лучше прижимаются давлением газов, центробежной силой, а так же специальными плоскими пружинами.

К тому же благодаря отсутствию головки цилиндров с механизмом ГРМ, а так же отсутствию кривошипно-шатунного механизма (коленвала, шатунов) и самих цилиндров, роторно-поршневой двигатель получается очень компактным (см фото слева) и не занимает много места под капотом. Так ещё и кроме своей компактности, такие моторы имеют бóльшую мощность, чем обычные двигатели.

 

 

 

 

 

 

И у такого мотора гораздо меньше деталей, чем у привычного нам ДВС. Это хорошо видно на фото слева. И это далеко не все преимущества и подробнее о преимуществах РПД написано ниже.

 

 

 

Преимущества роторного двигателя.

  • Меньшие габаритные размеры, чем у обыччного ДВС (примерно в полтора и даже в два раза). Это позволяет сделать машину более просторной и удобной для обслуживания.
  • Бóльшая удельная мощность, при меньшем объёме камеры сгорания, чем у обычного ДВС. Это достигается благодаря тому, что однороторный мотор выдаёт мощность в течении трёх четвертей каждого оборота вала. А на знакомом нам обычном моторе, мощность выдаётся только в течении одной четверти оборота коленвала.
  • Меньшее количество деталей (примерно около тридцати), а у обычного ДВС несколько сотен деталей.
  • Способность развить большие обороты при отсутствии вибрации, так как нет кривошипно-шатунного механизма, который преобразует возвратно-поступательное движение поршней в вращательное.
  • Низкий уровень вибрации, и мотор хорошо уравновешен.
  • Отличные динамические показатели автомобиля с РПД, и на низкой передаче можно легко разогнаться более сотни км/ч.
  • Ну и главный плюс, который я считаю вернёт эти моторы на дороги в будущем — это меньшая склонность к детонации, по сравнению с обычным ДВС. А значит можно использовать в качестве топлива не только бензин, но и водород — топливо будущего.

Так почему же такой двигатель не стал популярен у производителей автомобилей (исключение фирма Мазда) и до сих пор распространены обычные двигатели?. Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим недостатки роторного-поршневого двигателя (РПД).

Недостатки роторного двигателя.

Кроме множества преимуществ, у РПД имеется ряд недостатков, из-за которых он не получил широкого распространения:

  • Повышенный расход топлива, особенно на низких оборотах, по сравнению с обычным двигателем.
  • Сложность производства, так как требуется очень большая точность изготовления трущихся пар и очень качественные сплавы (легированные стали). К тому же на производстве должны быть очень дорогие, сложные и точные металлообрабатывающие станки, так как фреза должна при обработке (например внутренней поверхности статора) следовать очень сложной траектории.
  • Быстрый износ уплотнителей, так как площадь пятна контакта маленькая а обороты вала большие. А при износе уплотнителей, из-за прорыва газов повышается токсичность, резко теряется коэффициент полезного действия (КПД) двигателя и потеря мощности.
  • Бóльшая склонность к перегреву, чем обычный ДВС. Из-за повышенного перегрева, даже бывают проблемы с воспламенением смеси в камере и чтобы улучшить воспламенение, на такие моторы устанавливают по две свечи зажигания на камеру. Две свечи ставят ещё и потому, что камера сгорания имеет вытянутую плоскую форму, и одной свечи в ней недостаточно.
  • В большинстве регионов не возможность ремонта таких двигателей, так как нет ни адекватных специалистов, ни запасных частей.
  • Более частая замена моторного масла, из-за того, что ротор соединяется с выходным валом через эксцентриковый механизм и получается большое давление между трущимися деталями. В добавок к этому ещё и большая температура приводит к быстрому износу двигателя, особенно если вовремя не поменять масло, а менять как я уже говорил, его надо чаще. Если же вовремя менять масло, уплотнители и делать капремонт, то ресурс РПД будет достаточно большим. А у некоторых двигателях японской фирмы Мазда, проработать РПД без поломок может около трёхсот тысяч км.

Устройство и более подробный принцип работы роторно-поршневого двигателя.

В роторном двигателе, как и в обычном ДВС вращение выходного вала (работа двигателя) происходит за счёт сгорания топливно-воздушной смеси. И так же как в привычном нам обычном двигателе, РПД имеет впускной канал, через который впрыскивается рабочая смесь, и имеет выпускной канал, через который выбрасываются отработавшие газы.

Но основное отличие состоит в том, что газы, образуемые при сгорании топлива, давят не на поршень (поршни), а на ротор, и от этого ротор передаёт вращение через зубья шестерни и эксцентрики на приводной вал. При этом сам ротор при этом выполняет и роль газораспределителя (как в двухтактном моторе, но не совсем), и делит внутренний объём картера на три отдельных камеры.

 

 

И в каждой камере в определённый момент происходит всасывание рабочей смеси, её сжатие, вспышка рабочей смеси и сам рабочий ход от расширения газов, ну и выпуск отработанных газов (четыре такта). Подробно это показано на рисунке слева и описано ниже.

 

 

 

 

  1. Такт впуска. Всасывание рабочей смеси происходит в тот момент, когда соответствующая вершина ротора проходит через впускное отверстие в картере двигателя. А при дальнейшем движении ротора, объём соответствующей камеры увеличиваетс и создаётся разряжение, при котором рабочая смесь засасывается в камеру.
  2. Такт сжатия. Далее при вращении ротора, впускное отверстие отсекается кромкой другой (следующей) вершины ротора, и одновременно объём камеры уменьшается, таким образом рабочая смесь сжимается и давление в камере увеличивается. Пик сжатия (наибольшего давления смеси) достигается в районе свечей зажигания.
  3. Такт рабочий ход. В этот момент происходит разряд на двух свечах зажигания и соответственно вспышка сжатой рабочей смеси. От вспышки происходит сгорание и расширение продуктов горения, которые с силой толкают ротор, и от этого он проворачивается и вращает выходной вал.
  4. Такт выпуска. Далее, при вращении ротора, кромка одной из вершин ротора проходит выпускное отверстие в картере, открывая его, и через это выпускное отверстие под давлением выходят отработанные газы. Далее первый ротор благодаря силе инерции, а так же благодаря действию второго ротора, работающего асинхронно первому ротору, продолжает своё вращение и подходит опять кромкой к впускному отверстию, для нового такта впуска, и всё повторяется заново.

Но как понял читатель из выше описанного, чтобы лучше сбалансировать РПД, а так же уменьшить вибрацию и предотвратить детонацию, применяют не один а два ротора (см. фото выше, где показан РПД в разобранном виде). А сам ротор (роторы) немного смещён (эксцентричен) от выходного вала, ось которого расположена строго по центру и передаёт вращение на вал как бы обкатывая его по кругу.

Передача вращения происходит воздействием шестерни ротора на шестерню вала (а шестерня вала находится внутри шестерни ротора), а передаточное число рассчитано так, что за один оборот ротора, вал совершает три оборота.

Основные детали роторно-поршневого двигателя. Главная деталь РПД это ротор, имеющий форму треугольника. Причем на каждой из трёх немного выпуклых плоскостей ротора, имеются выборки (углубления — см. фото), которые делаются на заводе для того, чтобы немного увеличить рабочий объём двигателя.

На каждой из трёх вершин ротора, вставлены уплотнительные пластинки, которые уплотняют сам ротор относительно внутренней поверхности картера двигателя, и делят внутреннюю полость картера на три камеры. Пластинки трутся о внутреннюю поверхность картера с большой скоростью и разумеется постепенно изнашиваются. Поэтому они вставлены в вершину ротора так, что бы по необходимости их можно было заменить новыми, взамен изношенных.

Так же с каждой стороны ротора (ближе к центру — см. фото) установлены уплотнительные кольца, которые герметизируют (отделяют) полость камер от картера. Ну и в самом центре ротора жёстко вмонтирована кольцевая шестерня (зубчатый венец), которая как бы обкатывается вокруг меньшей шестерни, закреплённой на валу двигателя, и передаётся вращение выходному валу.

Сам ротор (роторы) помещён в картер, а картер состоит из нескольких плит, которые плотно соединяются между собой, образуя несколько отсеков и разделяющие их стенки. Как правило разделительная стенка делит двигатель на две основные части (полости), в каждой их которых работает свой отдельный ротор (обычно в моторе два ротора).

Каждая полость имеет впускной и выпускной каналы, и сложную форму в виде восьмёрки, которую не так то просто выполнить при производстве. К тому же стенки должны быть изготовлены из очень твёрдого материала, иначе они быстро износятся, и от этого давление в камерах упадёт, и соответственно упадёт и мощность мотора.

Сам картер имеет с наружи двойную стенку (как блок обычного ДВС) для циркуляции между стенками охлаждающей жидкости системы охлаждения. А в центре картера имеются отверстия, в которые запрессованы подшипники, на которых висит вал мотора.

Вал роторного двигателя с виду похож на распределительный вал обычного ДВС (см. фото), так как имеет эксцентрики, похожие на кулачки распредвала обычного мотора. Вал изготовлен так, что эксцентрики расположены на нём в противоположных сторонах вала. И когда на эти эксцентрики при сборке будет насажены два ротора (насажены на подшипники скольжения), то роторы будут работать в противофазе, помогая друг другу в работе.

То есть работа двух роторов будет подобна работе двух поршней четвёртого и второго цилиндров обычного четырёхцилиндрового мотора — один из них в начальной стадии впуска рабочей смеси, а другой в стадии выпуска отработавших газов. И именно из-за того, что роторы сидят на эксцентриках вала, при вращении роторов в противофазе будет вращаться и вал РПД, передавая вращение на трансмиссию.

Ну а как же применение роторно-поршневого двигателя на автомобилях — есть ли смысл?

Первым автопроизводителем, который установил РПД на свой автомобиль ещё в конце 60-х годов прошлого века, была компания NSU (о их машине, двигателе и о машинах Мазда, смотрите интересный видеоролик под статьёй). А авто-производитель, которому удалось поставить такие двигатели на поток, применяя их на своих автомобилях — является всем известная японская Мазда.

РПД установленный на некоторые её машины, при рабочем объёме всего в 1,3 литра, способен развить мощность в 250 лошадей. Но и это ещё не всё, благодаря постоянному совершенствованию своих роторных моторов, им удалось существенно снизить расход топлива и масла, а главное снизить токсичность. Это позволило вывести автомобили с РПД на европейский рынок, который наиболее жёсткий к экологическим нормам.

К тому же в 1995 году был разработан новейший РПД, который назвали RENESIS, что означает новая жизнь роторного мотора. Этот мотор был впервые установлен на новый маздовский концепткар «Mazda RX-01″ и показал отличную динамику разгона. А улучшенный вариант такого мотора был установлен в 1999 году на спортивный концепткар «RX-EVOLV». Этот двигатель планируют устанавливать серийно на автомобиль «Mazda RX-8″.

Большая экономичность нового двигателя была достигнута за счёт применения более совершенных форсунок и использования боковых окон для выпуска отработанных газов. Так же были установлены усовершенствованные свечи зажигания, которые существенно улучшили полноту сгорания топлива.

К тому же выпускной коллектор был изготовлен с двойной стенкой, позволяющей повысить температуру выпускных газов и быстро прогревать каталитический нейтрализатор, даже при минусовой температуре окружающего воздуха. Ну и была усовершенствована система смазки с мокрым картером, и количество масла в картере было уменьшено вдвое, по сравнению с обычными РПД.Ну и кроме идеальной плавности работы нового мотора, был улучшен и звук выхлопа, который не описать, это нужно слышать.

Многие могут сказать, что несмотря на многие преимущества, технология производства таких двигателей довольно сложна и требует новейшего оборудования. Но ведь многие высокотехнологические детали, которые имеются сейчас на многих серийных машинах, когда то казались сложными и не практичными, и применялись только на спортивных машинах.

Например когда то и никасилевое покрытие цилиндров серийного двигателя, или вентилируемые тормозные диски, казались сложными, дорогими и трудновыполнимыми, а сейчас на большинстве серийных машин это обычное явление.

Сейчас ведутся работы по применению на таких двигателях водородного топлива, ведь роторный двигатель не склонен к детонации и способен работать на водороде, и скорей всего за РПД будущее, поживём — увидим.

Революционный ротор LiquidPiston в десять раз легче, но развивает ту же мощность [видео]

Для большинства из нас роторный двигатель — синоним спортивного автомобиля Mazda RX, детище Ванкеля, которое не только не развилось, но и не удержалось в автомобильной промышленности. Несмотря на многие преимущества — компактные размеры, малый вес, высокие обороты, красивый звук, меньше движущихся частей, есть много причин, почему он так и не стал популярен — низкая надежность, высокие потребление топлива и уровень вредных выбросов. Mazda обещает избавиться от этих недостатков, однако пока не продемонстрировала реальных результатов.

Тем не менее, компания LiquidPiston во главе с Алеком Школьником (Alec Shkolnik), после дюжины лет исследований и экспериментов, разработала свою интерпретацию старой конструкции Ванкеля и готова показать миру, что это все-таки работает! Новое решение может дать роторному двигателю новую жизнь.

«Это своего рода [двигатель] Ванкеля, перевернутый наизнанку, с конструкцией, решающей старые проблемы с уплотнением и потреблением топлива, — говорит Алек Школьник. — [Двигатель] Ванкеля имеет треугольный ротор внутри корпуса, выполненного в форме арахиса. У нас есть арахисообразный ротор внутри треугольного корпуса. Наши уплотнения… являются стационарными, так как находятся в корпусе».

Команда сменила 18-килограммовый двигатель картинга на свой почти 2-килограммовый, развивающий от 3 до 5 лошадиных сил мощности, и он поехал! И, хотя на сегодняшний день он не установил никаких рекордов скорости, двигатель, который «помещается в ладони» проявил себя превосходно.

Простота агрегата поразительна, как и его крошечные размеры и отличное соотношение мощности к весу. Тем не менее, рано начинать «потирать руки», потому, что даже если новый агрегат окажется функциональным и эффективным, до появления его в обычном автомобиле пройдет не один год.

«Многие сразу же пытаются продать свои двигатели для легковых автомобилей и грузовиков. Я не могу винить их, это рынок в 300 млрд. долларов США, — поясняет Школьник. — Но, чтобы принести новый двигатель в автомобильный мир, понадобится по меньшей мере семь лет и затраты, в буквальном смысле слова, в 500 миллионов долларов. И это для поршневых двигателей внутреннего сгорания, где риск очень низок».

Новый двигатель пока еще не имеет достаточной мощности, чтобы прямо сейчас пойти в разработку для легковых автомобилей. Но это не значит, что он не может быть полезен. Авторы разработки считают, его уже сейчас можно использовать в качестве расширителя диапазона движения для электрокаров, где вес и компактность не скажется на производительности электромобиля. Может пригодится роторный двигатель LiquidPiston и в области авиации. А тот факт, что им заинтересовалась DARPA (агентство Министерства обороны США, отвечающее за разработку новых технологий для использования в вооруженных силах) намекает на перспективность разработки.

Асинхронные двигатели с ротором

| Двигатели переменного тока

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет статор, аналогичный асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором, но ротор с изолированными обмотками, выведенными через контактные кольца и щетки.

Однако на токосъемные кольца питание не подается. Единственная их цель состоит в том, чтобы обеспечить последовательное подключение сопротивления к обмоткам ротора при запуске (рисунок ниже). Это сопротивление закорочено, как только двигатель запускается, чтобы ротор выглядел электрически похожим на аналог с беличьей клеткой.

 

Асинхронный двигатель с фазным ротором

 

В: Зачем ставить сопротивление последовательно с ротором?

A: Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором потребляют от 500% до более 1000% тока полной нагрузки (FLC) во время пуска. Хотя это не является серьезной проблемой для небольших двигателей, это проблема для больших (10 кВт) двигателей.

Включение сопротивления последовательно с обмотками ротора не только снижает пусковой ток, ток блокировки ротора (LRC), но также увеличивает пусковой момент, момент блокировки ротора (LRT).На рисунке ниже показано, что при увеличении сопротивления ротора с R 0 до R 1 и до R 2 пик пробивного момента смещается влево к нулевой скорости.

Обратите внимание, что этот пик момента намного выше, чем пусковой момент, доступный при отсутствии сопротивления ротора (R 0 ). Скольжение пропорционально сопротивлению ротора, а тяговый момент пропорционален скольжению. Таким образом, при запуске создается высокий крутящий момент.

 

Пик пускового момента смещается к нулевой скорости за счет увеличения сопротивления ротора

 

Сопротивление снижает крутящий момент, доступный на полной рабочей скорости. Но это сопротивление закорочено к моменту запуска ротора. Закороченный ротор работает как ротор с короткозамкнутым ротором. Тепло, выделяемое во время пуска, в основном рассеивается снаружи двигателя на пусковом сопротивлении.

Сложность и техническое обслуживание, связанные со щетками и контактными кольцами, являются недостатком ротора с обмоткой по сравнению с простым ротором с короткозамкнутым ротором.

Этот двигатель подходит для пуска высокоинерционных нагрузок. Высокое пусковое сопротивление обеспечивает высокий крутящий момент при нулевой скорости.Для сравнения, ротор с короткозамкнутым ротором демонстрирует тяговый (пиковый) крутящий момент только при 80% его синхронной скорости.

Регулятор скорости

Скорость двигателя можно изменить, вернув переменное сопротивление в цепь ротора. Это снижает ток и скорость ротора. Высокий пусковой крутящий момент, доступный на нулевой скорости, отключающий крутящий момент при пониженной передаче недоступен на высокой скорости.

См. кривую R 2 при 90 % Ns, рисунок ниже. Резисторы R 0 , R 1 , R 2 , R 3 увеличивают номинал с нуля.

Более высокое сопротивление на R 3 еще больше снижает скорость. Регулировка скорости неудовлетворительна по отношению к изменяющимся нагрузкам крутящего момента. Этот метод управления скоростью полезен только в диапазоне от 50% до 100% полной скорости.

Управление скоростью хорошо работает с нагрузками с переменной скоростью, такими как лифты и печатные станки.

 

Сопротивление ротора регулирует скорость асинхронного двигателя с фазным ротором

 

Асинхронный генератор с двойным питанием

Ранее мы описали асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, действующий как генератор, если его скорость превышает синхронную скорость.(См. Генератор переменного тока с асинхронным двигателем). Это асинхронный генератор с односторонним питанием , имеющий электрические соединения только с обмотками статора.

Асинхронный двигатель с фазным ротором может также действовать как генератор, когда он приводится в движение со скоростью, превышающей синхронную. Поскольку есть соединения как со статором, так и с ротором, такая машина известна как асинхронный генератор с двойным питанием (DFIG).

 

Сопротивление ротора допускает превышение скорости асинхронного генератора с двойным питанием

 

Асинхронный генератор с односторонним питанием имел полезный диапазон проскальзывания всего 1%, когда приводился в действие неприятным крутящим моментом ветра.Поскольку скорость асинхронного двигателя с фазным ротором можно регулировать в диапазоне 50-100 %, вводя сопротивление в ротор, мы можем ожидать того же от асинхронного генератора с двойным питанием.

Мы можем не только замедлить ротор на 50%, но и увеличить его скорость на 50%. То есть мы можем изменять скорость асинхронного генератора с двойным питанием на ± 50% от синхронной скорости. На практике более практичным является ±30%.

Если генератор превышает скорость, сопротивление, помещенное в цепь ротора, будет поглощать избыточную энергию, в то время как статор подает постоянную частоту 60 Гц в линию электропередачи (рисунок выше).В случае недостаточной скорости отрицательное сопротивление, вставленное в цепь ротора, может компенсировать дефицит энергии, позволяя статору питать линию электропередачи с мощностью 60 Гц.

 

Преобразователь рекуперации энергии от ротора асинхронного генератора с двойным питанием

 

На практике сопротивление ротора может быть заменено преобразователем, поглощающим мощность от ротора и подающим мощность в линию электропередачи вместо ее рассеивания.Это повышает КПД генератора.

 

Преобразователь заимствует энергию из линии электропередачи для ротора асинхронного генератора с двойным питанием, что позволяет ему хорошо работать при синхронной скорости

 

Преобразователь может «занимать» мощность из линии для ротора с пониженной скоростью, которая передает ее на статор. Заимствуемая мощность вместе с большей энергией вала передается на статор, который подключен к линии электропередач.

Статор подает в сеть 130 % мощности. Имейте в виду, что ротор «заимствует» 30%, оставляя линию со 100% для теоретического DFIG без потерь.

Характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором
  • Отличный пусковой крутящий момент для нагрузок с высокой инерцией.
  • Низкий пусковой ток по сравнению с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.
  • Скорость — это переменная сопротивления в диапазоне от 50% до 100% полной скорости.
  • Повышенное техническое обслуживание щеток и контактных колец по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором.
  • Генераторная версия машины с фазным ротором известна как асинхронный генератор с двойным питанием , машина с регулируемой скоростью.

 

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Вращение ротора двигателей переменного тока

Как упоминалось в нашей предыдущей статье о вращающихся магнитных полях двигателей переменного тока, в этой статье будет рассмотрено, как магнитное поле на самом деле создает крутящий момент и вращает нагрузку. Если вы новичок в этой серии, вы можете начать с нашей статьи о конструкции двигателей переменного тока.В противном случае мы сразу перейдем к вращению ротора.

ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ

Чтобы проиллюстрировать, как работает ротор, представьте, что магнит крепится к валу вместо ротора с короткозамкнутым ротором. Как подробно описано в нашей прошлой статье, когда энергия проходит через обмотки статора, образуется вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, образованное обмотками статора, затем будет взаимодействовать с отдельным магнитным полем, создаваемым магнитом, установленным на валу. Это взаимодействие между магнитными полями следует основам моторного магнетизма и полярности.

Например, южный полюс магнита притягивается к северному полюсу вращающегося магнитного поля. Точно так же северный полюс магнита притягивается к южному полюсу вращающегося магнитного поля. В результате магнит может вращаться, поскольку его притягивает вращающееся магнитное поле. Эта конструкция, используемая в некоторых двигателях, известна как синхронный двигатель с постоянными магнитами.

ЭЛЕКТРОМАГНИТ НА ИНДУЦИРОВАННОМ НАПРЯЖЕНИИ

Теперь давайте вернем ротор с короткозамкнутым ротором вместо установленного на валу магнита.В основном они ведут себя одинаково. Если к статору приложить электричество, ток будет течь по обмотке и расширять электромагнитное поле. Это расширенное поле будет пересекать стержни ротора.

Напряжение (или электродвижущая сила [ЭДС]) индуцируется, когда стержень ротора или проводник другого типа входит в магнитное поле. В стержне ротора индуцированное напряжение создает ток. Ток протекает через стержни ротора и вокруг торцевого кольца. По мере протекания тока вокруг каждого стержня ротора создается больше магнитных полей.

В цепи переменного тока направление и величина тока постоянно меняются. Вот почему протекание тока также создает регулярное изменение полярности магнитного поля ротора и статора. В результате ротор с короткозамкнутым ротором образует электромагнит с чередующимися северным и южным полюсами.

На рисунке ниже показан момент времени, когда ток, протекающий через обмотку A1, образует северный полюс. Нарастающее магнитное поле распространяется по соседнему стержню ротора, что индуцирует напряжение.В результате в зубце ротора создается магнитное поле южного полюса. Затем ротор следует за вращающимся магнитным полем статора.

СКОЛЬЖЕНИЕ

Поскольку ротор следует за вращающимся магнитным полем статора, должно быть различие в скорости. Причина этого в том, что если бы оба вращались с одинаковой скоростью, они не разделяли бы относительное движение. Без относительного движения линии потока не были бы перерезаны, а ротор не получил бы индуцированного напряжения. Разница в скорости известна как «скольжение». ДЛЯ СОЗДАНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ТРЕБУЕТСЯ ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЕ . Величина нагрузки определяет скольжение. Если величина нагрузки увеличивается, скольжение увеличивает или замедляет ротор. Если нагрузка уменьшается, скольжение уменьшится или ускорит ротор. Проскальзывание отображается в процентах и ​​рассчитывается по приведенной ниже формуле.

В качестве примера представьте, что четырехполюсный двигатель с частотой 60 Гц имеет синхронную скорость (NS) 1800 об/мин. Предположим, что скорость вращения ротора (при полной нагрузке) составляет 1765 об/мин (NR). Если следовать формуле, промах равен 1.9%.

ДВИГАТЕЛЬ С ОБМОТЧИВЫМ РОТОРОМ

Теперь давайте отойдем от более распространенного ротора с короткозамкнутым ротором и рассмотрим фазный ротор. Одним из отличий ротора с обмоткой от ротора с короткозамкнутым ротором является то, что он состоит из катушек, а не из стержней. Эти катушки соединены с внешними переменными резисторами через щетки и контактные кольца. Напряжение в обмотках ротора индуцируется вращающимся магнитным полем. Скоростью двигателя можно управлять, увеличивая или уменьшая сопротивление обмотки ротора:

  • Скорость двигателя можно уменьшить на увеличив сопротивление обмоток ротора, что приведет к уменьшению тока.
  • Скорость двигателя может быть увеличена на уменьшением сопротивления обмоток ротора, что позволит протекать большему току.

СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Третьим типом двигателя переменного тока является синхронный двигатель, который не является асинхронным двигателем. Один тип построен аналогично ротору с короткозамкнутым ротором; однако он имеет обмотку катушки И стержни ротора. Щетки и контактные кольца соединяют обмотки катушки с внешним источником питания постоянного тока. Когда на статор подается переменный ток, синхронный двигатель запускается так же, как ротор с короткозамкнутым ротором.После того, как двигатель достигает максимальной скорости, на обмотки ротора подается постоянный ток. Это создает сильное и постоянное магнитное поле в роторе, которое соответствует вращающемуся магнитному полю. В результате ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле (или с синхронной скоростью). Поэтому проскальзывания нет. Различные типы синхронных двигателей имеют ротор с постоянными магнитами. В этом случае внешний источник постоянного тока не нужен, поскольку ротор представляет собой постоянный магнит. Эти типы можно найти на синхронных двигателях малой мощности.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О ДВИГАТЕЛЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Мы надеемся, что это руководство по вращению ротора двигателей переменного тока помогло вам лучше понять принцип работы электродвигателей. Если вы хотите узнать больше, ознакомьтесь с другими нашими ресурсами, посвященными терминологии двигателей переменного тока и тому, как читать паспортные таблички электродвигателей.

Управление промышленными двигателями: асинхронные двигатели с фазным ротором



Цели :

  • Определите маркировку клемм асинхронного двигателя с фазным ротором.
  • Обсудите рабочие характеристики двигателей с фазным ротором.
  • Подключить двигатель с фазным ротором для работы.
  • Обсудите регулирование скорости двигателей с фазным ротором.

Асинхронный двигатель с фазным ротором является одним из трех основных типов трехфазных электродвигателей. моторы. Его часто называют двигателем с контактным кольцом из-за трех кольца на валу ротора. Обмотка статора двигателя с фазным ротором идентичен мотору с короткозамкнутым ротором.Разница между двумя моторами заключается в конструкции ротора. Ротор двигателя с короткозамкнутым ротором состоит из стержней, соединенных друг с другом на каждом конце закорачивающими кольцами. Ротор асинхронного двигателя с фазным ротором состоит из трех обмоток. отдельные обмотки в роторе (рис. 1).


Рис. 1 Ротор асинхронного двигателя с фазным ротором.


Рис. 2 Ротор асинхронного двигателя с фазным ротором подключен к внешнему резисторы.

Двигатель с фазным ротором был первым двигателем переменного тока, который позволил контроль скорости. Он имеет более высокий пусковой момент на ампер пускового тока. чем любой другой тип трехфазного двигателя. Он может быть запущен в нескольких шагов для обеспечения плавного ускорения от 0 до максимальных оборотов в минуту. Раневой ротор двигатели обычно используются для работы конвейеров, кранов, смесителей, насосов, вентиляторы с регулируемой скоростью и множество других устройств. Они часто используются для питания машин с зубчатым приводом, потому что они могут быть запущены без подачи большой крутящий момент, который может повредить и даже сорвать зубья шестерен.

Обмотка трехфазного ротора будет содержать такое же количество полюсов, как и обмотка статора. Один конец каждой обмотки ротора соединен вместе внутри ротора, образуя соединение звездой, а другой конец каждой обмотки соединяется с одним из контактных колец, установленных на валу ротора. Скольжение кольца позволяют подключить внешнее сопротивление к цепи ротора (рис. 2). Размещение внешнего сопротивления в цепи ротора позволяет контролировать количество тока, которое может протекать через обмотки ротора в течение обоих пуск и работа двигателя.Есть три фактора, которые определяют величина крутящего момента, развиваемая трехфазным асинхронным двигателем:

• Сила магнитного поля статора.

• Сила магнитного поля ротора.

• Разность фаз между потоками ротора и статора.

Поскольку асинхронный двигатель в основном представляет собой трансформатор, регулирование количества тока ротора также контролирует величину тока статора. Это это функция, позволяющая двигателю с фазным ротором контролировать пусковой ток в стартовый период.Ограничение пускового тока также ограничивает величина пускового момента, создаваемого двигателем.


рис. 3 Сила притяжения пропорциональна плотности потока двух магнитов и угол между ними .


Рис. 4 Схематическое обозначение асинхронного двигателя с фазным ротором.

Третьим фактором, определяющим величину развиваемого крутящего момента, является разность фаз между потоками статора и ротора. Максимальный крутящий момент возникает, когда магнитные поля статора и ротора совпадают по фазе друг с другом.Представьте себе два стержневых магнита с северным и южным полюсами. связаны вместе. Если магниты расположены так, что нет угловой разницы между ними (рис. 3А) сила притяжения максимальна. Если магниты разорваны, так что между ними есть угловая разница, есть еще есть сила притяжения, но она меньше, чем когда они соединены вместе (илл. 3Б). Чем больше угол разделения, тем меньше сила притяжения становится (Илл. 3С).

Добавление сопротивления в цепь ротора вызывает индуцированный ток в ротор должен быть больше в фазе с током статора. Это производит очень небольшая разность фаз между магнитными полями ротора и статора. По этой причине асинхронный двигатель с фазным ротором производит наибольшая величина пускового момента на ампер пускового тока любой трехфазный двигатель.

Обмотки статора двигателя с фазным ротором маркируются таким же образом. как и любой другой трехфазный двигатель: T1, T2 и T3 для двигателей с одним напряжением.Двигатели с двойным напряжением будут иметь девять Т-образных выводов, как двигатели с короткозамкнутым ротором. Выводы ротора обозначены M1, M2 и M3. Вывод M2 расположен на центральное контактное кольцо, а провод М3 подключен к ближайшему контактному кольцу. к обмоткам ротора. Схематическое обозначение индукции фазного ротора двигатель показан на рис. 4.

Ручное управление двигателем с фазным ротором

Пусковой ток и скорость асинхронного двигателя с фазным ротором контролируются путем добавления или вычитания величины сопротивления, подключенного к ротору схема.

Двигатели с малым фазным ротором часто управляются вручную с помощью трехполюсного поворотный переключатель «сделать перед размыканием».

Переключатель будет содержать столько контактов, сколько ступеней сопротивления (ил. 5). Микроконцевой выключатель определяет, когда контроллер установлен на максимальное значение. сопротивление. Большинство контроллеров не запустится, пока не будет включено все сопротивление. цепь ротора, заставляющая двигатель запускаться на самой низкой скорости. Один раз После запуска двигателя сопротивление можно отрегулировать до увеличить скорость двигателя.Когда все сопротивление было удалено из цепь и выводы M закорочены, двигатель будет работать на полной скорости. Рабочие характеристики двигателя с фазным ротором выводы ротора, закороченные вместе, очень похожи на выводы белки клеточный мотор. Схема для использования с ручным контроллером показана на рис. 6.


Рис. 6 Схема управления двигателем с фазным ротором с ручным управлением.


Рис. 5 Ручной контроллер для асинхронного двигателя с фазным ротором.

Пуск с управлением по времени

Другой способ пуска двигателя с фазным ротором — использование времени. реле задержки. Может быть использовано любое количество шагов, в зависимости от потребностей ведомой машины. Схема с четырьмя ступенями запуска показана на рис. Рис. 7. В показанной схеме при нажатии кнопки ПУСК пускатель двигателя М подает питание и замыкает все контакты М. Контакты нагрузки соединяют статор обмотка к линии электропередач.В этот момент все сопротивления подключены в цепи ротора, и двигатель запускается на самой низкой скорости. Когда Вспомогательные контакты M замыкаются, таймер TR1 начинает свою временную последовательность. В конец периода времени, контакт TR1 с таймером замыкается и подает питание на катушку контактора S1. Это приводит к замыканию и короткому замыканию контактов нагрузки S1. первая группа резисторов в цепи ротора. Теперь двигатель разгоняется до второй скорости. Вспомогательный контакт S1 запускает работу таймера. ТР2.В конце периода времени контакт TR2 с временной задержкой замыкается и подается питание. контактор S2.

Это приводит к замыканию контактов нагрузки S2 и шунтированию второго банка. резисторов. Мотор разгоняется до третьей скорости. Процесс продолжается пока все резисторы не будут закорочены в цепи и двигатель работает на полной скорости.


Рис. 7 Пуск по времени для асинхронного двигателя с фазным ротором.

Схема, показанная на рис.7 является пусковой схемой, в которой скорость двигатель нельзя контролировать, позволяя сопротивлению оставаться в схема. При каждом нажатии кнопки СТАРТ двигатель ускоряется через каждый шаг скорости, пока не будет достигнута полная скорость.

В пусковых цепях обычно используются резисторы меньшей мощности. чем схемы, предназначенные для регулирования скорости, потому что резисторы используются только в течение короткого периода времени при запуске двигателя.Контроллеры должны использоваться резисторы, которые имеют достаточно высокую номинальную мощность, чтобы оставаться в цепи постоянно.

Регулятор скорости ротора

Схема регулятора времени показана на рис. 8. В этой схеме возможны четыре ступени регулирования скорости. Четыре отдельные кнопки позволяют выбор рабочей скорости двигателя. Если любая скорость, кроме выбрана самая низкая скорость или первая скорость, двигатель будет ускоряться через каждый шаг с 3-секундной задержкой между каждым шагом.Если двигатель работает на низкой скорости и выбрана более высокая скорость, двигатель немедленно увеличится до следующей скорости, если она работала в текущей скорости более чем на 3 секунды. Предположим, например, что двигатель работает на второй скорости более 3 секунд. Если выбрана четвертая скорость, двигатель сразу увеличится до третья скорость и через 3 секунды увеличьте до четвертой скорости. Если двигатель работает и выбрана более низкая скорость, она сразу уменьшится на более низкую скорость без временной задержки.


ILL. 8 Время эксплуатарированная скорость контроль скорости для индукционного двигателя ротора раны


больной. 9 Частотный контроль для индукционного мотора ротора раны

Регулятор частоты

Управление частотой работает по принципу индуктивное напряжение во вторичной обмотке двигателя (ротор) будет уменьшаться по мере увеличения скорости ротора увеличивается. Обмотки ротора содержат одинаковое количество Поляки как статор.Когда двигатель остановлен и впервые подается питание к обмоткам статора наведенное в роторе напряжение будет иметь той же частоты, что и линия электропередач. Это будет 60 герц на протяжении всего США и Канада. Когда ротор начинает вращаться, меньше режущее действие между вращающимся магнитным полем статора и обмотки в роторе. Это вызывает снижение как наведенного напряжения, так и частоты. Чем больше становится скорость ротора, тем ниже частота и величина индуцированного напряжения.

Разница между скоростью вращения ротора и синхронной скоростью (скорость вращающееся магнитное поле) называется скольжением и измеряется в процентах. Предположим, что обмотка статора двигателя имеет четыре полюса на фазу. Этот приведет к синхронной скорости 1800 об / мин при подключении к 60 Гц. Теперь предположим, что ротор вращается со скоростью 1710 об/мин. Это разница 90 об/мин. Это приводит к 5% скольжению двигателя.

Проскальзывание 5% приведет к частоте ротора 3 Гц.

Где: F _ частота в герцах P _ количество полюсов на фазу S _ скорость в об/мин 120 _ Константа

Показана схема пускателя двигателя с фазным ротором с использованием частотных реле. на рис. 9. Обратите внимание, что реле частоты подключены к вторичной обмотке. обмотки двигателя и что контакты нагрузки подключены нормально закрытый, а не нормально открытый. Также обратите внимание, что конденсатор подключен последовательно с одним из частотных реле. В цепи переменного тока, токоограничивающий эффект конденсатора называется емкостным реактивным сопротивлением.Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте. Уменьшение по частоте вызывает соответствующее увеличение емкостного сопротивления.

При нажатии кнопки СТАРТ контактор М активируется и подключает обмотка статора к сети.

Это приводит к наведению напряжения в цепи ротора с частотой 60 герц. Частота 60 Гц вызывает срабатывание контакторов S1 и S2. подать питание и разомкнуть контакты нагрузки. Теперь ротор подключен к максимальному сопротивления и стартует на самой низкой скорости.По мере снижения частоты емкостное реактивное сопротивление увеличивается, вызывая сначала обесточивание контактора S1 и повторное замыкание контактов S1. Двигатель теперь увеличивает скорость, вызывая дальнейшее снижение как наведенного напряжения, так и частоты. Когда контактор S2 обесточивается, контакты нагрузки S2 снова замыкаются и замыкают второй банк резисторов. Теперь двигатель работает на максимальной скорости.

Основным недостатком частотного управления является то, что некоторое сопротивление должен оставаться в цепи все время.Нагрузочные контакты частоты реле замыкаются при первой подаче питания на двигатель. Если набор замкнутые контакты были подключены непосредственно к выводам M, напряжение отсутствует будут генерироваться для работы катушек частотных реле, и они никогда не смогут разомкнуть свои нормально замкнутые контакты.

Управление частотой имеет преимущество перед другими типами управления в что он очень чувствителен к изменениям нагрузки двигателя. Если двигатель подключен при небольшой нагрузке ротор будет быстро набирать скорость, что приведет к остановке двигателя. быстро разгоняться.Если нагрузка большая, ротор будет набирать скорость на более медленная скорость, вызывающая более постепенное увеличение скорости, чтобы помочь двигателю преодолеть инерцию груза.

ВИКТОРИНА :

1. Сколько контактных колец на валу ротора двигателя с фазным ротором?

2. Для чего предназначены контактные кольца, расположенные на валу ротора двигатель с фазным ротором?

3. Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет статор, содержащий шесть полюсов. на фазу.Сколько полюсов на фазу в цепи ротора?

4. Назовите три фактора, определяющие величину крутящего момента, развиваемого асинхронный двигатель с фазным ротором.

5. Объясните, почему двигатель с фазным ротором производит наибольшее количество пусковых крутящий момент на ампер пускового тока любого трехфазного двигателя.

6. Объясните, почему управление током ротора управляет током статора. также.

7. Какова функция концевого микровыключателя при использовании с ручным контроллер для двигателя с фазным ротором?

8.Почему в цепи ротора используются резисторы меньшего размера для стартера чем для контроллера?

9. Что такое проскальзывание ротора?

10. Раневой ротор имеет синхронную скорость 1200 об/мин. Ротор вращается при скорости 1075 об/мин. Каков процент проскальзывания ротора и какова частота индуцированного напряжения ротора?

11. См. показанную схему. на рис. 6. Предположим, что двигатель работает на полной скорости и кнопка СТОП кнопка нажата.Двигатель перестает работать. Когда ручка ручного управления возвращается к максимальному значению сопротивления, двигатель немедленно начинает работать на минимальной скорости. Что из перечисленного может вызвать Эта проблема?

а. Кнопка СТОП закорочена.

б. Кнопка ПУСК закорочена.

в. Вспомогательный контакт М закорочен.

д. Контакт микроконцевого выключателя не замыкался повторно, когда управление было вернулся к максимальной настройке сопротивления.

12. См. схему, показанную на рис. 7. Предположим, что таймеры установлены с задержкой по 3 секунды каждый. При нажатии кнопки СТАРТ двигатель запускается на минимальной скорости. Через 3 секунды мотор разгоняется до секунды скорость, но никогда не достигает третьей скорости. Что из перечисленного не может вызвать Эта проблема?

а. Катушка таймера TR1 разомкнута.

б. Катушка контактора S1 разомкнута.

в. Катушка таймера TR2 разомкнута.

д.Катушка контактора S2 разомкнута.

13. См. принципиальную схему на рис. 8.

Предположим, что двигатель не работает. Когда кнопка 3-Я СКОРОСТЬ нажимается, двигатель запускается на самой низкой скорости. После задержки в 3 секунды двигатель разгоняется до второй скорости и через 3 секунды до третьей скорости. После около 1 минуты, кнопка 4-Я СКОРОСТЬ нажата, но двигатель не разгоняется до четвертой скорости.

Что из следующего может вызвать эту проблему?

а.Катушка управляющего реле CR2 разомкнута.

б. Катушка контактора S2 разомкнута.

в. Катушка CR3 закорочена.

д. Катушка контактора S2 разомкнута.

Clemson Vehicular Electronics Laboratory: Коллекторные двигатели постоянного тока

Коллекторные двигатели постоянного тока

Основное описание
Двигатели постоянного тока

во многих отношениях являются самыми простыми электродвигателями. Все «коллекторные» двигатели постоянного тока работают одинаково. Есть статор (большая неподвижная часть) и ротор (меньшая часть, вращающаяся вокруг оси внутри статора).На статоре есть магниты, а на роторе есть катушка, которая магнитно заряжается за счет подачи на нее тока. Щетки отвечают за передачу тока от стационарного источника постоянного напряжения к вращающемуся ротору. В зависимости от положения ротора его магнитный заряд будет изменяться и производить движение в двигателе. Анимация ниже дополнительно объясняет основную работу двигателя постоянного тока. При использовании источника питания постоянного тока требуется очень мало элементов управления. Для управления скоростью можно использовать встроенное переменное сопротивление для изменения величины тока, достигающего катушек.

Анимация работающего электродвигателя постоянного тока.

На анимации справа показан работающий двигатель постоянного тока. Показанный двигатель представляет собой упрощенный «двухполюсный» двигатель, в статоре которого используются всего два магнита. В этом случае магниты в статоре для простоты являются постоянными магнитами. Двигатель постоянного тока может стать очень сложным, если добавить больше полюсов, но стандартный «щеточный» двигатель постоянного тока любой конфигурации работает по тем же принципам, что и здесь.Щетки подают ток от источника постоянного напряжения, который подает магнитное поле на этот конец ротора. Полярность поля зависит от течения тока. Когда ротор вращается, щетки соприкасаются с одной стороной источника постоянного тока, затем ненадолго не соприкасаются ни с чем, затем продолжают контактировать с другой стороной источника постоянного тока, эффективно изменяя полярность ротора. Время этого изменения определяется геометрической установкой щеток и приводит к источнику постоянного тока.Анимация помогает проиллюстрировать, как в момент максимального притяжения ток изменит направление и, таким образом, изменит полярность ротора. В этот момент максимальное притяжение внезапно сменяется максимальным отталкиванием, которое создает крутящий момент на валу ротора и заставляет двигатель вращаться.

Компоненты двигателя постоянного тока

СТАТОР: Статор состоит либо из постоянного магнита, либо из электромагнитных обмоток. Статор создает стационарное магнитное поле вокруг ротора, занимающего центральную часть двигателя.

АРМАТУРА (ротор): Якорь состоит из одной или нескольких электрических обмоток вокруг плеч якоря. Эти электрические обмотки генерируют магнитное поле, когда на них подается внешний ток. Таким образом, магнитные полюса, генерируемые этим полем ротора, притягиваются к противоположным полюсам, генерируемым полем статора, и отталкиваются от таких же полюсов, что заставляет якорь вращаться.

КОММУТАТОР: Двигатель постоянного тока не использует внешнее устройство переключения тока, вместо этого он использует механический соединитель, называемый коммутатором, который представляет собой сегментированную втулку, обычно изготовленную из меди, установленную на вращающемся валу.Ток +/- подается на эти сегменты коммутатора с помощью щеток.

ЩЕТКИ: При вращении двигателя щетки скользят по сегментам коллектора, тем самым создавая переменное магнитное поле в разных плечах через сегменты коммутатора, прикрепленные к обмоткам. Следовательно, при приложении напряжения к щеткам в двигателе создается динамическое магнитное поле.

Коллекторный двигатель постоянного тока имеет механический скользящий контакт между щетками и коллекторным кольцом.Щетки и пружина, по которой течет ток, время от времени нуждаются в замене. Коллектор также нуждается в периодической очистке или замене.

Производители
Балдор, Бош, Цирк, Эмерсон, Грошопп, Кинетек, Линч Мотор Компани, Мет Моторс, МикроМо, Группа управления движением, Нью Бхарат Электрик, Питтман, Портескап, Пауэртек, Теко
Для получения дополнительной информации
[1] Коллекторный электродвигатель постоянного тока, Википедия.
[2] Что такое двигатель постоянного тока? Мудрый гик.
[3] Электродвигатели постоянного тока, учебник на веб-сайте HyperPhysics Университета штата Джорджия.
[4] Понимание и использование спецификаций двигателей постоянного тока, Gears Educational Systems, LLC.
[5] Как работает двигатель постоянного тока?, eHow.com.
[6] Основы работы с коллекторным двигателем постоянного тока, часть 1 из 2, YouTube, 22 декабря 2008 г.
[7] Основы работы с коллекторным двигателем постоянного тока, часть 2 из 2, YouTube, 22 декабря 2008 г.
[8] Расчеты двигателей постоянного тока, Информационный документ National Instruments, сентябрь.22, 2014.

%PDF-1.7 % 80 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 80 101 0000000016 00000 н 0000002907 00000 н 0000003113 00000 н 0000004285 00000 н 0000004321 00000 н 0000004366 00000 н 0000004411 00000 н 0000004456 00000 н 0000004501 00000 н 0000004546 00000 н 0000004591 00000 н 0000004636 00000 н 0000004681 00000 н 0000004726 00000 н 0000004839 00000 н 0000005464 00000 н 0000006114 00000 н 0000006753 00000 н 0000006868 00000 н 0000007981 00000 н 0000009302 00000 н 0000009414 00000 н 0000010702 00000 н 0000011280 00000 н 0000011379 00000 н 0000011977 00000 н 0000012643 00000 н 0000014003 00000 н 0000015385 00000 н 0000018035 00000 н 0000024338 00000 н 0000024994 00000 н 0000025041 00000 н 0000025302 00000 н 0000025561 00000 н 0000025808 00000 н 0000026065 00000 н 0000026337 00000 н 0000026599 00000 н 0000026863 00000 н 0000027124 00000 н 0000027359 00000 н 0000027390 00000 н 0000027464 00000 н 0000030732 00000 н 0000031060 00000 н 0000031126 00000 н 0000031242 00000 н 0000031273 00000 н 0000031347 00000 н 0000034330 00000 н 0000034658 00000 н 0000034724 00000 н 0000034840 00000 н 0000034871 00000 н 0000034945 00000 н 0000035276 00000 н 0000035342 00000 н 0000035458 00000 н 0000035489 00000 н 0000035563 00000 н 0000035893 00000 н 0000035959 00000 н 0000036075 00000 н 0000036106 00000 н 0000036180 00000 н 0000036510 00000 н 0000036576 00000 н 0000036692 00000 н 0000036766 00000 н 0000036891 00000 н 0000037190 00000 н 0000037264 00000 н 0000037389 00000 н 0000037681 00000 н 0000037755 00000 н 0000038050 00000 н 0000038124 00000 н 0000038418 00000 н 0000038492 00000 н 0000038787 00000 н 0000038861 00000 н 0000044210 00000 н 0000081091 00000 н 0000081458 00000 н 0000081532 00000 н 0000086881 00000 н 0000111640 00000 н 0000112007 00000 н 0000113928 00000 н 0000115430 00000 н 0000116632 00000 н 0000118676 00000 н 0000120966 00000 н 0000122377 00000 н 0000124313 00000 н 0000126083 00000 н 0000126710 00000 н 0000127688 00000 н 0000204279 00000 н 0000002316 00000 н трейлер ]/предыдущая 868116>> startxref 0 %%EOF 180 0 объект >поток hb«`f`W À

Ротор асинхронного двигателя | Electrical4U

Ротор, как следует из названия, представляет собой вращающуюся часть электрической машины, в которой ток индуцируется за счет действия трансформатора от вращающегося магнитного поля.

Ротор асинхронного двигателя бывает двух типов:

  1. Ротор с короткозамкнутым ротором
  2. Ротор с обмоткой или ротор с контактным кольцом

Ротор с короткозамкнутым ротором

в виде медных или алюминиевых стержней, вставленных в полузакрытые пазы многослойного сердечника ротора. Чтобы облегчить замкнутый путь в цепи ротора, обе стороны стержней ротора закорочены концевыми кольцами.

Особенности ротора с короткозамкнутым ротором

Этот тип ротора не имеет определенного количества полюсов, но такое же количество полюсов статора будет индуцироваться в роторе автоматически посредством индукции.Следовательно, для ротора с короткозамкнутым ротором

Ротор с короткозамкнутым ротором имеет очень низкое реактивное сопротивление рассеяния, поскольку он не содержит обмотки на роторе, что приводит к низкому пусковому крутящему моменту и максимальному рабочему крутящему моменту.

Поскольку мы знаем, что для увеличения значения установочного крутящего момента мы должны увеличить значение сопротивления ротора, а для его увеличения мы должны вставить сопротивление последовательно с обмоткой ротора, но в случае ротора с короткозамкнутым ротором мы не можем вставить так как его стержни ротора закорочены концевым кольцом с обеих сторон.Таким образом, мы можем сказать, что ротор с короткозамкнутым ротором обеспечивает хорошие рабочие характеристики, но плохие пусковые характеристики.

Недостатки короткозамкнутого ротора

  1. Низкий пусковой момент
  2. Высокие пусковые токи
  3. Низкий коэффициент мощности

Но пусковые характеристики короткозамкнутого ротора можно частично улучшить путем изменения схемы.

Перекос стержней ротора

Одной из целей перекоса стержней ротора является увеличение значения сопротивления ротора, чтобы можно было улучшить пусковой крутящий момент.Мы знаем, что сопротивление пропорционально длине, следовательно, при перекосе стержней ротора длина стержней увеличивается, следовательно, увеличивается сопротивление, а вместе с ним и крутящий момент.

Ротор с обмоткой или ротор с контактным кольцом

Этот тип ротора также изготовлен из ламинированной холоднокатаной кремнистой стали с ориентированным зерном для уменьшения потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис. Обмотка ротора распределена также с коротким шагом, чтобы получить синусоидальную ЭДС на выходе.

Работа асинхронного двигателя невозможна при неравном числе полюсов статора и ротора, и этот тип ротора не реагирует автоматически на изменение числа полюсов статора.Следовательно, число полюсов ротора должно быть равно числу полюсов статора.

Если ротор снабжен 3-х фазными обмотками; обмотки ротора должны быть соединены звездой независимо от того, соединена ли обмотка статора звездой или треугольником.

Особенности ротора с фазным ротором или ротора с контактным кольцом

Основное различие между ротором с короткозамкнутым ротором и ротором с фазным ротором заключается в наличии контактного кольца в роторе с фазным ротором , поэтому его также называют ротором с контактным кольцом.Три вывода обмоток ротора, соединенных звездой, выведены наружу и соединены с внешними резисторами через токосъемное кольцо.

Токосъемные кольца изготовлены из материала с высоким сопротивлением, такого как фосфористая бронза или латунь. Щеточные контакты используются для соединения обмотки ротора с внешней цепью. Щетки изготовлены из углеродного или медного материала, но углерод предпочтительнее из-за его самосмазывающихся свойств. Таким образом, потери на трение с угольными щетками меньше.

Для улучшения пускового момента используются внешние резисторы.Этот внешний резистор также ограничивает пусковой ток, потребляемый двигателем во время пуска. Следовательно, коэффициент мощности улучшается.

Увидев вышеизложенное, мы можем сделать вывод, что «из-за наличия дополнительного резистора ротор с фазным ротором или ротор с контактным кольцом типа имеет хорошие рабочие характеристики, но плохие рабочие характеристики»

Ротор против Мотор — какая разница?

ротор | двигатель |

В качестве существительных разница между

ротором и двигателем заключается в том, что ротор является вращающейся частью механического устройства, например, в электродвигателе, генераторе, генераторе переменного тока или насосе, в то время как двигатель представляет собой машину или устройство, которое преобразует любую форму энергии в механическую энергию или сообщает движение.

В качестве прилагательного

двигатель — это (биология), описывающий нейроны, которые создают способность двигаться.

Как глагол

двигатель означает неторопливо ездить на моторизованном транспортном средстве.

Другие сравнения: в чем разница?

Существительное

( существительное )
  • Вращающаяся часть механического устройства, например, в электродвигателе, генераторе, генераторе переменного тока или насосе.
  • *{{цитата-журнал, год=2013, месяц=июль-август, автор= Ли С.Лэнгстон , журнал = ( Американский ученый )
  • , title= Адаптируемая газовая турбина , pass=Турбины существуют уже давно — ранними примерами являются ветряные мельницы и водяные колеса. Название происходит от латинского turbo, что означает «вихрь », и, таким образом, определяющим свойством турбины является то, что жидкость или газ вращают лопасти ротора , который прикреплен к валу, который может выполнять полезные функции. Работа.}}
  • Крыло вертолета или аналогичного самолета.
  • Альтернативные формы

    * мотор ( очень редкий )

    Существительное

    ( существительное )
  • Машина или устройство, преобразующее любую форму энергии в механическую энергию или приводящее в движение.
  • ( фунтов ) Легковой автомобиль или автомобиль.
  • *
  • *:На Пятой авеню был прилив; мотор , каретка и виктория пронеслись мимо сверкающим потоком; хорошенькие женщины выглядывали из лимузинов и фургонов; молодые люди его типа, в шелковых шляпах, в сюртуках, с изгибами тростей, зажатыми под левой рукой, проходили со стороны парка.
  • ( lb ) Источник энергии для чего-то, вдохновение, движущая сила.
  • Синонимы
    * двигатель

    Производные термины
    * электродвигатель * линейный двигатель * мотоцикл * мотоцикл * мотоциклист * моторизовать * автомобилист * моторное масло * скутер * торговля автомобилями * моторный блок * автомобиль * подвесной мотор * ракетный двигатель * двигатель с расщепленными полюсами

    Связанные термины
    * моторный * психомоторный * сенсомоторный

    Прилагательное

    ( )
  • (биология), описывающая нейроны, создающие способность двигаться
  • У нее отличные двигательные навыки.

    Производные термины
    * моторный блок

    Глагол

    ( и глагол )
  • Неторопливо ездить на моторизованном транспортном средстве.
  • (сленг) Уйти.
  • Мне нужен мотор .

    Внешние ссылки

    * * —-

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.