Роторний двигун, як і двигун у вашій машині є двигуном внутрішнього згоряння, але принцип його роботи зовсім інший, на відміну від звичайного поршневого двигуна.

Якщо у поршневому двигуні, існує декілька (залежно від циліндрів) робочих об’ємів (циліндр і поршень), по черзі виконують свої стандартні цикли – паркан суміші, стиснення, запалювання і вихлоп, то в роторному, поршні замінені ротором. (робочий трикутний орган у формі эпитрохоида), який в залежності від кута повороту по черзі, спільно з корпусом, бере участь у тих же циклах перерахованих раніше (паркан, стиснення, запалювання, викид)
У цій статті ми дізнаємося про те, як працює роторний двигун, про його особливості і цікавих фактах пов’язаних з ним, про достоїнства і недоліки. Давайте почнемо наше знайомство з роторним двигуном, з принципу його роботи.

Принцип роботи роторно-поршневого двигуна

Як і поршневий двигун, роторний двигун використовує тиск, створюване при згорянні паливно-повітряної суміші. Як і в поршневому двигуні, вхідний отвір сполучається з дросельної заслінкою, а випускне з вихлопною системою. Якщо у поршневому двигуні це тиск утворюється в циліндрах, а потім за допомогою поршнів, шатунів передається на колінчастий вал, то в роторному двигуні передавальні ланки відсутні. Трикутний ротор в роторному двигуні є своєрідним поршнем, що обертається по колу і передає крутний момент на вихідний вал.
Фактично ротор при обертанні ділить загальну камеру на три ізольованих, в обсязі кожної з цих умовних камер відбувається свій цикл (паркан, стиснення, запалювання, викид). Як і у випадку з поршневим двигуном, роторні двигуни мають всього 4 такту.
Як правило, навіть в самому простому роторний двигун застосовують два ротора. Така конструкція дозволяє зменшити детонацію, збільшити стабільність роботи двигуна. Якщо ви подивіться уважно на картинку, то побачите, що один повний оберт ротора, відповідає 3 обігом валу.
Серцем роторного двигуна є ротор. Ротор в даному випадку еквівалентний поршням в звичайному двигуні. Ротор встановлений на вал з якимсь ексцентриситетом. Фактично таке зміщення можна порівняти з ручкою на лебідці. Подібна установка ротора, що дозволяє передавати крутний момент від нього на вал.
Як ми вже говорили, двигун має 4 такту, вони змінюються залежно від кута повороту ротора. Зараз ми коротко розглянемо кожен з даних тактів в роторному двигуні.

Паркан паливно-повітряної суміші в двигуні роторному

Паркан суміші починається в той момент, коли одна з вершин ротора проходить впускний клапан в корпусі. В цей час, об’єм камери розширюється, залучаючи до свого збільшується простір паливно-повітряну суміш. В той момент, коли наступна вершина ротора проходить впускний канал, починається наступний такт.
Стиснення паливно-повітряної суміші в двигуні роторному
Під час повороту ротора, обсяг суміші захопленої ротором зменшується, що призводить до підвищення тиску. Максимальний тиск утворюється в той момент, коли паливно-повітряна суміш знаходиться в зоні свічок.

Спалювання паливно-повітряної суміші

Для запалювання суміші, як і в поршневому двигуні, використовуються свічки. Вони запалюють суміш одночасно, тобто спрацьовують синхронно. Зазвичай для роторного двигуна застосовують дві свічки запалювання. Застосування двох свічок запалювання пов’язано з особливостями робочого об’єму. Він як би витягнутий по стінці корпусу, саме тому, ефективніше використовувати дві свічки, щоб суміш згоряла більш швидко і рівномірно. У випадку з однією свічкою, суміш буде згоряти довше, якщо можна так сказати поступово, що значно знизить піковий тиск під час вибуху при запаленні паливно-повітряної суміші.
У результаті, утворився від тиску вибухової хвилі, виходить робоче зусилля, проворачивающее ротор на ексцентрики валу. Крутний момент передається на вихідний вал. Ротор прокручується до отвору випуску вихлопних газів.

Викид відпрацьованих вихлопних газів

Як тільки ротор однієї зі своїх вершин перетинає кордон випускного отвору, починається викид вихлопних газів. Ротор по інерції, а також за допомогою другого ротора, що працює асинхронно, продовжує змінювати свій кут і переміщується вершиною до впускного отвору. Тут все відбувається заново від такту паркану до такту викиду.

Вузли (деталі) роторного двигуна

Далі ми розповімо про складових частинах роторного двигуна, що також частково допоможе вам у більш точному розумінні роботи двигуна. Роторний двигун має в своєму складі систему запалювання, системи живлення, системи охолодження, які схожі на ті, що застосовуються в поршневих двигунах. А тепер про унікальних деталях.

Ротор роторного двигуна

 

Ротор має три опуклих поверхні з фразированными поглибленнями. Поглиблення дозволяють дещо збільшити робочий об’єм. На вершинах (кутах) ротора є ущільнювальні, односпрямовані пластинки. Саме вони беруть участь у герметизації між ротором і корпусом. Є також металеві кільця на кожній із сторін ротора, які відокремлюють робочу камеру від картера двигуна. Крім того, ротор має в центрі з одного боку зубчастий вінець. Цей вінець жорстко закріплений з ротором. Саме через цю зубчасту передачу передається робочий крутний момент від двигуна.

Корпус роторного двигуна

Корпус роторного двигуна, немов багатошаровий пиріг. Він має свої кришки, робочі камери, розділові стінки. Краще всього зрозуміти конструкцію корпусу можна буде глянувши на картинку.
З неї видно, що двигун має дві камери, розділені стінкою і кришки з двох сторін. Все інше звичайно теж має значення, але першочергово саме те, що ми перерахували.
А тепер ми розповімо про робочих камерах корпусу роторного двигуна.

 

Внутрішня порожнину корпусу представляє з себе складну форму, що нагадує овал. Насправді овал має певні компенсуючі відливи, які забезпечують герметизацію всіх трьох камер розділених ротором, незалежно від кута його повороту і відбувається циклу. Для кожного циклу, в корпусі роторного двигуна, відведене своє місце. В залежності від кута повороту ротора виконується відповідний цикл, який повторюється з періодичністю через кожні 360 градусів повороту ротора
Випускні отвори для викиду згорілих газів, що знаходяться в корпусі робочої камери. Проміжна стінка між камерами (на фото нижче)

 

утримує вал у своєму центральному отворі, ущільнюється з роторами з бічних стінок, має елементи системи охолодження, інжекційні порти, напрямні втулки.

Вихідний вал роторного двигуна

 

Вихідний вал має ексцентрики, в даному випадку їх два, так як на вал встановлюється два ротори, які працюють в протифазі, коли один у циклі викиду відпрацьованих газів, другий в циклі забору суміші. Застосування двох роторів дозволяють компенсувати биття під час роботи двигуна і відповідно зменшити детонацію. За рахунок зміщення ексцентрика і переміщення кожного з роторів по стінках в корпусі двигуна, вони намагаються провернути вал. У підсумку, на ньому утворюється робочий крутний момент.

Переваги роторного двигуна

Як ми вже згадували, головним достоїнством роторного двигуна є відсутність передавальних ланок, а саме шатунів. Крім того, для роторного двигуна не вимагається клапанів, пружин клапанів, розподільного валу, ременя ГРМ і т.д. Все це в підсумку позначається на габаритах і масі двигуна. Саме тому багато виробників літаків (наприклад Skycar, Schleicher), воліють поршневих двигунів роторні.
До плюсів роторного двигуна, як ми вже говорили, можна віднести і дуже гарну збалансованість деталей в ньому. Його можна порівняти з опозитним 4 поршневим двигуном.
роторний двигун більш тривалий час, в порівнянні з поршневим, видає крутний момент на вихідний вал. Якщо для роторного двигуна вихід потужності на вал триває близько ? обороту (270 градусів), то для поршневого двигуна крутний момент передається тільки протягом ? обороту (180 градусів)
Так як ротор обертається лише один раз за три оберти вала, це також позначається на ресурсі ротора, на відміну від поршневих двигунів, де поршень робить повний цикл за оберт вала. У японський моделей автомобілів, ресурс двигуна може досягати 300 т. км

Недоліки роторних двигунів

Так у сучасному світі роторні двигуни масово не застосовуються внаслідок низької екологічності.
Роторні двигуни споживають більшу кількість палива, внаслідок низьких робочих тисків у камері згоряння.
Роторні двигуни не так поширені, що може стати проблемою при їх ремонті та експлуатації.
У двигуні фактично немає системи змащення. Певна кількість мастила (моторного масла) постійно викидається в корпус до ротора. В результаті у двигуна є значний витрата масла. Крім того, це має бути високоякісне мінеральне масло без присадок, так як «синтетика» вигорить, утворює на стінках корпусу нагар.
Двигуни набагато сильніше нагріваються ніж поршневі двигуни.

Всесвітньо відомі автомобілі, що випускаються з роторними двигунами

(На фото Mazda Cosmo Sport і Mazda RX8)

Японська компанія Mazda була піонером у розробці серійних автомобілів з роторним двигуном. Так перша Мазда Cosmo Sport побачила світло в далекому 1967 році. Наступне покоління Mazda RX-7 надійшла в продаж в 1978 році. Мабуть, це була одна з найбільш вдалих машин з роторним двигуном. І останнє покоління автомобілів з роторним двигуном це Мазда RX-8.
І в підсумку, самим потужним без турбонаддува двигуном внутрішнього згоряння став двигун Renesis» від Мазда, об’ємом всього 1,3 л. Саме у нього рекордний показник потужності до робочого об’єму двигуна, а саме 250 л. с.
В останні роки компанії Мазда вдалося значно поліпшити характеристики роторних двигунів. Двигуни стали більш екологічні, і не вимагають такого об’єму масла для мастила.
Випускалися автомобілі з роторним двигуном та іншими авопроизводителями: Audi, Mercedes.
В СРСР на Автовазі також випускали ряд роторних двигунів. Роторні двигуни ставилися на автомобіль 21079 (1,3 л 140 к.с.) і планувалися до експлуатації в спецслужбах.
В 90 роках, в Науково-технічному центрі ВАЗ були створені наступні роторні двигуни ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526.

Перспективи роторних двигунів

Основні перспективи роторних двигунів пов’язані з переходом на водневе паливо. По-перше відразу вирішується проблема екологічності, а по-друге, роторні двигуни практично не схильні до детонації при роботі з цим видом палива.