Давайте разберёмся, почему роторные двигатели канули в лету

Греется асинхронный трехфазный двигатель

Причины перегрева асинхронного 3-фазного электродвигателя можно разделить на две категории: механические и электрические.

Первые связаны с конструктивными особенностями устройства, а вторые — с низким качеством подаваемого напряжения.

К механическим причинам относится:

Рост нагрузки, к примеру, из-за добавления дополнительных потребителей, клина механизма или попадания внутрь посторонних элементов.
Износ щеток электрического мотора из-за длительной эксплуатации.
Выход из строя подшипников из-за отсутствия смазки или ее низкого качества. Если ничего не предпринимать, устройство разрушается, что приводит к повреждению остальных элементов электродвигателя.
Недостаточное охлаждение, к примеру, из-за повреждения крыльчатки вентилятора. Для решения проблемы требуется дополнительный обдув.
Перекос вала электродвигателя.

Электрические причины меньше влияют на температуру электродвигателя, но отметать их не стоит.

К основным факторам относится:

Ошибка в схеме включения.
Обрыв/перегорание одной из фаз, из-за чего снижается механический момент, а двигатель может вообще остановиться.
Изменение напряжения на входе. Асинхронные трехфазные двигатели чувствительны к этому параметру. Изменение даже на 5% приводит к повышению нагрева, а при достижении 10% мотор вообще может остановиться или выйти из строя.
Внутреннее замыкание между витками или фазами. Для определения неисправности необходимо отключить мотор и использовать мультиметр и омметр. При замыкании небольшого числа витков изменение сопротивления незначительно, поэтому выявить проблему трудно.

Внутренний обрыв одной фазы обмотки статора.

При соединении обмотки звездой внутренний обрыв одной фазы дает такие же результаты, как при обрыве одной фазы питающей сети. Соединяя обмотку статора треугольником, внутренний обрыв одной фазы трудно заметить сразу. В этом случае обмотки двух целых фаз двигателя окажутся подключенными к сети по схеме открытого треугольника, как показано на рисунке 114. Током, протекающим по обмотке статора, создается вращающееся магнитное поле, и двигатель хорошо берет с места, развивает нормальную скорость. Во время работы под нагрузкой двигатель потребляет из сети повышенный ток: две фазы статора, оставшиеся в работе, перегреваются. Двигатель потребляет из сети больше энергии, чем в нормальном режиме, и в отдельных случаях может развить момент, близкий к номинальному при сильном перегреве двух работающих фаз. Нередко обмотка двигателя полностью выходит из строя при работе двигателя по схеме открытого треугольника. Указанную неисправность можно определить, измерив линейный ток в фазах работающего двигателя. Ток в одной из фаз при открытом треугольнике примерно в 1,7 раза больше тока двух других фаз.

История

С древности известны колеса ветряных и водяных мельниц, которые можно отнести к примитивным роторным двигательным механизмам. Самый первый тепловой двигатель в истории — эолипил Герона Александрийского (I в. н. э) также относится к роторным двигателям. В XIX веке, вместе с массовым появлением поршневых паровых машин, начинают создаваться и активно использоваться и роторные паровые двигатели. К ним можно отнести как паровые роторные машины с непрерывно открытыми в атмосферу камерами расширения — это паровые турбины, так и паровые машины с герметично запираемыми камерами расширения: к ним, например, можно отнести «коловратную машину» Н. Н. Тверского, которая успешно эксплуатировалась во многих экземплярах в конце XIX века в России.

С началом массового применения ДВС в первые десятилетия XX века начались и работы по попыткам создать эффективный роторный ДВС. Однако эта задача оказалась большой инженерной трудностью, и лишь в 1930-х годах была создана работоспособная дизельная турбина, которая по классификации относится к роторным ДВС с непрерывно открытой в атмосферу камерой сгорания.

Работоспособный роторный ДВС с герметично запираемой камерой сгорания удалось создать лишь в конце 1950-х годов группе исследователей из немецкой фирмы NSU, где Вальтер Фройде и Феликс Ванкель разработали схему роторно-поршневого двигателя.

В отличие от газовых турбин, которые широко и массово применяются уже более 50 лет, роторный двигатель Ванкеля и Фреде не показал очевидных преимуществ перед поршневыми ДВС, а также имел заметные недостатки, которые и сдерживают массовое применение этих моторов в промышленности. Но потенциально широкий набор возможных конструктивных решений создают широкое поле для инженерных поисков, которые уже привели к появлению таких конструкций, как роторно-лопастной двигатель Вигриянова, трёхтактный и пятитактный роторные двигатели Исаева и 2-тактный роторно-поршневой двигатель

Машины на РПД

Автомобили с таким типом двигателя используются по сей день.

Mazda RX 8

В Мазде не просто слепо верили в перспективу такого двигателя, они его постоянно совершенствовали. И делали это довольно успешно, им удалось добиться, чтобы двигатель объемом всего 1,3 литра выдавал мощность на 215 лошадиных сил. С таким же объемом был еще более мощный вариант — на 231 лошадку. Но продажи таких автомобилей начали падать, поэтому в конце 2011 года производить RX-8 перестали.

Ваз 2109-90

На момент создания возможности этого авто на роторном двигателе впечатляли. Его устанавливали на полицейские экипажи, чтобы они были быстрыми и мощными. Показатель мощности — 140 лошадиных сил, разгон до сотни километров в час составлял 8 секунд, максимальная скорость — две сотни километров в час. Такие машины не стали популярными, они обходились дорого и не были достаточно надежными. Их использование было выгодным только в виду высокий скоростных характеристик, они обгоняли любой советский автомобиль и многие иномарки.

Mercedes C111

Его презентовали в 1970 году, в него установлен роторный двигатель на три секции объемом 1,8 литра. Мощность — 280 лошадиных сил. Максимальная скорость — 275 километров в час, причем до первой сотни разгоняется за пять секунд.

Ваз 21019 Аркан

Если бегло глянуть на эту машину, то можно перепутать его с ВАЗом 21011. Если судить по тому, что внутри, то это скорее ВАЗ-411. Это роторный мотор из двух секций, благодаря которому авто может развивать мощность до 120 лошадок. Разогнаться он может до 160 километров в час, это в теории, на практики удавалось разогнать и до более высоких скоростей. В советские времена это был один из самых скоростных автомобилей, ни одна другая отечественная машина не могла его обогнать. Превзойти Аркан могли бы, пожалуй, только иностранные авто из спортивного класса, в которых все рассчитано на скорость.

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.

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).

Чем роторный двигатель отличается от обычного

Технический прогресс не стоит на месте и сегодня вместе с самым обычным поршневым двигателем на автомобильном рынке можно встретить и роторно-поршневой вариант. Сегодня вы узнаете, что такое роторный двигатель, и чем он отличается от обычного двигателя, который установлен почти во всех современных автомобилях.

Чем является РПД?

Для того, чтобы сравнивать роторный двигатель с поршневым необходимо полностью разобраться с тем, что же он из себя представляет. Как и поршневой вариант, роторный двигатель использует давление, которое появляется при сгорании топливно-воздушной смеси. Само же название происходит от основной детали – движущегося ротора, за счет которого и происходит процесс работы двигателя. Ротор имеет похожую на треугольник форму и крепится к особому механизму. Примечательно, что его вращение происходит не вокруг конкретной оси, а он будто бегает вокруг шестерни.

Двигатель имеет 4 фазы: Впуск, сжатие, зажигание, выпуск. Сначала топливно-воздушная смесь засасывается в первую камеру, где и смешивается. Затем, при помощи ротора, она сжимается в следующей камере и зажигается при помощи свечей. После смесь идет дальше, где вытесняются использованные части топлива и все начинается сначала.

На сегодняшний день серийным выпуском автомобилей с роторным двигателем занимается только компания «Mazda» . Стоит признать, они неплохо себя показали, особенно тогда, когда компания не была настолько крупной и шла на большой риск, запуская подобные варианты двигателей.

Преимущества перед обычным двигателем внутреннего сгорания

Преимуществ перед обычным двигателем оказалось достаточно, чтобы компания «Mazda» могли выпускать их серийно и превратиться в серьезную корпорацию. Какие же преимущества у роторного двигателя перед обычным:

Благодаря механическому равновесию двигателя у него заметно меньше вибраций при работе, что влияет на комфорт в легковых автомобилях;
Высокая динамика работы двигателя позволяет на низкой передаче разгонять автомобиль до скорости свыше 100 км/час при высоких оборотах.
Выше мощность при меньших объемах. Двигатель объемом в 1,3 литра может выдавать до 250 лошадиных сил. Благодаря этому в Японии, где и находится главный офис компании «Mazda», они пользовались большой популярностью при большом налоге на топливо;
Меньше движущихся деталей и меньшие габариты. Если в поршневом ДВС будет минимум 40 движущихся частей, то, например в двухроторном двигателе их всего 3 – 2 ротора и выходной вал;
Экологичность. Хоть РПД выделяет слишком много углеводорода, выброс оксида азота у него значительно меньше, чем у обычных ДВС. Но даже проблема с углеводородом была решена японскими инженерами. После введения в США закона «о чистом воздухе» , двигатели «Mazda» подверглись нескольким модификациям, которые позволили снизить выброс углеводорода;

Недостатки роторного двигателя

Как у всего в этом мире у роторного двигателя есть и свои недостатки:

Цена двигателя может порой кусаться. Связано это с не самой большой популярностью роторных двигателей. В свое время и на западе рассматривали варианты использования РПД, но идею быстро отсекли и посчитали устаревшей. Интересно, что в России тесты также проходили, как вариант автомобилей для спецслужб, но идея тоже не прижилась из-за недостаточного финансирования со стороны государства. Серийный же выпуск таких двигателей удалось запустить только японцам. Поэтому и цена достаточно большая;
Высокий расход топлива. Из-за того, что камера сгорания больше обычно поршневого ДВС на нее необходимо больше топлива. Это и является одним из самых главных минусов роторного варианта двигателя. Тем более, при постоянно растущих в России ценах на топливо;

Роторные двигатели — почему мы не используем их?

Наверняка вы слышали о таких роторных двигателях, а кому-то даже удалось покататься на авто с такими агрегатами. Другое название РПД — двигатель Ванкеля (в честь изобретателя, внёсшего существенный вклад в его создание).

Как вы знаете, в обычном поршневом двигателей, за счёт сгорания смеси в камерах, получается возвратно-поступательное движение, которое затем трансформируется в вращательное с помощью коленвала.

Во время появления первых рабочих прототипов этот ДВС считался очень перспективным, а мировые автопроизводители поспешили приобрести на него лицензию. Наибольший интерес к двигателю Ванкеля проявили японцы, так что не мудрено, что РДП в большей степени ассоциируется с японскими авто.

У роторного двигателя есть множество преимуществ:

Более высокий КПД в сравнении с бензиновым и дизельным двигателем. У роторного двигателя этот показатель составляет 40-45%, против 20-30 у бензинового.
Хорошая динамика. Роторные двигатели обладают высокой мощностью и крутящим моментом. Они отлично подходят для спорткаров.
Размеры. Роторные двигатели компактнее, имеют меньший вес и лучше сбалансированы.
Меньше вибраций. За счёт особенности конструкции такой двигатель создаёт меньше вибраций.

Казалось бы: идеальный мотор! Если рассмотреть РПД, которые ставили на RX-8: 190 л.с. и 210 н*м крутящего момента, при объёме в 1,3 литра. Но, к сожалению, не всё так просто.

Ресурс. К сожалению, двигатель Ванкеля обладает меньшим ресурсом, что делает его использование для повседневной езды в городе малопригодным. В среднем такой двигатель ходит от 100 до 200 тыс. км.
Дороговизна. Изготовление таких двигателей обходится дороже из-за необходимости использования более сложного оборудования. Соответственно и авто с таким мотором стоит дороже при покупке и в дальнейшей эксплуатации.
Требовательность к ГСМ. Роторные двигатели в этом плане очень капризны — масло нужно менять достаточно часто, а его качество всегда должно быть на высоком уровне. Также и с бензином — плохой бензин очень быстро убивает такие моторы.
Высокий расход на низких оборотах. Опять же из-за особенностей мотора, при езде в городе он может потреблять больше поршневого, даже при меньшем объёме.

Поэтому, при всей привлекательности этого типа двигателей, установка их на массовые авто не рентабельна. Чаще их используют на гоночных авто

Из крупных производителей больше всех внимание РПД уделила Mazda, но даже они пока сняли их с производства, продолжив разработки новых моделей

Что такое капремонт

Капремонт — это комплекс ремонтных работ, связанных с заменой деталей не подлежащих ремонту (в основном, поршни, кольца, прокладки) и ремонтом деталей, которые можно восстановить до заводского состояния. После проведения капремонта двигатель восстанавливается свои силовые эксплуатационные показатели (мощность, компрессия, бесшумность и плавность работы). В отличие от текущего или внепланового (это, например, перегорает предохранитель омывателя или не работает обогрев заднего стекла 2107) капитальный ремонт предполагает ремонт всего двигателя, а не отдельных деталей. Поэтому такой вид работ стоит прилично, требует опыта, времени и, желательно теплого хорошо освещенного гаража, если водитель хочет сделать капиталку своими руками.

Так как мотор — это сердце транспортного средства, ремонт его надо выполнять с соблюдением всех норм и правил, точности и умения.

Износ апексов

Установленные в вершинах роторов уплотнительные пластины – апексы – созданы с расчетом на износ. Они могут износиться на 0,8 мм. Если остаточная высота пластин – 4,5 мм и менее, то их пора менять. Сильно изношенный апекс может просто выпасть под действием центробежной силы. Естественно, он размолотит ротор, оставит следы на поверхности гильзы. В этом случае ремонт двигателя будет нецелесообразен – проще и дешевле купить б/у или восстановленный мотор, или же мотор под реставрацию, в котором достаточно поменять ремкомплект.

Повышенный расход масла, плохой запуск двигателя или скачущий холостой ход – первый признак механического износа двигателя и снижения компрессии. Компрессия должна быть не ниже 6,5 бар, в идеале порядка 8 бар. Если компрессия снижается, то следует сразу отправляться на переборку двигателя. В этом случае капремонт обойдется в минимальную сумму – порядка $2000-2500.

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:

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.
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.
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.
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.

Устройство роторно-поршневого двигателя — плюсы и минусы

Конструкция роторного двигателя

Поскольку РПД и классический поршневой мотор являются двигателями внутреннего сгорания, было бы логичным предположить, что и система впрыска ТВС, а также система зажигания у них схожи. Так оно и есть, но строение самих силовых агрегатов кардинально разное.

Устройство роторного двигателя включает следующие основные конструктивные элементы:

собственно ротор;
статор, в роли которого выступает корпус мотора;
приводной (выходной) вал.

Здесь используется классическая компоновка: вращающийся ротор находится внутри статора. Геометрия ротора предполагает наличие трёх выпуклостей, которые, по существу, являются аналогами поршня. Углубление в этих выпуклостях способствует повышению скорости вращения за счёт формирования завихрений отработанных газов. Каждая выпуклость комплектуется двумя кольцами, внутри которых формируются полости, представляющие собой камеры сгорания.

Одной из самых важных элементов ротора считается расположенное примерно посередине вала зубчатое колесо. Оно входит в зацепление с шестерней, располагаемой напротив на корпусе мотора. Эта зубчатая пара и является той компонентой, которая формирует направление и, разумеется, траекторию движения самого ротора.

Корпус РДВС выполнен в виде овала, что резко контрастирует с внешностью традиционного поршневого двигателя. Сделано это для того, чтобы все вершины ротора (напомним, их всего три) постоянно контактировали со стенками статора. Посредством такой экзотической геометрии достигается формирование в любой момент времени трёх камер сгорания, полностью герметичных и целиком изолированных от влияния соседний полостей. Впускная система также необычна: вместо клапанного механизма используются специальные порты впуска/выпуска, первый из которых непосредственно ведёт к дросселю, второй – к выхлопной системе, тоже напрямую, без каких-либо промежуточных конструктивных элементов.

Выходной вал ротора абсолютно не похож на коленвал поршневого ДВС. Да, на нём присутствуют эксцентрики в виде выступов специальной формы, расположенных на валу с определённым смещением относительно осевой линии. Но они служат для сопряжения с роторами (их у двигателя бывает несколько). Каждый отдельный ротор, вращаясь, воздействует на свой кулачковый эксцентрик, усиливая крутящий момент выходного вала.

Вот так необычно устроен роторный двигатель. Следует упомянуть ещё об одной его конструктивной особенности: он собирается в заводских условиях послойно. Наиболее распространены двухроторные силовые агрегаты, у которых имеется пять таких слоёв. В качестве крепёжных элементов используются болтовые соединения, располагаемые по кругу каждой секции.

Система охлаждения роторных силовых агрегатов устроена таким образом, что ОЖ доставляется во все активные элементы конструкции. Подшипники с сальниками расположены в противоположных крайних секциях, во внутренних сегментах установлены роторы. В центральных сегментах расположены впускные порты, выпускные же размещены с обоих краёв корпуса.

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.

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.