9 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что означает роторный двигатель

Устройство и принцип действия роторного двигателя

Привет всем ценителям автомобильного транспорта! К сегодняшней дискуссии я приготовил интересную и довольно оригинальную тему. В чем оригинальность? Скорее это все таки теоретический экскурс, на котором большинство из нас и остановится. Тем не менее, для общего развития полезно узнать принцип действия роторного двигателя, он несколько отличается от поршневых четырех и двухтактных ДВС. Речь, как вы поняли, пойдет именно об этом.

Начнем с истоков. Изобретение такого силового агрегата датируется 1957 годом, когда он был впервые разработан и получил название двигатель Ванкеля в честь своего изобретателя. Конечно, он отличается от более привычного нам поршневого агрегата, в котором предусматривается несколько рабочих тактов, каждый из которых сопровождается ходом поршня. В роторном моторе все происходит то же самое, но в отдельных частях камеры.

Принцип действия

Для функционирования роторного движка также необходимо давление, создаваемое внутри. Формируется оно в части камеры, которая образуется за счет закрытия одной из частей самого ротора. Три раздельных вершины создают три разных пространства, заполненных газом. Каждая из них поочередно то расширяется, то сжимается. Благодаря этому происходит поступление рабочей смеси, её сгорание и высвобождение.

В процессе вращения ротора под давлением она постепенно сжимается и расширяется. Сам же он является выпуклым с 3 разных сторон, заменяя этим поршень в обычном ДВС. Для увеличения скорости вращения предусмотрены специальные впадины – углубления, благодаря которым остается больше места для рабочей смеси. Каждая из сторон ротора оснащается парой металлических колец, формирующих его стенки. На корпусе движка размещена шестерня, соединенная с зубчатым колесиком. Они задают направление вращения всего мотора.

Еще об устройстве и особенностях

В отличие от поршневого двигателя внутреннего сгорания, корпус роторного изготовлен овальной формы. Каждая из его камер вынуждена соприкасаться с вершинами движущегося ротора. Что впускной, что выпускной входы находятся внутри самого корпуса, а клапана на них отсутствуют. Дроссель соединяется с впуском, а выпуск – с выхлопной системой.

Вместо коленчатого вала предусмотрен вал выходной, который оснащен выступающими кулачками. На них ротор давит и толкает в ходе вращения. Благодаря их несимметричному расположению, происходит движение выходного вала. Собирается такой агрегат слоями, каждый из которых снабжается подводом охлаждающей жидкости (антифриза).

Преимущества и слабые стороны ”роторного”

Неслучайно на движок нового типа обратили внимание многие производители на ту пору. Давайте оценим для начала достоинства:

  • отличные динамические свойства (даже на малых передачах возможно развить скорость до 100 км/час);
  • оборотистость мотора;
  • меньшая вибрация благодаря лучшей сбалансированности;
  • уменьшенные габариты и вес;
  • простота, которая достигается меньшим числом узлов (см. Фото).

Естественно, не обошлось и без недостатков, иначе все мы бы ездили уже на авто с роторными силовыми агрегатами. Итак, это:

  • большее потребление горючего;
  • способность перегреваться;
  • сложность изготовления отдельных деталей, требующая точного и специального оборудования;
  • повышенное давление, что ускоряет износ уплотнителей;
  • высокие требования к качеству смазки (требуется замена каждые 5000 км).

Роторные моторы Мазда

Данный японский концерн по производству легковых и коммерческих авто в представлении не нуждается. Его продукция говорит сама за себя, отличаясь высокой технологичностью, инновационностью, качеством сборки, а также уровнем комфорта, активной и пассивной безопасности для водителя и пассажиров.

Именно этот производитель первым стал устанавливать такие агрегаты серийно. Начав с применения на грузовых машинах и автобусах, в 1978 году завод с успехом использовал его в легковой модели RX 7, которая стала наиболее известной по этому критерию. В 1995‑м такой же движок, но более усовершенствованный, получила RX 8. Впоследствии мотор пришлось подвергнуть доработкам, поскольку он не отвечал нормам экологической безопасности.

В 2003‑м году он даже был признан лучшим двигателем. Невзирая на то, что его пришлось снять с серийного производства, производитель не прекратил изыскания. В настоящее время уже внедряется на новые модели мотор 16X , который обладает более совершенной впускной системой. Благодаря этим новшествам, он отличается уменьшенным потреблением горючего, а сам корпус производится из легких сортов алюминиевых сплавов.

Сегодня мы постарались вкратце разобрать устройство роторного движка, а также познакомиться с его отличительными особенностями, слабыми и сильными характеристиками. Как видим, такое изобретение вполне имеет право на существование, что и было доказано практическим его применением. В ближайшие дни вы сможете ознакомиться с новыми публикациями. А на этом будем прощаться!

Все, что вы хотели знать о роторных двигателях

Доступный ликбез к 50-летию легендарной Mazda Cosmo Sport

Читать еще:  Горит желтым лампочка неисправность двигателя

Ветераны гаражных посиделок всегда вспоминают роторно-поршневые двигатели (РПД) с придыханием и делают лица, как на картине Перова «Охотники на привале». Отставив кружку на пыльный капот, кто-нибудь непременно расскажет, как у друга брата соседа знакомый в девяносто пятом пытался уйти на свежем «биммере» (тридцать четвертая, мотор M50 «плита»!) от роторной «пятерки» «Жигулей». Безуспешно, разумеется. Присутствующие при этом должны делать осведомленно-понимающие лица. Случись тебе оказаться в этом уютном гараже с постерами «Совтрансавто», ты бы, вероятно, не спросил, что это за «эр-пэ-дэ» такое, чтобы не ловить на себе взгляды, полные презрения и разочарования в человеке, который и дистиллированную воду в аккумулятор никогда не доливал.

Впрочем, эти косые взгляды стоит понимать так: мало кто из тех, кто мечтательно закатывает глаза при упоминании «роторов», готов объяснить тебе, чем они отличаются от обычных поршневых моторов. Ну, а мы попробуем.

Это кинематика обычного 4-цилиндрового поршневого мотора

Начнем сразу с анимации, так нагляднее. Только не с роторного двигателя, а как раз с обычного поршневого. В его цилиндрах горит смесь воздуха и горючего, обеспечивая возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршней, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.

Роторный двигатель. Автор анимации Гарет Фоулер ( Gareth Fowler )

В роторном двигателе кинематика иная. В полости корпуса на эксцентрическом валу вращается ротор — тело, очерченное тремя дугами, что-то вроде треугольника с выпуклыми сторонами (точнее, это треугольник Рёло ). Сам корпус двигателя называют по-разному: статором, картером или просто секцией. Внутри него и происходит весь рабочий цикл, те же такты (впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск отработавших газов), что и в поршневом двигателе.

Такты по часовой стрелке: впуск, сжатие, воспламенение и рабочий ход, выпуск

Но на этом сходство с обычным двигателем заканчивается. Цилиндров в роторно-поршневом моторе нет: все такты происходят в камере постоянно меняющегося объема, образованного неподвижными стенками секции и движущимся ротором — каждая вершина «треугольника» постоянно соприкасается с внутренней поверхностью корпуса, обеспечивая герметичность.

Это постоянное трение уже само по себе проблема. Легко сказать — герметичный контакт трущихся деталей! Но надежное, а тем более долговечное уплотнение ротора и статичной секции даже с сегодняшними технологиями создать весьма сложно. Это, пожалуй, главный врожденный недостаток РПД. Неполная герметичность контакта влечет за собой высокий расход масла и бензина, а также грозит высокой токсичностью выбросов из-за большой доли несгоревших углеводородов. Очевидна и другая проблема: малый ресурс двигателя. Но все же оригинальную конструкцию решили довести до ума…

Роторно-поршневой двигатель иногда называют «ванкелем» — по имени одного из его создателей. Доктор Феликс Ванкель совместно с Вальтером Фройде разработал прототип РПД в 1958 году для мотоцикла немецкой марки NSU. Эта фирма давно утратила самостоятельность и фактически растворилась в структуре сегодняшнего концерна Volkswagen. Роторные технологии надолго пережили свою колыбель и в конце пятидесятых казались невероятно перспективными: патент на двигатель Ванкеля купили и Mercedes-Benz, и Citroen, и даже ВАЗ. Правопреемник NSU, марка Audi, тоже построила несколько прототипов.

Вазовские «пятерки» и «семерки» с РПД поставлялись только спецслужбам.
Внешних отличий от стандартных машин не было, а вот мощность достигала 140 л.с.
Позже роторные моторы устанавливали и на «восьмерки», часть из которых поступила в свободную продажу.
Партия была малой и породила множество легенд

Справедливый вопрос: чем так манила инженеров концепция с врожденными слабыми местами? Огромными преимуществами, помноженными на веру, что все сложности решаемы. Перспективы действительно манили. Если в обычном поршневом двигателе вращательное движение коленчатого вала обеспечивается возвратно-поступательным движением поршней, то роторная концепция предлагает только вращательное движение и поршня-ротора, и эксцентрического вала, что резко уменьшает число движущихся деталей. В результате сокращается число трущихся пар, источников шума и вибрации. Двигатель механически сбалансирован.

Кроме того, в РПД отсутствует привычный механизм газораспределения. Впускные и выпускные отверстия («окна») открываются и закрываются самим вращающимся ротором. То есть отпадает необходимость и в клапанах, а вместе с ними — в приводном ремне, распредвалах, коромыслах, пружинах клапанов… Просто взгляните еще раз на анимацию поршневого ДВС и мысленно уберите все, что выше снующих вверх-вниз поршней. То-то же!

Mazda RX-3 Savanna: история выдающегося роторного автомобиля

Mazda RX-3 Savanna — удивительный автомобиль. С помощью него, молодая и малоизвестная на тот момент компания Мазда, громко заявила о себе. И сделала она это классическим способом, в скромный, ничем не примечательный внешне автомобиль установила мощный двигатель. Да еще какой! Под капотом RX-3 находился двухроторный двигатель Ванкеля.

Читать еще:  601 двигатель дизель не заводится

Краткая предыстория

К концу 1950-х, компанию Toyo Kogyo (будущая Mazda), никто не воспринимал как серьезного автопроизводителя. Вершиной модельного ряда фирмы, были примитивные трехколесные моторикши. В 1960 году, компания освоила выпуск своего первого 4-колсеного автомобиля Mazda R360. Это скорее можно назвать «пробой пера», легкий микролитражный автомобиль не мог составить конкуренцию Toyota, Nissan и т.д.

Для того, чтобы переломить ситуацию и закрепить за собой репутацию технологически продвинутой компании, в ноябре 1961 года Toyo Kogyo закупает лицензию на роторный двигатель NSU. Через 6 лет инженеры компании создадут первый японский автомобиль с роторным двигателем — Mazda Cosmo. Долгая и сложная «роторная история» Мазда началась.

Впоследствии компания NSU разорилась при попытке довести двигатель Ванкеля до ума, а Ситроен потратил значительную сумму, но таки ничего не добился в попытках сделать то же самое.

Как бы то ни было, роторный двигатель оказался изделием довольно капризным. Поэтому при разработке семейства новых автомобилей Mazda Grand Familia, вдобавок к роторным, японцы предусмотрели установку традиционных поршневых моторов. К 1971 году испытания были завершены и началось серийное производство.

За исключением двигателей, автомобили незначительно отличались внешне и по названию. В США машины с 4-цилиндровым мотором назывались Mazda 808, а с роторным RX-3. В Японии автомобили с двигателями Ванкеля шли под названием Mazda Savanna.

Mazda RX-3 и роторный двигатель

Безусловно, если бы не роторные двигатель, то RX-3 можно было бы отнести к типичным японским автомобилям класса Toyota Corolla или Mitsubishi Lancer. Но именно двигатель Ванкеля стал изюминкой это автомобиля.

Для Японии и Европы под капотом Mazda RX-3 скрывался двухроторный двигатель 10А общим объемом в 982 см3 и мощностью 105 л.с. Более того, для США предназначался еще более мощный 12А объемом в 1146 см3 и 125 л.с. На первый взгляд цифры особо не впечатляют, но вкупе с «крутильным» характером роторного двигателя и низкой массой в 930 кг, автомобиль разгонялся за 11 секунд до 100 км/ч. Для начала 70-х отличный результат.

Mazda RX-3 и успехи в автоспорте

Для того чтобы привлечь внимание к модели, Mazda должна была одержать победу в автоспорте, желательно над автомобилями Nissan и Toyota. И Мазде это удалось!

Так в 1972 году на гонках Fuji Masters 250, Mazda RX-3 которую пилотировал опытный Йошими Катаяма пришла на подиум. Причем одолев легендарный Nissan Skyline 2000 GT-R, который безраздельно властвовал на гонках серии, победив 49 раз подряд. Кроме того, автомобиль добился успеха и за рубежом. Так в кольцевой гонке Австралии — Bathurst 1000, Mazda RX-3 пришла пятой, уступив только мощным Холденам с V8 под капотом.

Кроме того, за счет своего соотношения цены и характеристик Мазда RX-3 стала настолько популярна в любительском автоспорте, что найти более-менее живой автомобиль уже к началу 90-х было практически не возможно, не говоря уже про наше время.

Что в итоге?

В конечном итоге Mazda RX-3 стала одним из самых значимых автомобилей марки с роторным двигателем. Автомобиль был быстрым, доступным и отлично смотрелся, особенно в кузове купе. Более того RX-3 позволила определить, что компании нужно двигаться в сторону легких роторных машин спортивного типа. Так со временем появилась легендарная Mazda RX-7.

Кроме того RX-3 прославила компанию Мазда. Без этой машины ей бы не удалось стать такой, какой мы знаем ее сейчас.

Короткозамкнутый и фазный ротор — в чем различие

Как вы знаете, асинхронные электродвигатели имеют трехфазную обмотку (три отдельные обмотки) статора, которая может формировать разное количество пар магнитных полюсов в зависимости от своей конструкции, что влияет в свою очередь на номинальные обороты двигателя при номинальной частоте питающего трехфазного напряжения. При этом роторы двигателей данного типа могут отличаться, и у асинхронных двигателей они бывают короткозамкнутыми или фазными. Чем отличается короткозамкнутый ротор от фазного ротора — об этом и пойдет речь в данной статье.

Короткозамкнутый ротор

Представления о явлении электромагнитной индукции подскажут нам, что произойдет с замкнутым витком проводника, помещенным во вращающееся магнитное поле, подобное магнитному полю статора асинхронного двигателя. Если поместить такой виток внутри статора, то когда ток на обмотку статора будет подан, в витке будет индуцироваться ЭДС, и появится ток, то есть картина примет вид: виток с током в магнитном поле. Тогда на такой виток (замкнутый контур) станет действовать пара сил Ампера, и виток начнет поворачиваться вслед за движением магнитного потока.

Читать еще:  Двигатель 4 афе плохо заводится на холодную

Так и работает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, только вместо витка на его роторе расположены медные или алюминиевые стержни, замкнутые накоротко между собой кольцами с торцов сердечника ротора. Ротор с такими короткозамкнутыми стержнями и называют короткозамкнутым или ротором типа «беличья клетка» поскольку расположенные на роторе стержни напоминают беличье колесо.

Проходящий по обмоткам статора переменный ток, порождающий вращающееся магнитное поле, наводит ток в замкнутых контурах «беличьей клетки», и весь ротор приходит во вращение, поскольку в каждый момент времени разные пары стержней ротора будут иметь различные индуцируемые токи: какие-то стержни — большие токи, какие-то — меньшие, в зависимости от положения тех или иных стержней относительно поля. И моменты никогда не будут уравновешивать ротор, поэтому он и будет вращаться, пока по обмоткам статора течет переменный ток.

К тому же стержни «беличьей клетки» немного наклонены по отношению к оси вращения — они не параллельны валу. Наклон сделан для того, чтобы момент вращения сохранялся постоянным и не пульсировал, кроме того наклон стержней позволяет снизить действие высших гармоник индуцируемых в стержнях ЭДС. Будь стержни без наклона — магнитное поле в роторе пульсировало бы.

Скольжение s

Для асинхронных двигателей всегда характерно скольжение s, возникающее из-за того, что синхронная частота вращающегося магнитного поля n1 статора выше реальной частоты вращения ротора n2.

Скольжение возникает потому, что индуцируемая в стержнях ЭДС может иметь место только при движении стержней относительно магнитного поля, то есть ротор всегда вынужден хоть немного, но отставать по скорости от магнитного поля статора. Величина скольжения равна s = (n1-n2)/n1.

Если бы ротор вращался с синхронной частотой магнитного поля статора, то в стержнях ротора не индуцировался бы ток, и ротор бы просто не стал вращаться. Поэтому ротор в асинхронном двигателе никогда не достигает синхронной частоты вращения магнитного поля статора, и всегда хоть чуть-чуть (даже если нагрузка на валу критически мала), но отстает по частоте вращения от частоты синхронной.

Скольжение s измеряется в процентах, и на холостом ходу практически приближается к 0, когда момент противодействия со стороны ротора почти отсутствует. При коротком замыкании (ротор застопорен) скольжение равно 1.

Вообще скольжение у асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором зависит от нагрузки и измеряется в процентах. Номинальное скольжение — это скольжение при номинальной механической нагрузке на валу в условиях, когда напряжение питания соответствует номиналу двигателя.

Другие статьи про асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором на Электрик Инфо:

Фазный ротор

Асинхронные двигатели с фазным ротором, в отличие от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, имеют на роторе полноценную трехфазную обмотку. Подобно тому, как на статоре уложена трехфазная обмотка, так же и в пазах фазного ротора уложена трехфазная обмотка.

Выводы обмотки фазного ротора присоединены к контактным кольцам, насаженным на вал, и изолированным друг от друга и от вала. Обмотка фазного ротора состоит из трех частей — каждая на свою фазу — которые чаще всего соединены по схеме «звезда».

К обмотке ротора через контактные кольца и щетки присоединяется регулировочный реостат. Краны и лифты, например, пускаются под нагрузкой, и здесь необходимо развивать существенный рабочий момент. Невзирая на усложненность конструкции, асинхронные двигатели с фазным ротором обладают лучшими регулировочными возможностями касательно рабочего момента на валу, чем асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которым требуется промышленный частотный преобразователь.

Обмотка статора асинхронного двигателя с фазным ротором выполняется аналогично тому, как и на статорах асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, и аналогичным путем создает, в зависимости от количества катушек (три, шесть, девять или более катушек), два, четыре и т. д. полюсов. Катушки статора сдвинуты между собой на 120, 60, 40 и т. д. градусов. При этом на фазном роторе делается столько же полюсов, сколько и на статоре.

Регулируя ток в обмотках ротора, регулируют рабочий момент двигателя и величину скольжения. Когда регулировочный реостат полностью выведен, то для уменьшения износа щеток и колец их закорачивают при помощи специального приспособления для подъема щеток.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector