Ротор принцип работы: принцип работы, устройство, недостатки и преимущества, видео

Содержание

Характеристика роторного двигателя, его плюсы и минусы

7

Сравнивая два вида мотора, роторный и поршневой, очевидным является тот факт, что первый из них имеет преимущества. Простая конструкция, работа на максимальных оборотах без перегрева и значительных потерь, а также фактически отсутствие вибрации — заставляют некоторых любителей “сложных ДВС” обратить внимание на этот агрегат. Хоть широкого распространения он не получил, но все также интересует механиков, в силу своей специфики работы и строения. Для того, чтобы самостоятельно попытаться освоить “азы” строения двигателя, нужно узнать что такое роторный двигатель и по какому принципу он приводится в действие.

Что такое роторный двигатель

Ротор — это “сердце” теплового агрегата, отсюда и название ДВС — роторный. Этим же рабочим элементом он приводится в действие. Основная отличительная техническая характеристика основывается на отсутствии возвратно-поступательных движений. Промежуточный этап полностью исключен, быстрее преобразуется энергия в двигателе, выходит на максимальное значение КПД. Но, в силу своих недостатков, “движок” так и не стал пользоваться спросом.

Устройство и структура роторного двигателя

Изобретение являет собой эллипсоид, внутри полого корпуса размещается насаженный на вал ротор. Лопасти ротора при вращении взаимодействуют с краями корпуса, в котором он размещен. Обычно их количество может составлять 1,2, или 3, хотя наиболее часто устанавливается 2 треугольника Рело. Давлением газа и центробежных сил пластины, создается полная герметизация камеры, за счет их прижимания к внутренней части конструкции. Таким образом, строение РПД позволяет работать без наличия дополнительных узлов и деталей — в нем отсутствуют коленвал, шатуны, противовесы, а также газораспределительная система. ГРС заменяют впускные и выпускные просеки, и сам ротор, поочередно открывающий и закрывающий эти просеки.

Принцип работы роторного двигателя

Роторный ДВС имеет простой принцип работы, который основывается на высоких оборотах. Ротор вращается внутри овального корпуса. При рабочем цикле создаются по окружности статора свободные полости, в которых и запускается двигатель. Приводится в действие движок посредством впускных/выпускных окон в боковых корпусах. В результате чего, ротор, вращаясь, открывает и закрывает их соответственно.  Почему-то все сдвигают плечами и не могут понять, почему же казалось-бы такое простое строение не оправдало ожиданий и уступило дорогу поршневому движку? Если рабочий цикл состоит из постоянных преобразований по принципу:

  • впрыска топлива,
  • сжатия,
  • рабочего такта,
  • выпуска газа.

Инженеры настаивают на том, чтобы все-таки дать этому мотору вторую жизнь, усовершенствовать его и запустить в обиход.

Плюсы и минусы

Чтобы уяснить, почему же агрегат не стал популярным в силу всех своих “за” по мнению механиков, рассмотрим плюсы и минусы роторного двигателя. К преимуществам конструкции относят:

  • Мотор подвергается гораздо меньшей нагрузке на высоких оборотах.
  • Сбалансированность обеспечивает низкий уровень вибрации.
  • Имеет меньше деталей и узлов.
  • Он легче, компактнее, его габариты намного меньше.
  • Имеет практически идеальное распределение веса по осям, что делает автомобиль более устойчивым.

Тем не менее, отмечается и ряд существенных недостатков:

  • Низкие обороты “сжирают топливо по секундно”, слишком высокий расход.
  • Дороговизна деталей.
  • Большой расход и частая замена смазки.
  • Перегрев, как основная беда ДВС. В итоге ломается цилиндр. Такая частая поломка обусловлена конструкционными особенностями.
  • Форма камер не позволяет топливу сгорать полностью, и газы поступают на выхлоп. Поэтому силовая установка считается менее экологичной.

Теперь не остается сомнений, что все преимущества роторного двигателя не могут покрыть существенные минусы установки.

Система смазки и питания роторного двигателя

Подача масла осуществляется под давлением к основным движущимся деталям. Система смазки работает следующим образом:

  • Масляный насос всасывает масло из масляного бака.
  • Через маслопровод и форсунки масло подается в замкнутый контур воздушного охлаждения.
  • Масло попадает в рабочую полость, совмещается с тепловоздушной смесью, чем обеспечивает смазку узлов и механизмов, и сгорает вместе с ней.

Система питания включается после того, как стартер обеспечит устойчивость жидкостного кольца в барабане. Это происходит так:

  • При вращении ротора его торцевые радиальные выступы отсекают порции топливной смеси или воздуха.
  • Сжатые порции топливной смеси или воздуха поступают в камеры сгорания.

Зажигание топливной смеси происходит по-разному, это зависит от используемого принципа смесеобразования.

Где используется

Испытания проводились немцами. В 1957 году инженеры Германии Феликс Венкель и Вальтер Фройде выпустили этот агрегат на обозрение, как “рабочую единицу”. Спустя семь лет, этот мощный двигатель был под капотом спорткара “Спайдер”. Новинку естественно “начали есть все автопроизводители”, в частности: “Мерседес-Бенц”, “Ситроен” и прочие. Даже Ваз испытывал ДВС Ванкеля. Но, единственный кто все-таки решился на серийное производство — это “Мазда”, она же и стала последней точкой в выпуске этого устройства. На сегодня практикуется мелкосерийное производство для мотоциклов. Но, роторный движок это идеальный вариант для гоночной машины и спорткара, а не обычной тюнингованной “Дженерал Моторс”.

Возможные проблемы и неисправности роторного двигателя

Некоторые особенности строения силовой установки влияют на возникновение неисправностей двигателя:

  • Линзовидная форма имеет прямое воздействие на цилиндр. В результате работы появляется перегрев из-за сгорающего топлива в камере и преобразования в тепло. Цилиндр работает на износ, приходит в негодность.
  • Быстрому изнашиванию поддаются и уплотнители. Находящиеся между форсунками прокладки поддаются высоким перепадам давления в камерах сгорания. Только капремонт силового агрегата могут исправить эту проблему.
  • Вся установка в целом и ее отдельные части могут часто выходить из строя, если не проводить своевременно смену масла.

Узлы и агрегаты двигателя

Учитывая все особенности работы роторного двигателя, следует более ответственно подходить к его обслуживанию, своевременно проводить техобслуживание и ремонт. Хотя на данный момент серийное производство автомобилей с роторным двигателем не налажено, разработчики не собираются расставаться с этой идеей. Силовые установки постоянно совершенствуются, поэтому пока еще рано списывать его со счетов.

Принцип работы роторного двигателя — устройство, недостатки и преимущества, видео — Статьи

Мировые автомобильные концерны выпустили на рынок машины с этими силовыми агрегатами, но позднее отказались от данной продукции. Что же произошло? Предлагаем разобраться в преимуществах и недостатках роторов, рассмотреть принцип работы РПД (роторно-поршневого двигателя). 

Эти тепловые моторы не нуждаются в запчастях, преобразующих поступательный импульс во вращательный (коленчатый вал). Такая особенность конструкции приводит к сокращению потерь. При наличии поршней в цилиндре производится четыре такта:

  • впуск;

  • сжатие;

  • рабочий ход;

  • выпуск.

В роторе эти процессы происходят в разных частях камеры.

Вывод на рынок авто с высоким КПД — мечта любого автоконцерна. Почему же он так и не получил широкого распространения? Давайте разбираться.  

Узнайте стоимость ремонта роторного двигателя онлайн за 3 минуты

Не тратьте время впустую – воспользуйтесь поиском Uremont и получите предложения ближайших сервисов с конкретными ценами!

Устройство роторного двигателя

Действие всех типов моторов основано на давлении, возникающем при сгорании топлива. 

В агрегатах с поршневой группой коленчатый вал и шатуны трансформируют возвратно-поступательную энергию во вращение. В результате колеса крутятся. В движке Ванкеля (альтернативное название ДВС с ротором) используется другое техническое решение. Давление производится в камере, являющейся частью корпуса. Закрытая сторона роторного треугольника выступает в роли поршней. 

В роторном двигателе внутреннего сгорания производится вращение, похожее на кривую спирографа. При заданной траектории три вершины находятся в контакте с корпусом. Образуются три независимых объема для газа. При вращении запчасти эти камеры сжимаются/расширяются, как следствие:

  • топливно-воздушная смесь поступает в мотор;

  • сжимается;

  • производит необходимую работу в результате расширения;

  • выходит через выхлоп.

Схема роторного двигателя — особенности конструкции

В статоре предусмотрено пространство для горения. Корпусы по бокам служат для герметичности системы. Внутри рабочей камеры размещается цилиндр, а в нем — ротор. Овальная форма с прижатыми боковинами обусловлена параметрами узла. В самом статоре с одной стороны предусмотрено отверстие, впускающее воздух. С другой — окно для свечей зажигания. Ротор в цилиндре смещается относительно оси и одновременно двигается вокруг нее. Вращение в сторону обеспечивается неподвижной шестерней, зацепление с которой и определяет характер движения.   

Схема и принцип работы роторного двигателя

Мы уже описывали рабочие такты “впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск”. 

В двухтактных агрегатах они совмещены и обычно устанавливаются на мотоциклах. 

Раньше на рынке были представлены дизели с мотором Ванкеля — сейчас они в дефиците. “Классика” представлена четырехтактными вариантами, но в этом случае в конструкции предусмотрен газораспределяющий механизм.

В роторах отсутствие поршневой системы дало возможность совместить технические характеристики 2- и 4-тактных движков. Специальное приспособление, распределяющее газ, в данном случае не нужно за счет специальных отверстий в цилиндре. 

Устройство роторно-поршневого двигателя — плюсы и минусы

Теперь о достоинствах рассматриваемого агрегата. Одна его секция сравнима по мощности с трехцилиндровым мотором, при этом занимает существенно меньше места. Например, Mazda RX8 обладает хорошей мощностью при средней компоновке движка. Это стало возможно благодаря разнесению веса автомобиля по осям. Такой автомобиль обладает хорошей управляемостью и устойчивостью.

Здесь нет ГРМ, что сильно облегчило конструкцию, благодаря меньшему количеству металла в ней. Дополнительный приятный бонус — пропадает необходимость во многих подвижных запчастях. В результате агрегат прочнее. Сам мотор вибрирует меньше, так как в нем нет разнонаправленных движений (в сравнении с классикой).  

Применение роторного двигателя имеет и недостатки. Смазочная система здесь идентична двухтактному аналогу — цилиндрическая поверхность обрабатывается одновременно с горючим. Но способ подачи здесь особенный — через форсунки. Из-за данной особенности такой тип движков требует специального полусинтетического или минерального рабочего раствора. При сгорании масла получаем чрезмерно загрязненный выхлоп, что плохо влияет на экологию.

Конструктивная простота рассматриваемого устройства имеет и обратную сторону — небольшой ресурс. Первыми “летят” апексы (альтернатива кольцам компрессии в традиционных моторах). Интересно, что, если изнашиваются посадочные места этих деталей роторного двигателя, все устройство идет под замену — восстановить его невозможно. 

Расточка статора тоже вызывает огромные трудности и считается технически неоправданной.     

В итоге получается, что по надежности подобный ДВС сильно уступает своим поршневым “братьям”, несмотря на свою конструктивную простоту. Так происходит из-за высокой сложности самих процессов в нем. 

От производства этого вида движков не отказались. Например, “Мазда” продолжает совершенствовать технологию и добилась успехов — снизился уровень токсичности почти до показателей поршневых агрегатов. Остается решить вопрос с увеличением ресурса. Это возможно за счет высокотехнологичной обработки поверхностей и применения особых материалов для производства запчастей, что неминуемо приведет к большим сложностям в ремонте (и, соответственно, к повышению стоимости).   

Куда обращаться при проблемах с движком

Некоторые проблемы можно решить самостоятельно, если вы уверены в своих силах и готовы выделить время. Опытные автовладельцы советуют тщательно оценить ситуацию. Почитайте форумы, где общаются владельцы таких же автомобилях. Найдите пошаговое видео с подробным описанием процесса. Агрегатор Uremont.com предоставляет возможность общения с профессионалами в чате. На вопросы здесь в считаные минуты отвечают специалисты партнерских СТО. Помимо указанной опции, здесь найдете:

  • интерактивную карту с адресами автомастерских;

  • отзывы и оценки пользователей;

  • онлайн-бланк заявки и пр.

Как работает роторный двигатель

Что такое роторный двигатель? Как при малом объеме он развивает высокую мощность? Почему роторные двигатели так редко встречаются? Сейчас во всем разберемся!

Двигатель роторного типа или ванкель, был разработан еще в 1957 году Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Первое время двигатель активно использовался на различных автомобилях, а затем даже на мотоциклах, но со временем стал появляться все реже.

Что такое роторный двигатель?

Роторный двигатель — это 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания. Однако, его строение очень сильно отличается от привычного нам поршневого движка. В виду отсутствия множества элементов, роторный двигатель конструктивно проще поршневого.

Hercules W-2000. Объем 294 см3. Мощность до 32 л.с.

В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и благодаря вращению ротора происходит заполнение камеры «впуска». Такт работы двигателя проходит в отдельном «цилиндре». Чтобы разобраться как устроен двигатель, нужно рассмотреть его принцип работы.

Принцип работы.

1 такт — подача топлива.

В момент, когда вершина ротора находится на уровне впускного отверстия, открывается впускной клапан, и, благодаря вращению ротора, происходит заполнение камеры «впуска».

2 такт — сжатие.

Благодаря форме ротора и «цилиндра», рабочая смесь попадает в камеру «сжатия», где она прижимается ротором к стенке «цилиндра».

3 такт — рабочий (воспламенение).

Когда рабочая смесь находится в максимально сжатом состоянии происходит воспламенение (обычно посредствам 2-х свечей). Высвобождающаяся энергия от воспламенения вращает ротор на 1-й такт.

4 такт — выпуск.

После воспламенения отработанная смесь высвобождается через выпускное отверстие.

Как при малом объеме достигается высокая мощность?

Высокая мощность двигателей роторного типа обусловлена тем, что на выходе каждый такт идет как рабочий. Так как ротор заменяет собой минимум 4 поршня, используя малый объем и возможность развивать высокие обороты, двигатели роторного типа имеют преимущество примерно в 2-3 раза над поршневыми ДВС.

К тому же у роторного двигателя есть еще несколько плюсов:

  • двигатель отлично сбалансирован, как следствие практически нет вибрации;
  • компактность и малый вес, как следствие возможность добиться оптимального расположения и разрисовки по осям;
  • простота конструкции.

Почему роторные двигатели настолько редкие?

Причин здесь несколько:

Сложность конструкции. Производство двигателя роторного типа требует больших затрат. Это обусловлено необходимостью использовать специальное высокоточное оборудование и качественные износостойкие материалы.

Маленький ресурс и неремонтопригодность. Для качественной работы двигателя необходима точная подгонка всех элементов, а так как в процессе использования двигателя происходит износ комплектующих (особенно ротора и корпуса-цилиндра), то не только снижается КПД, но и в разы повышается расход масла.

Локальный перегрев. Роторный двигатель очень боится перегрева. Причиной этому служит малое пятно контакта цилиндра и ротора, которое и является причиной частого перегрева этих моторов.

А на сегодня все!


Принцип работы ротора. Разные конструкции и разработки роторных двигателей. Механизм работы роторного-поршневого двигателя

С изобретением двигателя внутреннего сгорания прогресс в развитии автомобилестроения шагнул далеко вперед. Несмотря на то, что общее устройство ДВС оставалось одинаковым, данные агрегаты постоянно усовершенствовались. Наряду с этими моторами появлялись более прогрессивные агрегаты роторного типа. Но почему они так и не получили широкого распространения в автомобильном мире? Ответ на этот вопрос мы рассмотрим в статье.

История возникновения агрегата

Двигатель роторного типа был сконструирован и испытан разработчиками Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде в 1957 году. Первый автомобиль, на который был установлен данный агрегат, — спорткар NSU «Спайдер». Исследования показали, что при мощности мотора в 57 лошадиных сил данная машина имела возможность разогнаться до колоссальных 150 километров в час. Производство автомобилей «Спайдер» в комплектации с 57-сильным роторным двигателем длилось около 3-х лет.

После этого данным типом двигателей стали оснащать автомобиль NSU Ro-80. Впоследствии роторные моторы устанавливались на «Ситроены», «Мерседесы», ВАЗы и «Шевроле».

Одним из самых распространенных автомобилей с роторным двигателем является японский спорткар «Мазда» модели Cosmo Sport. Также японцы стали оснащать данным мотором модель RX. Принцип работы роторного двигателя («Мазда» RX) заключался в постоянном вращении ротора с переменой тактов работы. Но об этом немного позже.

В нынешнее время японский автопроизводитель не занимается серийным выпуском машин с роторными двигателями. Последней моделью, на которую ставился такой мотор, стала «Мазда» RX8 модификации Spirit R. Однако в 2012 году производство данной версии автомобиля было прекращено.

Устройство и принцип работы

Какой имеет роторный двигатель принцип функционирования? Данный тип моторов отличается 4-тактным циклом действия, как и на классическом ДВС. Однако принцип работы роторно-поршневого двигателя немного отличается от такового у обычных поршневых.

В чем главная особенность данного мотора? Роторный двигатель Стирлинга имеет в своей конструкции не 2, не 4 и не 8 поршней, а всего один. Называется он ротором. Вращается данный элемент в цилиндре специальной формы. Ротор насаживается на вал и соединяется с зубчатым колесом. Последнее имеет шестеренчатое сцепление со стартером. Вращение элемента происходит по эпитрохоидальной кривой. То есть лопасти ротора попеременно перекрывают камеру цилиндра. В последней происходит сгорание топлива. Принцип работы роторного двигателя («Мазда» Cosmo Sport в том числе) заключается в том, что за один оборот механизм толкает три лепестка жестких кругов. В то время как деталь вращается в корпусе, три отсека внутри меняют свой размер. Благодаря изменению размеров в камерах создается определенное давление.

Фазы работы

Как действует роторный двигатель? Принцип работы (gif-изображения и схему РПД вы можете увидеть ниже) данного мотора заключается в следующем. Функционирование двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:

  1. Подачи топлива. Это первая фаза работы двигателя. Она происходит в тот момент, когда вершина ротора находится на уровне отверстия подачи. Когда камера открыта для основного отсека, ее объем приближается к минимуму. Как только ротор вращается мимо нее, в отсек попадает топливно-воздушная смесь. После этого камера снова становится закрытой.
  2. Сжатия . Когда ротор продолжает свое движение, пространство в отсеке уменьшается. Таким образом, происходит сжатие смеси из воздуха и топлива. Как только механизм проходит отсек со свечей зажигания, объем камеры снова уменьшается. В этот момент происходит воспламенение смеси.
  3. Воспламенения . Зачастую роторный двигатель (ВАЗ-21018 в том числе) имеет несколько свечей зажигания. Это обусловлено большой длиной камеры сгорания. Как только свеча воспламеняет горючую смесь, уровень давления внутри увеличивается в десятки раз. Таким образом, ротор снова приводится в действие. Далее давление в камере и количество газов продолжают расти. В этот момент происходит перемещение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет выхлопной отсек.
  4. Выпуска газов. Когда ротор проходит данный отсек, газ под высоким давлением начинает свободно перемещаться в выхлопную трубу. При этом движение механизма не прекращается. Ротор стабильно вращается до тех пор, пока объем камеры сгорания снова не упадет до минимума. К этому времени из мотора выдавится оставшееся количество отработавших газов.

Именно такой имеет роторный двигатель принцип работы. ВАЗ-2108, на который также монтировался РПД, как и японская «Мазда», отличался тихой работой мотора и высокими динамическими характеристиками. Но в серийное производство данная модификация так и не была запущена. Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы.

Недостатки и преимущества

Не зря данный мотор привлек внимание столь многих автопроизводителей. Его особый принцип работы и конструкция имеют целый ряд преимуществ по сравнению с другими типами ДВС.

Итак, какие имеет роторный двигатель плюсы и минусы? Начнем с явных преимуществ. Во-первых, роторный двигатель имеет наиболее сбалансированную конструкцию, а потому практически не вызывает высоких вибраций при работе. Во-вторых, данный мотор имеет более легкий вес и большую компактность, а потому его установка особо актуальна для производителей спорткаров. Кроме того, небольшой вес агрегата дал возможность конструкторам добиться идеальной развесовки нагрузок по осям. Таким образом, автомобиль с данным двигателем становился более устойчивым и маневренным на дороге.

Ну и, конечно же, простора конструкции. Несмотря на то же самое количество тактов работы, устройство данного двигателя гораздо проще, чем у поршневого аналога. Для создания роторного мотора требовалось минимальное количество узлов и механизмов.

Однако главный козырь данного двигателя заключается не в массе и низких вибрациях, а в высоком КПД. Благодаря особому принципу работы роторный мотор имел большую мощность и коэффициент полезного действия.

Теперь о недостатках. Их оказалось намного больше, чем преимуществ. Основная причина, по которой производители отказывались покупать такие моторы, заключалась в их высоком расходе топлива. В среднем на сто километров такой агрегат тратил до 20 литров горючего, а это, согласитесь, немалый расход по сегодняшним меркам.

Сложность производства деталей

Кроме того, стоит отметить высокую стоимость производства деталей данного двигателя, которая объяснялась сложностью изготовления ротора. Для того чтобы данный механизм правильно прошел эпитрохоидальную кривую, нужна высокая геометрическая точность (для цилиндра в том числе). Поэтому при изготовлении роторных двигателей невозможно обойтись без специализированного дорогостоящего оборудования и особых знаний в технической области. Соответственно, все эти затраты заранее закладываются в цену автомобиля.

Перегревы и высокие нагрузки

Также из-за особой конструкции данный агрегат был часто подвержен перегреву. Вся проблема заключалась в линзовидной форме камеры сгорания.

В отличие от нее, классические ДВС имеют сферическую конструкцию камеры. Топливо, которое сгорает в линзовидном механизме, превращается в тепловую энергию, расходуемую не только на рабочий ход, но и на нагрев самого цилиндра. В конечном итоге частое «закипание» агрегата приводит к быстрому износу и выходу его из строя.

Ресурс

Не только цилиндр терпит большие нагрузки. Исследования показали, что при работе ротора значительная часть нагрузок ложится на уплотнители, расположенные между форсунками механизмов. Они подвергаются постоянному перепаду давления, потому максимальный ресурс двигателя составляет не более 100-150 тысяч километров.

После этого мотору требуется капитальный ремонт, стоимость которого порой равносильна покупке нового агрегата.

Расход масла

Также роторный двигатель очень требователен к обслуживанию.

Расход масла у него составляет более 500 миллилитров на 1 тысячу километров, что заставляет заливать жидкость каждые 4-5 тыс. километров пробега. Если вовремя не произвести замену, мотор попросту выйдет из строя. То есть к вопросу обслуживания роторного двигателя нужно подходить более ответственно, иначе малейшая ошибка чревата дорогостоящим ремонтом агрегата.

Разновидности

На данный момент существует пять разновидностей данных типов агрегатов:

Роторный двигатель (ВАЗ-21018-2108)

История создание ВАЗовских роторных ДВС датируется 1974 годом. Именно тогда было создано первое конструкторское бюро РПД. Однако первый разработанный нашими инженерами двигатель имел схожую конструкцию с мотором Ванкеля, который укомплектовывался на импортные седаны NSU Ro80. Советский аналог получил название ВАЗ-311. Это самый первый советский роторный двигатель. Принцип работы на ВАЗовских автомобилях данного мотора имеет одинаковый алгоритм действия РПД Ванкеля.

Первым автомобилем, на который стали устанавливать данные двигатели, стал ВАЗ модификации 21018. Машина практически ничем не отличалась от своего «предка» — модели 2101 — за исключением используемого ДВС. Под капотом новинки стоял односекционный РПД мощностью в 70 лошадиных сил. Однако в результате исследований на всех 50 образцах моделей были обнаружены многочисленные поломки мотора, которые заставили Волжский завод отказаться от применения данного типа ДВС на своих автомобилях на ближайшие несколько лет.

Основная причина неисправностей отечественного РПД заключалась в ненадежных уплотнениях. Однако советские конструкторы решили спасти данный проект, презентовав миру новый 2-секционный роторный двигатель ВАЗ-411. Впоследствии был разработан ДВС марки ВАЗ-413. Основные их различия заключались в мощности. Первый экземпляр развивал до 120 лошадиных сил, второй — порядка 140. Однако в серию данные агрегаты снова не вошли. Завод принял решение ставить их только на служебные автомобили, использовавшиеся в ГАИ и КГБ.

Моторы для авиации, «восьмерок» и «девяток»

В последующие годы разработчики пытались создать роторный мотор для отечественной малой авиации, однако все попытки оказались безрезультатными. В итоге конструкторы снова занялись разработкой двигателей для легковых (теперь уже переднеприводных) автомобилей ВАЗ серии 8 и 9. В отличие от своих предшественников новоразработанные моторы ВАЗ-414 и 415 являлись универсальными и могли использоваться на заднеприводных моделях авто типа «Волга», «Москвич» и так далее.

Характеристики РПД ВАЗ-414

Впервые данный двигатель появился на «девятках» лишь в 1992 году. По сравнению со своими «предками» данный мотор имел следующие преимущества:

  • Высокую удельную мощность, которая давала возможность машине набрать «сотню» всего за 8-9 секунд.
  • Большой коэффициент полезного действия. С одного литра сгоревшего топлива удавалось получить до 110 лошадиных сил мощности (и это без какой-либо форсировки и дополнительной расточки блока цилиндров).
  • Высокий потенциал для форсирования. При правильной настройке можно было увеличить мощность двигателя на несколько десятков лошадиных сил.
  • Высокооборотистость мотора. Такой двигатель способен был работать даже при 10 000 об./мин. При таких нагрузках мог функционировать только роторный двигатель. Принцип работы классических ДВС не позволяет их эксплуатировать долго на высоких оборотах.
  • Относительно малый расход топлива. Если прежние экземпляры «съедали» на «сотню» порядка 18-20 литров топлива, то данный агрегат потреблял всего 14-15 в среднем режиме эксплуатации.

Сегодняшняя ситуация с РПД на Волжском автозаводе

Все вышеописанные двигатели не получили большой популярности, и вскоре их производство было свернуто. В дальнейшем Волжский автозавод пока не планирует возрождать разработку роторных двигателей. Так что РПД ВАЗ-414 так и останется скомканным клочком бумаги в истории отечественного машиностроения.

Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы и устройство.

Роторный двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, устройство которого в корне отличается от обычного поршневого двигателя.
В поршневом двигателе в одном и том же объеме пространства (цилиндре) выполняются четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Роторный двигатель осуществляет те же такты, но все они происходят в различных частях камеры. Это можно сравнить с наличием отдельного цилиндра для каждого такта, причем поршень постепенно перемещается от одного цилиндра к другому.

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

В этой статье мы расскажем о том, как работает роторный двигатель. Для начала рассмотрим принцип его работы.

Принцип работы роторного двигателя

Ротор и корпус роторного двигателя Mazda RX-7. Эти детали заменяют поршни, цилиндры, клапаны и распредвал поршневого двигателя.

Как и поршневой, роторный двигатель использует давление, которое создается при сгорании топливовоздушной смеси. В поршневых двигателях, это давление создается в цилиндрах, и приводит поршни в движение. 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 образуется в камере, сформированной частью корпуса, закрытой стороной треугольного ротора, который используется вместо поршней.

Ротор вращается по траектории, напоминающую линию, нарисованную спирографом. Благодаря такой траектории, все три вершины ротора контактируют с корпусом, образуя три разделенных объема газа. Ротор вращается, и каждый из этих объемов попеременно расширяется и сжимается. Это обеспечивает поступление топливовоздушной смеси в двигатель, сжатие, полезную работу при расширении газов и выпуск выхлопа.

Mazda RX-8

Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторным двигателем. 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 роторным двигателем, начиная с Cosmo Sport 1967 года. Однако RX-7 не производится с 1995 года, но идея роторного двигателя не умерла.

Mazda RX-8 оснащена роторным двигателем под названием RENESIS. Этот двигатель был назван лучшим двигателем 2003 г. Он является атмосферным двухроторным и производит 250 л.с.

Строение роторного двигателя

Роторный двигатель имеет систему зажигания и систему впрыска топлива, схожие с используемыми в поршневых двигателях. Строение роторного двигателя в корне отличается от поршневого.

Ротор

Ротор имеет три выпуклых стороны, каждая из которых выполняет роль поршня. Каждая сторона ротора имеет углубление, что повышает скорость вращения ротора, предоставляя больше пространства для топливовоздушной смеси.

На вершине каждой грани расположена металлическая пластина, которая разделяет пространство на камеры. Два металлических кольца на каждой стороне ротора формируют стенки этих камер.

В центре ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев. Оно сопрягается с шестерней, закрепленной на корпусе. Такое сопряжение задает траекторию и направление вращения ротора в корпусе.

Корпус (статор)

Корпус имеет овальную форму (форму эпитрохоиды, если быть точным). Форма камеры разработана так, чтобы три вершины ротора всегда находились в контакте со стенкой камеры, образуя три изолированных объемах газа.

В каждой части корпуса происходит один из процессов внутреннего сгорания. Пространство корпуса разделено для четырех тактов:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Рабочий такт
  • Выпуск
Порты впуска и выпуска расположены в корпусе. В портах отсутствуют клапаны. Выпускной порт непосредственно соединен с выхлопной системой, а впускной порт — с дросселем.

Выходной вал

Выходной вал (обратите внимание на эксцентриковые кулачки)

Выходной вал имеет закругленные выступы-кулачки, расположенные эксцентрично, т.е. смещены относительно центральной оси. Каждый ротор сопряжен с одним из этих выступов. Выходной вал является аналогом коленчатого вала в поршневых двигателях. При вращении ротор толкает кулачки. Так как кулачки установлены несимметрично, сила с которой ротор на него давит, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Сбор роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель состоит из пяти слоев, удерживаемых длинными болтами, установленными по кругу. Охлаждающая жидкость проходит через все части конструкции.

Два крайних слоя имеют уплотнения и подшипники для выходного вала. Они также изолируют две части корпуса, в которых расположены роторы. Внутренние поверхности этих частей являются гладкими, что обеспечивает надлежащее уплотнение роторов. Впускной порт подачи расположен в каждой из крайних частей.

Часть корпуса, в которой расположен ротор (обратите внимание на расположение выпускного порта)

Следующий слой включает корпус ротора овальной формы и выпускной порт. В этой части корпуса установлен ротор.

Центральная часть включает два впускных порта — по одному для каждого ротора. Она также разделяет роторы, поэтому ее внутренняя поверхность является гладкой.

В центре каждого ротора расположено зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев, которое вращается вокруг меньшей шестерни, установленной на корпусе двигателя. Она определяет траекторию вращения ротора.

Мощность роторного двигателя

В центральной части расположен впускной порт для каждого ротора

Как и поршневые двигатели, в роторном двигателе внутреннего сгорания используется четырехтактный цикл. Но в роторном двигателе такой цикл осуществляется иначе.

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал выполняет три оборота.

Основным элементом роторного двигателя является ротор. Он выступает в роли поршней в обычном поршневом двигателе. Ротор установлен на большом круглом кулачке выходного вала. Кулачок смещен относительно центральной оси вала и выступает в роли коленчатой рукояти, позволяя ротору вращать вал. Вращаясь внутри корпуса, ротор толкает кулачок по окружности, поворачивая его три раза за один полный оборот ротора.

Размер камер, образованных ротором, изменяется при его вращении. Такое изменение размера обеспечивает насосное действие. Далее мы рассмотрим каждый из четырех тактов роторного двигателя.

Впуск

Такт впуска начинается при прохождении вершины ротора через впускной порт. В момент прохождения вершины через впускной порт, объем камеры приближен к минимальному. Далее объем камеры увеличивается, и происходит всасывание топливовоздушной смеси.

При дальнейшем повороте ротора, камера изолируется, и начинается такт сжатия.

Сжатие

При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, и происходит сжатие топливовоздушной смеси. При прохождении ротора через свечи зажигания, объем камеры приближен к минимальному. В этот момент происходит воспламенение.

Рабочий такт

Во многих роторных двигателях установлено две свечи зажигания. Камера сгорания имеет достаточно большой объем, поэтому при наличии одной свечи, воспламенение происходило бы медленнее. При воспламенении топливовоздушной смеси образуется давление, приводящее ротор в движение.

Давление сгорания вращает ротор в сторону увеличения объема камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, вращая ротор и создавая мощность до момента прохождения вершины ротора через выпускной порт.

Выпуск

При прохождении ротора через выпускной порт, газы сгорания под высоким давлением выходят в выхлопную систему. При дальнейшем вращении ротора, объем камеры уменьшается, выталкивая оставшиеся выхлопные газы в выпускной порт. К тому моменту, как объем камеры приближается к минимальному, вершина ротора проходит через впускной порт, и цикл повторяется.

Необходимо отметить, что каждая из трех сторон ротора всегда вовлечена в один из тактов цикла, т.е. за один полный оборот ротора осуществляется три рабочих такта. За один полный оборот ротора, выходной вал совершает три оборота, т.к. на один оборот вала приходится один такт.

Различия и проблемы

По сравнению с поршневым двигателем, роторный двигатель имеет определенные отличия.

Меньше движущихся деталей

В отличие от поршневого двигателя, в роторном двигателе используется меньше движущихся деталей. Двухроторный двигатель включает три движущиеся детали: два ротора и выходной вал. Даже в простейшем четырехцилиндровом двигателе используется не менее 40 движущихся деталей, включая поршни, шатуны, распредвал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, ремень ГРМ и коленвал.

Благодаря уменьшению количества движущихся деталей, повышается надежность роторного двигателя. По этой причине некоторые производители вместо поршневых двигателей используют роторные на своих воздушных судах.

Плавная работа

Все части роторного двигателя вращаются непрерывно в одном направлении, а не постоянно меняют направление движения, как поршни в обычном двигателе. В роторных двигателях используются сбалансированные вращающиеся противовесы, предназначенные для гашения вибраций.

Подача мощности также обеспечивается более плавно. В связи с тем, что каждый такт цикла протекает за поворот ротора на 90 градусов, и выходной вал совершает три оборота на каждый оборот ротора, каждый такт цикла протекает за поворот выходного вала на 270 градусов. Это значит, что двигатель с одним ротором обеспечивает подачу мощности при 3/4 оборота выходного вала. В одноцилиндровом поршневом двигателе, процесс сгорания происходит на 180 градусах каждого второго оборота, т.е. 1/4 каждого оборота коленвала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленная работа

В связи с тем, что ротор вращается со скоростью, равной 1/3 скорости вращения выходного вала, основные движущиеся детали роторного двигателя движутся медленнее, чем детали в поршневом двигателе. Благодаря этому, также обеспечивается надежность.

Проблемы

Роторные двигатели имеют ряд проблем:
  • Сложное производство в соответствии с нормами состава выбросов.
  • Затраты на производство роторных двигателей выше по сравнению с поршневыми, так как количество производимых роторных двигателей меньше.
  • Расход топлива у автомобилей с роторным двигателей выше по сравнению с поршневыми двигателями, в связи с тем, что термодинамический КПД снижен из-за большого объема камеры сгорания и низкого коэффициента сжатия.

Здравствуйте уважаемые автолюбители и читатели блога.Сегодня расскажу Вам, об альтернативном типе двигателя внутреннего сгорания, а именно роторном или же двигателе Ванкеля. Почему его называют роторным? Какие преимущества роторного двигателя внутреннего сгорания, перед обычным поршневым? Из чего он сделан и принцип его работы, почему не получил популярность и многое другое расскажу в этой статье.И так начнем,

Принцип работы роторного двигателя

В отличии, от обычного поршневого двигателя роторный не совершает возвратно поступательных движений, а просто крутится, следовательно и затраты на остановку в верхних и нижних мертвых точках нет. Благодаря этому свойству двигатель Ванкеля высокооборотистый.В плоском цилиндре находится ротор. Цилиндр сделан не круглый, а овальный, ротор имеет треугольную форму. В отличии, от поршневого у роторного двигателя нет коленвала, шатунов, противовесов, головки блока (с клапанами), что делает его конструкцию проще.
Почему не прижился роторный двигатель?

Недостатки роторного двигателя:

Так как пятно контакта ротора со стенками цилиндра небольшое, стала проблема герметизация камеры сгорания, впуска-выпуска. Так как при трении металл нагревается и расширяется, то без высокоточных расчетов не было бы никакого эффекта, компрессия бы падала, уменьшался бы КПД при прогревании двигателя. Роторный двигатель склонен к перегревам в отличии от поршневого ДВС.Из рисунка видно что сам овал нагревается неравномерно: в камере сгорания температура выше, чем во впуске – выпуске, следовательно, цилиндр расширяется в разных местах по разному и приходится использовать высокотехнологический материал в разных местах цилиндра.Чтобы поджечь топливо используют две свечи зажигания из за особенностей камеры сгорания, и в отличии от четырехтактного поршневого двигателя мощность выдается 3 /4 рабочего времени ДВС (как 6 цилиндровый), а КПД составляет около 40% против 20% у поршневого двигателя.Это можно отнести к преимуществам роторного двигателя.Из-за таких особенностей ресурс двигателя маленький 60 -80 тыс. км., что делает его непригодным для повседневной езды в городе, к этому же добавляется большой расход топлива на малых оборотов, опять же в сравнении с обычным ДВС. При объеме 1.3 литра двигатель Ванкеля может потреблять до 20 литров топлива в городе и выдавать мощность 250 л.с. и этом быть малогабаритным.Поэтому такой тип двигателя подходит для гонок, где нужна динамика.В нашей стране был разработан такой двигатель и устанавливался на классику (ВАЗ 21079) для спецслужб, но не прижился. Одним из самых распространенных автомобилей с двигателем Ванкеля является Mazda RX 8, который совершенствует его.

Роторный двигатель является одной из разновидностей тепловых ДВС. Первый роторный двигатель, принцип работы которого кардинально отличается от традиционного двигателя внутреннего сгорания, появился в 19 веке.

Его особенностью было использование не возвратно поступательных движений, как в классическом ДВС, а вращение в специальном овальном корпусе трехгранного ротора. Такая схема применялась в первых поршневых паровых машинах и дала толчок к активному проектированию и созданию роторных паровых двигателей. С роторного парового двигателя и начиналась история двигателя внутреннего сгорания роторного типа. Впервые схему классического роторно-поршневого (двигателя Ванкеля) разработали в конце 1950-х годов в немецкой фирме NSU, авторами стали Феликс Ванкель и Вальтер Фройде.

Конструкция

Давайте рассмотрим основные части РПД:

  • корпус двигателя;
  • ротор;
  • выходной вал.

Как и любой другой двигатель внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля имеет корпус, который включает основную рабочую камеру, в нашем случае – овальной формы.

Форма камеры сгорания (овал) обусловлена применением трехгранного ротора, грани которого при соприкосновении со стенками камеры сгорания овальной формы образуют изолированные закрытые контуры. В этих изолированных контурах и происходят все такты работы РПД:

Такая компоновка позволяет обойтись без впускных и выпускных клапанов. Впускные и выпускные отверстия находятся по бокам камеры сгорания, а соединены напрямую к системе питания и системе выпуска отработанных газов.

Следующей составной частью роторного мотора является непосредственно ротор. В РПД ротор выполняет функцию поршней в обычном двигателе. Своей формой ротор похож на треугольник с закругленными наружу краями и вдающимися внутрь гранями. Закругление краев ротора необходимо для лучшего уплотнения камеры сгорания. Выборка внутри грани нужна для увеличения объема камеры сгорания, правильного горения топливно-воздушной смеси и увеличения скорости вращения ротора. Вверху каждой грани и по ее бокам находятся металлические пластины, задача которых состоит в уплотнении камеры сгорания, аналогично поршневым кольцам классического ДВС. Внутри ротора расположены зубцы, вращающие привод, который, в свою очередь, вращает выходной вал.

Классический мотор имеет коленчатый вал, в РПД его функцию выполняет выходной вал. Относительно центра выходного вала расположены выступы-кулачки в форме полукругов. Выступы-кулачки несимметричны по отношению к центру и явно смещены относительно центра оси. На каждый выступ-кулачок выходного вала приходится по своему ротору. Вращательное движение каждого ротора, передаваемое на выступ-кулачок, заставляет выходной вал вращаться вокруг своей оси, что, в свою очередь, создает крутящий момент на выходном валу.

Рабочие такты РПД

Давайте теперь более подробно рассмотрим принцип работы роторного двигателя и рабочие процессы, происходящие внутри него. Как и классический мотор, двигатель Ванкеля имеет те же такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска.

Начало такта впуска происходит в момент прохода одной из вершин ротора впускного канала корпуса мотора. В этот момент в постепенно расширяющуюся камеру сгорания всасывается топливно-воздушная смесь либо просто воздух, в зависимости от компоновки системы подачи топлива. При дальнейшем вращении ротора к точке, когда вторая вершина проходит впускной канал, начинается такт сжатия топливно-воздушной смеси. Давление смеси вместе с движением ротора постепенно нарастает и достигает своего пика в момент прохождения зоны свечей зажигания. В момент воспламенения начинается такт рабочего хода ротора.

В связи с особой формой камеры сгорания, вытянутой вдоль стенки корпуса, целесообразно использовать две свечи зажигания. Использование двух свечей позволяет быстро и равномерно произвести поджиг топливно-воздушной смеси, что гарантирует быстрое, плавное и равномерное распространение фронта пламени.

Две свечи может иметь и обычный поршневой мотор, например некоторые спортивные двигатели, но в РПД использование двух свечей зажигания просто необходимо.

Образовавшееся давление газов поворачивает ротор на эксцентрике вала, что в свою очередь приводит к возникновению крутящего момента на выходном валу. При приближении к выпускному каналу вершины ротора давление в камере сгорания плавно снижается. Вращаясь по инерции, вершина ротора достигает выпускного канала, начинается такт выпуска. Выхлопные газы устремляются в выпускной канал, и как только вершина ротора достигает впускного канала, снова начинается такт впуска.

Система питания и смазка

Роторный мотор не имеет принципиальных отличий от классического ДВС в системах зажигания, топливоподачи и охлаждения. Однако система смазки имеет свои особенности. Для смазывания движущихся частей масло подается прямо в камеру сгорания через специальное отверстие, поэтому сгорает вместе с топливно-воздушной смесью как в двухтактном двигателе.
Как и любая техническая конструкция, роторный мотор обладает своими преимуществами и недостатками.

Достоинствами роторно-поршневого двигателя

  1. Обладая малым весом и габаритами, роторный мотор имеет больше возможностей для достижения правильной развески и улучшения управляемости, а так же делает автомобиль более просторным в салоне;
  2. более высокая удельная мощность по сравнению с классическими моторами;
  3. более ровная и широкая полка крутящего момента;
  4. отсутствие кривошипно-шатунного механизма, клапанов, пружин, газораспределительного механизма, а вместе с ним и распредвалов, ремня грм или цепи;
  5. хорошая сбалансированность и плавность работы РПД, которую можно сравнить с работой рядной «шестерки»;
  6. меньшая склонность к детонации;
  7. отсутствие кривошипно-шатунного механизма, а вследствие этого отсутствие необходимости преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращение коленчатого вала, делает РПД более оборотистым нежели обычный мотор;

Недостатки

  1. Необходимость применения эксцентрикового механизма для соединения ротора и вала увеличивает давление между трущимися деталями, что вместе с высокой температурой повышает износ двигателя. Именно поэтому выдвигаются повышенные требованию к качеству масла и периодичности его смены;
  2. быстрый износ уплотнителей ротора вследствие малой площади пятна контакта и высокому перепаду давлений. Таким образом, роторный мотор быстро теряет свой КПД, экологические показатели ухудшаются;
  3. линзовидная форма камеры сгорания гораздо хуже отдает тепло, нежели сферическая камера сгорания, что обуславливает склонность к перегреву;
  4. низкие показатели экономичности на малых и средних оборотах, по сравнению с обычным двигателем внутреннего сгорания;
  5. роторный мотор имеет очень высокие требования к обработке деталей и квалификации персонала при производстве данного типа двигателя;
  6. необходимость добавления масла во время рабочих тактов РПД обуславливает плохие экологические характеристики;

Современные реалии

В настоящее время наибольших успехов в производстве роторных двигателей добились инженеры корпорации Mazda. Последняя генерация их двигателя Ванкеля, под названием «Renesis», совершила настоящий прорыв. Им удалось не только решить главные проблемы данного типа ДВС, такие как повышенный расход топлива и токсичность, но и снизить потребление масла на 50%, тем самым доведя экологические показатели до норм Euro 4. Новое поколение РПД Mazda могут использовать в качестве топлива как бензин, так и водород, что делает этот мотор интересными и перспективными для использования в будущем.

Когда автомобили с поршневыми двигателями внутреннего сгорания уже широко распространились по всему миру, некоторые инженеры попытались разработать роторные двигатели, такие же эффективные и мощные. Существенных успехов добились специалисты из Германии, что неудивительно, ведь именно в этой стране изобрели автомобиль.

Немного истории

В 1957 году свет увидел первый роторно-поршневой двигатель. Впоследствии он был назван именем одного из разработчиков — Феликса Ванкеля. Второй человек, Вальтер Фройде, участвующий в процессе изобретения, незаслуженно попал в тень соавтора. Оба инженера были представителями немецкой компании NSU, производившей авто и мототехнику.

Годом позднее выпустили первый автомобиль с РПД. К сожалению, даже главных конструкторов модель новой машины не удовлетворила. Дви́гатель доработали, и в конце 60-х годов на свет появился седан, получивший звание «Авто года». Это был Ro-80 той же компании NSU. До 100 км он разгонялся всего за 12,8 с, развивал скорость до 180 км/ч, а весил немногим больше тонны. По тем временам это были грандиозные показатели. Лицензию на производство роторных моторов стали сразу же приобретать одна автомобильная компания за другой.

Неизвестно, как сложилась бы судьба изобретения Ванкеля, если бы в 1973 году не начался энергетический кризис, и цены на нефть резко повысились. Роторный двигатель внутреннего сгорания съедал слишком много топлива, поэтому от его применения начали отказываться.

В конце 90-х авто с моторами Ванкеля выпускали только Россия и Япония. Российские автомобили ВАЗ, оснащенные РПД, малоизвестны, а вот японским моделям удалось добиться мировой популярности.

В настоящее время автомобили с роторными двигателями производит лишь компания Mazda. Японским специалистам удалось усовершенствовать автомобильный мотор до такой степени, что он стал потреблять в 2 раза меньше масла и на 40% меньше топлива. Токсичность выхлопов также сократилась, и двигатель теперь соответствует европейским экологическим стандартам. Новым витком в развитии РПД стало применение водорода в качестве топлива.


Основы устройства роторного двигателя

Чтобы понять, как работает роторный двигатель, надо разобраться с его устройством. Две важные детали РПД — ротор и статор. Ротор, установленный на валу, вращается вокруг неподвижной шестерни — статора. Соединение с шестерней происходит посредством зубчатого колеса. Делают ротор из легированной стали и помещают в цилиндрический корпус.

Ротор двигателя в поперечном срезе имеет треугольную форму, его грани выпуклые, а три вершины постоянно контактируют с внутренней поверхностью корпуса. Таким образом, пространство цилиндра разделяется на три камеры. В результате вращения объем камер меняется. В определенный момент, из-за особенностей формы профиля корпуса, камер становится четыре.

  • На первом этапе в одну из камер через отверстие (впускное окно) запускается топливо.
  • Далее объем камеры с топливом уменьшается, впускное окно полностью закрывается и начинается сжатие топлива.
  • На следующем этапе образуется четыре камеры, срабатывают свечи (их две), происходит возгорание топлива, и совершается полезная работа мотора.
  • При дальнейшем вращении ротора открывается выпускное окно, в которое выходят продукты горения (выхлопные газы).


Как только выпускное окно закрывается, открывается впускное отверстие и цикл повторяется.

Один рабочий цикл совершается за один полный оборот вала. Чтобы поршневой двигатель совершил такую же работу, он должен быть двухцилиндровым.

Для обеспечения герметичности на вершинах ротора устанавливают уплотнительные пластины. К цилиндру их придавливают пружины и центробежная сила, добавляется также давление газа.

Чтобы лучше понять, как устроен роторный двигатель, и что это такое вообще, необходимо изучить схему. На ней представлено поперечное сечение агрегата и процессы, происходящие при движении ротора. Схема роторного мотора показывает, какие этапы проходит ротор, играющий роль поршня.

Типы роторных двигателей

Древнейшие роторные двигатели — это водяные мельницы, в которых колесо вращается от действия воды и передает энергию валу. Устройство современно роторного двигателя, работающего на топливе, значительно сложнее. В нем камера может быть:

  • герметично закрыта;
  • постоянно контактировать с внешней средой.


Первый тип устройств применяют на средствах передвижения, а второй в газовых турбинах. Двигатели с закрытой камерой в свою очередь разделяются на несколько видов. Классификация роторных моторов следующая.

  1. Ротор вращается попеременно то в одну, то в другую сторону, его движение неравномерно.
  2. Вращение происходит в одну сторону, но скорость меняется, движение пульсирующее.
  3. Двигатели с уплотнительными заслонками, сделанными в виде лопастей.
  4. Равномерно вращающийся ротор с заслонками, которые движутся вместе с ротором и выполняют функцию уплотнителя.
  5. Двигатели с ротором, совершающим планетарное движение.

Существует также еще два вида типа роторных двигателей, в которых главный элемент равномерно вращается. Они отличаются организацией рабочей камеры и конструкцией уплотнителей. Двигатель Ванкеля относится к пятому пункту из представленного выше списка.

Преимущества РПД

Рассмотрев устройство роторного двигателя и принцип работы, можно понять, что он полностью отличается от поршневого. Роторный двигатель внутреннего сгорания более компактный, состоит из меньшего количества деталей, а его удельная мощность больше, чем у поршневого мотора.

РПД легче уравновесить, чтобы свести вибрации к минимуму. Это позволяет устанавливать его на легкий транспорт, например, микроавтомобили.

Количество деталей меньше, чем у поршневого двигателя почти в 2 раза. Размеры тоже значительно меньше, и такое преимущество упрощает развесовку по осям, позволяет добиться большей устойчивости на дороге.


Традиционный поршневой двигатель совершает полезную работу только за два оборота вала, а в роторном двигателе полезная работа совершается за один оборот ротора. Это является причиной быстрого разгона автомобилей с РПД.

Высокий расход топлива РПД

Устройство и принцип работы роторного двигателя на удивление просты, понятны и остроумны. Почему же он не получил распространения подобно поршневому ДВС? Не последнее место здесь занимает экономичность.

Роторный двигатель внутреннего сгорания потребляет слишком много топлива. При объеме всего 1,3 литра на каждые 100 км уходит почти 20 литров бензина. По этой причине запускать массовое производство автомобилей с РПД решились не многие компании.

В свете последних событий на Ближнем Востоке, когда за ресурсы ведется ожесточенная война, а цены на нефть и газ остаются по-прежнему довольно высокими, ограниченное применение РПД вполне понятно.

Другие важные недостатки

Следующим недостатком роторно-поршневого двигателя является быстрый износ уплотнителей, расположенных по ребрам ротора. Износ этот происходит по причине быстрого вращения, и как следствие, трения ребер о стенки камеры.


В дополнение к этому усложняется система смазки ребер. Компания Мазда сделала форсунки, которые впрыскивают масло в камеру сгорания. В связи с этим требования к качеству масла повысились. Постоянной обильной смазки также требует главный вал, вокруг которого происходит движение.

Техническое решение вопросов смазки требовало особого подхода, и справиться с задачей смогли только японские инженеры после долгих лет экспериментов.

Температура выхлопных газов у РПД выше, чем у поршневого двигателя. Это связано с относительно малой длиной рабочего хода грани ротора. Процесс горения едва успевает закончиться, как грань уже переместилась настолько, что открывается выпускное окно. В результате в выхлопную трубу выходят газы, которые полностью не передали давление ротору, и температура их высока. В атмосферу также попадает небольшая часть недогоревшей топливной смеси, что отрицательно сказывается на окружающей среде.

В роторном двигателе сложно обеспечить герметичность камеры сгорания. В процессе работы стенки статора неравномерно разогреваются и расширяются. В результате возможны утечки газа. Особенно нагревается та часть, в которой происходит сгорание. Чтобы справить с этой проблемой, различные части делают из разных сплавов. Это в свою очередь усложняет и удорожает процесс производства двигателей.


На стоимость производства роторно-поршневых двигателей Ванкеля не лучшим образом влияет сложная форма камеры. На самом деле у цилиндра не овальное сечение, как иногда говорят. Сечение имеет форму эпитрохоида и требует высокоточного исполнения.

Итак, становится понятно, что у роторного двигателя есть плюсы и минусы. Их можно свести в следующую таблицу.

Из-за быстрого износа деталей ресурс роторного двигателя составляет около 65 тыс. км. Для сравнения ресурс традиционного двигателя внутреннего сгорания в 2, а то и в 3 раза больше. Обслуживание роторно-поршневых двигателей требует большей ответственности, поэтому они привлекают внимание преимущественно профессионалов. Частично инженерам удалось устранить недостатки автомобилей с РПД, но некоторые из них все же остались.

Роторно-поршневые двигатели Мазды

В то время как другие мировые производители отказались от производства роторных двигателей, корпорация Mazda продолжила работу над ними. Ее специалисты усовершенствовали конструкцию и получили мощный мотор, способный конкурировать с лучшими европейскими агрегатами.

Работать с роторно-поршневым двигателем японцы начали еще в 1963 году. Они выпустили несколько моделей автобусов, грузовиков и легковых авто.

С 1978 по 2003 год компания производила знаменитый спорткар RX-7. Его приемником стала модель RX-8, получившая более 30 наград на международных моторных выставках.

На RX-8 был установлен двигатель Renesis (Rotary Engine Genesis). В разной комплектации автомобиль продавался по всему миру. Самые мощные модели (250 л. с., 8,5 тыс. оборотов в минуту) продавали в Северной Америке и Японии. В 2007 годы в Токио на автосалоне представили концепт кар с мотором Renesis II мощность 300 л. с.

В 2009 году автомобили Мазда с роторным мотором были запрещены в Европе, поскольку выброс углекислого газа превышал существующие на тот момент нормы. В 2102 году массовое производство японских автомобилей с роторными двигателями было прекращено. На данный момент РПД от компании Mazda устанавливают только на спортивные гоночные автомобили.

принцип работы / блог сообщества Смотра Самара / smotra.ru

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.

В этой статье я подробно расскажу, как работает роторный двигатель. Давайте начнем с основных принципов его работы.

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.

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 RX-8

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

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

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.

Подача

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.

Выхлоп

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

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.



достойный пример … обладателя ротора … комментим …

Устройство роторного двигателя. Принцип работы роторного двигателя — видео

Автор Master OffRoad На чтение 13 мин. Просмотров 1.3k. Опубликовано

История создания роторного двигателя


Второе имя роторного двигателя (РПД) — ванкель (этакий аналог дизеля). Именно Феликсу Ванкелю сегодня приписываются лавры изобретателя роторно-поршневого двигателя и даже рассказывается трогательная история о том, как Ванкель шел к поставленной цели тогда же, когда Гитлер шел к своей.

На самом деле все было чуточку иначе: талантливый инженер, Феликс Ванкель действительно трудился над разработкой нового, простого двигателя внутреннего сгорания, но это был другой двигатель, основанный на совместном вращении роторов.

После войны Ванкель был привлечен немецкой фирмой NSU, занимавшейся в основном выпуском мотоциклов, в одну из рабочих групп, трудившихся над созданием роторного двигателя под руководством Вальтера Фройде.

Вклад Ванкеля — это обширные исследования уплотнений вращающихся клапанов. Базовая схема и инженерная концепция принадлежат Фройде. Хотя у Ванкеля был патент на двойственное вращение.

Первый двигатель имел вращающуюся камеру и неподвижный ротор. Неудобство конструкции навело на мысль поменять схему местами.

Первый двигатель с вращающимся ротором начал работу в середине 1958 года. Он мало отличался от своего потомка наших дней — разве что свечи пришлось перенести на корпус.

Феликс Ванкель и его первый роторный двигатель

Вскоре фирма объявила о том, что ей удалось создать новый и очень перспективный двигатель. Почти сотня компаний, занимающихся производством автомобилей, закупила лицензии на выпуск этого мотора. Треть лицензий оказалась в Японии.

Строение и принцип работы роторного двигателя

Схема работы роторного двигателя представляет собой нечто совершенно иное, чем обычный ДВС. Во-первых, следует оставить в прошлом конструкцию двигателя внутреннего сгорания, известную нам. А во-вторых, попытаться впитать в себя новые знания и понятия.

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.

РПД назван так из-за ротора, то есть такой части мотора, которая движется. Благодаря этому движению мощность передаётся на сцепление и КПП. По сути, ротор выталкивает энергию топлива, которая затем передаётся колёсам через трансмиссию. Сам ротор выполнен обязательно из легированной стали и имеет, как и говорилось выше, форму треугольника.

Капсула, где находится ротор, — это своеобразная матрица, центр вселенной, где все процессы и происходят. Другими словами, именно в этом овальном корпусе происходит:

  • сжатие смеси;
  • топливный впрыск;
  • поступление кислорода;
  • зажигание смеси;
  • отдача сгоревших элементов в выпуск.

Одним словом, шесть в одном, если хотите.

Сам ротор крепится на специальном механизме и не вращается вокруг одной оси, а как бы бегает. Таким образом, создаются изолированные друг от друга полости внутри овального корпуса, в каждой из которых и происходит какой-либо из процессов. Так как ротор треугольный, то полостей получается всего три.

Всё начинается следующим образом: в первой образующейся полости происходит всасывание, то есть камера наполняется воздушно-топливной смесью, которая здесь же перемешивается. После этого ротор вращается и толкает эту перемешанную смесь в другую камеру. Здесь смесь сжимается и воспламеняется при помощи двух свечей.

Смесь после этого идёт в третью полость, где и происходит вытеснение частей использованного топлива в систему выхлопа.

Это и есть полный цикл работы РПД. Но не всё так просто. Это мы рассмотрели схему РПД только с одной стороны. А действия эти проходят постоянно. Если говорить иначе, процессы возникают сразу с трёх сторон ротора. В итоге всего за единственный оборот агрегата повторяется три такта.


Как самому полировать фары автомобиля? Кроме того, японским инженерам удалось усовершенствовать роторный двигатель. Сегодня роторные двигатели Мазда имеют не один, а два и даже три ротора, что в значительной мере повышает производительность, тем более если сравнить его с обычным двигателем внутреннего сгорания. Для сравнения: двухроторный РПД сравним с шестицилиндровым ДВС, а 3-роторный с двенадцатицилиндровым. Вот и получается, что японцы оказались такими дальновидными и преимущества роторного мотора сразу распознали.

Опять же, производительность — это не одно достоинство РПД. Их у него много. Как и было сказано выше, роторный двигатель очень компактный и в нём используется на целых тысячу деталей меньше, чем в том же ДВС. В РПД всего две основные детали — ротор и статор, а проще этого ничего не придумаешь.

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.





Как самостоятельно полировать автомобиль? 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.

Конечно же, если бы у роторного мотора не было недостатков, то он обязательно бы применялся на современных автомобилях. Возможно даже, что, если бы роторный двигатель был безгрешен, мы и не узнали бы про двигатель поршневой, ведь роторный создали раньше. Затем человеческий гений, пытаясь усовершенствовать агрегат, и создал современный поршневой вариант мотора.

Но к сожалению, минусы у роторного двигателя имеются. К таким вот явным ляпам этого агрегата можно отнести герметизацию камеры сгорания. А в частности, это объясняется недостаточно хорошим контактом самого ротора со стенками цилиндра. При трении со стенками цилиндра металл ротора нагревается и в результате этого расширяется. И сам овальный цилиндр тоже нагревается, и того хуже — нагревание происходит неравномерно.

Если в камере сгорания температура бывает выше, чем в системе впуска/выпуска, цилиндр должен быть выполнен из высокотехнологичного материала, устанавливаемого в разных местах корпуса.

Для того чтобы такой двигатель запустился, используются всего две свечи зажигания. Больше не рекомендуется ввиду особенностей камеры сгорания. РПД наделён бывает совершенно иной камерой сгорания и выдаёт мощность три четверти рабочего времени ДВС, а коэффициент полезного действия составляет целых сорок процентов. По сравнению: у поршневого мотора этот же показатель составляет 20%.

Фазы работы

Как действует роторный двигатель? Принцип работы (gif-изображения и схему РПД вы можете увидеть ниже) данного мотора заключается в следующем. Функционирование двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:

  1. Подачи топлива. Это первая фаза работы двигателя. Она происходит в тот момент, когда вершина ротора находится на уровне отверстия подачи. Когда камера открыта для основного отсека, ее объем приближается к минимуму. Как только ротор вращается мимо нее, в отсек попадает топливно-воздушная смесь. После этого камера снова становится закрытой.
  2. Сжатия. Когда ротор продолжает свое движение, пространство в отсеке уменьшается. Таким образом, происходит сжатие смеси из воздуха и топлива. Как только механизм проходит отсек со свечей зажигания, объем камеры снова уменьшается. В этот момент происходит воспламенение смеси.
  3. Воспламенения. Зачастую роторный двигатель (ВАЗ-21018 в том числе) имеет несколько свечей зажигания. Это обусловлено большой длиной камеры сгорания. Как только свеча воспламеняет горючую смесь, уровень давления внутри увеличивается в десятки раз. Таким образом, ротор снова приводится в действие. Далее давление в камере и количество газов продолжают расти. В этот момент происходит перемещение ротора и создание крутящего момента. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет выхлопной отсек.
  4. Выпуска газов. Когда ротор проходит данный отсек, газ под высоким давлением начинает свободно перемещаться в выхлопную трубу. При этом движение механизма не прекращается. Ротор стабильно вращается до тех пор, пока объем камеры сгорания снова не упадет до минимума. К этому времени из мотора выдавится оставшееся количество отработавших газов.

Именно такой имеет роторный двигатель принцип работы. ВАЗ-2108, на который также монтировался РПД, как и японская «Мазда», отличался тихой работой мотора и высокими динамическими характеристиками. Но в серийное производство данная модификация так и не была запущена. Итак, мы выяснили, какой имеет роторный двигатель принцип работы.

Плюсы и минусы

Есть ряд преимуществ:

  • меньшее количество деталей, как минимум на 35% меньше относительно поршневого. Меньше деталей — меньше поломок;
  • если сопоставить с конкурентом такой же мощности, то РПД будет в 2 раза меньше по размеру;
  • отсутствие высокой нагрузки даже на больших оборотах и если на низких передачах разогнаться сильнее сотни километров в час;
  • меньше весит, поэтому машину проще уравновесить, она становится более устойчивой;
  • нет проблемы вибрации даже у самых легких авто. Поршневой вибрирует гораздо сильнее, ввиду чего роторный лучше сбалансирован.

Но есть и недостатки:

  • главный минус — небольшой ресурс, это издержка простой конструкции. Рабочий угол уплотнителей постоянно меняется, из-за чего они быстро изнашиваются. Износ усиливается и от того, что через каждый такт меняется температура. Вдобавок давление, оказываемое на трущиеся поверхности, от этого есть только одно средство — впрыскивание масла в коллектор;
  • при износе уплотнителей образуются утечки между камерами. Разница в давлении очень большая, от этого страдает КПД. Вред для экологии усиливается;
  • из-за серповидной конфигурации камер топливо сгорает не полностью. Из-за небольшой длины рабочего хода и скорости вращения ротора выталкиваются несгоревшие газы высокой температуры. Выделяются не только продукты сгорания бензина, но и масло, ввиду чего окружающая среда подвергается крайне негативному влиянию. Поршневые двигатели не настолько вредные для экологии;
  • про высокий расход топлива уже было сказано, но это касается не только бензина, но и масла. Такой двигатель съедает до литра на тысячу километров. Если забыть про масло, то можно столкнуться с необходимостью дорогого ремонта или вовсе замены мотора;
  • высокая себестоимость. Требуются качественные дорогие материалы и высокотехнологичное оборудование.

У роторного двигателя достаточно недостатков, но и его конкурент не совершенный. Поэтому соревнование между ними длилось достаточно долго. Сейчас гонка окончена, но никто не может сказать, навсегда или нет.

КПД роторно-поршневой конструкции

Не смотря на ряд недоработок, проведенные исследования показали, что общий КПД двигателя Ванкеля довольно-таки высокий по современным меркам. Его значение составляет 40 – 45%. Для сравнения, у поршневых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет 25%, у современных турбодизелей – около 40%. Самый высокий КПД у поршневых дизельных двигателей составляет 50%. До настоящего времени ученые продолжают работу по изысканию резервов для повышения КПД двигателей.

Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:

  1. Топливная эффективность (показатель, характеризующий рациональное использование горючего в моторе).

Исследования в этой области показывают, что только 75% горючего сгорает в полном объеме. Есть мнение, что данная проблема решается путем разделения процессов сгорания и расширения газов. Необходимо предусмотреть обустройство специальных камер при оптимальных условиях. Горение должно происходить в замкнутом объеме, при условии нарастания температурных показателей и давления, расширительный процесс должен происходить при невысоких показателях температур.

  1. КПД механический (характеризует работу, результатом которой стало образование переданного потребителю крутящего момента главной оси).

Порядка 10% работы мотора расходуется на приведение в движение вспомогательных узлов и механизмов. Исправить данную недоработку можно путем внесения изменений в устройство двигателя: когда главный движущийся рабочий элемент не прикасается к неподвижному корпусу. Постоянное плечо крутящего момента должно присутствовать на всем пути следования основного рабочего элемента.

  1. Термическая эффективность (показатель, отражающий количество тепловой энергии, образованной от сжигания горючего, преобразующейся в полезную работу).

На практике 65% полученной тепловой энергии улетучивается с отработанными газами во внешнюю среду. Ряд исследований показал, что можно добиться повышения показателей термической эффективности в том случае, когда конструкция мотора позволяла бы осуществлять сгорание горючего в теплоизолированной камере, чтобы с самого начала достигались максимальные показатели температуры, а в конце эта температура понижалась до минимальных значений путем включения паровой фазы.

Перегревы и высокие нагрузки

Также из-за особой конструкции данный агрегат был часто подвержен перегреву. Вся проблема заключалась в линзовидной форме камеры сгорания.


В отличие от нее, классические ДВС имеют сферическую конструкцию камеры. Топливо, которое сгорает в линзовидном механизме, превращается в тепловую энергию, расходуемую не только на рабочий ход, но и на нагрев самого цилиндра. В конечном итоге частое «закипание» агрегата приводит к быстрому износу и выходу его из строя.

Ресурс

Не только цилиндр терпит большие нагрузки. Исследования показали, что при работе ротора значительная часть нагрузок ложится на уплотнители, расположенные между форсунками механизмов. Они подвергаются постоянному перепаду давления, потому максимальный ресурс двигателя составляет не более 100-150 тысяч километров.


После этого мотору требуется капитальный ремонт, стоимость которого порой равносильна покупке нового агрегата.

Машины с роторным двигателем

В разработке усовершенствованных концепций силового агрегата с базовым элементом конструкции в виде подвижного ротора участвовали и российские конструкторы, включая Зуева, Желтышева, ингушских изобретателей братьев Ахриевых.

Игнорируя инновации, на автомобили по-прежнему устанавливают двигатели Ванкеля.

В число моделей с РПД входят:

  1. Мазда RX-8. Конструкторское бюро японского концерна достигло прогресса в усовершенствовании. Их последняя разработка вместимостью 1,3 л развивает мощность 215 л.с. Более поздняя версия с аналогичным объемом выдает 231 л.с. Производство прекращено с августа 2011 г. в результате снижения спроса.
  2. ВАЗ 2109-90. Такими машинами пользовались в служебных целях сотрудники российских правоохранительных органов. Милицейские автомобили за 8 секунд могли разогнаться до 100 км/ч и развивали скорость 200 км/ч, легко догоняя преступников. Производились и агрегаты с большей мощностью. Но большая цена и малый ресурс не позволили прижиться РПД, и полицейским пришлось пересесть на транспортные средства с поршневыми моторами.
  3. Мерседес С-111. Впервые был представлен автолюбителям на женевском автосалоне в 1970 г. Спортивный автомобиль оснащался трехкамерным двигателем Ванкеля. Максимальная скорость составляла 275 км/ч. На разгон до первой сотни уходило 5 секунд.
  4. ВАЗ 21019 Аркан. Модель также закупалась для нужд МВД. Советских милиционеров на таких машинах догнать было невозможно и, тем более, уйти от погони. Большинство преследований завершалось поимкой преступников. Объяснение тому – способность служебного транспорта развивать предельную скорость 160 км/ч. Трехсекционный мотор в 1,3 л выдавал 120 л.с.

Видео: как устроен и работает роторный двигатель

Подведем итоги

Моторы роторно-поршневого типа превосходно показывают себя в гонках. У них есть для этого высокая мощность, большое количество оборотов. Немаловажно, что машины на нем очень легкие относительно других, так как двигатель меньше и легче. Ресурс двигателя для гонок — не самый важный показатель, как и прожорливость. Но в обычной жизни нельзя этого не учитывать.

Вне недостатки обусловлены строением и принципом работы роторно-поршневого двигателя. Их нельзя отнести к недоработкам, скорее, это особенности. Но в теории есть способ вновь начать пользоваться РПД. Для этого нужно сделать его более экологичным, повысить ресурс и сделать его более экономичным.

Источники

  • https://dolauto.ru/informations/articles/chto-takoe-rotornyy-dvigatel/
  • https://krossovery.info/princip-raboty-rotornogo-dvigatelya-plyusy-i-minusy-sistemy/
  • https://www.syl.ru/article/158520/new_rotornyiy-dvigatel-printsip-rabotyi-plyusyi-i-minusyi-rotornogo-dvigatelya
  • https://geekometr.ru/statji/kak-rabotaet-rotorno-porshnevoy-dvigatel-v-mashine.html
  • https://zewerok.ru/dvigatel-vankelya/
  • https://remontautomobilya.ru/princip-raboty-rotornogo-dvigatelya-plyusy-i-minusy.html

Принцип работы роторного двигателя — основные нюансы + видео

Роторный двигатель  – представитель класса двигателей внутреннего сгорания, где энергия сгорания топлива превращается в движущую силу, заставляя чувствовать свободу сидя за рулем автомобиля. Кроме названия роторный можно встретить второе название данного силового агрегата – двигатель Ванкеля, по имени его создателя Феликса Ванкеля.

Познакомимся с принципом работы роторного двигателя.

И начнем с того, что роторный мотор имеет те же фазы работы, что и поршневой: впуск, сжатие, поджигание смеси (зажигание) и выпуск. В остальном же такой двигатель неповторим.

Итак, в основе роторного двигателя Ванкеля лежит ротор, имеющий форму в поперечном сечении близкую к треугольнику с выпуклыми сторонами. Каждая из таких сторон ротора, по сути, является поршнем.

Вторым значимым элементом роторного двигателя является корпус, внутри которого вращается ротор. Сам корпус имеет эпитрохоидальную форму (форму близкую к овалу). Ротор вращается в корпусе по эксцентричной оси, образуя тем самым между стенками корпуса и сторонами ротора три замкнутые камеры, объем которых при вращении ротора меняется.

Именно изменение объема камер при вращении ротора и создает в различных точках вращения необходимое всасывание воздушно топливной смеси:

  • объем камеры увеличивается, смесь затягивается через впускное отверстие;
  • далее идет уменьшение камеры, тем самым провоцируя наступление второй фазы — сжатия, где при прохождении точки максимального сжатия возникает воспламенение воздушно-топливной смеси;
  • далее расширение газов толкает ротор в дальнейшем направлении (тем самым и создается движущая сила), вызывая выпуск отработанных газов;
  • в дальнейшем цикл повторяется.

Таким образом, ротор, вращаясь, имеет три камеры, где поочередно происходят этапы всасывания, сжатия, зажигания и выпуска. При этом возвратно-поступательное движения в таком двигателе отсутствуют (не то что в поршневом), а значит — нет необходимости в газораспределительной системе, так как эту роль выполняет сам ротор, открывая и закрывая собой при вращении впускной и выпускной каналы.

Вся эта магия при меньших размерах двигателя и отсутствии возвратно-поступательных движений (меньше количество деталей) придает авто большую мощность, динамику, надежность и небольшой вес. Отсюда вывод, что такой двигатель идеален для спортивных автомобилей.

В заключении, хотелось бы назвать ключевые недостатки двигателя Ванкеля, которые не дали этому силовому агрегату сыскать ту же популярность, какую обрели поршневые движки. Конечно, со многими из них уже довольно успешно борются автопроизводители, но знать их все же стоит.

Недостатки роторного двигателя.

  1. Большой расход топлива, а значит – и низкая экологичность по сравнению с поршневыми собратьями. Причина этого – неидеальная для таких целей форма камеры сгорания (она имеет форму молодой Луны).
  2. Высокая теплопротводность рабочих элементов (вытекает из предыдущего недостатка), что создает дополнительную нагрузку на элементы мотора и требует применения более теплостойких материалов.
  3. Непосредственно сам ротор, а точнее его грани: вращаясь, каждая грань должна идеально плотно скользить в теле корпуса, что требует идеальной точности изготовления и прочности самих граней ротора (ведь небольшие пропуски снизят давление при сжатии, как итог, уменьшив мощность), что весьма трудноосуществимо и накладно.

Видео.

Рекомендую прочитать:

Конструкция, принцип работы, типы и отличия

Электромагнитное вращение является первой роторной машиной и было разработано «Ányos Jedlik» с 1826 по 1827 год с помощью коммутатора и электромагнитов. В двигателе или генераторе обе части, такие как ротор и статор, играют ключевую роль. Основное различие между ними заключается в том, что статор является неактивной частью двигателя, тогда как ротор является вращающейся частью. Точно так же асинхронные двигатели, такие как асинхронные, и синхронные двигатели, такие как генераторы переменного тока и генераторы, включают электромагнитную систему, которая включает в себя статор и ротор.В асинхронном двигателе доступны два типа конструкции, такие как короткозамкнутая обмотка и обмотка. В генераторах переменного тока и генераторах доступны два типа конструкций: явно выраженный полюс или цилиндрическая форма. В этой статье обсуждается обзор ротора в двигателе/генераторе.


Что такое ротор?

Определение: Это движущаяся часть в электромагнитной системе двигателя, генератора и генератора переменного тока. Его также называют Маховик, вращающийся магнитопровод, генератор переменного тока.В генераторе переменного тока он включает в себя постоянные магниты, которые движутся примерно к железным пластинам статора для создания переменного тока (переменного тока). Он использует существующее движение для своей функции. Это вращение может происходить из-за взаимодействия между магнитными полями и обмотками, которые создают крутящий момент в области оси.

ротор

Конструкция и принцип работы ротора

В трехфазном асинхронном двигателе, когда переменный ток подается на ротор, обмотки статора усиливаются, создавая вращающийся магнитный поток.Поток создает магнитное поле в воздушном зазоре между статором и ротором, чтобы индуцировать напряжение для генерации тока через стержни. Цепь этого может быть закорочена, и ток будет течь в проводниках.

ротор-сердечник

Действие вращательного потока и тока создает силу, создающую крутящий момент для запуска двигателя. Ротор генератора переменного тока может быть выполнен с проволочной катушкой, заключенной в область железного сердечника.

Магнитный компонент этого может быть изготовлен из пластин стали, чтобы облегчить штамповку паза проводника с точными размерами и формами.Всякий раз, когда ток проходит в катушке в магнитном поле, он создает ток поля в области сердечника.

роторная обмотка

Сила тока возбуждения в основном определяет уровень мощности в магнитном поле. Постоянный ток (постоянный ток) управляет током возбуждения в направлении проволочной катушки через набор контактных колец и щеток.

Подобно любому магниту, генерируемое магнитное поле будет включать два полюса, такие как южный и северный. Направление двигателя по часовой стрелке можно контролировать с помощью магнитов и магнитных полей, зафиксированных в этой конструкции, что позволяет двигателю работать против часовой стрелки.

Типы ротора

Они подразделяются на различные типы, такие как жесткий тип, тип с выступающими полюсами, тип с беличьей клеткой, тип воздуха, тип с раной. Некоторые из них объясняются ниже.

Жесткий ротор

Это механический тип вращающейся системы. Ротор как угодно может быть трехмерным жестким устройством. Его можно регулировать в пространстве с помощью трех углов, называемых углами Эйлера. Линейный тип — это особый жесткий тип, который использует для объяснения всего два угла.Например, в двухатомной молекуле есть много общих молекул, которые являются трехмерными, такими как вода, аммиак или метан. Здесь вода относится к асимметричному типу, аммиак — к симметричному типу, а в противном случае — к сферическому типу метана.

Ротор с короткозамкнутым ротором

Это вращающаяся часть асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Это своего рода двигатель переменного тока. Он включает в себя стальные пластины цилиндрической формы. Проводники типа медные или алюминиевые закреплены на его поверхности

Раневой ротор

Это цилиндрический тип сердечника, разработанный со стальным ламинированием, включает пазы для удерживания проводов, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга на расстоянии 1200 и объединены в Y-образную конфигурацию.Выводы этих обмоток выведены для соединения с тремя контактными кольцами вместе со щетками на валу.

Щетки на токосъемных кольцах позволяют использовать внешние 3-фазные резисторы, которые подключаются последовательно с обмотками для обеспечения контроля скорости.

Внешние сопротивления превращаются в часть ротора, создавая огромный крутящий момент при запуске двигателя. Когда скорость двигателя увеличивается, сопротивление можно уменьшить до нуля.

Ротор с явно выраженными полюсами

Включает число выступающих полюсов, расположенных на магнитном колесе.В конструкции столбы могут выступать наружу, что предусмотрено стальными пластинами. Намотка при этом может быть предусмотрена на полюсах, которые поддерживаются с помощью полюсных башмаков. Эти типы роторов включают более короткую осевую длину и большой диаметр. Как правило, они используются в электрических машинах с диапазоном скоростей 100-1500 об/мин

.

Разница между статором и ротором

Основные отличия статора от ротора заключаются в следующем.

Статор

Ротор

Неактивная часть статора Это вращающаяся часть статора
Включает сердечник статора, внешнюю раму и обмотку Включает обмотку и сердечник
Используется трехфазное питание Используется источник постоянного тока
Устройство обмотки сложное Схема обмотки простая
Изоляция тяжелая Изоляция меньше
Высокие потери на трение Низкие потери на трение
Простое охлаждение Охлаждение затруднено

Приложения

Использование ротора в основном включает

  • Автомобильные двигатели
  • Промышленные холодильники
  • Снегоочистители
  • В пищевой промышленности для подачи чистого воздуха
  • Медицинский
  • Санитарно-гигиенические цели
  • Автоцистерны для напорных установок для перевозки сухих материалов, таких как пластик, гранулят, песок, цемент, известь, силикаты и мука.

Часто задаваемые вопросы

1). Что такое ротор?

Это вращающаяся часть двигателя.

2). Какие бывают типы ротора?

Они жесткие, с выступающими полюсами, с беличьей клеткой, воздушные и намотанные

3). Каковы основные части ротора?

Сердечник статора, внешний каркас и обмотка

4). Источник питания, используемый в роторе?

В данном случае используется трехфазное питание

Таким образом, это обзор того, что такое ротор, конструкция, принцип работы, различные типы и различия.Вот вопрос к вам, каковы функции ротора?

Что такое ротор — типы, работа, функции и применение

Ротор был изобретен в начале 1800-х годов и открыт военно-морскими офицерами Р. П. К. Шпенглером и Тео А. ван Хенгелем. Ранее он использовался в динамике Rotor для шифрования файлов, особенно используемых в криптографии. Изобретение этого типа также поддержал Густав де Лаваль, работающий над разработкой турбинного оборудования.Этот тип предполагалось назвать типом Лаваля по его имени Густав де Лаваль. В этой статье мы обсудим, что такое ротор, виды работы, как он работает и принцип работы, функции и приложения.

Что такое ротор?

Это вращающаяся часть машины. Он прикреплен к валу, который соединен с ключом на конце как замок. Эта вращающаяся часть рассматривается как ротор, который вращается внутри магнитного поля при развитии крутящего момента.

Конструкция

Беличьая клетка и токосъемное кольцо IM отличаются только конструкцией вращения, тогда как конструкция статора для обеих машин одинакова.Машина сделана из пластин, и эти пластины статора состоят из более тонких и более толстых пластин. Проводники сделаны из меди и с обеих сторон закорочены концевыми кольцами, так что образуется замкнутый путь. Эти стержни скошены, чтобы уменьшить потери на вихревые токи. Эти медные стержни также выкованы для повышения механической прочности, чтобы через них мог проходить больший ток. Медные стержни намотаны в соответствии с требованиями на сердечник якоря и рассматриваются как обмотка, показанная на рисунке ниже.

обмотка

Причина использования только меди заключается в том, что мы получаем меньшие омические потери, а также можно повысить эффективность. Но если использовать алюминиевые проводники, у которых большое сопротивление, то омические потери будут больше, а КПД меньше. Коллектор, якорь, многослойный магнитный сердечник из мягкого железа, вал, обмотка и шариковый подшипник вместе рассматриваются как вращающаяся часть. Потому что все эти внутренние части вместе вращаются внутри магнитного поля. Ядро этого типа показано на рисунке ниже.

сердечник

Работа/Функция

Обычно в генераторе он вращается, когда проводник вращается внутри магнитного потока, он индуцирует ЭДС, которая дополнительно создает крутящий момент. Этот крутящий момент, в свою очередь, приводит во вращение вращающуюся часть.

Типы

Существуют различные типы вращающихся частей. Они бывают с беличьей клеткой и контактным кольцом. Тип с короткозамкнутым ротором и статор рассматриваются как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, тогда как тип с контактным кольцом и статор вместе считаются асинхронным двигателем с контактным кольцом.Двигатель с контактными кольцами показан на рисунке ниже.

Двигатель с фазным ротором

 

С короткозамкнутым ротором/жестким ротором

Конкретного количества полюсов для конструкции нет, оно зависит от количества полюсов статора. Если статор имеет 4 полюса, то и вращающаяся часть должна иметь 4 полюса. Этот тип реакции вращающейся части автоматически изменится при изменении статора. Количество вращающихся фаз равно количеству медных стержней на полюс. Например, если трехфазный двигатель IM имеет 4 полюса и 32 прорези в статоре и 28 прорезей для вращения, то количество медных стержней на полюс = 28/4 = 7.Работа этого типа двигателя невозможна, если количество статоров и вращающихся пазов не равно. Но работа возможна, даже если фазы статора и вращающейся части не равны.

Преимущества беличьей клетки
  • За счет увеличения длины вращающихся стержней улучшаются пусковые характеристики АД.
  • Гармоники устраняются, и распределение потока в воздушном зазоре становится равномерным.
  • Ползание и зубчатость устранены.
Недостатки
  • Низкий пусковой момент из-за меньшего сопротивления.
  • Пусковой ток больше, так как сопротивление меньше.

Этих недостатков можно избежать, изменив площадь поперечного сечения вращающихся токопроводящих стержней. Это достигается за счет перекоса вращающихся стержней проводников.

Токосъемное кольцо/намотка

Для улучшения пускового крутящего момента мы последовательно подключаем внешнее сопротивление к машине, которое действует как дополнительное сопротивление, помогающее увеличить пусковой крутящий момент.Обычно в токосъемном кольце обмотка наматывается звездой для увеличения пускового момента. Так как при соединении звездой пусковой момент больше, чем при соединении треугольником. При соединении треугольником эффективное сопротивление будет низким, что приведет к уменьшению пускового момента. Вращающийся сердечник контактного кольца показан на рисунке ниже.

Slip Ring

Разница между статором и ротором

STATOR Rotor
Это стационарная часть Это вращающаяся часть
Joke, Core, и обмотка вместе считаются статором Якорь, коммутатор, сердечник ротора вместе считаются ротором
Схема обмотки сложная Схема обмотки не сложная
Питание к статору трехфазное Самовозбуждение по индукционному принципу
Потери на трение больше.Требует большей изоляции из-за пропускания сильного тока Меньшие потери на трение. Требуется меньше изоляции.

В этом обсуждении мы изучили, что такое ротор и другие его части. Он описывается как вращающаяся часть машины, которая используется в любой вращающейся машине для выработки или передачи энергии. В дополнение к этому мы также обсудили различные типы доступных вращающихся частей и их работу, преимущества и недостатки, разницу между статором и ротором и области применения.Вот вопрос к читателям, какова функция типа Air?

Трехфазный асинхронный двигатель: конструкция и принцип работы

Трехфазные асинхронные двигатели являются наиболее широко используемыми электродвигателями в промышленности. Они работают по принципу электромагнитной индукции.

Из-за сходства принципа работы трансформатора он также известен как вращающийся трансформатор .

Они работают практически с постоянной скоростью от холостого хода до полной нагрузки. Однако скорость зависит от частоты и, следовательно, эти двигатели нелегко адаптировать к управлению скоростью .

Мы обычно предпочитаем двигатели постоянного тока, когда требуются большие изменения скорости.

Давайте разберемся с конструкцией трехфазного асинхронного двигателя, прежде чем изучать принцип работы.

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Как и любой электродвигатель, трехфазный асинхронный двигатель имеет статор и ротор .Статор имеет трехфазную обмотку (называемую обмоткой статора), а ротор несет короткозамкнутую обмотку (называемую обмоткой ротора).

От трехфазной сети питается только обмотка статора. Обмотка ротора получает свое напряжение и мощность от обмотки статора с внешним питанием через электромагнитную индукцию и, следовательно, название.

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей

  1. Статор
  2. Ротор

Ротор отделен от статора небольшим воздушным зазором , который варьируется от 0.4 мм до 4 мм, в зависимости от мощности двигателя.

1. Статор трехфазного асинхронного двигателя

Статор состоит из стального каркаса, в который заключен полый цилиндрический сердечник, состоящий из тонких пластин из кремнистой стали для уменьшения потерь на гистерезис и вихревых токов.

Ряд равномерно расположенных пазов предусмотрен на внутренней периферии пластин. Изолированные жилы соединены в симметричную трехфазную схему, соединенную звездой или треугольником.

Внешний корпус и статор трехфазного асинхронного двигателя

Обмотка трехфазного статора намотана на определенное число полюсов в соответствии с требованием скорости.Чем больше число полюсов, тем меньше скорость двигателя и наоборот.

Когда на обмотку статора подается трехфазное питание, создается вращающееся магнитное поле постоянной величины. Это вращающееся поле индуцирует токи в роторе за счет электромагнитной индукции.

2. Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Ротор, установленный на валу, представляет собой полый многослойный сердечник с прорезями на внешней периферии. Обмотка, размещенная в этих пазах (называемая обмоткой ротора), может быть одного из следующих двух типов:

  1. Беличья клетка, тип
  2. Ротор с обмоткой Тип

Принцип работы Трехфазный асинхронный двигатель

Для объяснения принципа работы трехфазного асинхронного двигателя рассмотрим часть трехфазного асинхронного двигателя, как показано на рисунке.

Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на принципе электромагнитной индукции.

Когда трехфазная обмотка статора асинхронного двигателя питается от трехфазного источника питания, создается вращающееся магнитное поле , которое вращается вокруг статора с синхронной скоростью (N s ).

Часть вращающегося магнитного поля в трехфазном асинхронном двигателе

Синхронная скорость,

N с = 120 в/п

Где,

f = частота

P = количество полюсов

(Подробнее о вращающемся магнитном поле см. в разделе Создание вращающегося магнитного поля).

Это вращающееся поле проходит через воздушный зазор и разрезает неподвижные проводники ротора.

ЭДС индуцируется в каждом проводнике ротора из-за относительной скорости между вращающимся магнитным потоком и неподвижным ротором. Поскольку цепь ротора закорочена, в проводниках ротора начинают протекать токи.

Токонесущие проводники ротора помещаются в магнитное поле, создаваемое статором. Следовательно, на проводники ротора действует механическая сила .Сумма механических сил, действующих на все проводники ротора, создает крутящий момент , который стремится двигать ротор в том же направлении, что и вращающееся поле.

Тот факт, что ротор вынужден следовать за полем статора (т. е. ротор движется в направлении поля статора), можно объяснить законом Ленца .

Согласно закону Ленца направление токов ротора будет таким, что они будут иметь тенденцию противодействовать причине их возникновения.

Итак, причиной появления токов ротора является относительная скорость между вращающимся полем и неподвижными проводниками ротора.

Следовательно, чтобы уменьшить эту относительную скорость, ротор начинает двигаться в том же направлении, что и поле статора, и пытается его поймать. Так начинает работать трехфазный асинхронный двигатель.

Проскальзывание асинхронного двигателя

Выше мы видели, что ротор быстро ускоряется в направлении вращающегося магнитного поля.

На практике ротор никогда не может достичь скорости потока статора. Если бы это было так, не было бы относительной скорости между полем статора и проводниками ротора, не было бы индуцированных токов ротора и, следовательно, не было бы крутящего момента для привода ротора.

Трение и ветер немедленно заставят ротор замедлиться. Следовательно, скорость вращения ротора (N) всегда меньше скорости вращения поля статора (N s ). Эта разница в скорости зависит от нагрузки на двигатель.

Разность между синхронной скоростью N с вращающегося поля статора и фактической скоростью N ротора называется скольжением в трехфазном асинхронном двигателе .

Скольжение обычно выражается в процентах от синхронной скорости i.д.,

Скольжение, с = (N с – N)/N с × 100 %

Величину N s – N иногда называют скоростью скольжения .

Когда ротор неподвижен (т. е. N = 0), скольжение s = 1 или 100 %.

В асинхронном двигателе изменение скольжения от холостого хода до полной нагрузки едва ли составляет 0,1% до 3% , так что, по существу, это двигатель с постоянной скоростью .

Видео: Работа трехфазного асинхронного двигателя

Видео от Learnengineering показывает работу трехфазных асинхронных двигателей в анимированной форме.

Принцип работы асинхронного двигателя

Двигатель, работающий по принципу электромагнитной индукции , известен как асинхронный двигатель. Электромагнитная индукция — это явление, при котором электродвижущая сила индуцирует электрический проводник, когда он помещен во вращающееся магнитное поле.

Статор и ротор являются двумя важными частями двигателя. Статор является неподвижной частью и несет перекрывающиеся обмотки, а ротор несет основную обмотку или обмотку возбуждения.Обмотки статора одинаково смещены друг относительно друга на угол 120°.

Асинхронный двигатель представляет собой двигатель с одиночным возбуждением, т. е. питание подается только на одну часть, т. е. статор . Термин возбуждение означает процесс наведения магнитного поля на части двигателя.

Когда на статор подается трехфазное питание, на нем создается вращающееся магнитное поле. На рисунке ниже показано вращающееся магнитное поле, созданное в статоре:

Учтите, что вращающееся магнитное поле индуцирует против часовой стрелки.Вращающееся магнитное поле имеет движущиеся полярности. Полярность магнитного поля меняется в зависимости от положительного и отрицательного полупериода питания. Изменение полярности заставляет магнитное поле вращаться.

Проводники ротора неподвижны. Этот неподвижный проводник отсекает вращающееся магнитное поле статора, и из-за электромагнитной индукции в роторе наводится ЭДС. Эта ЭДС известна как ЭДС, индуцированная ротором, и она возникает из-за явления электромагнитной индукции.

Проводники ротора закорочены либо концевыми кольцами, либо с помощью внешнего сопротивления. Относительное движение между вращающимся магнитным полем и проводником ротора индуцирует ток в проводниках ротора. Когда ток течет по проводнику, на нем индуцируется поток. Направление потока ротора совпадает с направлением тока ротора.

Теперь у нас есть два потока: один из-за ротора, а другой из-за статора. Эти потоки взаимодействуют друг с другом.На одном конце проводника потоки компенсируют друг друга, а на другом конце плотность потока очень велика. Таким образом, поток с высокой плотностью пытается подтолкнуть проводник ротора к области потока с низкой плотностью. Это явление вызывает крутящий момент на проводнике, и этот крутящий момент известен как электромагнитный крутящий момент.

Направление электромагнитного момента и вращающегося магнитного поля совпадают. Таким образом, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающееся магнитное поле.

Скорость ротора всегда меньше вращающегося магнитного поля или синхронной скорости. Ротор пытается двигаться со скоростью ротора, но всегда ускользает. Таким образом, двигатель никогда не работает со скоростью вращающегося магнитного поля, и по этой причине асинхронный двигатель также известен как асинхронный двигатель.

Почему ротор никогда не работает на синхронной скорости?

Если скорость ротора равна синхронной скорости, между вращающимся магнитным полем статора и проводниками ротора не возникает относительного движения.Таким образом, на проводнике не индуцируется ЭДС, и по нему развивается нулевой ток. Без тока крутящий момент также не производится.

По указанным выше причинам ротор никогда не вращается с синхронной скоростью. Скорость ротора всегда меньше скорости вращающегося магнитного поля.

В качестве альтернативы метод принципа работы асинхронного двигателя также можно объяснить следующим образом.

Давайте поймем это, рассмотрев единственный проводник на неподвижном роторе.Этот проводник отсекает вращающееся магнитное поле статора. Считайте, что вращающееся магнитное поле вращается по часовой стрелке. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в проводнике индуцируется ЭДС.

Когда цепь ротора замыкается внешним сопротивлением или концевым кольцом, ротор индуцирует ЭДС, которая вызывает ток в цепи. Направление ротора, индуцирующего ток, противоположно направлению вращающегося магнитного поля. Ток ротора индуцирует поток в роторе.Направление потока ротора совпадает с направлением тока.

Взаимодействие потоков ротора и статора создает силу, действующую на проводники ротора. Сила действует на ротор по касательной и, следовательно, вызывает крутящий момент. Крутящий момент толкает проводники ротора, и таким образом ротор начинает двигаться в направлении вращающегося магнитного поля. Ротор приходит в движение без какой-либо дополнительной системы возбуждения, поэтому двигатель называется самозапускающимся двигателем .

Работа двигателя зависит от напряжения, индуцированного на роторе, поэтому он называется асинхронным двигателем .

Принцип работы и типы асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели являются наиболее часто используемыми двигателями во многих приложениях. Их также называют асинхронными двигателями , потому что асинхронный двигатель всегда работает со скоростью ниже синхронной. Синхронная скорость означает скорость вращения магнитного поля в статоре.
В основном существует 2 типа асинхронных двигателей в зависимости от типа входного питания — (i) однофазный асинхронный двигатель и (ii) трехфазный асинхронный двигатель.

Или их можно разделить по типу ротора — (i) двигатель с короткозамкнутым ротором и (ii) двигатель с контактным кольцом или ротор типа

.

Основной принцип работы асинхронного двигателя

В двигателе постоянного тока питание необходимо для обмотки статора, а также для обмотки ротора. Но в асинхронном двигателе переменным током питается только обмотка статора.
  • Из-за питания переменным током вокруг обмотки статора создается переменный поток. Этот переменный поток вращается с синхронной скоростью. Вращающийся поток называется «вращающимся магнитным полем» (RMF).
  • Относительная скорость между RMF статора и проводниками ротора вызывает ЭДС индукции в проводниках ротора в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Проводники ротора замыкаются накоротко, и, следовательно, ток ротора возникает из-за ЭДС индукции. Поэтому такие двигатели называются асинхронными двигателями . (Это действие такое же, как и в трансформаторах, поэтому асинхронные двигатели можно назвать вращающимися трансформаторами .)
  • Теперь индуцированный ток в роторе также создаст переменный поток вокруг него. Этот поток ротора отстает от потока статора. Направление индуцированного тока ротора, согласно закону Ленца, таково, что он будет стремиться противодействовать причине его возникновения.
  • Поскольку причиной возникновения тока ротора является относительная скорость между вращающимся потоком статора и ротором, ротор будет пытаться догнать RMF статора.Таким образом, ротор вращается в том же направлении, что и поток статора, чтобы минимизировать относительную скорость. Однако ротору никогда не удается догнать синхронную скорость. Это основной принцип работы асинхронного двигателя любого типа, однофазного или трехфазного.
Синхронная скорость:

где, f = частота подачи

P = количество полюсов

Слип:

Ротор пытается догнать синхронную скорость поля статора и, следовательно, вращается.Но на практике ротор никогда не догоняет. Если ротор догоняет скорость статора, не будет никакой относительной скорости между потоком статора и ротором, следовательно, не будет индуцированного тока ротора и не будет создаваться крутящий момент для поддержания вращения. Однако это не остановит двигатель, ротор замедлится из-за потери крутящего момента, крутящий момент снова будет возникать из-за относительной скорости. Поэтому ротор вращается со скоростью, которая всегда меньше синхронной скорости.

Разница между синхронной скоростью (N s ) и фактической скоростью (N) ротора называется скольжением.

3-фазный асинхронный двигатель Определение и принцип работы

Электрический двигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. В случае работы от трехфазного переменного тока (переменного тока) наиболее широко используемым двигателем является трехфазный асинхронный двигатель , так как этот тип двигателя не требует дополнительного пускового устройства. Эти типы двигателей известны как самозапускающиеся асинхронные двигатели.

Чтобы хорошо понять принцип работы трехфазного асинхронного двигателя, необходимо понять конструкцию трехфазного асинхронного двигателя.Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей:

Статор трехфазного асинхронного двигателя

Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из ряда пазов для создания трехфазной цепи обмотки, которую мы соединяем с трехфазной. Источник переменного тока. Располагаем трехфазную обмотку в пазах таким образом, чтобы они создавали одно вращающееся магнитное поле, когда мы включаем трехфазный источник питания переменного тока.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя

Ротор трехфазного асинхронного двигателя состоит из цилиндрического многослойного сердечника с параллельными пазами, по которым могут проходить проводники.Проводники представляют собой тяжелые медные или алюминиевые стержни, вставленные в каждую щель и закороченные концевыми кольцами. Прорези выполнены не точно параллельно оси вала, а с небольшим перекосом, потому что такое расположение снижает шум магнитного гудения и позволяет избежать остановки двигателя.

Работа трехфазного асинхронного двигателя

Создание вращающегося магнитного поля

Статор двигателя состоит из перекрывающихся обмоток, смещенных на электрический угол 120 o .Когда мы подключаем первичную обмотку или статор к трехфазному источнику переменного тока, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью.

Секреты вращения:
Согласно закону Фарадея ЭДС, индуцируемая в любой цепи, возникает из-за скорости изменения магнитного потокосцепления в цепи . Так как обмотка ротора в асинхронном двигателе либо замыкается через внешнее сопротивление, либо замыкается непосредственно концевым кольцом и отсекает вращающееся магнитное поле статора, в медном стержне ротора индуцируется ЭДС, и благодаря этой ЭДС через ротор протекает ток проводник.

Здесь относительная скорость между вращающимся потоком и статическим проводником ротора является причиной генерации тока; следовательно, согласно закону Ленца, ротор будет вращаться в том же направлении, чтобы уменьшить причину, то есть относительную скорость.

Таким образом, из принципа работы трехфазного асинхронного двигателя можно заметить, что скорость ротора не должна достигать синхронной скорости, создаваемой статором. Если бы скорости стали равными, такой относительной скорости не было бы, поэтому в роторе не индуцировалась ЭДС, и не протекал бы ток, и, следовательно, не создавался бы крутящий момент.Следовательно, ротор не может достичь синхронной скорости. Разница между скоростью статора (синхронная скорость) и скоростью ротора называется скольжением. Вращение магнитного поля в асинхронном двигателе имеет то преимущество, что не требуется никаких электрических соединений с ротором.

Таким образом, трехфазный асинхронный двигатель :

  • Самозапуск.
  • Меньшая реакция якоря и искрообразование благодаря отсутствию коллекторов и щеток, которые могут вызывать искрение.
  • Прочная конструкция.
  • Экономичный.
  • Проще в обслуживании.

Видео – принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель: как это работает? (Основы и типы)

Что такое асинхронный двигатель?

Асинхронный двигатель (также известный как асинхронный двигатель ) представляет собой широко используемый электродвигатель переменного тока. В асинхронном двигателе электрический ток в роторе, необходимый для создания крутящего момента, получается за счет электромагнитной индукции от вращающегося магнитного поля обмотки статора.Ротор асинхронного двигателя может быть ротором с короткозамкнутым ротором или ротором с обмоткой.

Асинхронные двигатели называются «асинхронными двигателями», поскольку они работают со скоростью, меньшей, чем их синхронная скорость. Итак, первое, что нужно понять — что такое синхронная скорость? Типичный асинхронный двигатель

Синхронная скорость

Синхронная скорость — это скорость вращения магнитного поля во вращающейся машине, и она зависит от частоты и количества полюсов двигателя. машина.Асинхронный двигатель всегда работает на скорости меньше, чем его синхронная скорость.

Вращающееся магнитное поле, создаваемое в статоре, создает магнитный поток в роторе, заставляя ротор вращаться. Из-за отставания между током потока в роторе и током потока в статоре ротор никогда не достигнет своей скорости вращения магнитного поля (то есть синхронной скорости).

Существует два основных типа асинхронных двигателей . Типы асинхронных двигателей зависят от входного питания.Существуют однофазные асинхронные двигатели и трехфазные асинхронные двигатели. Однофазные асинхронные двигатели не являются самозапускающимися двигателями, а трехфазные асинхронные двигатели являются самозапускающимися двигателями.

Принцип работы асинхронного двигателя

Нам нужно подать двойное возбуждение, чтобы заставить двигатель постоянного тока вращаться. В двигателе постоянного тока мы подаем одно питание к статору, а другое к ротору через щеточное устройство. Но в асинхронном двигателе мы даем только одно питание, поэтому интересно узнать, как работает асинхронный двигатель.

Все просто, из самого названия понятно, что здесь задействован процесс индукции. Когда мы подаем питание на обмотку статора, в статоре создается магнитный поток из-за протекания тока в катушке. Обмотка ротора устроена так, что каждая катушка становится короткозамкнутой.

Поток от статора разрезает короткозамкнутую катушку в роторе. Поскольку катушки ротора закорочены, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, ток начнет течь через катушку ротора.Когда ток через катушки ротора течет, в роторе создается другой поток.

Теперь есть два потока: поток статора и поток ротора. Поток ротора будет отставать от потока статора. Из-за этого ротор будет ощущать крутящий момент, который заставит ротор вращаться в направлении вращающегося магнитного поля. Это принцип работы как однофазных, так и трехфазных асинхронных двигателей.

Типы асинхронных двигателей

Типы асинхронных двигателей можно классифицировать в зависимости от того, являются ли они однофазными или трехфазными асинхронными двигателями.

Однофазный асинхронный двигатель

Типы однофазных асинхронных двигателей включают:

  1. Асинхронный двигатель с расщепленной фазой
  2. Асинхронный двигатель с конденсатором
  3. Асинхронный двигатель с конденсатором
  4. Асинхронный двигатель

    Типы трехфазных асинхронных двигателей включают:

    1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
    2. Асинхронный двигатель с контактным кольцом

    Выше мы уже упоминали, что однофазный асинхронный двигатель не является самозапускающимся двигателем. что трехфазный асинхронный двигатель запускается самостоятельно.Так что такое самозапускающийся двигатель?

    Когда двигатель запускается автоматически без приложения к машине какой-либо внешней силы, такой двигатель называется «самозапускающимся». Например, мы видим, что когда мы включаем переключатель, вентилятор начинает вращаться автоматически, так что это самозапускающаяся машина.

    Следует отметить, что вентилятор, используемый в бытовой технике, представляет собой однофазный асинхронный двигатель, который по своей природе не запускается самостоятельно. Как? Возникает вопрос, как это работает? Мы обсудим это сейчас.

    Почему трехфазный асинхронный двигатель самостоятельно запускается?

    В трехфазной системе имеются три однофазные линии с разницей фаз 120°. Таким образом, вращающееся магнитное поле имеет ту же самую разность фаз, которая заставит ротор двигаться.

    Если рассматривать три фазы a, b и c, то при намагничивании фазы a ротор будет двигаться в сторону обмотки a фазы a, в следующий момент намагничится фаза b и притянет ротор, а затем фаза c . Таким образом, ротор будет продолжать вращаться.

    Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя – Видео

    Почему однофазный асинхронный двигатель не запускается самостоятельно?

    У него всего одна фаза, но он заставляет вращаться ротор, так что это довольно интересно. Перед этим нам нужно знать, почему однофазный асинхронный двигатель не является самозапускающимся двигателем, и как решить эту проблему. Мы знаем, что переменный ток представляет собой синусоидальную волну и создает пульсирующее магнитное поле в равномерно распределенной обмотке статора.

    Поскольку мы можем предположить, что пульсирующее магнитное поле представляет собой два магнитных поля, вращающихся в противоположных направлениях, результирующий крутящий момент при пуске не возникает, и, следовательно, двигатель не работает. Если после подачи питания ротор будет вращаться в любом направлении под действием внешней силы, двигатель начнет работать. Мы можем решить эту проблему, сделав обмотку статора на две обмотки — одна основная обмотка, а другая вспомогательная обмотка.

    Один конденсатор подключаем последовательно со вспомогательной обмоткой.Конденсатор будет создавать разность фаз, когда ток протекает через обе катушки. При наличии разности фаз ротор создаст пусковой момент и начнет вращаться.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.