Ротационни двигатели: принцип на действие, ресурс и характеристики

Ротационният двигател (RPD или ротационен бутален двигател), за разлика от традиционния бутален двигател с вътрешно горене, е по-опростен по отношение на дизайна. Също така този тип електроцентрала има по-висока ефективност. Съответно, дори при малък работен обем, „възвръщаемостта“ от такъв мотор е доста висока. 

В същото време RPD не се използва широко в автомобилната индустрия. За съжаление, дори при всички предимства, устройството има и редица недостатъци. След това ще разгледаме как работи и работи ротационен двигател, както и неговите силни и слаби страни.

Съдържанието на статията

  • Ротационен двигател: дизайн и принцип на действие на RPD
  • Конструктивни характеристики на ротационен двигател
  • Недостатъци на ротационен двигател
  • Съвети и трикове
  • Нека обобщим

Ротационен двигател: дизайн и принцип на действие на RPD

Ротационни двигатели: принцип на действие, ресурс и характеристики

И така, ротационният двигател, който се нарича още двигател на Ванкел в чест на създателя си, е доста изолиран тип двигател с вътрешно горене. В същото време този тип двигател е инсталиран на различни автомобили (например ротационен двигател VAZ, ротационен двигател Mazda и др.), Но именно Mazda популяризира агрегата в по-голяма степен благодарение на Mazda RX – 8 спортни автомобила с ротационен двигател 13B-MSP.

Накратко, в конвенционален бутален двигател енергията от изгарянето на гориво в цилиндрите се преобразува в възвратно-постъпателно движение от обемиста бутална група, след което допълнително се превръща във въртеливо движение (въртене на коляновия вал).

На свой ред в роторния двигател няма CPG, преобразуването на енергията се извършва всъщност „директно“, тоест практически без загуби. Разбира се, при Mazda ротационният двигател се превърна в достатъчно мощно „сърце“ с изключителни характеристики.

Забележително е, че бензиновият атмосферен ротационен двигател с работен обем от само 1,3 литра (13B-MSP) с 2 ротора под формата на секции произвежда 192 конски сили. В същото време принудителната му версия направи възможно премахването на вече 231 "коня".

  • Ако разгледаме дизайна, двигателят получи 5 корпуса, в резултат на което бяха образувани 2 камери. Тези камери, подобно на цилиндрите, са предназначени за изгаряне на горивно-въздушна смес. Енергията на горенето върти роторите, които са монтирани на ексцентричен вал, който прилича на коляновия вал на конвенционален двигател с вътрешно горене.

В този случай движението на ротора е сложно, тъй като роторът не се върти, а всъщност "търкаля" вътрешната си предавка около неподвижната предавка, която е закрепена в центъра на една от страничните стени на камерата. Самият ексцентричен вал преминава през всички корпуси и неподвижни зъбни колела. Въртенето на ротора, по-точно, неговото въртеливо движение се извършва по такъв начин, че 1 оборот на ротора отчита 3 оборота на ексцентричния вал.

Забележително е също така, че макар роторният двигател да има и цикли на всмукване, компресия, ход и изпускане, механизмът за синхронизиране е максимално опростен. Няма задвижване на механизма за разпределение на газ, няма разпределителни валове, както и самите клапани.

Всички необходими функции се реализират чрез входни и изходни отвори, които са направени в страничните стени. Всъщност роторът отваря и затваря тези прозорци по време на въртене. За да стане ясно, нека разгледаме принципа на действие на ротационен двигател, като използваме примера на агрегат с една секция.

  • И така, страничните страни на ротора, заедно със стените на корпусите, образуват работната кухина. Когато роторът на двигателя е в първоначално положение, кухината е с малък обем (това е началото на хода на всмукване). Освен това, въртейки се, роторът отваря всмукателните отвори, в резултат на което работната горивна смес навлиза в камерата. Когато кухината достигне максималния си обем, роторът ще затвори входните отвори, след което ще започне компресионен ход (кухината ще започне да се свива).

В момента, когато обемът на кухината отново е минимален, поради искрата от свещта сместа ще се запали и работният цикъл ще започне. Освен това енергията от изгарянето на горивото завърта ротора, след което роторът ще се премести в положение, при което изпускателните отвори се отварят (изпускащите газове се освобождават). След дипломирането целият цикъл се повтаря.

Други кухини ще работят по същия начин. Като се вземе предвид факта, че има 3 кухини, при един оборот на ротора ще се получат 3 работни хода. Освен това ексцентричният вал се върти 3 пъти по-бързо от ротора. Резултатът е един работен ход на оборот на вала на двигателя с една секция. Съвсем очевидно е, че четиритактовият бутален двигател с вътрешно горене с един цилиндър има съотношение 2 пъти по-ниско от роторното.

Оказва се, че ако сравним броя на работните ходове на оборота на вала, тогава двусекционният 13B-MSP прилича на конвенционален 4-цилиндров бутален двигател, но с обем 1,3 литра, двигателят е толкова мощен, колкото буталния агрегат с обем малко над 2,5 литра. Освен това добавяме, че ротационният двигател има много по-висока устойчивост на удар, което прави възможно превръщането на този двигател във водороден двигател.

Конструктивни характеристики на ротационен двигател

Ротационни двигатели: принцип на действие, ресурс и характеристики

Въпреки че ротационният двигател има по-малко структурни части, принципът му на работа е малко по-сложен. Също така в устройството на ротационен двигател се използват елементи от различни материали (чугун, алуминий). Има и специални покрития (например хром).

Статорите (роторните кожуси) имат специални стоманени метални вложки, интегрирани в алуминиевия корпус. Всъщност статорът прилича повече на цилиндър с усъвършенствана облицовка. На свой ред страничните корпуси са направени от чугун, в който са направени входни и изходни прозорци. Зъбните колела са прикрепени към външните статори.

Самият ротор е бутало и свързващ прът, изработен от лек чугун. Всяка страна на ротора има горивна камера и уплътнения за поддържане на херметичност. Във вътрешната част на ротора има роторен лагер, който наподобява облицовка на колянов вал.

  • На конвенционално бутало на традиционен двигател с вътрешно горене, буталото има 3 пръстена – чифт компресионни пръстени и пръстен за изстъргване на масло. Роторът от своя страна има върхове (горни уплътнения на ротора). Върховете действат като компресионни пръстени. Тези елементи се притискат към стената на статора от пружина и те също се притискат поради центробежна сила.

Функцията на втория колан на компресионните пръстени се изпълнява от странични и ъглови уплътнения. Те също се притискат от пружини. Тези странични уплътнения са изработени от металокерамика, докато ъгловите уплътнения са чугунени. Освен това има уплътнения за изолация, така че отработените газове да не навлизат във всмукателните отвори през пролуките, образувани съответно между самия ротор и страничния корпус.

От двете страни на ротора има специални маслени уплътнения (по аналогия с пръстените за скрепер), които поддържат маслото да тече във вътрешната кухина на ротора за охлаждане.

Между другото, системата за смазване на ротационен двигател с вътрешно горене е сложна, включва радиатор за охлаждане на маслото, както и цяла група от няколко вида маслени дюзи. Дюзите са интегрирани в ексцентричния вал за охлаждане на роторите и те също са монтирани в статорите.

Маслото също се подава в работната кухина, смесвайки се със запалимата смес и изгаряйки заедно с горивния заряд. Всъщност ротационният мотор е много взискателен към качеството на маслото. Ако попълните грешна смазка, уредът ще се коксира, ще възникне детонация и т.н.

Освен това добавяме, че системата за захранване е проста, има няколко дюзи (чифт дюзи пред всмукателните отвори, както и във всмукателния колектор). Що се отнася до запалването, се използват два щепсела на ротор. Това се дължи на факта, че самите горивни камери са дълги. В резултат на това, за да се постигне равномерно и пълно изгаряне на сместа, се използват две свещи и техните електроди са различни. Важно е да обърнете внимание на това при подмяна на свещи.

Недостатъци на ротационен двигател

Ротационни двигатели: принцип на действие, ресурс и характеристики

В началото на продажбите ротационната Mazda беше активно търсена, тъй като автомобилът привлече шофьорите с необичайния и мощен двигател (особено принудителните версии с мощност от около 500 к.с.) Въпреки това, малко по-късно собствениците, вече при относително ниски ходове, се сблъскаха с първите проблеми и недостатъци на този тип двигатели с вътрешно горене.    

Основните недостатъци са големият разход на гориво и относително ниският ресурс на ротационния двигател 13B-MSP. При идеални условия електроцентрала от този тип може да достигне около 100 хиляди километра. Що се отнася до реалната експлоатация, често двигателите се разрушават с 50-60 хиляди км. пробег.

Роторните уплътнения обикновено са първите, които се провалят. Причината е съвсем очевидна, тъй като пломбите са подложени на силен стрес и се нагряват много. Детонацията, износването на ексцентрични лагери на вала, ротори и др. Също се усеща.

  • Забележително е, че върховете (уплътнения в краищата) са първите, които се отказват, докато страничните уплътнения издържат много по-дълго. В резултат на износването на върховете, както и местата им за закрепване върху ротора, компресията пада в двигателя, ъглите на уплътненията могат да паднат, увреждайки статорните повърхности.

Забележително е и бързото повреждане на основните лагери на ексцентричния вал. Като се вземе предвид факта, че валът се върти 3 пъти по-бързо от роторите, роторите са малко изместени спрямо стените на статора, а върховете на роторите трябва винаги да са на едно разстояние от стените.

Ротационни двигатели: принцип на действие, ресурс и характеристики

Препоръчваме също да прочетете статията за това какво е двигател на хибриден автомобил. В тази статия ще научите как работи и работи хибриден двигател и какво трябва да знаете за хибриден двигател, преди да закупите превозно средство с такъв тип електроцентрала.

В резултат на това, когато ъглите на върховете падат, неизбежно се появяват припадъци на повърхността на статора. В същото време диагностиката на ротационен двигател е много трудна, тъй като за разлика от конвенционалния мотор ротационният двигател не чука в случай на износване на облицовките.

Успоредно с това отбелязваме, че при компресорните версии на този двигател работата на агрегата върху постна смес води до прегряване на върха. Освен това пружината, която притиска върха, просто я огъва и компресията значително намалява. Дори принудителните (ротационни компресорни двигатели) се характеризират с неравномерно нагряване на тялото.

Горната част на двигателя с вътрешно горене, където се случват всмукателните и компресионните удари, са по-студени. В същото време долната част, където протича процесът на изгаряне на сместа и отделянето на горещи газове, се загрява много повече. Резултатът е деформация на тялото на принудителните версии.

  • Също така отбелязваме, че проблемите на системата за смазване също се появиха отделно. На практика маслените дюзи в статора често се замърсяват и спират да работят. В същото време не е възможно да се промият клапаните на дюзите, тоест е необходима подмяна. Ако проблемът не е бил идентифициран навреме, гладът на маслото става причина за силно износване на редица елементи на роторния двигател.

В същото време във всички случаи и независимо от причината на практика е невъзможно да се възстанови статора на практика и също така трябва да се отбележи, че няма ремонтни части. Това означава, че ако статорът е повреден, ремонтът на двигателя е много труден и скъп. Същото важи и за ротора. Ако връхните канали са повредени, е почти невъзможно да се поправи частта.

Всичко това означава, че двигателят всъщност е „за еднократна употреба“ и няма начин да го поправите правилно. Единственият изход е закупуването и инсталирането на нов двигател, тъй като опциите за договор в повечето случаи също ще бъдат износени и няма да продължат дълго. Разбира се, можете да си купите ротационен двигател без работа, но цената на ротационен двигател ще бъде висока.   

Съвети и трикове

Ротационни двигатели: принцип на действие, ресурс и характеристики

На първо място, роторният двигател трябва да се „захранва“ само с висококачествен високооктанов бензин (не по-нисък от AI-98). Само висококачественото гориво ви позволява да избегнете детонация, а също така забавя процеса на натрупване на въглеродни отлагания върху електродите на свещите.

Също така трябва да се помни, че този мотор е изключително чувствителен не само към качеството, но и към вида на маслото. Например, не се препоръчва да се излива синтетика, тъй като въглеродните отлагания бързо се натрупват на върховете и компресията пада. Налейте в такъв мотор само масло, препоръчано от самия производител, или „минерална вода“, подходяща за всички допустими отклонения.

Също така, смяната на маслото трябва да се извършва често, маслото в ротационния двигател се сменя на всеки 4-5 хиляди км. Също така е важно своевременно да смените въздушния филтър на двигателя, тъй като замърсяването му може да доведе до коксуване на маслените дюзи на системата за смазване. Що се отнася до свещите, по-добре е да ги подменяте на всеки 10-15 хиляди км.

  • Обикновено основният симптом на ротационните двигателни проблеми е загубата на компресия, която се проявява при трудни студени стартове. Освен това неизправностите напредват, двигателят започва да стартира лошо както на "студено", така и на "горещо". Обикновено в този случай е очевидно износването на върховете, натрупването на отлагания върху електродите на свещите и т.н.

В такава ситуация е необходимо спешно да отидете за диагностика при специалисти в ремонта на двигател с вътрешно горене от този тип. На практика, въпреки че ремонтите са сложни и скъпи, напоследък в ОНД се появиха няколко центъра, специализирани в отстраняване на неизправности и ремонт на ротационен двигател с гаранция.

По правило в рамките на ремонта се сменят статорите, уплътненията на ротора, самите ротори и др. Разбира се, ремонтите не са евтини, но определено са по-достъпни в сравнение с закупуването на нов силов агрегат.

И накрая, отбелязваме, че подобно на буталния двигател, въртящият се двигател трябва да се загрее преди пътуване. В този случай, докато двигателят достигне работни температури, устройството не трябва да се зарежда. При този подход, както и в комбинация с висококачествен бензин и масло, както и навременна поддръжка, има всички шансове роторният двигател Mazda RX-8 да премине около 80 или дори 100 хиляди км без ремонт.

Нека обобщим

Вземайки предвид горната информация, става ясно защо ротационният двигател не е получил широко разпространение, дори като се вземат предвид редица предимства. На първо място, малък ресурс, необходимостта от честа и скъпа поддръжка, както и сложността на ремонта на RPE са сериозни недостатъци на електроцентралите от този тип.

Ротационни двигатели: принцип на действие, ресурс и характеристики

Препоръчваме също да прочетете статията за това какво представлява водородният двигател. В тази статия ще разберете какви характеристики има водородният двигател, както и какви са перспективите за водородния двигател. Поради тази причина трябва отделно да проучите всички нюанси, обсъдени по-горе, особено ако се обмисля закупуване на автомобил с ротационен двигател. Например, Mazda RX-8 на вторичния пазар може да изглежда като чудесна възможност, тъй като тези автомобили се продават на атрактивна цена на фона на конкуренти със сходни характеристики.

На практика обаче такова превозно средство може да се нуждае от подмяна или основен и скъп ремонт на силовото предаване. Освен това, дори ако всичко е наред с двигателя, не трябва да разчитате на дълъг ресурс, а потенциалните собственици трябва да се подготвят за по-високи разходи за рутинна поддръжка на ротационен двигател в сравнение с принудителните бутални двигатели с вътрешно горене (както атмосферни, така и с компресор).  

Подобен...