9Авг

Роторно поршневой двигатель принцип работы: Двигатель Ванкеля — устройство и принцип работы РПД автомобиля

Содержание

Принцип работы роторного двигателя

Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми отличается ДВС. Это и отличает агрегат от обычного поршневого двигателя. РПД называют ещё двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и явные достоинства.

Ротор такого двигателя находится в цилиндре. Сам корпус не круглого типа, а овального, чтобы ротор треугольной геометрии нормально в нём помещался. У РПД не бывает коленчатого вала и шатунов, а также отсутствуют в нём другие детали, что делает его конструкцию намного проще. Если говорить другими словами, то примерно около тысячи деталей обычного двигателя внутреннего сгорания в РПД нет.

Работа классического РПД основана на простом движении ротора внутри овального корпуса. В процессе движения ротора по окружности статора создаются свободные полости, в которых и происходят процессы запуска агрегата.

Почему этот вариант не прижился

Удивительно, но роторный агрегат представляет собой некий парадокс. В чём он заключается? А в том, что он имеет гениально простую конструкцию, которая почему-то не прижилась. А вот более сложный поршневой вариант стал популярным и повсюду используется.

На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя:

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%.

Преимущества ротора, или Как японцы взялись за дело

На видео показан принцип работы роторного двигателя Ахриевых:

Но имеются у РПД и преимущества. В частности, к ним можно отнести особую динамику агрегата. Расход у роторного двигателя очень большой, а кроме этого, у такого агрегата очень маленький ресурс — всего шестьдесят тысяч километров — что делает его непригодным для езды в условиях города. Если объём роторного двигателя будет равен 1,3 л, то он способен будет потреблять до двадцати литров топлива.

Кстати, большой расход бензина также является причиной того, что роторный двигатель не обрёл популярности. Дело в том, что в 1973 году, когда роторные двигатели только вышли, на Аравийском полуострове накалилась обстановка. Там проходили настоящие военные действия, а как известно, арабские страны до сих пор остаются основными поставщиками топлива. В связи с этим делом, цена на бензин резко поднимается. А роторный двигатель пожирал его просто как вечно голодный чревоугодник. Вот и получилось, что он стал лишним.

Зато такой агрегат при этом будет выдавать целых 250 л. с, оставаясь малогабаритным.

На видео показано строение и принцип работы роторного двигателя Ванкеля:

Такая ситуация просто вынуждает причислять роторные двигатели к спортивным моделям автомобилей. Да и не только. Приверженцы роторного двигателя сегодня нашлись. Это известный автопроизводитель Мазда, вставший на путь самурая и продолживший исследования мастера Ванкеля. Если вспомнить ту же ситуацию с Субару, то становится понятен успех японских производителей, цепляющихся, казалось бы, за всё старое и отброшенное западниками как ненужное. А на деле японцам удаётся создавать новое из старого. То же тогда произошло с оппозитными двигателями, являющимися на сегодняшний день «фишкой» Субару. В те же времена использование подобных двигателей считалось чуть ли не преступлением.

Работа роторного двигателя также заинтересовала японских инженеров, которые на этот раз взялись за усовершенствование Мазды. Они создали роторный двигатель 13b-REW и наделили его системой твин-турбо. Теперь Мазда могла спокойно поспорить с немецкими моделями, так как открывала целых 350 лошадок, но грешила опять же большим расходом топлива.

Пришлось идти на крайние меры. Очередная модель Мазда RX-8 с роторным двигателем уже выходит с 200 лошадками, что позволяет сократить расход топлива. Но не это главное. Заслуживает уважения другое. Оказалось, что до этого никто, кроме японцев, не догадался использовать невероятную компактность роторного двигателя. Ведь мощность в 200 л. с. Мазда RX-8 открывала с двигателем объёмом 1,3 литра. Одним словом, новая Мазда выходит уже на другой уровень, где способна конкурировать с западными моделями, беря не только мощностью мотора, но и другими параметрами, в том числе и низким расходом топлива.

На видео рассмотрено устройство и принцип работы роторного двигателя Желтышева:

Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб. Но проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.

Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет новая Мазда, уже с совершенно другим агрегатом.

Заглянем внутрь РПД

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.

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.

На видео показан принцип работы роторно-поршневого двигателя Зуева:

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.

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.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил в своё время многих талантливых инженеров удивлённо вскинуть бровями. И сегодня талантливые инженеры компании Мазда заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли, поверить в производительность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да ещё какую!

Роторно-поршневой двигатель: разбираемся в принципе работы

В далеком 1957 году немецкие инженеры Ванкель и Фройде представили миру первый роторный двигатель. Тогда его взяли на вооружение большинство автомобильных компаний. Mercedes, Citroen и даже ВАЗ — все они ставили роторные движки под капот своих автомобилей. А японские Mazda и по сей день пользуются ротором – правда, уже в современной, усовершенствованной модификации. В чем же успешность роторного двигателя Ванкеля?

Принцип работы роторно-поршневого двигателя

Роторный ДВС совершает те же четыре такта, что и его поршневой собрат: впуск, сжатие, рабочий такт, выпуск. Но работает ротор по-другому. Поршневой двигатель выполняет четыре такта в одном цилиндре. А роторный хоть и выполняет их в одной камере, но каждый из тактов проходит в её отдельной части. То есть, цикл будто выполняется в отдельном цилиндре, а поршень «бегает» от одного цилиндра к другому. При этом, в роторном моторе нет механизма газораспределения. В отличие от поршневого двигателя, всю работу выполняют впускные и выпускные окна, размещенные в боковых корпусах. Ротор вращается и регулирует работу окон: открывает и закрывает их.

Кстати, о роторе. Не нужно и говорить, что он является основным элементом мотора, именно ротор дал название самому двигателю. Что же это за деталь? Ротор имеет треугольную форму, он недвижимо скреплен с эксцентриковым валом и насажен на него не по центру. При вращении элемент описывает капсуловидную форму, а не круг, благодаря его расположению. Ротор передает мощность от мотора к коробке передач и сцеплению, проще говоря, выталкивает сгоревшее топливо и передает вращение на трансмиссию к колесам. Полость, в которой вращается ротор, сделана в форме капсулы.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя состоит в следующем. При вращении ротор создает вокруг себя три, изолированные друг от друга, полости. Происходит это благодаря капсульной форме полости вокруг ротора и треугольной форме самого ротора. Первая полость – полость всасывания, в ней смешивается топливо с кислородом. Далее смесь перегоняется во вторую камеру движением ротора и там же сжимается. Здесь её воспламеняют две свечи, она расширяется и толкает поршень. Поступательным движением ротор прокручивается, открывается следующая полость, где выходят отработавшие газы и остатки топлива.

Недостатки и преимущества роторного двигателя

Как и любой другой ДВС, роторный движок имеет как плюсы, так и минусы. Сначала рассмотрим его преимущества перед другими движками.

1. Производительность роторного двигателя в несколько раз выше остальных. Пока в обычных ДВС за один оборот проходит один такт, то в роторном моторе – три (всасывание, сжатие, воспламенение). Причем, современные движки оборудованы сразу двумя или тремя роторами, поэтому 2-х роторный движок можно сравнить с 6-ти цилиндровым обычным ДВС, а 3-х роторный – с 12-тью цилиндрами.

2. Малое количество деталей. Простота конструкции мотора (ротор и статор) позволяют использовать меньшее количество деталей. Статистика гласит, что в ДВС на 1000 деталей больше, чем в роторном моторе.

3. Низкий уровень вибрации. Ротор вращается по кругу, не совершая возвратно-поступательных движений. Соответственно, вибрация практически не ощутима. Кроме того, роторных двигателей обычно два, поэтому они уравновешивают работу друг друга.

4. Высокие динамические характеристики. За один оборот двигатель совершает три такта. Поэтому даже на малых оборотах двигатель развивает высокую скорость.

5. Компактность и маленький вес. Из-за простоты конструкции и маленького количества деталей мотор обладает маленьким весом и размером.

Несмотря на множество плюсов, мотор имеет и несколько минусов, не позволяющих автокомпаниям массово использовать его на своих авто.

1. Склонность к перегреву. Во время горения рабочей смеси вырабатывается лучистая энергия, которая бесцельно покидает камеру сгорания и нагревает мотор. Это происходит из-за формы камеры, которая напоминает капсулу или линзу, то есть, имея маленький объем, она обладает большой рабочей поверхностью. Чтобы энергия не выходила, камера должна была иметь сферическую форму.

2. Регулярная замена масла. Ротор соединен с выходным валом эксцентриковым механизмом. Этот способ соединения вызывает дополнительное давление, что вкупе с высокой температурой нагревает двигатель. Именно поэтому нужно периодически отдавать машину на капремонт и заменять масло. Без замены масла двигатель выходит из строя.

3. Регулярная замена уплотнителей. На маленькой площади контакта ротора с валом образуется повышенное давление. Уплотнители изнашиваются, в камерах образуются утечки. Вследствие этого увеличивается токсичность выхлопа и падение КПД. Кстати, на новых моделях эту проблему решили, используя высоколегированную сталь.

4. Высокая цена. Для роторных двигателей детали должны производиться с высокой геометрической точностью. Поэтому в производстве роторных двигателей используют дорогостоящее оборудование и дорогие материалы. Вследствие этого цена на роторный мотор высокая при кажущейся простоте конструкции.

Применение роторных двигателей: от изобретения до наших дней

Разработкой роторного двигателя инженеры зан0имаются очень давно. Изобретатель паровой машины Джеймс Ватт положил начало мечте о двигателе роторного типа. В 1846 году инженеры уже определили форму камеры сгорания и основы работы роторного ДВС. Но двигатель так и оставался мечтой. Но в 1924 году молодой и талантливый Феликс Ванкель начал основательную практическую работу по созданию роторного двигателя. Двадцатидвухлетний инженер как раз окончил высшую школу и поступил в издательство технической литературы. Именно тогда Ванкель начал чертить проект собственного двигателя, опираясь на обширные теоретические знания из литературы. Создав собственную лабораторию, инженер начал получать патенты на изделия. В 1934 году Ванкель подал заявку на первый роторный двигатель.

Но судьба распорядилась иначе. Талантливого инженера отметила власть, и он начал работу на крупнейших автомобильных концернах фашистской Германии. Свои проекты ему пришлось отложить. После войны инженер сидел в тюрьме, как пособник нацистского режима, а его лабораторию вывезли французы. И только в 1951 году ученый восстановил имя, начав работать на фирму мотоциклов NSU. Там он восстановил свою лабораторию и привлек к проекту роторного двигателя ещё одного ученого по имени Вальтер Фройде. Вместе они выпустили первый роторный мотор 1 февраля 1957 году. Изначально он работал на метаноле, но к июлю мотор перевели на бензин. В 50-е Германию начала оправляться от последствий войны, соответственно, богатели и автомобильные компании.

Компания NSU, в которой работали Ванкель и Фройде, готовилась массово выпускать автомобили на роторном двигателе. В 1960 году в Мюнхене показали NSU Spider с двигателем Ванкеля под капотом. А в 1968 году вышел NSU Ro-80, который повлиял на дальнейшее автомобилестроение. Автомобиль разгонялся до 180 км/ч, с места машина разгонялась до 100 км/ч за 12,8 с. Ro-80 стал автомобилем года, и многие концерны выкупали права на двигатель Ванкеля. Но из-за недостатков в конструкции двигателя и дороговизны производства, компании отказывались массово делать машины с роторным мотором. Но опытные образцы были.

Например, Mercedes-Benz, выпустивший в 1970 году автомобиль С111. Стильный оранжевый автомобиль с обтекаемым надежным кузовом разгонялся до 100 км/ч за 4,8 с. Но прожорливость автомобиля не дала компании массово производить С111.

Заинтересовались ротором и Chevrolet. Уже в 1972 году публике представили первый «Корвет» с двухсекционным роторным мотором. В 1973 появились Корветы с четырьмя секциями, но в 1974 году, из-за нехватки денег, Chevrolet отложили работу над роторными двигателями. Соседняя Франция тоже взяла на вооружение двигатели Ванкеля. В 1974 году компания Citroen выпустила на рынок Citroen GS Birotor. Под капотом был двухсекционный двигатель Ванкеля. Но машина не пользовалась популярностью. За два года французская компания продала всего 874 машины. В 1977 году Ситроен отозвал роторные авто с целью их ликвидации, но вполне вероятно, что 200 из них смогли уцелеть.

В СССР тоже пробовали применять двигатель Ванкеля. Лицензию на заводах ВАЗ купить не могли, поэтому скопировали односекционный роторный мотор с NSU Ro-80. На его основе в 1976 году собрали двигатель ВАЗ-311. Доработка длилась 6 лет. Первым серийным ВАЗом с ротором под капотом был 21018. Но модель с треском провалилась. Все 50 опытных образцов сломались. В 1983 году в СССР появились двухсекционные роторные модели. Оснащенные таким мотором «Жигули» и «Волги» с легкостью догоняли иномарки. Но потом конструкторское бюро отвлеклось от автомобилестроения и безрезультатно пыталось применить роторный движок в авиации. Привело это к тому, что развивающаяся отрасль остановилась на модели ВАЗ-415 в 1995 году.

До 2012 года серийно выпускалась модель Mazda RX-8, с усовершенствованным двигателем Ванкеля. Вообще, японцы единственные, кто серийно производил роторные машины с 1967 года. В 70-х годах Mazda представила бренд RX, который обозначает использование роторных моторов. Японцы ставили ротор на любое авто, включая пикапы и автобусы. Может быть, поэтому RX-8 имеет отличные технические и экологические характеристики, что было так несвойственно первым автомобилям с двигателем Ванкеля.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Роторно — поршневой двигатель внутреннего сгорания

Главной особенностью любого роторно-поршневого двигателя можно считать применение специального ротора (поршня), имеющего три грани, который вращается внутри специального цилиндра по эпитрохоиде (впрочем, возможны и другие формы цилиндра). Постараемся подробно разобрать конструкцию РПД, его преимущества и недостатки перед другими типами двигателей.

Особенности конструкции роторно — поршневых двигателей Венкеля

Впервые, такой тип двигателя был разработан в 1957 году двумя инженерами: Вальтером Фройде и Феликсом Ванкелем. На валу устанавливается ротор, который имеет жесткое соединение со специальным зубчатым колесом. Это колесо входит в зацепление со статором, который имеет вид неподвижной шестерни. Диаметр ротора достаточно сильно превышает диаметр статора, что дает возможность зубчатому колесу полностью обкатываться вокруг статора. Каждая вершина граней ротора движется по эпитрохоидальной поверхности и отделяет три, постоянно меняющихся, объема.

Данная конструкция позволяет выполнить действия всех четырех тактов любого из существующих двигателей внутреннего сгорания, причем, без применения механизма, отвечающего за газораспределение. Камеры сгорания герметизируются с помощью специальных пружинных лент и пластин, которые придавливаются к поверхности цилиндра давлением, создаваемым газом. Так как в роторно-поршневом двигателе отсутствует ГРМ, это делает его конструкцию намного проще любого другого двигателя. Кроме того, отсутствие различных тяжелых элементов, таких как, шатуны и коленчатый вал, позволяют сделать его размеры намного меньше, в то время как, мощность увеличивается. Один оборот такого двигателя равняется одному циклу, что можно сравнить с полным оборотом двухцилиндрового поршневого двигателя.

Подача топлива в камеру сгорания, смазка подвижных частей двигателя, охлаждение и запуск осуществляются точно также, как и на обычном ДВС. Расход топлива может варьироваться от

Видео — Принци работы РДП

Преимущества и недостатки РДП

Преимущества

1. Прежде всего, такой двигатель обладает самым низким уровнем вибраций. Его конструкция абсолютно уравновешена и делает движение на легких транспортных средствах намного комфортнее.

2. Очень высокие динамические характеристики. Такой двигатель позволяет разогнать транспортное средство на первой передаче до 100 километров в час, при низкой нагрузке на механизмы. Двигатель достаточно долгое время выдерживает число оборотов, достигающее 8000 об/мин.

3. Движущиеся части механизма имеют очень низкую массу, а ротор двигателя выдает мощность в течение всех четвертей каждого оборота. Это позволяет добиться достаточно большой удельной мощности, в отличие от обычного поршневого двигателя. Для сравнения, роторно-поршневой двигатель с рабочим объемом 1.3 литра, выдает мощность, равную 220 лошадиным силам, в то время как, обычный поршневой двигатель с тем же объемом выдает мощность, не превышающую 100 лошадиных сил.

4. Вместо сотен различных деталей, в роторно-поршневых двигателях применяется всего 2-3 десятка. Кроме того, размеры и масса РПД намного меньше, чем у обычных двигателей с шатунами и коленчатым валом.

Недостатки

1. Соединение вала ротора с выходным валом, посредством эксцентрированного механизма, вызывает слишком большое давление между соединяемыми трущимися деталями. Это приводит к лишнему перегреву двигателя и повышенному износу деталей механизма. В связи с этим, появляется острая необходимость в периодической замене масла и уплотнительных элементов. Если выполнять данные требования в соответствии с регламентом, то ресурс двигателя значительно увеличивается, в противно случае, происходит поломка, которая непременно выведет агрегат из строя.

2. Камера сгорания имеет форму линзы, это означает, что при очень малом объеме она имеет очень большую площадь. Все это приводит к образованию лучистой энергии, которая бесполезно влияет на работу двигателя и также приводит к излишнему перегреву. Таким образом, КПД двигателя значительно снижается, что не позволяет использовать его в полной мере.

3. На пониженной передаче такой двигатель обладает очень большим расходом топлива, по сравнению с обычными ДВС.

4. Площадь соприкосновения уплотнителей и вращающихся деталей быстро снижается, это говорит о быстром износе сальников, которые способствует утечке смазывающего вещества и попаданию масла в камеру сгорания. В результате выхлоп получается очень токсичным, а ресурс двигателя быстро снижается. Тем не менее, данную проблему устранили применением высоколегированных сталей при изготовлении РПД.

5. В связи со строгими требованиями к геометрии всех деталей механизма, возникает необходимость в высокоточном оборудовании для изготовления таких двигателей. Это усложняет и делает дороже процесс их производства.

Где применяют роторно-поршневые двигатели?

Изначально, разработка роторно-поршневых двигателей велась для спортивных автомобилей. Ведь для гоночных автомобилей не столь важен большой ресурс, так как ремонт поршневых двигателей тоже требовался и после первого заезда.

В серийном производстве РПД устанавливался на автомобили немецкого производства. Это был седан представительского класса NSU Ro 80. Автомобиль для своего времени был достаточно современным, так как имел привлекательный дизайн и хорошие аэродинамические свойства. Однако, ввиду серьезных недостатков роторно-поршневых двигателей, связанных со слишком частым техническим обслуживанием, получил отрицательную оценку, в связи с чем, стал оснащаться обычными поршневыми двигателями. Это связано с тем, что двигатель приходил в негодность уже после 50 тысяч километров, что являлось малоэкономичным показателем.

В настоящее время роторно-поршневые двигатели изготавливают только два завода в мире – это ВАЗ (Россия) и Mazda (Япония). 

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 …

Как устроен роторно поршневой двигатель. Двигатель Ванкеля: устройство, принцип работы

Роторно-поршневой двигатель(РПД), или двигатель Ванкеля. Двигатель внутреннего сгорания, разработанный Феликсом Ванкелем в 1957 году в соавторстве с Вальтером Фройде. В РПД функцию поршня выполняет трехвершинный (трехгранный) ротор, совершающий вращательные движения внутри полости сложной формы. После волны экспериментальных моделей автомобилей и мотоциклов, пришедшейся на 60-е и 70-е годы ХХ века, интерес к РПД снизился, хотя ряд компаний по-прежнему работает над совершенствованием конструкции двигателя Ванкеля. В настоящее время РПД оснащаются легковые автомобили компании Mazda. Роторно-поршневой двигатель находит применение в моделизме.

Принцип работы

Сила давления газов от сгоревшей топливо-воздушной смеси приводит в движение ротор, насаженный через подшипники на эксцентриковый вал. Движение ротора относительно корпуса двигателя (статора) производится через пару шестерен, одна из которых, большего размера, закреплена на внутренней поверхности ротора, вторая, опорная, меньшего размера, жестко прикреплена к внутренней поверхности боковой крышки двигателя. Взаимодействие шестерен приводит к тому, что ротор совершает круговые эксцентричные движения, соприкасаясь гранями с внутренней поверхностью камеры сгорания. В результате между ротором и корпусом двигателя образуются три изолированные камеры переменного объема, в которых происходят процессы сжатия топливо-воздушной смеси, ее сгорания, расширения газов, оказывающих давление на рабочую поверхность ротора и очищения камеры сгорания от отработанных газов. Вращательное движение ротора передается на эксцентриковый вал, установленный на подшипниках и передающий вращающий момент на механизмы трансмиссии. Таким образом в РПД одновременно работают две механические пары: первая — регулирующая движение ротора и состоящая из пары шестерен; и вторая — преобразующая круговое движение ротора во вращение эксцентрикового вала. Передаточное соотношение шестерен ротора и статора 2:3, поэтому за один полный оборот эксцентрикового вала ротор успевает провернуться на 120 градусов. В свою очередь за один полный оборот ротора в каждой из трех образуемых его гранями камер производится полный четырехтактный цикл двигателя внутреннего сгорания.
схема РПД
1 — впускное окно; 2 выпускное окно; 3 — корпус; 4 — камера сгорания; 5 – неподвижная шестерня; 6 — ротор; 7 – зубчатое колесо; 8 — вал; 9 – свеча зажигания

Достоинства РПД

Главным достоинством роторно-поршневого двигателя является простота конструкции. В РПД на 35-40 процентов меньше деталей, чем в поршневом четырехтактном двигателе. В РПД отсутствуют поршни, шатуны, коленчатый вал. В «классическом» варианте РПД нет и газораспределительного механизма. Топливо-воздушная смесь поступает в рабочую полость двигателя через впускное окно, которое открывает грань ротора. Отработанные газы выбрасываются через выпускное окно, которое пересекает, опять же, грань ротора (это напоминает устройство газораспределения двухтактного поршневого двигателя).
Отдельного упоминания заслуживает система смазки, которая в простейшем варианте РПД практически отсутствует. Масло добавляется в топливо — как при эксплуатации двухтактных мотоциклетных моторов. Смазка пар трения (прежде всего ротора и рабочей поверхности камеры сгорания) производится самой топливо-воздушной смесью.
Поскольку масса ротора невелика и легко уравновешивается массой противовесов эксцентрикового вала, РПД отличается небольшим уровнем вибраций и хорошей равномерностью работы. В автомобилях с РПД легче уравновесить двигатель, добившись минимального уровня вибраций, что хорошо сказывается на комфортабельности машины в целом. Особой плавностью хода отличаются двухроторные двигатели, в которых роторы сами являются снижающими уровень вибраций балансирами.
Еще одно привлекательное качество РПД — высокая удельная мощность при высоких оборотах эксцентрикового вала. Это позволяет добиться от автомобиля с РПД отличных скоростных характеристик при относительно небольшом расходе топлива. Малая инерционность ротора и повышенная по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания удельная мощность позволяют улучшить динамику автомобиля.
Наконец, немаловажным достоинством РПД являются небольшие размеры. Роторный двигатель меньше поршневого четырехтактного мотора той же мощности примерно вдвое. И это позволяет рациональней использовать пространство моторного отсека, более точно рассчитывать расположение узлов трансмиссии и нагрузку на переднюю и заднюю ось.

Недостатки РПД

Главный недостаток роторно-поршневого двигателя — невысокая эффективность уплотнений зазора между ротором и камерой сгорания. Имеющий сложную форму ротор РПД требует надежных уплотнений не только по граням (а их четыре у каждой поверхности — две по вершинным, две по боковым граням), но и по боковой поверхности, соприкасающейся с крышками двигателя. При этом уплотнения выполнены в виде подпружиненных полосок из высоколегированной стали с особо точной обработкой как рабочих поверхностей, так и торцов. Заложенные в конструкцию уплотнений допуски на расширение металла от нагрева ухудшают их характеристики — избежать прорыва газов у торцевых участков уплотнительных пластин практически невозможно (в поршневых двигателях используют лабиринтовый эффект, устанавливая уплотнительные кольца зазорами в разные стороны).
В последние годы надежность уплотнений резко возросла. Конструкторы нашли новые материалы для уплотнений. Однако, говорить о каком-то прорыве пока не приходится. Уплотнения до сих пор остаются самым узким местом РПД.
Сложная система уплотнений ротора требует эффективной смазки трущихся поверхностей. РПД потребляет больше масла, чем четырехтактный поршневой двигатель (от 400 граммов до 1 килограмма на 1000 километров). При этом масло сгорает вместе с топливом, что плохо сказывается на экологичности моторов. В выхлопных газах РПД опасных для здоровья людей веществ больше, чем в выхлопных газах поршневых двигателей.
Особые требования предъявляются и к качеству масел, используемых в РПД. Это связано, во-первых, со склонностью к повышенному износу (из-за большой площади соприкасающихся деталей — ротора и внутренней камеры двигателя), во-вторых, к перегреву (опять же из-за повышенного трения и из-за небольших размеров самого двигателя). Для РПД смертельно опасны нерегулярная смена масла — поскольку абразивные частицы в старом масле резко увеличивают износ двигателя, и переохлаждение мотора. Запуск холодного двигателя и недостаточный его прогрев приводят к тому, что в зоне контакта уплотнений ротора с поверхностью камеры сгорания и боковыми крышками оказывается мало смазки. Если поршневой двигатель заклинивает при перегреве, то РПД чаще всего — во время запуска холодного двигателя (или при движении в холодную погоду, когда охлаждение оказывается избыточным).
В целом рабочая температура РПД выше, чем у поршневых двигателей. Самая термонапряженная область — камера сгорания, которая имеет небольшой объем и, соответственно, повышенную температуру, что затрудняет процесс поджига топливо-воздушной смеси (РПД из-за протяженной формы камеры сгорания склонны к детонации, что тоже можно отнести к недостаткам этого типа двигателей). Отсюда требовательность РПД к качеству свечей. Обычно их устанавливают в эти двигатели попарно.
Роторно-поршневые двигатели при великолепных мощностных и скоростных характеристиках оказываются менее гибкими (или менее эластичными), чем поршневые. Они выдают оптимальную мощность только на достаточно высоких оборотах, что вынуждает конструкторов использовать РПД в паре с многоступенчатыми КП и усложняет конструкцию автоматических коробок передач. В конечном итоге РПД оказываются не такими экономичными, какими должны быть в теории.

Практическое применение в автопромышленности

Наибольшее распространение РПД получили в конце 60-х и начале 70-х годов прошлого столетия, когда патент на двигатель Ванкеля был куплен 11 ведущими автопроизводителями мира.
В 1967 году немецкая компания NSU выпустила серийный легковой автомобиль бизнес-класса NSU Ro 80 . Эта модель выпускалась в течение 10 лет и разошлась по миру в количестве 37204 экземпляров. Автомобиль пользовался популярностью, но недостатки установленного в нем РПД, в конце концов, испортили репутацию этой замечательной машины. На фоне долговечных конкурентов модель NSU Ro 80 выглядела «бледно» — пробег до капитального ремонта двигателя при заявленных 100 тысячах километров не превышал 50 тысяч.
С РПД экспериментировали концерн Citroen , Mazda , ВАЗ . Наибольших успехов добилась Mazda, которая выпустила свой легковой автомобиль с РПД еще в 1963 году, на четыре года раньше появления NSU Ro 80. Сегодня концерн Mazda оснащает РПД спорткары серии RX. Современные автомобили Mazda RX-8 избавлены от многих недостатков РПД Феликса Ванкеля. Они вполне экологичны и надежны, хотя среди автовладельцев и специалистов по ремонту считаются «капризными».

Практическое применение в мотопромышленности

В 70-е и 80-е годы с РПД экспериментировали некоторые производители мотоциклов — Hercules, Suzuki и другие. В настоящее время мелкосерийное производство «роторных» мотоциклов налажено только в компании Norton, выпускающей модель NRV588 и готовящей к серийному выпуску мотоцикл NRV700.
Norton NRV588 — спортбайк, оснащенный двухроторным двигателем общим объемом в 588 кубических сантиметров и развивающим мощность в 170 лошадиных сил. При сухом весе мотоцикла в 130 кг энерговооруженность спортбайка выглядит в буквальном смысле запредельной. Двигатель этой машины оснащен системами впускного тракта переменной величины и электронного впрыска топлива. О модели NRV700 известно лишь то, что мощность РПД у этого спортбайка будет достигать 210 л.с.

Как известно, принцип работы роторного двигателя основан на высоких оборотах и отсутствии движений, которыми отличается ДВС. Это и отличает агрегат от . РПД называют ещё двигателем Ванкеля, и сегодня мы рассмотрим его работу и явные достоинства.

На видео рассмотрено устройство и принцип работы роторного двигателя Желтышева:

Удивительно, но РПД пытались ввести в работу и у нас в стране. Такой двигатель был разработан для установки его на ВАЗ 21079, предназначенный как транспортное средство для спецслужб. Но проект, к сожалению, не прижился. Как всегда, не хватило бюджетных денег государства, которые чудесным образом из казны выкачиваются.

Зато это удалось сделать японцам. И они на достигнутом результате останавливаться не желают. По последним данным, производитель Мазда усовершенствует двигатель и в скором времени выйдет , уже с совершенно другим агрегатом.

Заглянем внутрь РПД

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.

РПД назван так из-за ротора, то есть , 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.

На видео показан принцип работы роторно-поршневого двигателя Зуева:

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- , 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 .

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.

Кроме того, 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.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя заставил в своё время многих талантливых инженеров удивлённо вскинуть бровями. И сегодня талантливые инженеры заслуживают всяческих похвал и одобрения. Шутка ли, поверить в производительность, казалось бы, похороненного двигателя и дать ему вторую жизнь, да ещё какую!

Роторно-поршневой двигатель или двигатель Ванкеля представляет собой мотор, где главным рабочим элементом осуществляются планетарные круговые движения. Это принципиально другой вид двигателя, отличный от поршневых собратьев в семействе ДВС.

В конструкции такого агрегата используется ротор (поршень) с тремя гранями, внешне образующим треугольник Рело, осуществляющий круговые движения в цилиндре особого профиля. Чаще всего поверхность цилиндра исполнена по эпитрохоиде (плоской кривой, полученной точкой, которая жестко связана с окружностью, осуществляющей движение по внешней стороне другой окружности). На практике можно встретить цилиндр и ротор иных форм.

Составные элементы и принцип работы

Устройство двигателя типа РПД предельно проста и компактна. На ось агрегата устанавливается ротор, который крепко соединяется с шестерней. Последняя сцепляется со статором. Ротор, имеющий три грани, двигается по эпитрохоидальной цилиндрической плоскости. В результате чего сменяющиеся объемы рабочих камер цилиндра отсекаются с помощью трех клапанов. Уплотнительные пластины (торцевого и радиального типа) прижимаются к цилиндру под действием газа и за счет действия центростремительных сил и ленточных пружин. Получаются 3 изолированные камеры разные по объемным размерам. Здесь осуществляются процессы сжимания поступившей смеси горючего и воздуха, расширения газов, оказывающих давление на рабочую поверхность ротора и очищающих камеру сгорания от газов. На эксцентриковую ось передается круговое движение ротора. Сама ось находится на подшипниках и передает момент вращения на механизмы трансмиссии. В этих моторах осуществляется одновременная работа двух механических пар. Одна, которая состоит из шестерен, регулирует движение самого ротора. Другая — преобразует вращающиеся движение поршня во вращающиеся движения эксцентриковой оси.

Детали Роторно-поршневого двигателя

Принцип работы двигателя Ванкеля

На примере двигателей, установленных на автомобилях ВАЗ, можно назвать следующие технические характеристики:
— 1,308 см3 – рабочий объем камеры РПД;
— 103 кВт/6000 мин-1 – номинальная мощность;
— 130 кг масса двигателя;
— 125000 км – ресурс двигателя до первого полного его ремонта.

Смесеобразование

В теории в РПД применяют несколько разновидностей смесеобразования: внешнее и внутреннее, на основе жидких, твердых, газообразных видов топлива.
Касательно твердых видов топлива стоит отметить, что их первоначально газифицируют в газогенераторах, так как они приводят к повышенному золообразованию в цилиндрах. Поэтому большее распространение на практике получили газообразные и жидкие топлива.
Сам механизм образования смеси в двигателях Ванкеля будет зависеть от вида применяемого топлива.
При использовании газообразного топлива его смешение с воздухом происходит в специальном отсеке на входе в двигатель. Горючая смесь в цилиндры поступает в готовом виде.

Из жидкого топлива смесь приготавливается следующим образом:

  1. Воздух смешивается с жидким топливом перед поступлением в цилиндры, куда поступает горючая смесь.
  2. В цилиндры двигателя жидкое топливо и воздух поступают по отдельности, и уже внутри цилиндра происходит их смешивание. Рабочая смесь получается при соприкосновении их с остаточными газами.

Соответственно, топливно-воздушная смесь может готовиться вне цилиндров или внутри их. От этого идет разделение двигателей с внутренним или внешним образованием смеси.

Особенности РПД

Преимущества

Преимущества двигателей роторно-поршневого типа по сравнению со стандартными бензиновыми двигателями:

— Низкие показатели уровня вибрации.
В моторах типа РПД отсутствует преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, что позволяет агрегату выдержать высокие обороты с меньшими вибрациями.

— Хорошие динамические характеристики.
Благодаря своему устройству такой мотор, установленный в машине, позволяет ее разогнать выше 100 км/ч на высоких оборотах без избыточной нагрузки.

— Хорошие показатели удельной мощности при малой массе.
Из-за отсутствия в конструкции двигателя коленчатого вала и шатунов достигается небольшая масса движущихся частей в РПД.

— В двигателях такого типа практически отсутствует система смазки.
Непосредственно в топливо добавляется масло. Топливно-воздушная смесь сама осуществляет смазывание пар трения.

— Мотор роторно-поршневого типа имеет небольшие габаритные размеры.
Установленный роторно-поршневой мотор позволяет максимально использовать полезное пространство моторного отсека автомобиля, равномерно распределить нагрузку на оси автомашины и лучше рассчитать расположение элементов коробки передач и узлов. Например, четырехтактный двигатель такой же мощности будет в два раза больше роторного двигателя.

Недостатки двигателя Ванкеля

— Качество моторного масла.
При эксплуатации такого типа двигателей необходимо уделять должное внимание к качественному составу масла, применяемого в двигателях Ванкеля. Ротор и находящаяся внутри камера двигателя имеют большую площадь соприкосновения, соответственно, износ двигателя происходит быстрее, а также такой двигатель постоянно перегревается. Нерегулярная смена масла наносит огромный урон двигателю. Износ мотора возрастает в разы из-за наличия абразивных частиц в отработанном масле.

— Качество свечей зажигания.
Эксплуатантам таких двигателей приходится быть особо требовательным к качественному составу свечей. В камере сгорания из-за ее небольшого объема, протяженной формы и высокой температуры затруднен процесс зажигания смеси. Следствием является повышенная рабочая температура и периодическая детонация камеры сгорания.

— Материалы уплотнительных элементов.
Существенной недоработкой мотора типа РПД можно назвать ненадежную организацию уплотнений промежутков между камерой, где сгорает топливо, и ротором. Устройство ротора такого мотора достаточно сложное, поэтому уплотнения требуются и по граням ротора, и по боковой поверхности, имеющей соприкосновение с крышками двигателя. Поверхности, которые подвергаются трению, необходимо постоянно смазывать, что выливается в повышенный расход масла. Практика показывает, что мотор типа РПД может потребить от 400 гр до 1 кг масла на каждые 1000 км. Снижаются экологичные показатели работы двигателя, так как горючее сгорает вместе с маслом, в результате в окружающую среду выбрасывается большое количество вредных веществ.

Из-за своих недоработок такие моторы не получили широкого распространения в автомобилестроении и в изготовлении мотоциклов. Но на базе РПД изготавливаются компрессоры и насосы. Авиамоделисты часто используют такие двигатели для конструирования своих моделей. Из-за невысоких требований к экономичности и надежности конструкторы не применяют сложную систему уплотнений в таких моторах, что значительно снижает его себестоимость. Простота его конструкции позволяет без проблем встроить в авиамодель.

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.

Современное состояние роторно-поршневого двигателя

На пути массового применения двигателя встали значительные технические трудности:
— отработка качественного рабочего процесса в камере неблагоприятной формы;
— обеспечение герметичности уплотнения рабочих объемов;
— проектировка и создания конструкции корпусных деталей, которые надежно прослужат весь жизненный цикл работы двигателя без коробления при неравномерном нагрева этих деталей.
В результате огромной проделанной научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы этим фирмам удалось решить почти все наиболее сложные технические задачи на пути создания РПД и выйти на этап их промышленного производства.

Первый массовый автомобиль NSU Spider с РПД начала выпускать фирма NSU Motorenwerke. Вследствие частых переборок двигателей из-за выше сказанных технических проблем на раннем этапе развития конструкции двигателя Ванкеля, взятые NSU гарантийные обязательства привели ее к финансовому краху и банкротству и последовавшему слиянию с Audi в 1969 году.
Между 1964 и 1967 годом произведено 2375 автомобилей. В 1967 году Spider был снят с производства и заменён на NSU Ro80 с роторным двигателем второго поколения; за десять лет производства Ro80 выпущено 37398 машин.

Наиболее успешно с данными проблемами справились инженеры фирмы Mazda. Она и остается единственным массовым производителем машин с роторно-поршневыми двигателями. Доработанный мотор серийно начался ставить на автомобиль Mazda RX-7 с 1978 года. С 2003 преемственность приняла модель Mazda RX-8, она и является на данный момент массовой и единственной версией автомобиля с двигателем Ванкеля.

Российские РПД

Первое упоминание о роторном двигателе в Советском Союзе относится к 60-м годам. Исследовательские работы по роторно-поршневым двигателям начались в 1961 году, соответствующим постановлением Минавтопрома и Минсельхозмаша СССР. Промышленное же изучение с дальнейшем выводом на производство данной конструкции началось в 1974 году на ВАЗе. специально для этого было создано Специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей (СКБ РПД). Поскольку лицензию купить не было возможности, был разобран и скопирован серийный «ванкель» от NSU Ro80. На этой основе разработали и собрали двигатель Ваз-311, а произошло это знаменательное событие в 1976 году. На ВАЗе разрабатывали целую линейку РПД от 40 до 200 сильных двигателей. Доработка конструкции тянулась почти шесть лет. Удалось решить целый ряд технических проблем связанные с работоспособностью газовых и маслосъемных уплотнений, подшипников, отладить эффективный рабочий процесс в камере неблагоприятной формы. Свой первый серийный автомобиль ВАЗ с роторным двигателем под капотом представил публике в 1982 году, это был Ваз-21018. Машина внешне и конструктивно была как и все модели данной линейки, за одним исключением, а именно, под капотом стоял односекционный роторный двигатель мощностью 70 л.с. Длительность разработки не помешала случиться конфузу: на всех 50 опытных машинах при эксплуатации возникли поломки мотора, заставившие завод установить на его место обычный поршневой.

Ваз 21018 с Роторно-поршневым двигателем

Установив, что причиной неполадок являлись вибрации механизмов и ненадёжность уплотнений, конструкторы предприняли спасти проект. Уже в 83-ем появились двухсекционные Ваз-411 и Ваз-413 (мощностью, соответственно, 120 и 140 л.с.). Несмотря на низкую экономичность и малый ресурс, сфера применения роторного двигателя всё-таки нашлась – ГАИ, КГБ и МВД требовались мощные и незаметные машины. Оснащённые роторными двигателями «Жигули» и «Волги» легко догоняли иномарки.

С 80-ых годов 20 века СКБ был увлечён новой темой – применение роторных двигателей в смежной отрасли — авиационной. Отход от основной отрасли применения РПД привело к тому, что для переднеприводных машин роторный двигатель Ваз-414 создаётся лишь к 1992 году, да ещё три года доводится. В 1995 году Ваз-415 был представлен к сертификации. В отличие от предшественников он универсален, и может устанавливаться под капотом как заднеприводных («классика» и ГАЗ), так и переднеприводных машин (ВАЗ, Москвич). Двухсекционный «Ванкель» имеет рабочий объём 1308 см 3 и развивает мощность 135 л.с. при 6000об/мин. «Девяносто девятую» он ускоряет до сотни за 9 секунд.

Роторно-поршневой двигатель ВАЗ-414

На данный момент проект по разработке и внедрения отечественного РПД заморожен.

Ниже представлено видео устройства и работы двигателя Ванкеля.

Паровые машины и двигатели внутреннего сгорания обладают одним общим недостатком — возвратно-поступательное движение поршня должно быть преобразовано во вращательное движение колёс. Отсюда и заведомо низкий КПД, и высокая изнашиваемость элементов механизма. Многим хотелось построить двигатель внутреннего сгорания так, чтобы все подвижные части в нём только вращались — как это происходит в электромоторах.

Однако задача оказалась не простой, успешно решить её удалось только механику-самоучке, который за всю свою жизнь так и не получил ни высшего образования, ни даже рабочей специальности.

Феликс Генрих Ванкель (Felix Heinrich Wankel, 1902–1988) родился 13 августа 1902 года в небольшом немецком городке Лар. Во время Первой мировой войны погиб отец Феликса, из-за чего будущему изобретателю пришлось бросить гимназию и пойти работать учеником продавца в книжной лавке при издательстве. Благодаря этой работе Ванкель пристрастился к чтению книг, по которым он самостоятельно изучал технические дисциплины, механику и автомобилестроение.

Существует легенда, что решение задачи пришло семнадцатилетнему Феликсу во сне. Правда это или нет — неизвестно. Зато очевидно, что Феликс обладал весьма незаурядными способностями к механике и «незамыленным» взглядом на вещи. Он понял, как все четыре цикла работы обычного двигателя внутреннего сгорания (впрыск, сжатие, сгорание, выхлоп) можно осуществить при вращении.

Довольно быстро Ванкель пришёл к первой конструкции двигателя, и в 1924 году он организовал небольшую мастерскую, которая также служила и импровизированной «лабораторией». Здесь Феликс и начал проводить первые серьёзные исследования в области роторно-поршневых ДВС.

С 1921 года Ванкель был активным членом НСДАП. Он выступал за партийные идеалы, был основателем всегерманского военного юношеского объединения и юнгфюрером различных организаций. В 1932 году он вышел из партии, обвинив одного из своих бывших коллег в политической коррупции. Однако по встречному обвинению ему самому пришлось провести в тюрьме шесть месяцев. Освободившись из заключения благодаря заступничеству Вильгельма Кепплера (Wilhelm Keppler), он продолжил работы над двигателем. В 1934 он создал первый опытный образец и получил на него патент. Он сконструировал новые клапаны и камеры сгорания для своего мотора, создал несколько различных его вариантов, разработал классификацию кинематических схем различных роторно-поршневых машин.

В 1936 году прототип двигателя Ванкеля заинтересовал BMW — Феликс получил деньги и собственную лабораторию в Линдау для разработки опытных авиадвигателей.

Впрочем, до самого разгрома фашистской Германии ни один двигатель Ванкеля в серию не пошёл. Возможно, на доведение конструкции до ума и создания массового производства требовалось слишком много времени.

После войны лаборатория была закрыта, оборудование вывезено во Францию, а Феликс остался без работы (сказалось былое членство в национал-социалистической партии). Однако вскоре Ванкель всё же получил должность инженера-конструктора в компании NSU Motorenwerke AG, являющейся одним из старейших производителей мотоциклов и автомобилей.

В 1957 году совместными усилиями Феликса Ванкеля и ведущего инженера NSU Вальтера Фрёде (Walter Froede) роторно-поршневой двигатель впервые был установлен на автомобиль NSU Prinz. Первоначальная конструкция оказалась далека от совершенства: даже для замены свечей требовалось разбирать почти весь «движок», надёжность оставляла желать лучшего, а про экономичность на данном этапе разработки и вовсе говорить было грешно. В результате испытаний в серию пошёл всё же автомобиль с традиционным ДВС. Тем не менее первый роторно-поршневой двигатель DKM-54 доказал свою принципиальную работоспособность, открыл направления для дальнейшей доводки и продемонстрировал колоссальный потенциал «роторников».

Таким образом, новый тип ДВС получил, наконец, свою путёвку в жизнь. В дальнейшем его ждёт ещё немало усовершенствований и доработок. Но перспективы роторно-поршневого двигателя настолько привлекательны, что инженеров уже ничто не могло остановить в деле доведения конструкции до эксплуатационного совершенства.

Прежде чем разбирать достоинства и недостатки роторно-поршневых ДВС, стоит всё-таки подробней рассмотреть их конструкцию.
В центре ротора проделано круглое отверстие, изнутри покрытое зубцами как у шестерёнки. В это отверстие вставлен вращающийся вал меньшего диаметра, также с зубцами, что обеспечивает отсутствие проскальзывания между ним и ротором. Отношения диаметров отверстия и вала подобраны так, чтобы вершины треугольника двигались по одной и той же замкнутой кривой, которая называется «эпитрохоида», — искусство Ванкеля как инженера заключалось в том, чтобы сначала понять, что это возможно, а потом всё точно рассчитать. В итоге, поршень, имеющий форму треугольника Рело, отсекает в камере, повторяющей форму найденной Ванкелем кривой, три камеры переменного объёма и положения.

Конструкция роторно-поршневого ДВС позволяет реализовать любой четырехтактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Благодаря этому факту «роторник» оказывается значительно проще обычного четырёхтактного поршневого двигателя, в котором в среднем почти на тысячу деталей больше.

Герметизация рабочих камер в роторно-поршневом ДВС обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными пластинами, прижимаемыми к «цилиндру» ленточными пружинами, а также центробежными силами и давлением газа.

Ещё одна его техническая особенность — это высокая «производительность труда». За один полный оборот ротора (то есть за цикл «впрыск, сжатие, воспламенение, выхлоп»), выходной вал совершает три полных оборота. В обычном поршневом двигателе таких результатов можно добиться только используя шестицилиндровый ДВС.

После первой же успешной демонстрации роторного ДВС в 1957 году крупнейшие автогиганты стали проявлять к разработке повышенный интерес. Сначала лицензию на двигатель, получивший неформальное название «ванкель», купила корпорация Curtiss-Wright, через год, Daimler-Benz, MAN, Friedrich Krupp и Mazda. Всего за весьма короткий промежуток времени лицензии на новую технологию приобрели около ста компаний во всём мире, включая таких монстров как Rolls-Royce, Porsche, BMW и Ford.
Такой интерес к «ванкелю» столь крупных игроков автомобильного рынка объясняется его большим потенциалом и значительными достоинствами — в роторно-поршневом двигателе на 40% меньше деталей, он проще в ремонте и производстве.

К тому же «ванкель» почти в два раза компактней и легче традиционного поршневого ДВС, что в свою очередь улучшает управляемость автомобиля, облегчает оптимальное расположение трансмиссии и позволяет сделать более просторный и удобный салон.

Роторно-поршневой двигатель развивает высокую мощность при довольно скромном расходе топлива. Например, современный «ванкель» объёмом всего 1300 смі развивает мощность в 220 л.с., а с турбокомпрессором — все 350. Ещё один пример — миниатюрный двигатель OSMG 1400 весом 335 г (рабочий объем 5 смі) развивает мощность в 1,27 л.с. Фактически, эта кроха на 27% сильнее лошади.

Ещё одно важное преимущество — низкий уровень шумов и вибраций. Роторно-поршневой двигатель отлично уравновешен механически, кроме того масса движущихся частей (и их количество) в нём значительно меньше, благодаря чему «ванкель» работает гораздо тише и не вибрирует.

И, наконец, роторно-поршневой двигатель отличается великолепными динамическими характеристиками. На низкой передаче можно без особой нагрузки на движок разогнать автомобиль до 100 км/ч на высоких оборотах двигателя. Кроме того, сама конструкция «ванкеля» за счёт отсутствия механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, способна выдержать большие обороты, чем традиционный ДВС.

После вышедшего в 1964 году NSU Spyder последовали легендарная модель NSU Ro 80 (в мире до сих пор существует множество клубов владельцев этих машин), Citroen M35 (1970), Mercedes C-111 (1969), Corvette XP (1973). Но единственным массовым производителем стала японская Mazda, выпускавшая с 1967 года порой по 2-3 новые модели с РПД. Роторные двигатели ставили на катера, снегоходы и легкие самолеты. Конец эйфории пришел в 1973 году, в разгар нефтяного кризиса. Тут-то и проявился основной недостаток роторных двигателей — неэкономичность. За исключением Mazda, все автопроизводители свернули роторные программы, а у японской компании продажи по Америке сократились со 104960 проданных машин в 1973 году до 61192 — в 1974-м.
Наряду с неоспоримыми достоинствами, «ванкель» также обладал и целым рядом очень серьёзных недостатков. Во-первых, долговечность. Один из первых прототипов роторно-поршневых двигателей на испытаниях выработал свой ресурс всего за два часа. Следующий, более успешный DKM-54 уже выдержал сто часов, но этого для нормальной эксплуатации автомобиля всё равно было недостаточно. Основная проблема крылась в неравномерном износе внутренней поверхности рабочей камеры. На ней в процессе эксплуатации появлялись поперечные борозды, которые получили говорящее имя «метки дьявола».

В компании Mazda после приобретения лицензии на «ванкель» был сформирован целый отдел, занимавшийся усовершенствованием роторно-поршневого двигателя. Довольно скоро выяснилось, что при вращении треугольного ротора, заглушки на его вершинах начинают вибрировать, в результате чего и образуются «метки дьявола».

В настоящее время проблему надежности и долговечности окончательно решили, применив высококачественные износостойкие покрытия, в том числе керамические.

Другая серьезная проблема — повышенная токсичность выхлопа «ванкеля». По сравнению с обычным поршневым ДВС «роторник» выделяет в атмосферу меньше окислов азота, но гораздо больше углеводородов, за счёт неполного сгорания топлива. Довольно быстро инженеры Mazda, уверовавшие в блестящее будущее «ванкеля», нашли простое и эффективное решение и этой проблемы. Они создали так называемый термальный реактор, в котором остатки углеводородов в выхлопных газах просто «дожигались». Первым автомобилем, реализовавшим такую схему, стал Mazda R100, также называемый Familia Presto Rotary, выпущенный в 1968 году. Эта машина, одна из немногих, сразу прошла весьма жёсткие экологические требования, выдвинутые США в 1970 году для импортируемых авто.

Следующая проблема роторно-поршневых двигателей частично вытекает из предыдущей. Это экономичность. Расход топлива стандартного «ванкеля» из-за неполного сгорания смеси существенно выше, чем у стандартного ДВС. И снова инженеры Mazda принялись за работу. При помощи целого комплекса мер, включающих переработку термореактора и карбюратора, добавление теплообменника в выхлопную систему, разработку каталитического конвертера и внедрение новой системы зажигания, компания добилась снижения потребления топлива на 40%. В результате этого несомненного успеха в 1978 году был выпущен спортивный автомобиль Mazda RX-7.

Стоит отметить, что в это время во всём мире машины с роторно-поршневыми двигателями выпускала только Mazda и… АвтоВАЗ.
Именно в провальном 1974 году советское правительство создает на Волжском автозаводе специальное конструкторское бюро РПД (СКБ РПД) — социалистическая экономика непредсказуема. В Тольятти начались работы по строительству цехов для серийного производства «ванкелей». Поскольку ВАЗ изначально планировался как простой копировальщик западных технологий (в частности, фиатовских), заводскими специалистами было принято решение воспроизводить двигатель Mazda, напрочь откинув все десятилетние наработки отечественных двигателестроительных институтов.

Советские чиновники довольно долго вели переговоры с Феликсом Ванкелем на предмет покупки лицензий, причем некоторые из них проходили прямо в Москве. Денег, правда, не нашли, и поэтому воспользоваться некоторыми фирменными технологиями не удалось. В 1976 году заработал первый волжский односекционный двигатель ВАЗ-311 мощностью 65 л.с., еще пять лет ушло на доводку конструкции, после чего была выпущена опытная партия в 50 штук роторных «единичек» ВАЗ-21018, мгновенно разошедшихся среди работников ВАЗа. Тут же выяснилось, что двигатель только внешне напоминал японский — сыпаться он стал очень даже по-советски. Руководство завода было вынуждено за полгода заменить все двигатели на серийные поршневые, сократить на половину штат СКБ РПД и приостановить строительство цехов. Спасение отечественного роторного двигателестроения пришло от спецслужб: их не очень интересовал расход топлива и ресурс двигателя, зато сильно — динамические характеристики. Тут же из двух двигателей ВАЗ-311 был сделан двухсекционный РПД мощностью 120 л.с., который стал устанавливаться на «спецединичку» — ВАЗ-21019. Именно этой модели, получившей неофициальное название «Аркан», мы обязаны бесчисленным количеством баек про милицейские «Запорожцы», догоняющие навороченные «Мерседесы», а многие стражи порядка — орденами и медалями. До 90-х годов внешне непритязательный «Аркан» действительно легко догонял все машины. Помимо ВАЗ-21019 на АвтоВАЗе также выпускаются малые партии автомобилей ВАЗ-2105, -2107, -2108, -2109, -21099. Максимальная скорость роторной «восьмерки» составляет около 210 км/ч, а до сотни она разгоняется всего за 8 секунд.

Оживший на спецзаказах СКБ РПД стал делать двигатели для водного и автоспорта, где машины с роторными двигателями стали настолько часто завоевывать призовые места, что спортивные чиновники были вынуждены запретить применение РПД.

В 1987 году умер руководитель СКБ РПД Борис Поспелов и на общем собрании был выбран Владимир Шнякин — человек, пришедший в автомобилестроение из авиации и недолюбливающий наземный транспорт. Главным направлением СКБ РПД становится создание двигателей для авиации. Это была первая стратегическая ошибка: самолетов у нас выпускается несоизмеримо меньше автомобилей, а завод живет с проданных двигателей.

Второй ошибкой стала ориентация в сохранившемся производстве автомобильных РПД на маломощные двигатели ВАЗ-1185 в 42 л.с. для «Оки», хотя более прожорливые, но более динамичные роторные двигатели так и просятся на самые быстроходные отечественные машины — например, на «восьмерки». Те же японцы устанавливают «ванкели» только на спортивные модели. В итоге на российских дорогах оказалось всего несколько роторных микролитражек «Ока». В 1998 году был наконец-то подготовлен гражданский вариант двухцилиндрового роторного 1,3-литрового двигателя ВАЗ-415, который стали устанавливать на ВАЗ-2105, 2107, 2108 и 2109.

В мае 1998 г был омологирован кольцевой ВАЗ-110 «РПД-спорт» (190 л. с., 8500 об/мин, 960 кг, 240 км/ч). Увы, дальше одного-единственного образца, чаще демонстрируемого на выставках, чем стартующего в гонках, дело не пошло. 110-я была самой мощной в пелотоне, но откровенно сырая конструкция всякий раз не давала ей продемонстрировать весь свой потенциал. Однако обидней всего то, что на «ВАЗе» быстро охладели к роторному направлению, а уникальную «Ладу» переделали в ралли-кар с обычным ДВС.

Так почему же все ведущие производители автомобилей ещё не пересели на «ванкели»? Дело в том, что для производства роторно-поршневых двигателей требуется, во-первых, отточенная технология со множеством самых разнообразных нюансов и далеко не каждая компания готова пройти путь той же Mazda, попутно наступая на многочисленные «грабли». А во-вторых, нужны специальные высокоточные станки, способные вытачивать поверхности, описанные такой хитрой кривой как эпитрохоида.

Mazda RX-7 — это один из первых автомобилей, на котором ставился роторно-поршневой двигатель Ванкеля. За всю историю Mazda RX-7 было четыре поколения. Первое поколение с 1978 по 1985 год. Второе поколение — с 1985 по 1991. Третье поколение — с 1992 по 1999. Последнее, четвёртое поколение — с 1999 по 2002 год. Первое поколение RX-7 появилось в 1978 году. Оно имело среднемоторную компоновку и оснащалось роторным двигателем мощностью всего 130 л. с.

В настоящее время только Mazda занимается серьёзными исследованиями в области роторно-поршневых двигателей, постепенно совершенствуя их конструкцию, и большая часть подводных камней в этой области уже пройдена. «Ванкели» вполне соответствуют мировым стандартам по уровню токсичности выхлопа, потреблению топлива и надёжности. Для современных станков поверхности описанные эпитрохоидой не являются проблемой (как не являются проблемой и куда более сложные кривые), новые конструкционные материалы позволяют увеличить срок службы роторно-поршневого двигателя, а его стоимость уже сейчас оказывается ниже, чем у стандартного ДВС за счёт меньшего количества используемых деталей.

Как и NSU, Mazda в 60-е гг. была небольшой компанией с ограниченными техническими и финансовыми ресурсами. Основу ее модельного ряда составляли развозные грузовички да семейные малолитражки. Поэтому нет ничего удивительного, что спорт-купеMazda 110S Cosmo (982 см куб., 110 л. с., 185 км/ч) создавалось более 6 лет и оказалось весьма капризным и дорогим. Да и подпорченная NSU Ro80 репутация не способствовала ажиотажу (в 1967–1972 гг. нашли своих владельцев только 1175 «космосов»), но мировой интерес к 110S способствовал увеличению продаж всей остальной продукции фирмы!

Чтобы доказать, что РПД столь же надежен (его превосходство в мощности уже стало для всех очевидным), Mazda чуть ли не впервые в жизни приняла участие в соревнованиях, причем выбрала самую трудную и продолжительную гонку – 84-часовой Marathon De La Route, проходивший на Нюрбургринге. Как экипажу из Бельгии удалось занять 4-е место (вторая машина сошла с дистанции за три часа до финиша из-за заклинивших тормозов), уступив только «выросшим» на «Нордшляйфе» Porsche 911, похоже, так и останется загадкой.

Мастерская Ванкеля в Линдау

Хотя с тех пор японские «роторники» стали завсегдатаями гоночных трасс, крупного успеха в Европе им пришлось ждать 16 лет. В 1984-м британцы на RX-7 выиграли престижную суточную гонку в Спа-Франкошамп. А вот в США, на главном рынке «семерки», ее гоночная карьера складывалась куда успешнее: с момента дебюта в чемпионате IMSA GT в 1978 году и по 1992-й она выиграла в своем классе более сотни этапов, причем с 1982 по 1992 гг. первенствовала в главной гонке серии – 24 hours of Daytona.

В ралли у «Мазд» все шло не так гладко. Как это часто бывало с японскими командами (Toyota, Datsun, Mitsubishi), они выступали только на отдельных этапах раллийного чемпионата мира (Новая Зеландия, Великобритания, Греция, Швеция), интересующих в первую очередь маркетинговые отделы концернов. Национальных титулов хватало: так, в 1975–1980 гг. Род Миллен выиграл целых пять в Новой Зеландии и США. А вот в WRC успехи были исключительно локальными: лучшее, что показали RX-7, – 3-е и 6-е места в греческом «Акрополисе» 1985 года.

Ну а самым громким успехом Mazda вообще и РПД в частности стала победа ее спортпрототипа 787B (2612 см куб., 700 л. с., 607 Нм, 377 км/ч) в Ле Мане в 1991 году. Причем одолеть заводскиеPorsche, Peugeot и Jaguar помогли не только быстрые пилоты и конкурентоспособная техника: свою роль сыграла и настойчивость японских менеджеров, регулярно «выбивавших» для роторников всевозможные послабления в регламенте. Так, накануне победы 787-го организаторы гонки согласились компенсировать прожорливость «роторников» 170-килограммовым (830 против 1000) снижением массы. Парадокс заключался в том, что, в отличие от бензиновых моторов, «аппетит» РПД при дальнейшей форсировке рос куда более скромными темпами, чем у обычных поршневых моторов, и 787-й оказался экономичней своих основных конкурентов!

Это был шок. Mercedes, который журнал Stern за консерватизм называл не иначе как «производитель авто для 50-летних господ в шляпах», в 1969 году презентовал супер-кар, поражавший воображение даже цветом. Вызывающая ярко-оранжевая окраска, подчеркнуто клиновидная форма, среднемоторная компоновка, двери «крыло чайки» и сверхмощный трехсекционный РПД (3600 см куб., 280 л. с., 260 км/час) – для консервативного Mercedes это было нечто!

А поскольку в компании не строили концептов, все считали, что у С111 только один путь: мелкосерийная (омологационная) сборка и большое гоночное будущее, ведь с 1966 года ФИА допустила РПД к официальным соревнованиям. И в штаб-квартиру Mercedes посыпались чеки с просьбой вписать нужную сумму за право обладать С111. Штутгартцы же еще больше подогрели интерес к «эске», в 1970 г. представив вторую генерацию купе с еще более фантастическим дизайном, 4-секционным ротором и умопомрачительными характеристиками (4800 см куб., 350 л. с., 300 км/час). Для доводки Mercedes построил пять макетов, которые дневали и ночевали на Хокенхаймринге и Нюрбургринге, готовясь установить серию рекордов скорости. Пресса смаковала предстоящую «битву титанов» между роторным Mercedes, атмосферным Ferrari и наддувным Porsche в чемпионате мира по гонкам на выносливость. Увы, возвращение в большой спорт не состоялось. Во-первых, С111 был очень дорогим даже для Mercedes, во- вторых, немцы не могли пустить в продажу столь сырую конструкцию. А после карибского нефтяного кризиса они вообще прикрыли проект, сосредоточившись на дизельных двигателях. Ими и оборудовали последние версии C111, установившие несколько мировых рекордов.

Не имеющий законченного технического образования, под конец жизни Феликс Ванкель достиг мирового признания в области двигателестроения и уплотнительной техники, завоевав массу наград и титулов. Его именем названы улицы и площади немецких городов (Felix-Wankel-Strasse, Felix-Wankel-Ring). Помимо двигателей, Ванкель разработал новую концепцию скоростных судов и самостоятельно построил несколько лодок.

Самое интересное, что роторный двигатель, который сделал его миллионером и принес ему всемирную славу, Ванкель не любил, считая его «гадким утенком». Реальные работающие РПД были сделаны по так называемой «концепции ККМ», предусматривающей планетарное вращение ротора и требующей введения внешних противовесов. Немалую роль сыграл и тот факт, что эту схему предложил не Ванкель, а инженер NSU Вальтер Фройде. Сам же Ванкель до последних дней считал идеальной схему двигателя «с вращающимися поршнями без неравномерно вращающихся частей» (Drehkolbenmasine — DKM), концептуально гораздо более красивую, но технически сложную, требующую, в частности, установки свечей зажигания на вращающемся роторе. Тем не менее, роторные двигатели во всем мире связывают именно с именем Ванкеля, поскольку все, кто близко знал изобрателя, в один голос утверждают, что что без неуемной энергии немецкого инженера мир так и не увидел бы этого удивительного устройства. Фелик Ванкель ушел из жизни в 1988 году.
Любопытна история с Mercedes 350 SL. Ванкель очень хотел иметь роторный Mercedes С-111. Но фирма Mercedes не пошла ему навстречу. Тогда изобретатель взял серийный 350 SL, выкинул оттуда «родной» двигатель и установил ротор от С-111, который был легче прежнего 8-цилиндрового на 60 кг, но развивал существенно большую мощность (320 л.с. при 6500 об/мин). В 1972 году, когда инженерный гений закончил работу над своим очередным чудом, он мог бы сидеть за рулем самого быстрого на тот момент «Мерседеса» SL-класса. Ирония заключалась в том, что водительские права Ванкель до конца жизни так и не получил.

Возрождением интереса к РПД мы обязаны новому двигателю Mazda Renesis (от RE — Rotary Engine — и Genesis). За прошедшее десятилетие японским инженерам удалось решить все основные проблемы РПД — токсичность выхлопа и неэкономичность. По сравнению с предшественником, удалось сократить потребление масла на 50%, бензина на 40% и довести выброс вредных окисей до норм, соответствующих Euro IV. Двухцилиндровый двигатель объемом всего 1,3 л выдает мощность в 250 л.с. и занимает гораздо меньше места в двигательном отсеке.

Специально под новый двигатель был разработан автомобиль Mazda RX-8, который, по словам брэнд-менеджера Mazda Motor Europe Мартина Бринка, создавался по новой концепции — автомобиль «строился» вокруг двигателя. В итоге развесовка по осям RX-8 идеальна — 50 на 50. Использование уникальной формы и маленьких размеров двигателя позволило поместить центр тяжести очень низко. «RX-8 не явяляется гоночным монстром, но это лучшая в управлении машина, которую я когда-либо водил», — с восторгом рассказывал Popular Mechanics Мартин Бринк.

Бочка меда…

Вне всяких сомнений, с первого взгляда роторно-поршневой двигатель имеет массу преимуществ перед традиционными двигателями внутреннего сгорания:
— Меньшим на 30-40% количеством деталей;
— Меньшими в 2-3 раза габаритами и массой, по сравнению с соответствующим по мощности стандартным ДВС;
— Плавная характеристика крутящего момента во всем диапазоне оборотов;
— Отсутствие кривошипно-шатунного механизма, а, следовательно, гораздо меньший уровень вибрации и шума;
— Высокий уровень оборотов (до 15000 об/мин!).

Ложка дегтя…

Казалось бы, если «Ванкель» имеет такие превосходства над поршневым двигателем, то кому нужны эти громоздкие, тяжелые, гремящие и вибрирующие поршневые двигатели? Но, как это часто бывает, на практике все далеко не так шоколадно. Ни одно гениальное изобретение, выйдя за порог лаборатории, отправлялось в корзину с пометкой «для мусора». Серийное производство нашло не на один камень, а на целую россыпь гранита:
— Отработка процесса сгорания в камере неблагоприятной формы;
— Обеспечение герметичности уплотнений;
— Обеспечение работы без коробления корпуса в условиях неравномерного нагрева;
— Низкий термический КПД ввиду того, что камера сгорания РПД намного больше, чем у традиционного ДВС;
— Высокий расход топлива;
— Высокая токсичность газообразных продуктов сгорания;
— Узкая зона температур для работы РПД: при низких температурах мощность двигателя резко падает, при высоких — быстрый износ уплотнений ротора.

И чего же больше? Плюсов, или минусов? Стоит ли овчинка выделки? Имеет ли смысл (если не больше — возможность) осваивать серийное производство РПД?

Основные типы двигателей внутреннего сгорания и паровые машины имеют один общий недостаток. Он состоит в том, что возвратно-поступательное перемещение требует преобразования во вращательное движение. Это, в свою очередь, обуславливает низкую производительность, а также достаточно высокую изнашиваемость деталей механизма, включенных в различные типы двигателей.

Довольно много людей задумывались о том, чтобы создать такой мотор, в котором подвижные элементы только вращались. Однако решить эту задачу удалось только одному человеку. Феликс Ванкель — механик-самоучка — стал изобретателем роторно-поршневого двигателя. За свою жизнь этот человек не получил ни какой-либо специальности, ни высшего образования. Рассмотрим далее подробнее роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Краткая биография изобретателя

Феликс Г. Ванкель родился в 1902 году, 13 августа, в небольшом городке Лар (Германия). В Первую Мировую отец будущего изобретателя погиб. Из-за этого Ванкелю пришлось бросить учебу в гимназии и устроиться помощником продавца в лавке по продаже книг при издательстве. Благодаря этому он пристрастился к чтению. Феликс изучал технические характеристики двигателей, автомобилестроение, механику самостоятельно. Знания он черпал из книг, которые продавались в лавке. Считается, что реализованная позднее схема двигателя Ванкеля (точнее, идея ее создания) посетила во сне. Неизвестно, правда это или нет, но точно можно сказать, что изобретатель обладал незаурядными способностями, тягой к механике и своеобразным взглядом на многие вещи.

Первые типы двигателей

Изобретатель, поняв, как можно осуществить все 4 цикла обычного мотора при вращении, приступил к конструированию. В 1924 году Ванкель создал небольшую мастерскую. Она также выполняла роль лаборатории. Именно здесь Феликс Ванкель стал изучать роторно-поршневые системы. В 1936 году модель, собранная изобретателем, заинтересовала компанию «БМВ». Ванкель получил деньги, ему была предоставлена собственная лаборатория в Линдау.

Там он должен был разрабатывать опытные образцы авиамоторов. Однако до самого конца Второй мировой ни один роторный двигатель Ванкеля не был отправлен в серийное производство. Вероятно, это было вызвано тем, что доведение конструкции до пригодного к эксплуатации состояния и наладка массового производства требовали достаточно много времени

Послевоенные годы

После разгрома фашизма лаборатория была закрыта, а все оборудование, которое там находилось, было переправлено во Францию. В итоге Ванкель остался без работы. Этому поспособствовало его бывшее членство в национальной социалистической партии. Но спустя небольшой период времени Феликса пригласили в компанию NSU в качестве инженера-конструктора. Это предприятие на тот момент считалось старейшим производителем автомобилей и мотоциклов.

Опытный образец

В 1957 году, благодаря поддержке Вальтера Фреде (ведущего инженера в компании NSU), роторно-поршневой двигатель был впервые поставлен на автомобиль. Мотор был установлен на NSU Prinz. Однако первоначальная конструкция была очень далека от совершенства. Она была настолько сложной, что даже для замены свечей нужно было разобрать почти весь мотор. Кроме этого, конструкция была очень ненадежна, неэкономична и имела очень низкий КПД. Двигатель Ванкеля в связи с этим не пошел в серию. Автомобили отправились на конвейер с традиционным ДВС. Тем не менее роторно-поршневой двигатель доказал не только право на свое существование, но и продемонстрировал впечатляющий для того времени потенциал. Перспективы его использования были настолько привлекательны, что инженеров-конструкторов ничего не смогло остановить. Сам изобретатель понимал, что его детище требует усовершенствования, он стремился к тому, чтобы и функционирование, и ремонт двигателя вызывали как можно меньше затруднений. С этого момента началась активная деятельность по доведению мотора до эксплуатационного совершенства.

Двигатель Ванкеля: конструкция

Что собой представляет мотор? В центре ротора имеется круглое отверстие. Оно изнутри покрыто зубцами, как на шестеренке. В отверстие вставляется вал с меньшим диаметром. На нем также есть зубцы. Они препятствуют проскальзыванию вала. Отношения диаметров подбираются таким образом, чтобы перемещение вершин треугольников осуществлялось по одной замкнутой кривой. Она именуется «эпитрохоида». Задача Ванкеля состояла в том, чтобы для начала понять, что работа такого механизма возможна. Затем ему нужно было все точно и верно рассчитать. В результате поршень, выполненный в форме треугольника Рело, отсекает три камеры переменного положения и объема.

Особенности

Конструктивная характеристика двигателя значительно выигрывает в сравнении с обычными моторами. В частности, герметизация камер обеспечивается за счет торцевых и радиальных уплотнительных пластин. Они прижимаются к «цилиндру» с помощью ленточных пружин, давления газа и центробежных сил. Особого внимания заслуживает и характеристика двигателя с точки зрения производительности. За весь цикл вал совершает 3 полных оборота. В обычном поршневом моторе такого результата можно добиться при использовании шести цилиндров.

Внедрение в промышленность

После проведения первой успешной демонстрации в 1957 году двигатель Ванкеля заинтересовал крупнейших автогигантов того времени. Так, первой компанией, выкупившей лицензию, стала Curtiss-Wright. Спустя год изобретение стали использовать такие известные предприятия, как Mazda, Friedrich Krupp, MAN и Daimler-Benz. За достаточно непродолжительный период лицензии приобрело порядка ста компаний, в том числе с мировым именем: Ford, BMW, Porsche, Rolls-Royce.

Преимущества

Какие достоинства имеет двигатель Ванкеля? Принцип работы мотора заключается в том, что реализация любого четырехтактного цикла осуществляется без использования механизма газораспределения. Благодаря этому значительно упрощается конструкция мотора. В обычном 4-тактном поршневом моторе примерно на тысячу элементов больше. Огромный интерес крупнейших автомобильных предприятий был вызван потенциалом конструкции. Несомненными преимуществами является простота производства, несложный ремонт двигателя, компактность и небольшой вес. Все это способствует улучшению управляемости машины, облегчает расположение трансмиссии.

Компактность мотора позволяет создать удобный и довольно просторный салон. Усовершенствованные модели двигателя способны развивать высокую мощность при достаточно экономном расходе топлива. К примеру, современный мотор при объеме 1300 см 3 обладает 220 л. с. Если оснастить двигатель Ванкеля турбокомпрессором, то можно получить мощность до 350 л. с. Еще одним достоинством конструкции является очень низкий уровень вибраций и шумов. Двигатель Ванкеля отличается механической уравновешенностью. Снижение уровня шумов и вибрации достигается небольшим количеством деталей (их на 40% меньше, чем в традиционных моторах). Стоит также отметить и динамические характеристики мотора. На низкой передаче без особенной нагрузки можно разогнать машину до 100 км/ч при высоких оборотах. В конструкции мотора отсутствует механизм, преобразовывающий возвратно-поступательное перемещение во вращательное. За счет этого двигатель Ванкеля может выдерживать большие обороты в сравнении с традиционными ДВС.

Завершение эйфории

В 1964-м вышел автомобиль NSU Spyder, а после него была выпущена легендарная модель Ro 80. И в настоящее время в мире достаточно много существует клубов любителей этих машин. Затем с конвейера сошли такие модели, как Corvette XP, Mercedes C-111, Citroen M35. Однако единственной компанией, которая занялась массовым производством, стала Mazda. С 1967 года она выпускала по 2-3 новых автомобиля с РПД. Двигатель Ванкеля ставили на легкие самолеты, снегоходы, катеры. В 1973 году наступил конец эйфории. В то время нефтяной кризис был в разгаре. Именно в этот период проявился основной недостаток РПД — неэкономичность. Кроме компании Mazda, все производители свернули программы по выпуску автомобилей с роторными двигателями. Однако только Mazda продолжала выпуск таких машин. У компании значительно сократились продажи в Америке.

Недостатки РПД: недолговечность и ненадежность

Наряду с достоинствами, роторные двигатели обладали и существенными минусами. В первую очередь, они были очень недолговечными. Так, одна из первых моделей РПД в ходе испытаний выработала весь ресурс за 2 часа. Более успешный прототип смог выдержать 100 часов. Однако это не обеспечивало нормальной эксплуатации машины. Главная проблема состояла в неравномерности износа внутренней поверхности камеры. В ходе работы на ней образовывались поперечные борозды. Они получили весьма красноречивое название: «метки дьявола». После получения лицензии компания Mazda сформировала специальный отдел, который занимался усовершенствованием мотора. Вскоре выяснилось, что в процессе вращения ротора заглушки, расположенные на его вершинах, начинают вибрировать. Из-за этого и появляются эти борозды. Сегодня проблема долговечности и надежности решена. Для этого в производстве используется высококачественное покрытие, в том числе и керамическое.

Высокая токсичность выхлопов

Это еще один недостаток РПД. В сравнении с традиционными моторами, двигатель Ванкеля выделяет меньшее количество окислов азота, но во много раз больше углеводородов, что обусловлено неполным сгоранием топлива. Инженеры Mazda достаточно быстро нашли эффективное решение проблемы. Специалисты создали «термальный реактор». В нем происходит «дожигание» углеводородов. Mazda R 100 стала первым автомобилем, в котором был применен этот элемент. В 1968 была выпущена еще одна модель с «термальным реактором» — Familia Presto Rotary. Это авто, одно из немногих, сразу прошло достаточно жесткую экологическую проверку, выдвинутую США в 1970-м для импортируемых ТС.

Экономичность

Это еще одна проблема РПД. Частично она вытекает из описанной выше. Расход топлива в стандартном РПД значительно выше, чем у ДВС. Эта проблема снова была решена специалистами Mazda. Внедрив комплекс мер, в числе которых переработка карбюратора и термореактора, добавление в выхлопную систему теплообменника, создание нового зажигания и разработка каталитического конвектора, инженеры добились снижения расхода на 40%. Это позволило выпустить в 1978 году модель RX-7.

Отечественное производство

Кроме компании Mazda, автомобили с РПД выпускал и «АвтоВАЗ». В 1974-м на заводе было сформировано специальное конструкторское бюро. В Тольятти началось строительство цехов для серийного выпуска РПД. В связи с тем, что первоначально предполагалось, что ВАЗ будет просто копировать западную технологию, было решено наладить воспроизводство двигателя Mazda. При этом совершенно не учитывались многолетние наработки отечественных институтов моторостроения.

Достаточно долго велись переговоры между Ванкелем и советскими чиновниками. Некоторые встречи проходили непосредственно в Москве. Денег, однако, было недостаточно, поэтому использовать некоторые технологии так и не удалось. В 1976-м был выпущен первый односекционный мотор ВАЗ-311. Его мощность составила 65 л. с. В течение последующих пяти лет проводилась доводка конструкции. После этого завод выпустил 50 опытных автомобилей с двигателем Ванкеля. Они мгновенно разошлись среди сотрудников предприятия. Однако вскоре выяснилось, что мотор в машинах только внешне был похож на японский. Конструкция его была крайне ненадежна. В течение полугода все двигатели были заменены, а штат конструкторского бюро был сокращен.

Однако отечественное производство мотора было спасено спецслужбами. Их не слишком беспокоил ресурс конструкции и расход топлива. Больше их привлекали динамические характеристики двигателя. В короткое время из двух моторов ВАЗ-311 был собран один двухсекционный. Его мощность увеличилась почти вдвое — до 120 л. с. Двигатель стали ставить на специальную единицу — ВАЗ-21019. Эта модель получила неофициальное наименование «Аркан».

Перепрофилирование

Спецзаказы вдохнули вторую жизнь в конструкторское бюро. На ВАЗе стали выпускать двигатели для авто- и водного спорта. Машины стали часто завоевывать первые места. Спортивные чиновники, в свою очередь, были вынуждены запретить использование РПД. В 1987 на смену Поспелову (руководителю конструкторского бюро) пришел Шнякин. Он недолюбливал наземный транспорт, тяготея больше к авиации. С начала его руководства СКБ перепрофилировало свою деятельность на выпуск двигателей для воздушных машин. Это была неверная стратегия, поскольку самолетов в стране выпускается намного меньше, чем автомобилей. Завод же получал прибыль преимущественно с продажи автомоторов.

Следующей ошибкой стала переориентация на маломощные двигатели. Японцы устанавливают РПД на спортивные машины. А ВАЗ выпускал мололитражные модели «Ока», несмотря на то что динамичные моторы целесообразнее было бы ставить на более быстроходные авто. Так или иначе, на отечественных дорогах оказалось несколько микролитражек «Ока» с РПД. К 1998 году, наконец, завершилась подготовка гражданского варианта двухцилиндрового 1.3-литрового роторного мотора. Его устанавливали на модели ВАЗ 2107-2109 и 2105.

В заключение

Почему же ведущие производители мира все еще не перешли окончательно на выпуск машин с РПД? Дело в том, что для изготовления таких моторов необходима, в первую очередь, очень точная технология, включающая в себя множество разнообразных нюансов. Не каждая, даже крупная компания, может пойти по пути Mazda. Кроме того, дело в оборудовании. Для выпуска двигателя Ванкеля необходимы высокоточные станки для вытачивания поверхностей с эпитрохоидой. Для оборудования, которое используется сегодня на заводах, такая работа вполне выполнима. Сегодня серьезными исследованиями РПД занимается только Mazda. Инженеры компании постоянно совершенствуют конструкцию, решают множество различных проблем. Выпускаемые в Японии роторные двигатели соответствуют принятым в мире стандартам по надежности, расходу топлива и экологичности.

Двигатель Ванкеля — устройство и принцип роторно-поршневого двигателя

За всю историю автомобилестроения было множество передовых решений, менялись конструкции узлов и агрегатов. Более 30 лет назад начались активные попытки сместить поршневой двигатель в сторону, дав преимущество роторно-поршневому двигателю Ванкеля. Однако, в силу многих обстоятельств, роторные моторы не получили свою право на жизнь. Обо всем этом читайте далее.

Принцип работы

Ротор имеет треугольную форму, с каждой стороны имеет выпуклую форму, которая выполняет функцию поршня. В каждой стороне ротора имеются специальные углубления, обеспечивающие большее пространство для топливно-воздушной смеси, тем самым повышают рабочие обороты двигателя. Вершина граней оборудована маленькой герметизирующей перегородкой, которая способствует выполнению каждого такта. С двух сторон ротор оснащен уплотняющими кольцами, которые формируют стенку камер. Середина ротора оснащена зубьями, при помощи которых осуществляется вращение механизма.

Принцип работы двигателя Ванкеля полностью отличается от классического, однако их объединяет единый процесс, состоящий из 4-х тактов (впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск). Топливо попадает в первую образуемую камеру, во второй сжимается, далее ротор вращается и сжатая смесь воспламеняется свечой зажигания, после рабочая смесь вращает ротор и выход в выпускной коллектор. Главный отличительный принцип состоит в том, что в роторно-поршневом моторе рабочая камера не статическая, а формируется движением ротора.

Корпус роторного двигателя

Корпус роторного двигателя, словно многослойный пирог. Он имеет свои крышки, рабочие камеры, разделительные стенки. Лучше всего понять конструкцию корпуса можно будет взглянув на картинку. Из нее видно, что двигатель имеет две камеры, разделенные стенкой и крышки с двух сторон. Все остальное конечно тоже имеет значение, но первостепенно именно то, что мы перечислили. А теперь мы расскажем о рабочих камерах корпуса роторного двигателя.

Внутренняя полость корпуса представляет из себя сложную форму, напоминающую овал. На самом деле овал имеет определенные компенсирующие отливы, которые обеспечивают герметизацию всех трех камер разделенных ротором, вне зависимости от угла его поворота и происходящего цикла. Для каждого цикла, в корпусе роторного двигателя, отведено свое место. В зависимости от угла поворота ротора выполняется соответствующий цикл, который повторяется с периодичностью через каждые 360 градусов поворота ротора Выпускные отверстия для выброса сгоревших газов, находятся также в корпусе рабочей камеры. Промежуточная стенка между камерами (на фото ниже)

удерживает вал в совеем центральном отверстии, уплотняется с роторами по боковым стенкам, имеет элементы системы охлаждения, инжекционные порты, направляющие втулки.

Устройство

Перед пониманием устройства следует знать главные составные части роторно-поршневого мотора. Двигатель Ванкеля состоит из:

  • корпуса статора;
  • ротора;
  • набора шестерен;
  • эксцентрикого вала;
  • свечей зажигания (воспламеняющая и дожигающая ).

Роторный мотор представляет собой агрегат внутреннего сгорания. В данном моторе все 4 такта работы происходят в полном объеме, однако для каждой фазы есть своя камера, которую вращательным движением образует ротор.

При включении зажигания стартер вращает маховик и двигатель запускается. Вращаясь, ротор, через корону передач передает крутящий момент на эксцентриковый вал (у поршневого двигателя это распредвал).

Итогом работы двигателя Ванкеля должно быть образование давления рабочей смеси, заставляющей снова и снова повторять вращательные движения ротора, передавая крутящий момент на трансмиссию.

В данном моторе, цилиндры, поршни, коленчатый вал с шатунами заменяет всего корпус статора с ротором. Благодаря этому объем двигателя значительно уменьшился, а мощность при этом во много раз выше, чем у классического мотора с кривошипно-шатунным механизмом, при равном объеме. Данная конструкция обладает высоким КПП также из-за низких потерь на трение.

Кстати, рабочие обороты двигателя могут превышать 7000 об/мин, а у моторов Mazda Wankel (для спортивных соревнований) обороты превышают 10000 об/мин.

Роторный мотор принцип. Роторный двигатель: принцип работы

Роторный двигатель внутреннего сгорания (или как его ещё называют роторно-поршневым, так как сам ротор выполняет роль поршня) был изобретён ещё в 1957 году прошлого века талантливыми инженерами Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде. Этот двигатель существенно отличается от обычного двигателя внутреннего сгорания. В этой статье мы подробно рассмотрим эти основные отличия, а так же преимущества и недостатки роторного двигателя перед обычным мотором, и почему всё таки РПД не так распространён, как обычный ДВС.

Основное отличие роторно-поршневого двигателя перед обычным поршневым, это отсутствие цилиндропоршневой группы, то есть с кольцами, и . Ну и самое главное — это отсутствие множества деталей механизма газораспределения, что позволило сэкономить на производстве около тысячи деталей!

И у такого мотора гораздо меньше деталей, чем у привычного нам ДВС. Это хорошо видно на фото слева. И это далеко не все преимущества и подробнее о преимуществах РПД написано ниже.

Преимущества роторного двигателя.

  • Меньшие габаритные размеры, чем у обыччного ДВС (примерно в полтора и даже в два раза). Это позволяет сделать машину более просторной и удобной для обслуживания.
  • Бóльшая удельная мощность, при меньшем объёме камеры сгорания, чем у обычного ДВС. Это достигается благодаря тому, что однороторный мотор выдаёт мощность в течении трёх четвертей каждого оборота вала. А на знакомом нам обычном моторе, мощность выдаётся только в течении одной четверти оборота коленвала.
  • Меньшее количество деталей (примерно около тридцати), а у обычного ДВС несколько сотен деталей.
  • Способность развить большие обороты при отсутствии вибрации, так как нет кривошипно-шатунного механизма, который преобразует возвратно-поступательное движение поршней в вращательное.
  • Низкий уровень вибрации, и мотор хорошо уравновешен.
  • Отличные динамические показатели автомобиля с РПД, и на низкой передаче можно легко разогнаться более сотни км/ч.
  • Ну и главный плюс, который я считаю вернёт эти моторы на дороги в будущем — это меньшая склонность к детонации, по сравнению с обычным ДВС. А значит можно использовать в качестве топлива не только бензин, но и водород — топливо будущего.

Так почему же такой двигатель не стал популярен у производителей автомобилей (исключение фирма Мазда) и до сих пор распространены обычные двигатели?. Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим недостатки роторного-поршневого двигателя (РПД).

Недостатки роторного двигателя.

Кроме множества преимуществ, у РПД имеется ряд недостатков, из-за которых он не получил широкого распространения:

  • Повышенный расход топлива, особенно на низких оборотах, по сравнению с обычным двигателем.
  • Сложность производства, так как требуется очень большая точность изготовления трущихся пар и очень качественные сплавы (легированные стали). К тому же на производстве должны быть очень дорогие, сложные и точные металлообрабатывающие станки, так как фреза должна при обработке (например внутренней поверхности статора) следовать очень сложной траектории.
  • Быстрый износ уплотнителей, так как площадь пятна контакта маленькая а обороты вала большие. А при износе уплотнителей, из-за прорыва газов повышается токсичность, резко теряется коэффициент полезного действия (КПД) двигателя и потеря мощности.
  • Бóльшая склонность к перегреву, чем обычный ДВС. Из-за повышенного перегрева, даже бывают проблемы с воспламенением смеси в камере и чтобы улучшить воспламенение, на такие моторы устанавливают по две на камеру. Две свечи ставят ещё и потому, что камера сгорания имеет вытянутую плоскую форму, и одной свечи в ней недостаточно.
  • В большинстве регионов не возможность ремонта таких двигателей, так как нет ни адекватных специалистов, ни запасных частей.
  • Более частая замена моторного масла, из-за того, что ротор соединяется с выходным валом через эксцентриковый механизм и получается большое давление между трущимися деталями. В добавок к этому ещё и большая температура приводит к быстрому износу двигателя, особенно если вовремя не поменять масло, а менять как я уже говорил, его надо чаще. Если же вовремя менять масло, уплотнители и делать капремонт, то ресурс РПД будет достаточно большим. А у некоторых двигателях японской фирмы Мазда, проработать РПД без поломок может около трёхсот тысяч км.

Устройство и более подробный принцип работы роторно-поршневого двигателя.

В роторном двигателе, как и в обычном ДВС вращение выходного вала (работа двигателя) происходит за счёт сгорания топливно-воздушной смеси. И так же как в привычном нам обычном двигателе, РПД имеет впускной канал, через который впрыскивается рабочая смесь, и имеет выпускной канал, через который выбрасываются отработавшие газы.

Но основное отличие состоит в том, что газы, образуемые при сгорании топлива, давят не на поршень (поршни), а на ротор, и от этого ротор передаёт вращение через зубья шестерни и эксцентрики на приводной вал. При этом сам ротор при этом выполняет и роль газораспределителя (как в двухтактном моторе, но не совсем), и делит внутренний объём картера на три отдельных камеры.

И в каждой камере в определённый момент происходит всасывание рабочей смеси, её сжатие, вспышка рабочей смеси и сам рабочий ход от расширения газов, ну и выпуск отработанных газов (четыре такта). Подробно это показано на рисунке слева и описано ниже.

  1. Такт впуска . Всасывание рабочей смеси происходит в тот момент, когда соответствующая вершина ротора проходит через впускное отверстие в картере двигателя. А при дальнейшем движении ротора, объём соответствующей камеры увеличиваетс и создаётся разряжение, при котором рабочая смесь засасывается в камеру.
  2. Такт сжатия . Далее при вращении ротора, впускное отверстие отсекается кромкой другой (следующей) вершины ротора, и одновременно объём камеры уменьшается, таким образом рабочая смесь сжимается и давление в камере увеличивается. Пик сжатия (наибольшего давления смеси) достигается в районе свечей зажигания.
  3. Такт рабочий ход . В этот момент происходит разряд на двух свечах зажигания и соответственно вспышка сжатой рабочей смеси. От вспышки происходит сгорание и расширение продуктов горения, которые с силой толкают ротор, и от этого он проворачивается и вращает выходной вал.
  4. Такт выпуска . Далее, при вращении ротора, кромка одной из вершин ротора проходит выпускное отверстие в картере, открывая его, и через это выпускное отверстие под давлением выходят отработанные газы. Далее первый ротор благодаря силе инерции, а так же благодаря действию второго ротора, работающего асинхронно первому ротору, продолжает своё вращение и подходит опять кромкой к впускному отверстию, для нового такта впуска, и всё повторяется заново.

Но как понял читатель из выше описанного, чтобы лучше сбалансировать РПД, а так же уменьшить вибрацию и предотвратить , применяют не один а два ротора (см. фото выше, где показан РПД в разобранном виде). А сам ротор (роторы) немного смещён (эксцентричен) от выходного вала, ось которого расположена строго по центру и передаёт вращение на вал как бы обкатывая его по кругу.

Передача вращения происходит воздействием шестерни ротора на шестерню вала (а шестерня вала находится внутри шестерни ротора), а передаточное число рассчитано так, что за один оборот ротора, вал совершает три оборота.

Основные детали роторно-поршневого двигателя . Главная деталь РПД это ротор, имеющий форму треугольника. Причем на каждой из трёх немного выпуклых плоскостей ротора, имеются выборки (углубления — см. фото), которые делаются на заводе для того, чтобы немного увеличить рабочий объём двигателя.

На каждой из трёх вершин ротора, вставлены уплотнительные пластинки, которые уплотняют сам ротор относительно внутренней поверхности картера двигателя, и делят внутреннюю полость картера на три камеры. Пластинки трутся о внутреннюю поверхность картера с большой скоростью и разумеется постепенно изнашиваются. Поэтому они вставлены в вершину ротора так, что бы по необходимости их можно было заменить новыми, взамен изношенных.

Так же с каждой стороны ротора (ближе к центру — см. фото) установлены уплотнительные кольца, которые герметизируют (отделяют) полость камер от картера. Ну и в самом центре ротора жёстко вмонтирована кольцевая шестерня (зубчатый венец), которая как бы обкатывается вокруг меньшей шестерни, закреплённой на валу двигателя, и передаётся вращение выходному валу.

Сам ротор (роторы) помещён в картер, а картер состоит из нескольких плит, которые плотно соединяются между собой, образуя несколько отсеков и разделяющие их стенки. Как правило разделительная стенка делит двигатель на две основные части (полости), в каждой их которых работает свой отдельный ротор (обычно в моторе два ротора).

Каждая полость имеет впускной и выпускной каналы, и сложную форму в виде восьмёрки, которую не так то просто выполнить при производстве. К тому же стенки должны быть изготовлены из очень твёрдого материала, иначе они быстро износятся, и от этого давление в камерах упадёт, и соответственно упадёт и мощность мотора.

Сам картер имеет с наружи двойную стенку (как блок обычного ДВС) для циркуляции между стенками охлаждающей жидкости системы охлаждения. А в центре картера имеются отверстия, в которые запрессованы подшипники, на которых висит вал мотора.

Вал роторного двигателя с виду похож на распределительный вал обычного ДВС (см. фото), так как имеет эксцентрики, похожие на кулачки распредвала обычного мотора. Вал изготовлен так, что эксцентрики расположены на нём в противоположных сторонах вала. И когда на эти эксцентрики при сборке будет насажены два ротора (насажены на подшипники скольжения), то роторы будут работать в противофазе, помогая друг другу в работе.

То есть работа двух роторов будет подобна работе двух поршней четвёртого и второго цилиндров обычного четырёхцилиндрового мотора — один из них в начальной стадии впуска рабочей смеси, а другой в стадии выпуска отработавших газов. И именно из-за того, что роторы сидят на эксцентриках вала, при вращении роторов в противофазе будет вращаться и вал РПД, передавая вращение на трансмиссию.

Ну а как же применение роторно-поршневого двигателя на автомобилях — есть ли смысл?

Первым автопроизводителем, который установил РПД на свой автомобиль ещё в конце 60-х годов прошлого века, была компания NSU (о их машине, двигателе и о машинах Мазда, смотрите интересный видеоролик под статьёй). А авто-производитель, которому удалось поставить такие двигатели на поток, применяя их на своих автомобилях — является всем известная японская Мазда.

РПД установленный на некоторые её машины, при рабочем объёме всего в 1,3 литра, способен развить мощность в 250 лошадей. Но и это ещё не всё, благодаря постоянному совершенствованию своих роторных моторов, им удалось существенно снизить расход топлива и масла, а главное снизить токсичность. Это позволило вывести автомобили с РПД на европейский рынок, который наиболее жёсткий к экологическим нормам.

К тому же в 1995 году был разработан новейший РПД, который назвали RENESIS, что означает новая жизнь роторного мотора. Этот мотор был впервые установлен на новый маздовский концепткар «Mazda RX-01″ и показал отличную динамику разгона. А улучшенный вариант такого мотора был установлен в 1999 году на спортивный концепткар «RX-EVOLV». Этот двигатель планируют устанавливать серийно на автомобиль «Mazda RX-8″.

Большая экономичность нового двигателя была достигнута за счёт применения более совершенных форсунок и использования боковых окон для выпуска отработанных газов. Так же были установлены усовершенствованные свечи зажигания, которые существенно улучшили полноту сгорания топлива.

К тому же выпускной коллектор был изготовлен с двойной стенкой, позволяющей повысить температуру выпускных газов и быстро прогревать каталитический нейтрализатор, даже при минусовой температуре окружающего воздуха. Ну и была усовершенствована система смазки с мокрым картером, и количество масла в картере было уменьшено вдвое, по сравнению с обычными РПД.Ну и кроме идеальной плавности работы нового мотора, был улучшен и звук выхлопа, который не описать, это нужно слышать.

Многие могут сказать, что несмотря на многие преимущества, технология производства таких двигателей довольно сложна и требует новейшего оборудования. Но ведь многие высокотехнологические детали, которые имеются сейчас на многих серийных машинах, когда то казались сложными и не практичными, и применялись только на спортивных машинах.

Например когда то и никасилевое покрытие цилиндров серийного двигателя, или вентилируемые тормозные диски, казались сложными, дорогими и трудновыполнимыми, а сейчас на большинстве серийных машин это обычное явление.

Сейчас ведутся работы по применению на таких двигателях водородного топлива, ведь роторный двигатель не склонен к детонации и способен работать на водороде, и скорей всего за РПД будущее, поживём — увидим.

Говорят, что Феликс Ванкель придумал роторный двигатель, будучи 17-летним юнцом. Тем не менее, первые чертежи двигателя были представлены Ванкелем лишь в 1924 году, когда он закончил школу и начал работать в издательстве технической литературы. Позднее он открыл свою собственную мастерскую и в 1927 году представил первый двигатель с вращающимися поршнями. С этого момента его двигатель начинает свой долгий путь по подкапотным пространствам автомобилей многих марок.

NSU Spider
К сожалению, во время Второй мировой роторный двигатель был никому не нужен, так как не прошел достаточную «обкатку» в автомобильном сообществе и лишь после ее окончания чудо-мотор начинает «выбиваться в люди». В послевоенной Германии первой компанией, которая обратила внимание на интересный агрегат, была NSU. Именно двигатель Ванкеля должен был стать ключевой «фишкой» модели. В 1958 году начались разработки первого проекта, а в 1960 уже готовый автомобиль был показан на конференции немецких конструкторов.

NSU Spider сначала вызвал у конструкторов лишь смех и легкое недоумение. По заявленным характеристикам двигатель Ванкеля развивал всего 54 л.с. и многие усмехались над этим, пока не узнали, что разгон до 100км/ч у этой 700-килограммовой малютки составляет 14,7 секунды, а максимальная скорость — 150 километров в час. Такие характеристики повергли многих разработчиков автомобилей в шок. Определенно двигатель произвел фурор в автомобильной среде, но Ванкель не остановился на достигнутом.

NSU Ro-80
Интересно, что не NSU Spider принес Феликсу Ванкелю популярность, а его второй автомобиль — NSU Ro-80. Его представили в 1967 году, сразу после прекращения выпуска предыдущей модели. В компании решили не медлить и как можно быстрее развивать «роторный рынок». Седан оснастили 1,0-литровым мотором, который развивал мощность в 115 лошадиных сил. Автомобиль, который весил всего 1,2 тонны разгонялся до «сотни» за 12,8 секунды и имел максимальную скорость в 180 км/ч. Сразу же после выхода машина получила статус «Авто года», о роторном двигателе стали говорить, как о моторе будущего, и огромное множество автопроизводителей купили лицензии на производство роторных двигателей Феликса Ванкеля.


Впрочем, сам NSU Ro-80 обладал рядом отрицательных качеств, которые были без преувеличения масштабны. Расход топлива у Ro-80 составлял от 15 до 17,5 литров на 100 км, и в период топливного кризиса это было просто ужасно. Мало того, неопытные водители очень часто «убивали» эти хрупкие двигатели настолько быстро, что даже не успевали проехать и двух тысяч километров. Но, даже не смотря на это, автомобиль пользовался бешеной популярностью, и роторный двигатель укреплял свои позиции.

Mercedes C111
В 1970 году на Женевском автошоу «Мерседес» представили модель С111 с роторным двигателем. Правда, анонсировали его годом ранее, но то был лишь опытный образец, который, впрочем, имел просто заоблачные характеристики. Автомобиль оснащался трехсекционным двигателем объемом 1,8 литра и мощностью в 280 лошадиных сил. Mercedes C111 разгонялся до 100км/ч за 5 секунд и имел максимальную скорость 275 км/ч.


Представленная в Женеве версия даже превысила эти показатели: максимальная скорость составляла 300 километров в час, а добраться до отметки в 100 км/ч можно было за 4,8 секунды. При этом роторный двигатель выдавал аж 370 лошадиных сил. Этот автомобиль был по своей природе уникален и имел просто колоссальную популярность среди автолюбителей, но в Mercedes не собирались пускать C111 на конвейер опять же из-за сверх прожорливого мотора. К сожалению, автомобиль так и остался на стадии опытного образца, тем самым почти похоронив роторный двигатель.

Mazda Cosmo Sport
Казалось бы, роторный двигатель канул в небытие и окончательно пропал из виду, если бы не японцы, который пристально наблюдали за детищем Ванкеля. Mazda Cosmo Sport стал первым авто компании из Страны восходящего солнца, который оснащался этим чудо-мотором. В 1967 году началось серийное производство этого автомобиля, и оно не увенчалось успехом – свет увидели всего 343 машины. Всему виной ошибки в проектировке автомобиля: изначально Cosmo Sport имел 1,3–литровый двигатель мощностью в 110 лошадиных сил, разгонялся до 185 км/ч при помощи 4-ступенчатой ручной коробки передач, но имел обычную тормозную систему и, как казалось разработчикам, слишком короткую колесную базу.


В 1968 году японцы выпускают вторую серию Mazda Cosmo Sport, которая получает 128-сильный роторный двигатель, 5-ступенчатую ручную коробку передач, улучшенные 15-дюймовые тормоза и увеличенную колесную базу. Теперь автомобиль лучше чувствовал себя на дороге, разгонялся до 190 км/ч и имел неплохие продажи. Всего же было выпущено порядка 1200 машин.

Mazda Parkway Rotary 26
«Мазде» настолько понравился двигатель Феликса Ванкеля, что в 1974 году на свет появилась модель Parkway Rotary 26 – единственный в мире автобус с роторным двигателем. Он оснащался 1,3–литровым агрегатом, который выдавал 135 л. с. и, что немаловажно, обладал низким уровнем содержания вредных веществ в выхлопных газах.


Вместе с 4-ступенчатой ручной коробкой передач 3-тонный автобус мог легко набрать скорость в 160 км/ч и имел достаточно вместительный салон. Число 26 в названии означало количество посадочных мест в автобусе, но имелась также и люксовая версия на 13 человек. Модель отличалась низким уровнем вибраций и тишиной в салоне, что было обеспечено гладкостью работы роторного двигателя. Производство модели было завершено в 1976 году, но, к слову, автомобиль был довольно популярен.

Mazda RX-8
С производством автомобилей с роторным двигателем «Мазда» не унималась вплоть до XXI века. А спортивное четырехместное заднеприводное купе с распашными дверями без стойки Mazda RX-8 и вовсе стал настоящей иконой для автолюбителей. Последняя версия автомобиля оснащалась 1,3-литровым двигателем мощностью 215 л. с. и 6-ступенчатым автоматом, а также 1,3-литровым мотором мощностью 231 л. с. с крутящим моментом в 211 Нм и 6-ступенчатой механикой. Кроме того, это бесспорно самый красивый представитель роторного семейства.


Казалось, что пришедшая на смену RX-7 единственная серийная модель с роторным двигателем будет оставаться живым символом этого изобретения, но начиная с 2004 года продажи купе начали падать. Да так, что к 2010 году сократилить с 25 000 машин до 1500 в год. «Мазда» пыталась спасти положение, но инженеры компании не смогли устранить все проблемы — улучшить экологичность, снизить вес, уменьшить расход топлива и улучшить крутящий момент. К тому же грянувший кризис заставил японцев отказаться от вложения денег в не приносящий отдачи проект. Поэтому в августе 2011 года было объявлено о снятии Mazda RX-8 с производства.

«ВАЗ-2109-90»
Когда-то ходила байка: мол, на скорости в 200 км/ч «девятка» ДПС догоняет летящий «Мерседес». И многие воспринимали эту историю, как шутку. Но в каждой шутке есть доля правды. И определенно в этой смешной истории правды гораздо больше, чем лжи. В России тоже производили автомобили с роторным двигателем. В 1996 году был разработан опытный образец «ВАЗ-2109-90» с роторно-поршневым двигателем повышенной мощности. Указывалось, что по динамическим и скоростным качествам автомобиль должен превосходить все модели автомобилей отечественного производства. И действительно, под капот «девятки» установили 140-сильный роторный двигатель, который разгонял машину до 100 км/ч всего за 8 секунд и имел максимальную скорость 200 км/ч. Вдобавок ко всему в багажник устанавливали топливный бак емкостью 39 литра, ибо расход бензина был огромный. Благодаря этому без дозаправки можно было доехать из Москвы в Смоленск и обратно.


Позднее были представлены еще 2 «заряженные» модификации «девятки»: роторный двигатель, развивающий 150 лошадиных сил и форсированный вариант с 250 «кобылами». Но из-за такой избыточной мощности агрегаты очень быстро приходили в негодность – всего 40 тысяч километров пробега. Правда, такой вид автомобилей в России не прижился из-за высокой цены на автомобиль, высокого потребления топлива и высокой стоимости на содержание.

Обычно «сердце» машины представляет собой цилидро-поршневую систему, то есть основано на возвратно-поступательном движении, однако есть и другой вариант – автомобили с роторным двигателем .

Автомобили с роторным двигателем – главное отличие

Основная сложность в работе ДВС с классическими цилиндрами – преобразование возвратно-поступательного движения поршней в крутящий момент, без которого колеса не будут вращаться . Именно поэтому с того момента, как был создан первый , ученые и механики-самоучки ломали головы над тем, как сделать мотор с исключительно вращающимися узлами. Удалось это германскому технику-самородку Ванкелю.

Первые эскизы были им разработаны в 1927 году, по окончании высшей школы. В дальнейшем механик купил небольшую мастерскую и вплотную занялся своей идеей. Итогом многолетней работы стала рабочая модель роторного ДВС, созданная совместно с инженером Вальтером Фройде. Механизм оказался похожим на электромотор, то есть основой его стал вал с трехгранным ротором, очень похожим на треугольник Рело, который был заключен в камеру овальной формы. Углы упираются в стенки, создавая с ними герметичный подвижный контакт.

Полость статора (корпуса) делится сердечником на соответствующее числу его сторон количество камер, причем за один оборот ротора отрабатываются : впрыск топлива, воспламенение, выброс отработанных газов. На деле их, конечно, 5, но два промежуточных, сжатие топлива и расширение газов, можно не принимать во внимание. За один полный цикл происходит 3 оборота вала, а если учесть, что обычно устанавливаются два ротора в противофазе, автомобили с роторным двигателем имеют мощность в 3 раза больше, чем классические цилиндро-поршневые системы.

Насколько популярен роторный дизельный двигатель?

Первыми машинами, на которых был установлен ДВС Ванкеля, стали легковушки NSU Spider 1964 года выпуска, мощностью в 54 л.с., что позволяло разгонять транспортные средства до 150 км/ч. Далее, в 1967 году, был создан стендовый вариант седана NSU Ro-80, красивый и даже элегантный, с суженым капотом и несколько более высоким багажником. В серийное производство он так и не вышел. Впрочем, именно этот автомобиль подтолкнул многие компании покупать лицензии на роторный дизельный двигатель. В их число вошли Toyota, Citroen, GM, Mazda. Нигде новинка не прижилась. Почему? Тому причиной были серьезные ее недостатки.

Образуемая стенками статора и ротора камера значительно превышает объем классического цилиндра, топливно-воздушная смесь получается неравномерной . Из-за чего даже с применением синхронного разряда двух свечей не обеспечивается полное сгорание топлива. Как следствие – ДВС неэкономичен и неэкологичен. Именно поэтому, когда разразился топливный кризис, NSU, сделавшая ставку на роторные двигатели, была вынуждена слиться с Volkswagen, где от дискредитировавших себя «ванкелей» отказались.

Компанией Mercedes-Benz было выпущено лишь два автомобиля с ротором – С111 первого (280 л.с., 257.5 км/ч, 100 км/ч за 5 сек) и второго (350 л.с., 300 км/ч, 100 км/ч за 4.8 сек) поколения. Компанией Chevrolet также были выпущены две пробные машины Corvette, с двухсекционным двигателем на 266 л.с. и с четырехсекционным на 390 л.с., но все ограничилось их демонстрацией. За 2 года, начиная с 1974, компанией Citroen были выпущены с конвейера 874 автомобиля Citroen GS Birotor мощностью в 107 л.с., затем их отозвали для ликвидации, однако около 200 так и остались у автолюбителей. А значит, есть вероятность встретить их сегодня на дорогах Германии, Дании или Швейцарии, если, конечно, их владельцам дался капитальный ремонт роторного двигателя.

Наиболее стабильное производство смогла наладить компания Mazda, с 1967 по 1972 годы было выпущено 1519 автомобилей марки Cosmo, воплощенные в двух сериях по 343 и 1176 машин. За тот же период было выпущено в массовое производство купе Luce R130. «Ванкели» начали ставить на все без исключения модели Mazda с 1970 года, в том числе и на автобус Parkway Rotary 26, развивающий скорость до 120 км/ч при массе 2835 кг. Приблизительно в то же время началось производство роторных двигателей в СССР, правда, без лицензии, а, следовательно, до всего доходили своим умом на примере разобранного «ванкеля» с NSU Ro-80.

Разработка осуществлялась на заводе ВАЗ. В 1976 году был качественно изменен двигатель Ваз-311, а через шесть лет массово стала выпускаться марка Ваз-21018 с ротором мощностью 70 л.с. Правда, на всей серии вскоре был установлен поршневой ДВС, поскольку все «ванкели» сломались при обкатке, и потребовалась замена роторного двигателя. С 1983 года с конвейера стали съезжать модели Ваз-411 и Ваз-413 на 120 и 140 л.с. соответственно. Ими были оснащены отряды ГАИ, МВД и КГБ. В настоящее время роторами занимается исключительно компания Mazda.

Возможен ли ремонт роторного двигателя своими руками?

Самостоятельно что-либо сделать с ДВС Ванкеля довольно сложно. Наиболее доступное действие – замена свечей. На первых моделях они были вмонтированы непосредственно в неподвижный вал, вокруг которого вращался не только ротор, но и сам корпус. В дальнейшем, наоборот, статор сделали неподвижным, установив в его стенке 2 свечи напротив клапанов впрыска топлива и выпуска отработанных газов. Любые другие ремонтные работы, если вы привыкли к классическим поршневым ДВС, практически невозможны.

В двигателе Ванкеля деталей на 40 % меньше, чем в стандартном ДВС, работа которого основана на ЦПГ (цилиндро-поршневой группе).

Опорные вкладыши вала меняются в том случае, если начала проглядывать медь, для этого снимаем шестерни, осуществляем замену и снова напрессовываем зубчатые колеса. Затем осматриваем сальники и, если необходимо, меняем их тоже. Осуществляя ремонт роторного двигателя своими руками, будьте внимательны при снятии и установке пружин маслосъемных колец, передние и задние различаются по форме. Торцевые пластины тоже при необходимости подвергаются замене, причем устанавливать их нужно согласно буквенной маркировке.

Угловые уплотнения в первую очередь монтируются с передней стороны ротора, желательно их сажать на зеленую кастроловскую смазку, чтобы зафиксировать на время сборки механизма. После установки вала ставятся тыльные угловые уплотнения. Накладывая на статор прокладки, смажьте их герметиком. Апексы с пружинами в угловые уплотнители вставляются уже после того, как ротор помещен в корпус статора. В последнюю очередь смазываются герметиком прокладки передней и задней секций перед крепежом крышек.

Главной особенностью любого роторно-поршневого двигателя можно считать применение специального ротора (поршня), имеющего три грани, который вращается внутри специального цилиндра по эпитрохоиде (впрочем, возможны и другие формы цилиндра). Постараемся подробно разобрать конструкцию РПД, его преимущества и недостатки перед другими типами двигателей.

Особенности конструкции роторно — поршневых двигателей Венкеля

Впервые, такой тип двигателя был разработан в 1957 году двумя инженерами: Вальтером Фройде и Феликсом Ванкелем. На валу устанавливается ротор, который имеет жесткое соединение со специальным зубчатым колесом. Это колесо входит в зацепление со статором, который имеет вид неподвижной шестерни. Диаметр ротора достаточно сильно превышает диаметр статора, что дает возможность зубчатому колесу полностью обкатываться вокруг статора. Каждая вершина граней ротора движется по эпитрохоидальной поверхности и отделяет три, постоянно меняющихся, объема.


Данная конструкция позволяет выполнить действия всех четырех тактов любого из существующих двигателей внутреннего сгорания, причем, без применения механизма, отвечающего за газораспределение. Камеры сгорания герметизируются с помощью специальных пружинных лент и пластин, которые придавливаются к поверхности цилиндра давлением, создаваемым газом. Так как в роторно-поршневом двигателе отсутствует ГРМ, это делает его конструкцию намного проще любого другого двигателя. Кроме того, отсутствие различных тяжелых элементов, таких как, шатуны и коленчатый вал, позволяют сделать его размеры намного меньше, в то время как, мощность увеличивается. Один оборот такого двигателя равняется одному циклу, что можно сравнить с полным оборотом двухцилиндрового поршневого двигателя.

Подача топлива в камеру сгорания, смазка подвижных частей двигателя, охлаждение и запуск осуществляются точно также, как и на обычном ДВС. Расход топлива может варьироваться от

Видео — Принци работы РДП

Преимущества и недостатки РДП

Преимущества

1. Прежде всего, такой двигатель обладает самым низким уровнем вибраций. Его конструкция абсолютно уравновешена и делает движение на легких транспортных средствах намного комфортнее.

2. Очень высокие динамические характеристики. Такой двигатель позволяет разогнать транспортное средство на первой передаче до 100 километров в час, при низкой нагрузке на механизмы. Двигатель достаточно долгое время выдерживает число оборотов, достигающее 8000 об/мин.

3. Движущиеся части механизма имеют очень низкую массу, а ротор двигателя выдает мощность в течение всех четвертей каждого оборота. Это позволяет добиться достаточно большой удельной мощности, в отличие от обычного поршневого двигателя. Для сравнения, роторно-поршневой двигатель с рабочим объемом 1.3 литра, выдает мощность, равную 220 лошадиным силам, в то время как, обычный поршневой двигатель с тем же объемом выдает мощность, не превышающую 100 лошадиных сил.

4. Вместо сотен различных деталей, в роторно-поршневых двигателях применяется всего 2-3 десятка. Кроме того, размеры и масса РПД намного меньше, чем у обычных двигателей с шатунами и коленчатым валом.


Недостатки

1. Соединение вала ротора с выходным валом, посредством эксцентрированного механизма, вызывает слишком большое давление между соединяемыми трущимися деталями. Это приводит к лишнему перегреву двигателя и повышенному износу деталей механизма. В связи с этим, появляется острая необходимость в периодической замене масла и уплотнительных элементов. Если выполнять данные требования в соответствии с регламентом, то ресурс двигателя значительно увеличивается, в противно случае, происходит поломка, которая непременно выведет агрегат из строя.

2. Камера сгорания имеет форму линзы, это означает, что при очень малом объеме она имеет очень большую площадь. Все это приводит к образованию лучистой энергии, которая бесполезно влияет на работу двигателя и также приводит к излишнему перегреву. Таким образом, КПД двигателя значительно снижается, что не позволяет использовать его в полной мере.

3. На пониженной передаче такой двигатель обладает очень большим расходом топлива, по сравнению с обычными ДВС.

4. Площадь соприкосновения уплотнителей и вращающихся деталей быстро снижается, это говорит о быстром износе сальников, которые способствует утечке смазывающего вещества и попаданию масла в камеру сгорания. В результате выхлоп получается очень токсичным, а ресурс двигателя быстро снижается. Тем не менее, данную проблему устранили применением высоколегированных сталей при изготовлении РПД.

5. В связи со строгими требованиями к геометрии всех деталей механизма, возникает необходимость в высокоточном оборудовании для изготовления таких двигателей. Это усложняет и делает дороже процесс их производства.

Где применяют роторно-поршневые двигатели?

Изначально, разработка роторно-поршневых двигателей велась для спортивных автомобилей. Ведь для гоночных автомобилей не столь важен большой ресурс, так как ремонт поршневых двигателей тоже требовался и после первого заезда.

В серийном производстве РПД устанавливался на автомобили немецкого производства. Это был седан представительского класса NSU Ro 80. Автомобиль для своего времени был достаточно современным, так как имел привлекательный дизайн и хорошие аэродинамические свойства. Однако, ввиду серьезных недостатков роторно-поршневых двигателей, связанных со слишком частым техническим обслуживанием, получил отрицательную оценку, в связи с чем, стал оснащаться обычными поршневыми двигателями. Это связано с тем, что двигатель приходил в негодность уже после 50 тысяч километров, что являлось малоэкономичным показателем.

В настоящее время роторно-поршневые двигатели изготавливают только два завода в мире — это ВАЗ (Россия) и Mazda (Япония).

› Роторный двигатель

Роторный двигатель: принцип работы

Как работает роторный двигатель. 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.
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.

роторный двигатель


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 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 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 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.

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.

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

У роторного двигателя достаточно много различий с обычным поршневым двигателем.

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.

5 лет

Двигатель Ванкеля (роторный двигатель Ванкеля) — работа, применение, схема, материал и проблемы

Двигатель Ванкеля (роторный двигатель Ванкеля)

Что такое двигатель Ванкеля?

Двигатель Ванкеля Принцип работы и применение:- Двигатель Ванкеля относится к типу двигателя внутреннего сгорания, который работает только за счет использования эксцентриковой вращательной конструкции для преобразования давления во вращательное движение. При сравнении его с возвратно-поступательным поршневым двигателем обнаружено, что двигатель Ванкеля имеет более равномерный крутящий момент и меньшую вибрацию по сравнению с другим двигателем.Также он оказался более компактным и весил меньше .

Ротор отвечает за создание вращательного движения, которое по форме очень похоже на треугольник Рело. Двигатели Ванкеля — это двигатели, которые производят три импульса мощности за один оборот ротора, завершая цикл Отто. В то время как на выходном валу используются зубчатые колеса, которые помогают вращать его почти в три раза быстрее и дают ему один импульс мощности на оборот. Один оборот состоит из ротора, который одновременно испытывает импульсы мощности и выпускает газ, при этом четыре стадии цикла Отто происходят через разные промежутки времени.

Например, в двухтактном поршневом двигателе имеется только один импульс мощности на каждый оборот коленчатого вала, тогда как в четырехтактном поршневом двигателе на каждые два оборота приходится один импульс мощности. Многочисленные уровни цикла Отто включают в себя впуск, сжатие, воспламенение и выпуск, которые происходят при каждом обороте ротора на каждой из трех сторон ротора, проходящих внутри овального эпитрохоидного корпуса, чтобы обеспечить три импульса мощности на оборот ротора. .

Принцип смещения применяется только к одной стороне ротора, так как только одна сторона работает на выходе каждого оборота вала.Двигатель известен как роторный двигатель, потому что название дано совершенно разным конструкциям, к которым относятся роторные двигатели с поршнями и без поршней.

Конструкция двигателя Ванкеля

Двигатель Ванкеля имеет довольно компактную конструкцию и весит меньше по сравнению с любым другим двигателем, в котором используются возвратно-поступательные поршни. Он дает различные применения в транспортных средствах и устройствах, автомобилях, мотоциклах, гоночных автомобилях, самолетах, картингах, гидроциклах, снегоходах, бензопилах и вспомогательных силовых установках.Обнаружено множество двигателей с удельной мощностью около одной лошадиной силы на фунт. В основном все двигатели разработаны с искровым зажиганием, с двигателями с воспламенением от сжатия, которые были построены только в исследовательских проектах.

Обычно в двигателе Ванкеля четыре такта цикла Отто происходят в пространстве внутри каждой грани трехстороннего симметричного ротора, а также внутри корпуса. Треугольный ротор в форме дуги покрыт эпитрохоидой овальной формы, внешне похожей на треугольник Рело.

Теоретическая форма ротора среди фиксированных вершин приводит к минимизации объема геометрической камеры сгорания и максимизации степени сжатия соответственно. Симметричная кривая используется для соединения двух произвольных роторов, которые максимизированы в направлении внутренней формы корпуса с условием, что он не касается корпуса ни при каком угле поворота .

Приводной вал в центре называется эксцентриковым или E-образным валом, который проходит через центр ротора и поддерживается неподвижными подшипниками.Эти роторы вращаются на эксцентриках, которые составляют часть эксцентрикового вала. Оба ротора вращаются вокруг эксцентриков, чтобы совершить орбитальный оборот вокруг эксцентрикового вала. На частях ротора имеются уплотнения, которые герметизируют его по периферии корпуса и делят его на три подвижные камеры сгорания.

Работа ротора

Вращение каждого ротора вокруг собственной оси вызывается и контролируется парой шестерен.Установлено, что шестерни установлены на одной стороне ротора, который входит в зацепление с зубчатым венцом, прикрепленным к ротору, и обеспечивает перемещение ротора на одну треть оборота для каждого эксцентрикового вала. Выходная мощность двигателя не передается синхронизирующими шестернями.

Движение ротора заключается в его вращательном движении, которое направляется шестернями и эксцентриковым валом, а не внешней камерой. Ротор не должен тереться о корпус двигателя. Сила давления газа на ротор оказывает давление на центр эксцентриковой части выходного вала.

Самый точный способ визуализировать действие двигателя в анимации — вообще не смотреть на ротор, где между ним и корпусом образовалась полость. Двигатель Ванкеля также называют системой с изменяемым объемом полостей, в которой три полости на корпус последовательно повторяют один и тот же цикл. На роторе есть две точки, точки A и B, и вал E, который вращается с разной скоростью, тогда как точка B поворачивается в три раза по сравнению с точкой A.

Это сделано для того, чтобы получить один полный оборот ротора, равный трем оборотам Е-вала.Когда ротор совершает орбитальное вращение, каждая сторона ротора приближается к нему, а затем удаляется от стенки корпуса, что сжимает и расширяет камеру сгорания, например, ходы поршня в поршневом двигателе с возвратно-поступательным движением. Вектор мощности любой ступени сгорания проходит через центр смещенного лепестка.

Почему следует предпочесть четырехтактный двигатель?

Четырехтактный поршневой двигатель — это двигатель, который совершает только один такт сгорания на цилиндр за каждые два оборота коленчатого вала, что называется половинным тактом мощности на один оборот коленчатого вала на цилиндр в двигателе Ванкеля, который генерирует один такт сгорания на один оборот приводного вала. что означает один рабочий такт на орбитальный оборот ротора и три рабочих такта на один оборот ротора.

Таким образом, выходная мощность, которая достигается с точки зрения мощности двигателя Ванкеля, обычно оказывается выше, чем у четырехтактного поршневого двигателя, который в аналогичном состоянии вытесняется более чем четырехтактным поршневым двигателем с аналогичными физическими размерами и массой. .

Обычно это двигатели, которые достигают значительно более высоких оборотов двигателя по сравнению с поршневыми двигателями аналогичной мощности. Это сделано для частичного сглаживания присущего круговому движению и того факта, что обороты двигателя идут от выходного вала, что в три раза превышает скорость качающихся частей. Эксцентриковый вал не имеет нагруженных контуров коленчатых валов. Максимальное число оборотов роторного двигателя в некоторой степени ограничено нагрузкой зубьев на шестерни.

Стальные шестерни, которые используются для длительной работы со скоростью выше 7000 или 8000 об/мин, в основном довольно твердые. Применение двигателя Ванкеля в основном в автогонках, которые работают со скоростью выше 10 000 об / мин. В частности, в случае самолетов, это консервативно до 6500 или 7500 об / мин, но как только давление газа влияет на эффективность уплотнения, двигатель Ванкеля на высоких оборотах работает на холостом ходу, что может привести к выходу двигателя из строя.

Как национальные агентства рассматривают двигатели Ванкеля?

Все национальные агентства, которые облагают налогом автомобили в соответствии с рабочим объемом, и регулирующие органы считают двигатель Ванкеля эквивалентным четырехтактному поршневому двигателю с удвоенным рабочим объемом одной камеры на ротор, хотя на роторе имеется три лепестка. только одна треть оборота за один оборот выходного вала, поэтому за один рабочий оборот на выходном валу происходит только один рабочий ход, а два других лепестка выбрасывают израсходованный заряд, принимая новый, вместо того, чтобы вносить свой вклад в выходную мощность этого оборота. .

Есть гоночные серии, которые были запрещены двигателем Ванкеля в сопровождении всех других его альтернатив традиционной поршневой четырехтактной конструкции.

Последние разработки в двигателе

Увеличенный рабочий объем и мощность роторного двигателя добавили больше роторов к его базовой конструкции, но по-прежнему существует ограничение на количество роторов, поскольку выходная мощность передается через последний вал ротора со всеми присутствующими напряжениями во всем двигателе. именно в этот момент.У двигателей были роторы, сопровождаемые двумя наборами двойных роторов, и зубчатая муфта между двумя наборами роторов была успешно испытана.

Недавнее исследование, проведенное в Соединенном Королевстве в рамках проекта «Система охлаждения ротора с самонагнетанием воздуха» (SPARCS), показало, что стабильность холостого хода и экономичность достигаются за счет подачи горючей смеси только на один ротор в многороторном двигателе, который представляет собой ротор с принудительным воздушным охлаждением очень похож на конструкцию Norton с воздушным охлаждением.

Основные недостатки двигателя Ванкеля:

• Недостаточная смазка
• Охлаждение при температуре окружающей среды
• Короткий срок службы двигателя
• Высокий уровень выбросов
• Низкая топливная эффективность

Материал, используемый в двигателе Ванкеля

В отличие от поршневого двигателя, в котором цилиндр нагревается в процессе сгорания, а затем охлаждается поступающим зарядом.Корпус ротора Ванкеля постоянно нагревается с одной стороны и охлаждается с другой, что приводит к высоким локальным температурам и неравномерному тепловому расширению. Это место пользуется большим спросом из-за типа используемого материала, тогда как простота двигателя Ванкеля упрощает его использование в качестве альтернативного материала, такого как сплавы и керамика.

При водяном охлаждении в радиальном или осевом направлении потока и горячей воде из горячей дуги, нагревающей холодную дугу, тепловое расширение остается неизменным.Учитывая, что температура топового двигателя может быть снижена до 129°С при максимальной разнице температур 18°С между частями двигателя за счет использования тепловых труб по периметру корпуса и в боковых пластинах в качестве средства охлаждения.

Для корпусов Ванкеля рекомендуются сплавы A-132, Inconel 625 и 356, обработанные до твердости T6. Для покрытия рабочей поверхности корпуса использовались различные материалы, одним из которых является никасил. Например, Мерседес-Бенц, Форд и т.д.подаются заявки на патенты в этой области.

Идеальное сочетание покрытия корпуса, вершины и материалов боковых уплотнений определяется с помощью экспериментов, чтобы добиться наилучшего срока службы как уплотнений, так и крышки корпуса. В частности, для валов предпочтительным материалом являются стальные сплавы с небольшой деформацией под нагрузкой. Также для этой цели предлагается использовать мартенситностареющую сталь.

Смазки двигателя Ванкеля

Преобладающим топливом был бензин, доступный в первые годы разработки двигателя Ванкеля.Свинец относится к твердой смазке, которая известна как ведущий бензин и предназначена для уменьшения износа уплотнений и корпусов. Двигатели древней эпохи имели расчетную подачу масла с учетом смазывающих качеств бензина.

После удаления бензина двигателю требуется увеличенное количество масла в бензине, чтобы обеспечить смазку критических частей двигателя. Опытные люди советуют, чтобы двигатели с электронным впрыском топлива добавляли не менее 1% масла непосредственно в бензин в качестве меры безопасности на случай, если насос, отвечающий за подачу масла в камеру сгорания, или связанные с ним детали вышли из строя или всосали воздух.

Были различные подходы, которые включали твердые смазочные материалы и даже добавляли MoS2 из расчета 1 см3 на литр топлива. Многие инженеры согласились с тем, что добавление масла в бензин в старых двухтактных двигателях было более безопасным подходом к надежности двигателя по сравнению с впрыскиванием масляного насоса во впускную систему или непосредственно в часть, требующую смазки.

Проблемы с уплотнением в двигателе Ванкеля

Двигатели древней эпохи были сконструированы таким образом, что они имели высокую степень потери уплотнения между ротором и корпусом, а иногда и между различными деталями, из которых состоял корпус.Это были двигатели Mazda, которые требовали ремонта через каждые 50 000 миль или 80 000 км пробега. Помимо этого, проблемы с уплотнением сохранялись из-за неравномерного распределения тепла внутри корпуса, что вызывало деформацию и потерю уплотнения и сжатия.

Проблема сохранялась, когда двигатель подвергался нагрузке до достижения рабочей температуры. Принимая во внимание, что роторные двигатели Mazda успешно решили эти первоначальные проблемы. Эта проблема зазора для горячих вершин ротора проходила между аксиально более близкими боковыми корпусами в областях более холодных впускных кулачков, которые решались с помощью осевого пилота ротора радиально внутри сальников, включая улучшенное инерционное масло, которое охлаждало внутреннюю часть ротора.

Экономия топлива и его выбросы

Двигатель Ванкеля имеет определенные проблемы с топливной экономичностью и выбросами при сжигании бензина. Бензиновые смеси довольно медленно воспламеняются, а также имеют медленную скорость распространения пламени с более высоким расстоянием гашения на такте сжатия 2 мм по сравнению с водородом, составляющим 0,6 мм. В сочетании с этими факторами отработанное топливо создало энергию, которая снизила его эффективность.

Зазор между ротором и корпусом двигателя слишком мал для бензина в такте сжатия, тогда как для водорода он достаточно велик.Узкий зазор сохраняется для создания сжатия. Как только двигатель использует бензин, оставшийся бензин выбрасывается в атмосферу через выхлоп. Это не является ограничением при использовании водородного топлива, так как вся топливная смесь в камере сгорания сгорает, что практически не дает выбросов и увеличивает эффективность топлива на 23%.

Форма камеры сгорания Ванкеля

Форма камеры сгорания Ванкеля разработана таким образом, чтобы сделать ее более устойчивой к опережению зажигания на низкооктановом бензине по сравнению с поршневым двигателем.Форма камеры сгорания также может привести к неполному сгоранию топливовоздушной смеси при использовании бензинового топлива. Это может привести к выбросу большего количества несгоревших углеводородов из выхлопных газов.

Принимая во внимание, что выхлопные газы имеют относительно низкий уровень выбросов, поскольку температуры сгорания в основном ниже по сравнению с другими двигателями, а также из-за рециркуляции отработавших газов (EGR) в ранних двигателях. В начале 1920-х годов было известно, что доля выхлопных газов во впускной смеси увеличилась на 1%, что привело к снижению температуры пламени на 7 °C.Это помогает модели Mazda соответствовать законам США о чистом воздухе от 1970 года в 1973 году простым и недорогим способом, который представляет собой увеличенную камеру в выпускном коллекторе.

За счет уменьшения отношения воздуха к топливу несгоревшие углеводороды в выхлопных газах поддерживали процесс горения в тепловом реакторе. Автомобили с поршневым двигателем требуют дорогостоящего каталитического нейтрализатора, чтобы справиться как с несгоревшими углеводородами, так и с их выбросами.

Решение по увеличению расхода топлива оказалось неэкономичным.В то время как продажи автомобилей с роторным двигателем пострадали из-за нефтяного кризиса 1973 года, который поднял цены на бензин, что привело к снижению продаж. Впрыск воздуха в зону выхлопного отверстия, который улучшил экономию топлива и уменьшил выбросы, был обнаружен Toyota.

SPARCS и компактные SPARCS

SPARCS, Compact-SPARCS, CREEV (составной роторный двигатель для электромобилей) обеспечивают отвод тепла и эффективны в тепловой балансировке, что оптимизирует смазку.Ограничение, которое существовало с роторными двигателями, заключалось в том, что корпус двигателя во время работы имеет постоянно холодную и горячую поверхность.

Это приводит к избыточному нагреву внутри двигателя, что приводит к быстрому разрушению смазочного масла. Система SPARCS уменьшает большой перепад температур нагрева корпуса двигателя, что также обеспечивает охлаждение ротора изнутри корпуса двигателя.

Это приводит к уменьшению износа двигателя, что продлевает срок его службы. Самодавление захватывается за счет продувки бокового ротора газом, уплотняющим рабочие камеры.CREEV относится к выхлопному реактору, который содержит вал и ротор внутри, имеющие форму, отличную от ротора двигателя Ванкеля.

Реактор, расположенный внутри выхлопного потока, потребляет несгоревшие продукты выхлопа без использования второй системы зажигания перед отправкой сгоревших газов в выхлопную трубу. Мощность в лошадиных силах передается на вал реактора, что помогает снизить выбросы и повысить эффективность использования топлива. Принимая во внимание, что все три патента в настоящее время лицензированы для инженеров Великобритании.

Системы каталитического преобразования в двигателе Ванкеля

Mazda отвечает за изменение системы каталитического нейтрализатора в соответствии с исследовательским фактором, который контролирует количество несгоревшего углеводорода, который находится в выхлопных газах, создавая температуру поверхности ротора, при более высокой температуре образуется гораздо меньше углеводорода.

Ротор также может быть расширен, при этом остальная часть двигателя остается неизменной, что снижает трение и увеличивает рабочий объем и выходную мощность.Фактор, ограничивающий расширение, был механическим, особенно когда отклонение вала наблюдалось при более высоких скоростях вращения . Тушение является наиболее доминирующим источником углеводородов при сравнительно высокой скорости и утечке при низкой скорости.

Автомобили с роторными двигателями Ванкеля способны работать на высоких скоростях. Принимая во внимание, что было показано, что раннее открытие впускного отверстия, длинные впускные каналы и большой эксцентриситет ротора увеличивают крутящий момент при более низких оборотах. Форма и положение выемки в роторе составляют большую часть камеры сгорания, что влияет на уровень выбросов и экономию топлива.

Это приводит к экономии топлива и выбросам выхлопных газов, которые варьируются и зависят от формы камеры сгорания и определяются размещением свечей зажигания в каждой камере отдельного двигателя.

Автомобили с низким уровнем выбросов

Автомобиль с двигателем Renesis может соответствовать требованиям экономии топлива штата Калифорния, включая стандарты транспортных средств с низким уровнем выбросов (LEV). Это было достигнуто за счет различных нововведений. При этом роторы Mazda также располагались в корпусах роторов.Это помогло решить проблему ранней золы, образовавшейся в двигателе, и термической деформации боковых впускных и выпускных отверстий. Также было добавлено скребковое уплотнение по бокам ротора, включая некоторые керамические детали, которые использовались в двигателе. Это помогло Mazda устранить перекрытие между отверстием впускного и выпускного отверстий, постоянно увеличивая площадь выпускного отверстия.

Боковой порт застревает в камере несгоревшего топлива, что снижает расход масла, а также улучшает стабильность горения в диапазоне низких оборотов и малых нагрузок.Выбросы УВ из бокового выпускного окна двигателя Ванкеля снижены на 35–50% по сравнению с выбросами из периферийного выпускного отверстия двигателя Ванкеля из-за нулевого открытия впускного и выпускного отверстий. Роторные двигатели с периферическим расположением каналов имели сравнительно лучшее давление, особенно на высоких оборотах, и впускное отверстие прямоугольной формы.

Двигатели Ванкеля нового поколения

Mazda все еще разрабатывает двигатели Ванкеля следующего поколения. Компания намерена производить двигатели с лазерным зажиганием, которые исключат обычные свечи зажигания и будут работать с непосредственным впрыском топлива или безискровым зажиганием HCCI и SPCCI.Это приводит к большему эксцентриситету ротора с улучшенной эластичностью и более низкому крутящему моменту во времени.

Исследования показали, что установка камеры сгорания улучшила частичную нагрузку и уменьшила число оборотов в минуту с экономией топлива 7%. Мотивом было повышение эффективности использования топлива, для чего Mazda надеется использовать Wankel в качестве расширителя диапазона в своей серии гибридных автомобилей и анонсирует прототип. Эта конфигурация помогает повысить эффективность использования топлива и уровень выбросов.Преимущество заключается в том, что работа двигателя Ванкеля на постоянной скорости продлит срок службы двигателя.

В 2015 году появилась новая система, которая снизила выбросы и повысила эффективность использования топлива с двигателями Ванкеля, которая была разработана британскими инженерами в соответствии с лицензионным соглашением для использования патентов роторного двигателя Norton. создатель.

В системе Compound Rotary Engine for Electric Vehicles (CREEV) используется вторичный ротор для извлечения энергии из выхлопных газов, которые потребляют несгоревшие продукты выхлопа, в то время как расширение происходит на вторичной ступени ротора для снижения общих выбросов и затрат на топливо. путем возмещения энергии выхлопных газов, которая в противном случае была бы потеряна.Чтобы расширить выхлопные газы до давления, близкого к атмосферному, Гарсайд позаботился о том, чтобы выхлоп двигателя оставался более холодным и производил меньше шума .

Лазерное зажигание в двигателях

Раньше свечи зажигания нужно было вдавливать в стенки камеры сгорания, что позволяло задействовать вершину ротора и пронестись мимо. Когда вершина ротора проходит уплотнения вокруг отверстия свечи зажигания, очень небольшое количество сжатого заряда теряется из зарядной камеры выхлопной камеры, что влечет за собой выброс топлива в выхлоп и, таким образом, снижает его эффективность, что приводит к более высокому выбросы.

Это точки, которые были преодолены с помощью лазерного зажигания и, таким образом, устранены более ранние свечи зажигания, а также удалена узкая щель в корпусе двигателя, чтобы можно было полностью выметать верхние уплотнения ротора без потери компрессии из соседних камер. Лазерная свеча может стрелять через узкую щель, которая помогает стрелять глубоко в камеру сгорания с помощью многократного лазера. Поэтому предпочтительнее более высокая степень сжатия. Непосредственный впрыск топлива в двигатель Ванкеля подходит и сочетается с помощью лазерного зажигания в одной или нескольких лазерных свечах, что было показано для улучшения двигателя за счет уменьшения недостатков.

Воспламенение от сжатия с однородным зарядом (HCCI)

Воспламенение от сжатия гомогенного заряда (HCCI) включает использование предварительно смешанной воздушно-топливной смеси, которая сжимается до точки самовоспламенения, поэтому электронное искровое зажигание исключается. Бензиновые двигатели — это те, которые сочетаются с искровым зажиганием с однородным зарядом (HC) (SI, также известным как HCSI. Дизельные двигатели сочетаются с послойным зарядом (SC) и воспламенением от сжатия (CI), которые вместе известны как SCCI.Двигатели HCCI обеспечивают выбросы, подобные бензиновым двигателям, с помощью эффективности, подобной двигателю с воспламенением от сжатия, и более низкие уровни выбросов оксидов азота без использования какого-либо каталитического нейтрализатора.

Mazda провела различные исследования зажигания HCCI для последнего проекта роторного двигателя с помощью исследований в рамках своей программы SkyActiv Generation 2. Основное ограничение роторного двигателя заключается в том, что его необходимо сместить за пределы свечи зажигания камеры сгорания, чтобы ротор мог пронестись мимо.

Зажигание от сжатия с искровым управлением (SPCCI)

Mazda провела успешное исследование зажигания с контролируемым воспламенением от сжатия (SPCCI) на роторных двигателях, в котором говорится, что недавно представленные роторные двигатели будут включать SPCCI. SPCCI внедряет искровое зажигание и зажигание от сжатия, которые сочетают в себе преимущества бензиновых и дизельных двигателей для достижения целей по экологичности, мощности, ускорению и расходу топлива.

В процессе горения всегда будет требоваться искра, которая будет зависеть от нагрузки, которая может возникнуть во время искрового зажигания.Следовательно, искра необходима для контроля всякий раз, когда происходит сгорание. Аспект воспламенения от сжатия SPCCI помогает ему сделать возможным сверхобедненное горение, которое повышает эффективность двигателя до 20–30%. SPCCI обеспечивает очень высокую эффективность в самом широком диапазоне оборотов и нагрузок двигателя.

Работа двигателя на обедненной смеси составляет около 80% времени работы. Свечи зажигания поджигают небольшой импульс обедненной смеси, которая впрыскивается в камеру сгорания.При выстреле образуется огненный шар, который действует как воздушный поршень, повышающий давление и температуру в камере сгорания. Воспламенение от сжатия обедненной смеси происходит с быстрым и равномерным горением, что приводит к более мощному циклу. Время сгорания контролируется пламенем свечи зажигания, что позволяет SPCCI использовать преимущества как бензиновых, так и дизельных двигателей.

Принцип работы роторно-поршневого двигателя Ванкеля, история создания и развития.Роторно-поршневой двигатель Что лучше Роторно-поршневой двигатель

В 1957 году немецкие инженеры Феликс Ванкель и Вальтер Фройде продемонстрировали первый работающий роторный двигатель. Спустя семь лет его улучшенная версия заняла свое место под капотом немецкого спортивного автомобиля «NSU-Spyder» — первого серийного автомобиля с таким двигателем. Многие купились на новинку автомобильные компании — «Мерседес-Бенц», «Ситроен», «Дженерал Моторс». Даже ВАЗ долгие годы выпускал автомобили с двигателями Ванкеля небольшими партиями.Но единственной компанией, которая решилась на крупносерийное производство роторных двигателей и долго от них не отказывалась, несмотря ни на какие кризисы, была Mazda. Первая его модель с роторным двигателем — «Космо Спорт (110С)» — появилась в 1967 году.

ЧУЖОЕ СРЕДИ СВОИХ

В поршневом двигателе энергия сгорания топливовоздушной смеси сначала преобразуется в возвратно-поступательное движение поршневой группы , и только потом во вращение коленчатого вала. В роторном двигателе это происходит без промежуточной ступени, а значит с меньшими потерями.

Есть две версии бензинового 1,3-литрового атмосферника 13B-MSP с двумя роторами (секциями) — стандартной мощности (192 л.с.) и форсированной (231 л.с.). Конструктивно это сэндвич из пяти корпусов, образующих две герметичные камеры. В них под действием энергии сгорания газов вращаются роторы, закрепленные на эксцентриковом валу (похожем на коленчатый вал). Это движение очень сложное. Каждый ротор не просто вращается, а катится своим внутренним зубчатым колесом вокруг неподвижного зубчатого колеса, закрепленного в центре одной из боковых стенок камеры.Эксцентриковый вал проходит через все сэндвич-корпуса и стационарные шестерни. Ротор движется таким образом, что на каждый оборот приходится три оборота эксцентрикового вала.

В роторном моторе осуществляются те же циклы, что и в четырехтактном поршневом агрегате: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. При этом он не имеет сложного газораспределительного механизма – привода ГРМ, распределительных валов и клапанов. Все его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках (корпусах) — и сам ротор, который при вращении открывает и закрывает «форточки».

Принцип работы роторного двигателя показан на схеме. Для простоты приведен пример двигателя с одной секцией — вторая функционирует так же. Каждая сторона ротора образует со стенками корпусов свою рабочую полость. В положении 1 объем полости минимален, и это соответствует началу такта впуска. При вращении ротора открываются впускные окна и топливно-воздушная смесь всасывается в камеру (позиции 2-4). В положении 5 рабочая полость имеет максимальный объем.Затем ротор закрывает впускные каналы и начинается такт сжатия (позиции 6-9). В положении 10, когда объем полости снова минимален, происходит воспламенение смеси с помощью свечей и начинается рабочий цикл. Энергия сгорания газов приводит во вращение ротор. Расширение газов идет в положение 13, а максимальный объем рабочей полости соответствует положению 15. Далее, в положение 18, ротор открывает выпускные окна и выталкивает выхлопные газы. Затем цикл начинается снова.

Остальные рабочие полости работают аналогично. А так как полостей три, то за один оборот ротора приходится целых три рабочих цикла! А учитывая, что эксцентриковый (коленчатый) вал вращается в три раза быстрее ротора, на выходе мы получаем один рабочий ход (полезную работу) за один оборот вала для односекционного двигателя. У четырехтактного поршневого двигателя с одним цилиндром это соотношение в два раза ниже.

По соотношению числа рабочих ходов на один оборот выходного вала двухсекционный 13Б-МСП аналогичен обычному четырехцилиндровому поршневому двигателю.Но при этом из рабочего объема 1,3 литра он выдает примерно такую ​​же мощность и крутящий момент, как и поршневой с 2,6 литра! Секрет в том, что роторный двигатель имеет в несколько раз меньше подвижных масс — вращаются только роторы и эксцентриковый вал, да и то в одну сторону. В поршне часть полезной работы идет на привод сложного механизма газораспределения и вертикальное движение поршней, которое постоянно меняет свое направление. Еще одной особенностью роторного двигателя является его более высокая стойкость к детонации.Именно поэтому он более перспективен для работы на водороде. В роторном двигателе разрушительная энергия ненормального сгорания рабочей смеси действует только в направлении вращения ротора — это следствие его конструкции. А у поршневого мотора она направлена ​​в сторону, противоположную движению поршня, что вызывает плачевные последствия.

Двигатель Ванкеля: ЭТО НЕ ПРОСТО

Хотя роторный двигатель имеет меньше элементов, чем поршневой, в нем используются более сложные конструктивные решения и технологии.Но между ними можно провести параллели.

Корпуса роторов (статоров) изготавливаются по вставной технологии из листового металла: В корпус из алюминиевого сплава вставляется специальная стальная подложка. Это делает конструкцию легкой и прочной. Стальная основа покрыта хромом с микроскопическими канавками для лучшего удерживания масла. По сути такой статор напоминает привычный цилиндр с сухой гильзой и хонинговкой на ней.

Боковые кожухи изготовлены из специального чугуна. Каждый из них имеет впускные и выпускные отверстия.А на крайних (передней и задней) закреплены неподвижные шестерни. У моторов предыдущих поколений эти окна были в статоре. То есть в новом дизайне увеличены их размеры и количество. Благодаря этому улучшились характеристики входа и выхода рабочей смеси, а на выходе — экономичность двигателя, его мощность и топливная экономичность. Боковые корпуса в паре с роторами по функциональности можно сравнить с газораспределительным механизмом поршневого двигателя.

Ротор по сути тот же поршень и шатун одновременно.Изготовлен из специального чугуна, полый, максимально облегченный. По бокам есть канавообразная камера сгорания и, конечно же, уплотнения. Внутрь ротора вставлен подшипник — своего рода шатунный подшипник коленчатого вала.

Если обычный поршень обходится всего тремя кольцами (два компрессионных и одно маслосъемное), то у ротора таких элементов в несколько раз больше. Таким образом, апексы (уплотнения законцовок ротора) выполняют роль первых компрессионных колец. Они изготовлены из чугуна с электронно-лучевой обработкой – для повышения износостойкости при контакте со стенкой статора.

Наконечники состоят из двух элементов — основного уплотнителя и уголка. Они прижимаются к стенке статора пружиной и центробежной силой. Боковые и угловые уплотнения действуют как вторые компрессионные кольца. Они обеспечивают газонепроницаемый контакт между ротором и боковыми кожухами. Как и вершины, они прижаты к стенкам тел своими пружинами. Боковые уплотнения выполнены из металлокерамики (на них приходится основная нагрузка), а угловые уплотнения изготовлены из специального чугуна. А еще есть изоляционные уплотнители.Они предотвращают попадание части выхлопных газов во впускные каналы через зазор между ротором и боковым кожухом. Имеются сходства с обеих сторон маслосъемных колец ротора — сальники. Они задерживают масло, подаваемое в его внутреннюю полость для охлаждения.

Система смазки также сложна. В нем есть как минимум один радиатор для охлаждения масла при работе двигателя на высоких нагрузках и несколько типов масляных форсунок. Некоторые встроены в эксцентриковый вал и охлаждают роторы (по сути, они выглядят как форсунки охлаждения поршней).Другие встроены в статоры — по паре на каждый. Форсунки расположены под углом и направлены в сторону боковых стенок корпуса — для лучшей смазки боковых уплотнений корпуса и ротора. Масло попадает в рабочую полость и смешивается с топливовоздушной смесью, обеспечивая смазку остальных элементов, и сгорает вместе с ней. Поэтому важно использовать только разрешенные производителем минеральные масла или специальную полусинтетику. Неподходящие смазочные материалы будут генерировать большое количество углеродистых отложений во время сгорания, что приведет к детонации, пропускам зажигания и потере компрессии.

Топливная система довольно проста, за исключением количества и расположения форсунок. Два — перед впускными отверстиями (по одному на ротор), столько же — во впускном коллекторе… В коллекторе форсированного двигателя есть еще два патрубка.

Камеры сгорания очень длинные, и чтобы сгорание рабочей смеси было эффективным, приходилось использовать по две свечи на каждый ротор. Они отличаются друг от друга длиной и электродами. На провода и свечи нанесена цветная маркировка во избежание неправильной установки.

НА ПРАКТИКЕ

Срок службы двигателя 13B-MSP составляет около 100 000 км. Как ни странно, он страдает теми же проблемами, что и поршневая.

Первое слабое звено похоже сальники ротора испытывают сильный нагрев и высокие нагрузки. Это действительно так, но до естественного износа они будут убиты детонацией и истощением подшипников эксцентрикового вала и роторов. Причем страдают только торцевые уплотнения (апексы), а боковые изнашиваются крайне редко.

Детонация деформирует вершины и их посадочные места на роторе. В результате, помимо уменьшения компрессии, уголки уплотнения могут выпадать и повреждать поверхность статора, не поддающуюся механической обработке. Скучать бесполезно: во-первых, сложно найти необходимое оборудование, во-вторых, запчастей на увеличенный размер просто нет. Роторы не подлежат ремонту, если канавки для вершины повреждены. Как обычно, корень беды в топливе. Честный 98-й бензин найти не так просто.

Быстрее всего изнашиваются коренные подшипники эксцентрикового вала. Видимо из-за того, что он вращается в три раза быстрее роторов. В результате роторы смещаются относительно стенок статора. И вершины роторов должны быть равноудалены от них. Рано или поздно углы вершин выпадают и разрывают поверхность статора. Эту беду никак нельзя предвидеть — в отличие от поршневого мотора, роторный практически не стучит даже при износе вкладышей.

У двигателей с форсированным наддувом бывают случаи, когда из-за очень бедной смеси происходит перегрев апекса. Пружина под ним прогибает его — в результате компрессия значительно падает.

Вторая слабость — неравномерный нагрев корпуса. Верхняя часть (где происходят такты впуска и сжатия) холоднее, чем нижняя часть (такты сгорания и выпуска). Однако кузов деформируется только у форсированных двигателей с наддувом мощностью более 500 л.с.

Как и следовало ожидать, мотор очень чувствителен к типу масла.Практика показала, что синтетические масла, пусть и специальные, при сгорании образуют много нагара. Он накапливается на апексе и уменьшает компрессию. Нужно использовать минеральное масло — оно выгорает почти бесследно. Сервисмены рекомендуют менять его каждые 5000 км.

Масляные форсунки в статоре выходят из строя в основном из-за попадания грязи во внутренние клапаны. Атмосферный воздух попадает в них через воздушный фильтр, и несвоевременная замена фильтра приводит к проблемам. Клапаны форсунок нельзя промывать.

Проблемы с холодным пуском двигателя, особенно зимой, вызваны потерей компрессии из-за износа апексов и появлением отложений на электродах свечей из-за некачественного бензина.

Свечей хватает в среднем на 15 000–20 000 км.

Вопреки распространенному мнению, производитель рекомендует глушить двигатель как обычно, а не на средних оборотах. «Знатоки» уверены, что при выключении зажигания в рабочем режиме все остаточное топливо выгорает и это облегчает последующий холодный пуск… По словам военнослужащих, толку от таких выходок ноль. Но хотя бы небольшой прогрев перед началом движения мотору будет действительно полезен. Теплое масло (не менее 50º) будет меньше изнашиваться.

При качественной дефектовке роторного двигателя и последующем ремонте отходит еще 100 000 км. Чаще всего требуется замена статоров и всех уплотнений ротора – за это придется заплатить не менее 175 000 рублей.

Несмотря на вышеперечисленные проблемы, в России достаточно любителей роторных машин — что уж говорить о других странах! Хотя сама Mazda сняла с производства роторную «восьмерку» и не спешит с ее преемником.

Mazda RX-8: ИСПЫТАНИЕ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ

В 1991 году Mazda-787V с роторным двигателем выиграла гонку «24 часа Ле-Мана». Это была первая и единственная победа автомобиля с таким двигателем. Кстати, сейчас не все поршневые моторы доживают до финиша в «длинных» гонках на выносливость.

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

История агрегата

Роторный двигатель был спроектирован и испытан разработчиками Феликсом Ванкелем и Вальтером Фройде в 1957 году. Первым автомобилем, на который был установлен этот агрегат, был спортивный автомобиль NSU Spider. Исследования показали, что при мощности мотора в 57 лошадиных сил этот автомобиль имел возможность разгоняться до колоссальных 150 километров в час.Производство автомобилей Spider, оснащенных 57-сильным роторным двигателем, продолжалось около 3 лет.

После этого этим типом двигателя оснащали автомобиль НСУ Ро-80. Впоследствии роторные двигатели стали устанавливать на Ситроены, Мерседесы, ВАЗы и Шевроле.

Одним из самых распространенных автомобилей с роторным двигателем является японская модель Mazda Cosmo Sport. Также этим двигателем японцы стали оснащать модель RX. Принцип работы роторного двигателя («Мазда» RX) заключался в постоянном вращении ротора с изменением хода.Но об этом позже.

В настоящее время японский автопроизводитель не занимается серийным производством автомобилей с роторными двигателями. Последней моделью, на которую устанавливался такой мотор, стала Mazda RX8 Spirit R. Однако в 2012 году производство этой версии автомобиля было прекращено.

Устройство и принцип работы

Каков принцип работы роторного двигателя? Этот тип двигателя отличается 4-тактным циклом действия, как на классическом двигателе внутреннего сгорания.Однако принцип работы роторно-поршневого двигателя несколько отличается от обычного поршневого.

В чем главная особенность этого мотора? Роторный двигатель Стирлинга имеет в своей конструкции не 2, не 4 и не 8 поршней, а только один. Называется ротор. Вращает заданный элемент в цилиндре особой формы. Ротор установлен на валу и соединен с зубчатым колесом. Последний имеет зубчатую муфту со стартером. Элемент вращается по эпитрохоидальной кривой. То есть лопасти ротора поочередно охватывают полость цилиндра.В последнем сжигается топливо. Принцип работы роторного двигателя (в том числе Mazda Cosmo Sport) заключается в том, что за один оборот механизм проталкивает три лепестка жестких кругов. По мере вращения детали в корпусе три отсека внутри меняют свой размер. За счет изменения габаритов в камерах создается определенное давление.

Рабочие фазы

Как работает роторный двигатель? Принцип работы (gif-изображения и схему РПД вы можете видеть ниже) этого мотора следующий.Работа двигателя состоит из четырех повторяющихся циклов, а именно:

  1. Подача топлива. Это первая фаза работы двигателя. Это происходит, когда верхняя часть ротора находится на уровне загрузочного отверстия. Когда камера открыта к основному отделению, ее объем приближается к минимуму. Как только ротор вращается мимо него, в отсек поступает топливно-воздушная смесь. Затем камера снова закрывается.
  2. Сжатие … По мере движения ротора пространство в отсеке уменьшается.Таким образом, смесь воздуха и топлива сжимается. Как только механизм проходит свечной отсек, объем камеры снова уменьшается. В этот момент смесь воспламеняется.
  3. Зажигание . Часто роторный двигатель (в том числе ВАЗ-21018) имеет несколько свечей зажигания. Это связано с большой длиной камеры сгорания. Как только свеча воспламеняет горючую смесь, уровень давления внутри увеличивается в десятки раз. Таким образом, ротор снова активируется. Далее давление в камере и количество газов продолжают расти.В этот момент ротор движется и создается крутящий момент. Так продолжается до тех пор, пока механизм не пройдет выпускной отсек.
  4. Выпуск газа. Когда ротор проходит это отделение, газ высокого давления начинает свободно двигаться в выхлопную трубу. При этом движение механизма не останавливается. Ротор вращается равномерно до тех пор, пока объем камеры сгорания снова не упадет до минимума. К этому времени из двигателя будет выдавлено оставшееся количество выхлопных газов.

Это принцип работы роторного двигателя. ВАЗ-2108, на который также устанавливался РПД, как и на японскую Mazda, отличался тихой работой двигателя и высокими динамическими характеристиками. Но эта модификация так и не была запущена в серийное производство. Итак, мы выяснили, какой принцип работы имеет роторный двигатель.

Недостатки и достоинства

Не зря этот мотор привлек внимание стольких автопроизводителей.Его особый принцип работы и конструкция имеют ряд преимуществ перед другими типами двигателей внутреннего сгорания.

Итак, каковы плюсы и минусы роторного двигателя? Начнем с явных преимуществ. Во-первых, роторный двигатель имеет наиболее сбалансированную конструкцию, а потому при работе практически не вызывает высоких вибраций. Во-вторых, этот мотор имеет меньший вес и большую компактность, в связи с чем его установка особенно актуальна для производителей спортивных автомобилей.Кроме того, небольшой вес агрегата позволил конструкторам добиться идеальной развесовки по осям. Таким образом, автомобиль с этим двигателем становится более устойчивым и маневренным на дороге.

И, конечно же, вместительность конструкции. Несмотря на одинаковое количество тактов, конструкция этого двигателя намного проще, чем у поршневого аналога. Для создания роторного двигателя требовалось минимальное количество узлов и механизмов.

но козырь этого двигателя не в массе и низких вибрациях, а в высоком КПД… Благодаря особому принципу работы роторный двигатель имел большую мощность и коэффициент полезного действия.

Теперь о недостатках. Их оказалось гораздо больше, чем достоинств. Основной причиной, по которой производители отказались от покупки таких моторов, был их большой расход топлива. В среднем такой агрегат тратил до 20 литров топлива на сто километров пути, а это, согласитесь, немалый расход по нынешним меркам.

Сложность изготовления деталей

Кроме того, стоит отметить высокую стоимость изготовления деталей данного двигателя, что объяснялось сложностью изготовления ротора.Для того чтобы этот механизм правильно проходил эпитрохоидальную кривую, требуется высокая геометрическая точность (в том числе и для цилиндра). Поэтому при изготовлении роторных двигателей не обойтись без специализированного дорогостоящего оборудования и специальных знаний в технической области. Соответственно, все эти расходы включены в стоимость автомобиля заранее.

Перегрев и высокие нагрузки

Также из-за особой конструкции данный блок часто подвергался перегреву.Вся проблема заключалась в двояковыпуклой форме камеры сгорания.

В отличие от этого классические ДВС имеют сферическую конструкцию камеры. Топливо, сгорающее в двояковыпуклом механизме, преобразуется в тепловую энергию, которая расходуется не только на рабочий ход, но и на нагрев самого цилиндра. В конечном итоге частое «кипение» узла приводит к быстрому износу и выходу из строя.

Ресурс

Не только цилиндр выдерживает большие нагрузки.Исследования показали, что при работе ротора значительная часть нагрузок приходится на уплотнения, расположенные между соплами механизмов. Они подвержены постоянному падению давления, поэтому максимальный ресурс двигателя составляет не более 100-150 тысяч километров.

После этого мотору требуется капитальный ремонт, стоимость которого иногда эквивалентна покупке нового агрегата.

Расход масла

Также роторный двигатель очень требователен к обслуживанию.

Расход масла более 500 миллилитров на 1000 км пробега, что вынуждает заливать жидкость каждые 4-5 тыс. км пробега. Если вовремя не произвести замену, мотор просто 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 типов данных типов агрегатов:

Роторный двигатель (ВАЗ-21018-2108)

История создания ВАЗовских роторных двигателей внутреннего сгорания берет начало с 1974 года.Именно тогда было создано первое конструкторское бюро РПД. Однако первый двигатель, разработанный нашими инженерами, имел конструкцию, аналогичную двигателю Ванкеля, которым оснащались импортные седаны NSU Ro80. Советский аналог получил название ВАЗ-311. Это самый первый советский роторный двигатель. Принцип работы на автомобилях ВАЗ этого двигателя имеет тот же алгоритм действия РПД Ванкеля.

Первым автомобилем, на который стали устанавливать данные двигатели, стала модификация ВАЗ 21018.Автомобиль практически ничем не отличался от своего «предка» — модели 2101 — за исключением используемого двигателя внутреннего сгорания. Под капотом новинки находился односекционный РПД мощностью 70 лошадиных сил. Однако в результате исследований всех 50 образцов модели были обнаружены многочисленные поломки двигателей, что вынудило Волжский завод отказаться от использования ДВС данного типа на своих автомобилях на несколько следующих лет.

Основной причиной неисправности отечественного РПД были ненадежные пломбы.Однако советские конструкторы решили спасти этот проект, представив миру новый 2-секционный роторный двигатель ВАЗ-411. Впоследствии был разработан двигатель внутреннего сгорания ВАЗ-413. Их основные различия заключались в силе. Первый экземпляр развивал до 120 лошадиных сил, второй – около 140. Однако в серию эти агрегаты больше не включались. Завод решил устанавливать их только на служебные автомобили, используемые в ГИБДД и КГБ.

Двигатели для авиации, «восьмерок» и «девяток»

В последующие годы разработчики пытались создать роторный двигатель для отечественной малой авиации, но все попытки не увенчались успехом.В результате конструкторы вновь приступили к разработке двигателей для легковых (теперь уже переднеприводных) автомобилей ВАЗ 8 и 9 серии. В отличие от своих предшественников, вновь разработанные двигатели ВАЗ-414 и 415 были универсальными и могли использоваться на заднеприводных автомобилях. водить такие автомобили, как «Волга», «Москвич» и так далее.

Характеристики РПД ВАЗ-414

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

  • Высокая удельная мощность , что позволяло машине набирать «сотню» всего за 8-9 секунд.
  • Большая эффективность. Из одного литра сгоревшего топлива можно было получить до 110 лошадиных сил (и это без всякого форсирования и дополнительной расточки блока цилиндров).
  • Высокий потенциал наддува. При правильном тюнинге удалось увеличить мощность двигателя на несколько десятков лошадиных сил.
  • Высокоскоростной двигатель. Такой двигатель был способен работать даже при 10 000 об/мин. При таких нагрузках мог функционировать только роторный двигатель. Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания не позволяет эксплуатировать их длительное время на высоких оборотах.
  • Относительно низкий расход топлива. Если предыдущие экземпляры «кушали» около 18-20 литров топлива на «сотню», то этот агрегат потреблял всего 14-15 в среднем рабочем режиме.

Текущая ситуация с РПД на Волжском автомобильном заводе

Все описанные выше двигатели не получили большой популярности, и вскоре их производство было свернуто. В дальнейшем Волжский автомобильный завод не планирует возрождать разработку роторных двигателей. Так что РПД ВАЗ-414 так и останется скомканной бумажкой в ​​истории отечественного машиностроения.

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

» У большинства людей ассоциируются с цилиндрами и поршнями, системой газораспределения и кривошипно-шатунным механизмом. Это связано с тем, что подавляющее большинство автомобилей оснащены классическим и самым популярным типом двигателя – поршневым.

Сегодня речь пойдет о роторно-поршневом двигателе Ванкеля, который обладает целым набором выдающихся технических характеристик, и в свое время должен был открыть новые перспективы в автомобилестроении, но не смог занять достойное место и не стал массивный.

История создания

Eolipil считается самой первой роторной тепловой машиной. В первом веке нашей эры он был создан и описан греческим инженером-механиком Героном Александрийским.

Конструкция эолипила достаточно проста: вращающаяся бронзовая сфера расположена на оси, проходящей через центр симметрии. Водяной пар, используемый в качестве рабочего тела, вытекает из двух сопел, установленных в центре шара друг напротив друга и перпендикулярно оси насадки.


Механизмы водяных и ветряных мельниц, использующие силу стихии в качестве энергии, также можно отнести к роторным двигателям древности.

Классификация роторных двигателей

Рабочая камера роторного двигателя внутреннего сгорания может быть герметична или иметь постоянное сообщение с атмосферой, когда лопатки рабочего колеса ротора отделяют ее от окружающей среды. По этому принципу построены газовые турбины.

Среди роторно-поршневых двигателей с закрытыми камерами сгорания специалисты выделяют несколько групп.Деление может происходить по: наличию или отсутствию уплотнительных элементов, по режиму работы камеры сгорания (прерывисто-пульсирующий или непрерывный), по типу вращения рабочего органа.


Следует отметить, что большинство описанных дизайнов не имеют действующих образцов и существуют на бумаге.
Они были классифицированы русским инженером И.Ю. Исаев, который сам занят созданием совершенного роторного двигателя. Он проанализировал патенты в России, Америке и других странах, всего более 600.

Роторный двигатель внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением

Ротор в таких двигателях не вращается, а совершает возвратно-поступательное качание дуги. Лопатки на роторе и статоре неподвижны, между ними происходят такты расширения и сжатия.

С пульсационно-вращательным движением в одном направлении

Два вращающихся ротора расположены в корпусе двигателя, между их лопатками в моменты сближения происходит сжатие, а в момент удаления — расширение.Из-за неравномерного вращения лопастей требуется разработка сложного механизма центровки.

С уплотнительными клапанами и возвратно-поступательными движениями

Схема, успешно применяемая в пневмодвигателях, где вращение осуществляется сжатым воздухом, не прижилась в двигателях внутреннего сгорания из-за высоких давлений и температур.

С уплотнениями и возвратно-поступательными движениями корпуса

Схема аналогична предыдущей, только уплотняющие заслонки расположены не на роторе, а на корпусе двигателя.Недостатки те же: невозможность обеспечения достаточной герметичности лопастей корпуса с ротором при сохранении их подвижности.

Двигатели с равномерным перемещением рабочих и других элементов

Наиболее перспективные и совершенные типы роторных двигателей. Теоретически они могут развивать самые высокие обороты и набирать мощность, но пока создать единую рабочую схему ДВС не удалось.

С планетарным, вращательным движением рабочего органа

К последним относится наиболее известная широкой публике схема роторно-поршневого двигателя инженера Феликса Ванкеля.

Хотя существует огромное количество других конструкций планетарного типа:

  • Амплби
  • Грей и Дреммонд
  • Маршалл
  • Спанд
  • Рено (Рено)
  • Томас (Томас)
  • Веллиндер и Скуг
  • Сенсо (Сенсанд)
  • Майяр
  • Ферро

История Ванкеля

Жизнь Феликса Генриха Ванкеля была непростой, рано осиротев (отец будущего изобретателя погиб в Первую мировую войну), Феликс не мог собрать средства на учебу в университете, а рабочая профессия не позволяла получить сильная близорукость.

Это побудило Ванкеля самостоятельно изучать технические дисциплины, поэтому в 1924 году ему пришла в голову идея создать роторный двигатель с вращающейся камерой внутреннего сгорания.


В 1929 году он получил патент на изобретение, которое стало первым шагом к созданию знаменитого РПД Ванкеля. В 1933 году изобретатель, оказавшись в рядах противников Гитлера, полгода проводит в тюрьме. Выйдя на свободу, они заинтересовались разработкой роторного двигателя в BMW и стали финансировать дальнейшие исследования, выделив для работы мастерскую в Ландау.

После войны он достается французам в качестве репараций, а сам изобретатель попадает в тюрьму как пособник гитлеровского режима. Лишь в 1951 году Феликс Генрих Ванкель устроился на работу в компанию по производству мотоциклов NSU и продолжил свои исследования.


В том же году он начал сотрудничать с главным конструктором NSU Вальтером Фройде, который сам давно занимается исследованиями в области разработки роторно-поршневого двигателя для гоночных мотоциклов. В 1958 году на испытательном стенде проходит первый прототип двигателя.

Как работает роторный двигатель

Силовой агрегат, разработанный Фройде и Ванкелем, представляет собой ротор в форме треугольника Рело. Ротор планетарно вращается вокруг шестерни, закрепленной в центре статора — неподвижной камеры сгорания. Сама камера выполнена в виде эпитрохоиды, отдаленно напоминающей восьмерку с вытянутым наружу центром; он действует как цилиндр.

Двигаясь внутри камеры сгорания, ротор образует полости переменного объема, в которых происходят такты двигателя: впуск, сжатие, зажигание и выпуск.Камеры герметично отделены друг от друга уплотнениями — апексами, износ которых является слабым местом роторно-поршневых двигателей.

Воспламенение топливно-воздушной смеси осуществляется сразу двумя свечами зажигания, так как камера сгорания имеет вытянутую форму и большой объем, что замедляет скорость сгорания рабочей смеси.

На роторном двигателе используется угол отставания, а не угол опережения, как на поршневом двигателе. Это нужно для того, чтобы воспламенение произошло чуть позже, и сила взрыва толкнула ротор в нужном направлении.

Конструкция Ванкеля позволила значительно упростить двигатель, отказаться от многих деталей. Отпала необходимость в отдельном газораспределительном механизме, значительно уменьшились вес и габариты мотора.

Преимущества

Как упоминалось ранее, роторный двигатель Ванкеля не требует такого количества деталей, как поршневой двигатель, поэтому он имеет меньшие размеры, вес и удельную мощность (количество «лошадей» на килограмм веса).

Отсутствует кривошипно-шатунный механизм (в классическом исполнении), что позволило снизить массу и вибронагрузку.Благодаря отсутствию возвратно-поступательных движений поршня и малой массе подвижных частей двигатель может развивать и выдерживать очень высокие обороты, практически мгновенно реагируя на нажатие педали газа.

Роторный двигатель внутреннего сгорания производит мощность за три четверти каждого оборота выходного вала, в то время как поршневой двигатель производит только одну четверть.

недостатки

Именно потому, что двигатель Ванкеля, при всех его преимуществах, имеет большое количество недостатков, сегодня только Mazda продолжает его развивать и совершенствовать.Хотя патент купили сотни компаний, включая Toyota, Alfa Romeo, General Motors, Daimler-Benz, Nissan и другие.

Малый ресурс

Основной и самый существенный недостаток — малый ресурс двигателя. В среднем по России он равен 100 тысячам километров. В Европе, США и Японии этот показатель удваивается, благодаря качеству топлива и грамотному обслуживанию.


Наибольшую нагрузку испытывают металлические пластины, вершинами являются торцевые радиальные уплотнения между камерами.Они должны выдерживать высокие температуры, давления и радиальные нагрузки. На RX-7 высота вершины 8,1 мм, замена рекомендуется при износе до 6,5, на RX-8 уменьшена на заводе до 5,3, допустимый износ не более 4,5 миллиметров.

Важно следить за компрессией, состоянием масла и масляных форсунок, подающих смазку в камеру двигателя. Основные признаки износа двигателя и предстоящего капремонта — низкая компрессия, расход масла и затрудненный горячий пуск.

Низкая экологичность

Поскольку система смазки роторно-поршневого двигателя предполагает непосредственный впрыск масла в камеру сгорания, а также из-за неполного сгорания топлива, выхлопные газы обладают повышенной токсичностью. Это затрудняло прохождение экологических проверок, которые необходимо было пройти для продажи автомобилей на американском рынке.

Чтобы решить проблему, инженеры Mazda создали тепловой реактор, который сжигал углеводороды перед выбросом в атмосферу.Впервые он был установлен на автомобиль Mazda R100.


Вместо того, чтобы свернуть производство, как другие, Mazda в 1972 г. начала продавать автомобили с системой снижения вредных выбросов для роторных двигателей REAPS (Rotary Engine Anti-Pollution System).

Высокое потребление

Все автомобили с роторными двигателями отличаются высоким расходом топлива.

Кроме Мазды были еще Мерседес С-111, Корвет ХР-882 Четырехроторный (четырехсекционный, объем 4 литра), Ситроен М35, но это в основном экспериментальные модели, и из-за разразившегося в 80-х годов их производство было приостановлено…

Малая длина хода ротора и серповидная форма камеры сгорания не позволяют полностью выгорать рабочей смеси. Выходное отверстие открывается еще до момента полного сгорания, газы не успевают передать всю силу давления на ротор. Поэтому температура выхлопных газов этих двигателей так высока.

История отечественного РПД

В начале 80-х в СССР тоже заинтересовались техникой. Правда, патент не купили, и на все решили пойти своим умом, иными словами — скопировать принцип работы и устройство роторного двигателя mazda.

Для этих целей было создано конструкторское бюро, а в Тольятти цех серийного производства. В 1976 году был создан первый опытный образец односекционного двигателя ВАЗ-311 мощностью 70 л.с. от. установлено на 50 автомобилей. За очень короткое время они выработали ресурс. Плохая балансировка РЭМ (роторно-эксцентрикового механизма) и быстрый износ апексов дали о себе знать.


Однако разработкой заинтересовались спецслужбы, для которых куда более важным ресурсом были динамические характеристики моторов.В 1982 году свет увидел двухсекционный роторный двигатель ВАЗ-411, с шириной ротора 70 см и мощностью 120 л.с. с., и ВАЗ-413 с ротором 80 см и мощностью 140 л. от. Позднее двигателями ВАЗ-414 оснащались автомобили КГБ, ГИБДД и МВД.

С 1997 года на автомобилях общего пользования устанавливается силовой агрегат ВАЗ-415, появляется Волга с трехсекционным РПД ВАЗ-425. Сегодня в России автомобили не оснащаются такими моторами.

Перечень транспортных средств с роторно-поршневым двигателем

Марка Модель
НСУ Паук
Ro80
Мазда Космо Спорт (110S)
Поворотное купе Familia
Парквэй Ротари 26
Капелла (RX-2)
Саванна (RX-3)
RX-4
RX-7
RX-8
Евнос космо
Поворотный подборщик
Люс R-130
Мерседес С-111
XP-882 Четырехроторный
Ситроен М35
Биротор GS (GZ)
ВАЗ 21019 (Арканум)
2105-09
ГАЗ 21
24
3102


Список роторных двигателей Mazda

Тип А Описание
40А Первый испытательный стенд, радиус ротора 90 мм
Л8А Система смазки с сухим картером, радиус ротора 98 мм, объем 792 куб. см
10А (0810) Двухсекционный, 982 куб. см, мощность 110 л.с., смешение масла с топливом для смазки, масса 102 кг
10А (0813) 100 л. с., увеличение массы до 122 кг
10А (0866) 105 л. стр., Технология сокращения выбросов REAPS
13А Для переднеприводного Р-130, объемом 1310 куб. см, 126 л. сек., радиус ротора 120 мм
12А Объем 1146 куб. см, материал ротора закален, ресурс статора увеличен, уплотнения выполнены из чугуна
12А турбо Полупрямой впрыск, 160 л.с.
12Б Одинарный распределитель зажигания
13Б Самый массовый двигатель, объем 1308 куб.см. см, низкий уровень выбросов
13Б-РЕСИ 135 л. с., RESI (Rotary Engine Super Injection) и впрыск Bosch L-Jetronic
13B-DEI 146 л. с., регулируемый впуск, системы 6PI и DEI, впрыск с 4 форсунками
13B-RE 235 л. с участием., большие турбины HT-15 и малые HT-10
13B-РЭВ 280 л. с., 2 секвентальные турбины Hitachi HT-12
13B-MSP Ренезис Экологичный и экономичный, может работать на водороде
13G/20B Трехроторные моторы для автоспорта, 1962 куб.см. см, мощность 300 л. от.
13Дж / Р26Б Четырехроторный, для автогонок, объемом 2622 куб. см, мощность 700 л. от.
16X (Ренесис 2) 300 л.с., концепт-кар Taiki

Правила эксплуатации роторного двигателя

  1. менять масло каждые 3-5 тыс км. Расход 1,5 литра на 1000 км считается нормальным.
  2. следят за состоянием масляных форсунок, их средний ресурс 50тыс.
  3. менять воздушный фильтр каждые 20тыс.
  4. используют только специальные свечи, ресурс 30-40 тысяч километров.
  5. заправить бак бензином не ниже АИ-95, но лучше АИ-98.
  6. меряйте компрессию при замене масла. Для этого используется специальное устройство, компрессия должна быть в пределах 6,5-8 атмосфер.

При эксплуатации с компрессией ниже этих показателей стандартного ремкомплекта может не хватить — придется менять всю секцию, а возможно и весь двигатель.

Сегодня

На сегодняшний день ведется серийное производство моделей mazda RX-8, оснащенных двигателем Renesis (сокращение от Rotary Engine + Genesis).


Конструкторам удалось вдвое снизить расход масла и на 40% расход топлива, а экологический класс довести до уровня Евро-4. Двигатель объемом 1,3 л развивает мощность 250 л.с. от.

Несмотря на все достижения, японцы не останавливаются на достигнутом. Вопреки утверждениям большинства экспертов о том, что у РПД нет будущего, они не перестают совершенствовать технику, и не так давно представили концепт спортивного купе RX-Vision, с роторным двигателем SkyActive-R.

Система газораспределения которых реализована за счет вращения цилиндра.Цилиндр совершает вращательное движение, попеременно проходя впускной и выпускной патрубки, при этом поршень совершает возвратно-поступательное движение.

Британская компания RCV Engines была создана в 1997 году специально для изучения, тестирования и, наконец, вывода на рынок всего одного изобретения. Оно, собственно, и зашифровано в названии компании: «Rotary Cylinder Valve» — RCV. На сегодняшний день компания из Уимборна не только усовершенствовала технологию, но и доказала, что новая концепция работает. Она уже запустила в серийное производство линейку небольших четырехтактных моторов рабочим объемом 9.От 5 до 50 «кубиков», предназначенных для моделей самолетов, газонокосилок, ручных бензопил и аналогичной техники. Но 1 февраля 2006 года компания представила первый образец 125-кубового двигателя для скутеров, благодаря чему многим дал повод впервые познакомиться с этой малоизвестной техникой — RCV.

Изобретатели заявляют о снижении себестоимости двигателей (на несколько процентов) за счет уменьшения количества деталей, повышения их удельной мощности как на единицу объема, так и на единицу веса, по сравнению с аналогами двигателей того же класса (на 20%).

Принцип действия

Итак, перед нами четырехтактный двигатель, у которого нет привычных клапанов и всей системы их привода. Вместо этого англичане заставили рабочий цилиндр самого двигателя работать как газораспределитель, который в двигателях RCV вращается вокруг своей оси.

В этом случае поршень совершает точно такие же движения, как и раньше. А вот стенки цилиндра вращаются вокруг поршня (цилиндр закреплен внутри мотора на двух подшипниках).

На краю цилиндра устроен патрубок, который попеременно выходит на входное или выходное отверстие. Здесь также предусмотрено скользящее уплотнение, которое работает аналогично поршневым кольцам — оно позволяет цилиндру расширяться при нагреве, не теряя своей герметичности.

Свеча центрирована и вращается вместе с цилиндром. Судя по всему, здесь используется скользящий графитовый контакт, хорошо известный автолюбителям по старым механическим распределителям зажигания.

Во вращение цилиндр приводят только три шестерни: одна на цилиндре, одна на коленчатом валу и одна промежуточная.Естественно, скорость вращения цилиндра вдвое меньше скорости коленчатого вала.

см. также

Источники

Написать отзыв о статье «Роторно-клапанный двигатель»

Отрывок, характеризующий Роторно-клапанный двигатель

По мере приближения противника к Москве взгляд москвичей на свое положение не только не становился более серьезным, но , напротив, еще более легкомысленной, как это всегда бывает с людьми, видящими приближающуюся большую опасность.Когда приближается опасность, в душе человека всегда одинаково сильно говорят два голоса: один очень резонно говорит, что человек должен обдумать самое свойство опасности и средства избавления от нее; другой еще разумнее говорит, что слишком тяжело и мучительно думать об опасности, тогда как не в силах человека все предвидеть и уйти от общего хода дел, а потому лучше отвернуться от трудного пока не придет и думать о приятном.В одиночку человек чаще всего отдается первому голосу, в обществе, наоборот, второму. Так было теперь и с жителями Москвы. Давно мы так не веселились в Москве, как в этом году.
Ростопчинские плакаты с изображением наверху питейного дома, целующегося мужика и московского мещанина Карпушки Чигирина, который, будучи в дружине и выпив лишний крюк на поке, прослышав, что Бонапарт хочет в Москву, получил рассердились, обругали всех французов нехорошими словами, вышли из питейного дома и выступили под орлом перед собравшимся народом, читались и обсуждались наравне с последней бурей Василия Львовича Пушкина.
В клубе, в угловой комнате, собирались читать эти плакаты, и некоторым нравилось, как Карпушка подшучивал над французами, говоря, что они от капусты пухнут, кашей зарастают, от капусты задыхаются, что они все карлики, и эта женщина бросала в них вилы. … Некоторые не одобряли такой тон и говорили, что он вульгарен и глуп. Говорили, что Ростопчин изгнал из Москвы французов и даже всех иностранцев, что среди них были шпионы и агенты Наполеона; но рассказали это главным образом для того, чтобы передать остроумные слова, сказанные Ростопчиным, когда их посылали.Иностранцев отправили на барже в Нижний, и Растопчин сказал им: «Rentrez en vous meme, entrez dans la barque et n» en faites pas une barque ne Charon. [Войдите сами и в эту лодку и постарайтесь, чтобы эта лодка не стала для вас лодкой Харона.] Сказали, что уже выслали из Москвы все присутственные места, и тут же добавили шутку Шиншина, что Москва должна быть благодарна Наполеон только за это. потратил на своих дружинников, но что лучше в поступке Безухова, так это то, что он сам наденет мундир и поедет впереди полка и ничего не возьмет за места с тех, кто на него посмотрит.

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, принципиально отличающийся от обычного поршневого двигателя.
В поршневом двигателе в одном и том же объеме пространства (цилиндра) совершаются четыре такта: впуск, сжатие, рабочий такт и выпуск. Роторный двигатель совершает одни и те же ходы, но все они происходят в разных частях камеры. Это можно сравнить с наличием отдельного цилиндра для каждого такта, когда поршень постепенно перемещается от одного цилиндра к другому.

Роторный двигатель был изобретен и разработан доктором Феликсом Ванкелем и иногда называется двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля.

В этой статье мы объясним, как работает роторный двигатель. Во-первых, давайте посмотрим, как это работает.

Принцип действия роторного двигателя

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

Как и поршневой двигатель, роторный двигатель использует давление, которое создается при сгорании топливовоздушной смеси.В поршневых двигателях это давление накапливается в цилиндрах и приводит в движение поршни. Шатуны и коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательные движения поршня во вращательное движение, которое можно использовать для вращения колес автомобиля.

В роторном двигателе давление сгорания создается в камере, образованной частью корпуса, закрытой сбоку треугольным ротором, который используется вместо поршней.

Ротор вращается по траектории, напоминающей линию, проведенную 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 позволяет воздушно-топливной смеси поступать в двигатель, производить сжатие, полезную работу расширения и выхлоп.

Мазда RX-8


Mazda стала пионером в массовом производстве автомобилей с роторными двигателями. RX-7, поступивший в продажу в 1978 году, был, пожалуй, самым успешным автомобилем с роторным двигателем. Но ему предшествовал ряд автомобилей с роторными двигателями, грузовиков и даже автобусов, начиная с Cosmo Sport 1967 года.Правда, RX-7 не выпускался с 1995 года, но идея роторного двигателя не угасла.

Mazda RX-8 оснащена роторным двигателем RENESIS. Этот двигатель был назван лучшим двигателем 2003 года. Это атмосферный двухроторный двигатель мощностью 250 л.с.

Конструкция роторного двигателя


Роторный двигатель имеет систему зажигания и впрыска топлива, аналогичную используемой в поршневых двигателях. Устройство роторного двигателя принципиально отличается от поршневого двигателя.

Ротор

Ротор имеет три выпуклые стороны, каждая из которых действует как поршень. Каждая сторона ротора утоплена для увеличения скорости ротора, что дает больше места для воздушно-топливной смеси.

В верхней части каждой грани находится металлическая пластина, которая делит пространство на камеры. Стенки этих камер образуют два металлических кольца с каждой стороны ротора.

В центре ротора находится зубчатое колесо с внутренними зубьями. Он сопрягается с шестерней, закрепленной на корпусе. Это сопряжение задает траекторию и направление вращения ротора в корпусе.

Корпус (статор)


Тело имеет овальную форму (точнее, форму эпитрохоида). Форма камеры разработана таким образом, что три вершины ротора всегда соприкасаются со стенкой камеры, образуя три изолированных объема газа.

В каждой части тела происходит один из процессов внутреннего сгорания. Пространство кузова разделено на четыре стержня:

  • Впуск
  • Сжатие
  • Часы рабочие
  • Выпуск
Впускной и выпускной порты расположены в корпусе.Клапанов в портах нет. Выходной порт напрямую соединен с выхлопной системой, а впускной порт напрямую соединен с дроссельной заслонкой.

Выходной вал


Выходной вал (обратите внимание на эксцентриковые кулачки)

Выходной вал имеет закругленные кулачки, расположенные эксцентрично, т.е. со смещением от центральной оси. Каждый ротор сопряжен с одним из этих выступов. Выходной вал аналогичен коленчатому валу в поршневых двигателях. При вращении ротор толкает кулачки. Так как кулачки установлены несимметрично, сила, с которой на них давит ротор, создает крутящий момент на выходном валу, заставляя его вращаться.

Сбор роторного двигателя

Роторный двигатель собирается слоями. Двухроторный двигатель состоит из пяти слоев, скрепленных длинными болтами по кругу. Теплоноситель проходит через все части конструкции.

Два внешних слоя имеют уплотнения и подшипники для вторичного вала. Они также изолируют две части корпуса, в которых размещены роторы. Внутренние поверхности этих деталей гладкие, что обеспечивает надлежащее уплотнение роторов. Впускной порт подачи расположен на каждой из концевых частей.

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

Следующий слой включает в себя овальный корпус ротора и выпускное отверстие. В этой части корпуса установлен ротор.

Центральная секция имеет два впускных отверстия, по одному на каждый ротор. Он также разделяет роторы, чтобы его внутренняя поверхность была гладкой.

В центре каждого ротора находится шестерня с внутренним зацеплением, которая вращается вокруг меньшей шестерни, установленной на корпусе двигателя.Он определяет траекторию вращения ротора.

Мощность вращательного двигателя

Центральное впускное отверстие для каждого ротора

Подобно поршневым двигателям, роторный двигатель внутреннего сгорания использует четырехтактный цикл. Но в роторном двигателе этот цикл другой.

За один полный оборот ротора эксцентриковый вал делает три оборота.

Основным элементом роторного двигателя является ротор. Он действует как поршень в обычном поршневом двигателе.Ротор установлен на большом круглом кулачке на выходном валу. Кулачок смещен от центральной линии вала и действует как кривошип, позволяя ротору вращать вал. Вращаясь внутри корпуса, ротор толкает кулачок по окружности, трижды поворачивая его за один полный оборот ротора.

Размер камер, образованных ротором, изменяется по мере его вращения. Это изменение размера обеспечивает насосное действие. Далее мы рассмотрим каждый из четырех тактов роторного двигателя.

Впуск

Такт впуска начинается, когда кончик ротора проходит через впускное отверстие. В момент прохождения апекса через входное отверстие объем камеры близок к минимуму. Далее объем камеры увеличивается, происходит всасывание топливно-воздушной смеси.

При дальнейшем вращении ротора камера изолируется и начинается такт сжатия.

Компрессия

При дальнейшем вращении ротора объем камеры уменьшается, и топливовоздушная смесь сжимается.Когда ротор проходит через свечи зажигания, объем камеры близок к минимуму. В этот момент происходит воспламенение.

Рабочие часы

Многие роторные двигатели имеют две свечи зажигания. Камера сгорания имеет достаточно большой объем, поэтому при наличии одной свечи воспламенение происходило бы медленнее. Когда воздушно-топливная смесь воспламеняется, создается давление, которое приводит в движение ротор.

Давление сгорания вращает ротор в сторону увеличения объема камеры. Газы сгорания продолжают расширяться, вращая ротор и вырабатывая энергию, пока верхняя часть ротора не пройдет через выпускное отверстие.

Выпуск

При прохождении ротора через выходное отверстие продукты сгорания под высоким давлением выходят в выхлопную систему. По мере дальнейшего вращения ротора объем камеры уменьшается, выталкивая оставшиеся выхлопные газы в выпускное отверстие. К моменту, когда объем камеры приближается к минимуму, верхняя часть ротора проходит через впускное отверстие, и цикл повторяется.

Следует отметить, что каждая из трех сторон ротора всегда участвует в одном из шагов цикла, т.е.е. за один полный оборот ротора осуществляется три рабочих цикла. За один полный оборот ротора выходной вал делает три оборота. на один оборот вала приходится один цикл.

Отличия и проблемы

По сравнению с поршневым двигателем роторный двигатель имеет определенные отличия.

Меньше движущихся частей

В отличие от поршневого двигателя, роторный двигатель использует меньше движущихся частей. Двухроторный двигатель имеет три движущиеся части: два ротора и выходной вал. Даже самый простой четырехцилиндровый двигатель использует не менее 40 движущихся частей, включая поршни, шатуны, распределительный вал, клапаны, клапанные пружины, коромысла, зубчатый ремень и коленчатый вал.

За счет уменьшения количества движущихся частей повышается надежность роторного двигателя. По этой причине некоторые производители используют на своих самолетах роторные двигатели вместо поршневых.

Плавная работа

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

Подача энергии также более плавная.В связи с тем, что каждый такт цикла происходит при повороте ротора на 90 градусов, а выходной вал делает три оборота за каждый оборот ротора, каждый такт цикла происходит при повороте выходного вала на 270 градусов. Это означает, что двигатель с одним ротором развивает мощность при 3/4 оборота выходного вала. В одноцилиндровом поршневом двигателе процесс сгорания происходит при 180 градусах через каждый второй оборот, т.е. 1/4 каждого оборота коленчатого вала (выходной вал поршневого двигателя).

Медленная работа

В связи с тем, что ротор вращается со скоростью, равной 1/3 скорости вращения выходного вала, основные движущиеся части роторного двигателя движутся медленнее, чем детали поршневого двигателя. Это также обеспечивает надежность.

Проблемы

Роторные двигатели имеют ряд проблем:
  • Сложное производство в соответствии с нормами выбросов.
  • Себестоимость производства роторных двигателей выше по сравнению с поршневыми, так как количество произведенных роторных двигателей меньше.
  • Расход топлива автомобилей с роторными двигателями выше по сравнению с поршневыми двигателями, в связи с тем, что термодинамический КПД снижен из-за большого объема камеры сгорания и низкой степени сжатия.

ГОНКА К НУЛЮ ЗАВЕРШЕНА! — Сила с целью.


Вес, эффективность и защита окружающей среды

Что делает Omega 1 намного более мощным, легким и эффективным, чем поршневой двигатель?

Первый: В поршневых двигателях происходит огромное количество потерь на трение, тепло, паразитные и насосные потери.Каждый раз, когда поршень движется вверх и вниз, кольца царапают стенки поршня, что вызывает трение. Почти каждая движущаяся часть контактирует с другими движущимися частями, что вызывает большее трение. Паразитные потери не малы, так как они складываются в виде потерь в клапанном механизме, ограничений воздушного потока, преобразования энергии возвратно-поступательного движения поршня в энергию вращения коленчатого вала и инерционных потерь из-за функции пружины. Также существуют значительные насосные потери из-за необходимости жидкостного охлаждения двигателя за счет перемещения смазочных материалов по всему двигателю.Все эти потери снижают мощность двигателя, а устранение этих потерь увеличивает сложность и вес.

Второй: В двигателе Омега 1 таких потерь очень мало. В нем резко снижено трение, почти отсутствуют паразитные потери и нет движущихся частей, кроме вращающихся элементов. Потери при перекачивании очень малы, потому что двигатель охлаждается воздухом за счет воздушного потока вокруг двигателя и через него, и только синхронизирующие шестерни и подшипники требуют смазки.Это дает дополнительное преимущество, заключающееся в отсутствии перекрестного загрязнения камеры сгорания маслом, что соответствует снижению выбросов.

Значительное улучшение сгорания и общей эффективности достигается за счет принудительного впуска воздуха с наддувом при давлении от 200 до 300 фунтов на квадратный дюйм. Обычные нагнетатели повышают давление сгорания всего на 6–35 фунтов на квадратный дюйм. Нагнетатель Omega 1 намного лучше и является неотъемлемой частью процесса сгорания.

Третье: Общая эффективность также улучшается благодаря нашей способности двигателя «пропускать огонь».Например, двигатель может срабатывать при каждом обороте во время ускорения транспортного средства, но на крейсерской скорости в самолете, на шоссе и т. д. двигатель будет срабатывать только при необходимости (каждые 5, 10, 50 оборотов или все, что требуется), и может работать на холостом ходу на высоких оборотах с очень небольшим расходом топлива. Затем, когда условия меняются и требуется мощность, компьютер увеличивает скорость стрельбы для почти мгновенной мощности с очень малой задержкой дроссельной заслонки. Это может быть настроено на максимальную эффективность, максимальную мощность или их комбинацию в зависимости от желаемого применения.

Четвертый: Двигатель Omega 1 — первый двигатель с активной линейной передачей мощности. Когда двигатель Omega 1 вращается, вся мощность передается через единственный вращающийся приводной вал. Здесь нет смещенных коленчатых валов, возвратно-поступательных поршней и эксцентрикового вала (как в роторном двигателе Ванкеля).

Двигатель весит намного меньше, чем сопоставимый поршневой двигатель, благодаря простоте конструкции и малому количеству движущихся частей.


Omega 1 мощнее, легче, эффективнее и проще, чем турбинный двигатель

Двигатель Omega 1 обеспечивает гораздо более эффективную работу канального вентилятора и не имеет существенных недостатков, связанных с необходимостью использования обычной технологии движения с циклом Брайтона, используемой в современных газотурбинных двигателях.К ним относятся шум, высокий расход топлива, задержка отклика дроссельной заслонки, высокая инерция вращения, подверженность повреждению посторонними предметами и высокие производственные затраты. Это связано со сложными процессами обработки и сборки относительно большого количества деталей, что увеличивает стоимость двигателя до миллионов долларов за единицу. Это в дополнение к дорогостоящему и сложному процессу восстановления, необходимому с учетом часов работы.

Невероятно простая конструкция двигателя Omega I позволяет двигателю работать примерно с тем же количеством внутренних деталей, что и типичный одноцилиндровый поршневой двигатель, применяемый в оборудовании для ухода за газонами и другом внешнем силовом оборудовании.Ожидаемые характеристики износа двигателя потенциально увеличивают время работы между капитальными ремонтами до 6-значного диапазона (ожидается более 100 000 часов) с очень простым, недорогим и недорогим техническим обслуживанием, требуемым между циклами капитального ремонта. Реакция дроссельной заслонки будет почти мгновенной, повреждение посторонними предметами будет исключено за счет конструкции, а стоимость приобретения будет составлять небольшую долю от существующей технологии газотурбинного двигателя из-за простоты конструкции.


Захватывающая новая технология – защищена патентами и ноу-хау

Мэтью Райли, изобретатель Омега-1, не новичок в защите патентов.На счету Мэтью множество патентов, и это не исключение. Его последнее творение, двигатель Omega 1, защищено многочисленными патентными заявками, предварительными заявками и ожидающими выдачи патентов. Astron зарегистрировал почти все патенты как внутри страны, так и за рубежом. Сюда входят Китай, Корея, Индия и другие регионы, где производятся автомобили и самолеты. Эта технология слишком хороша, чтобы ее не защищать, поэтому Astron позаботился о ней!

Двигатель Omega 1 изменит мир к лучшему, предоставив новый, более компактный и мощный двигатель, потребляющий гораздо меньше топлива.Это позволит производить значительно меньше парниковых газов, а также улучшит крутящий момент и мощность в этом невероятно маленьком корпусе. Это позволит использовать новые и интересные приложения, а также улучшит все существующие виды транспорта и производства электроэнергии.

Роторно-поршневой двигатель Ванкеля

. Принцип работы роторно-поршневого двигателя Ванкеля, история создания и развития

В 1957 году немецкие инженеры Феликс Ванкель и Вальтер Фройде продемонстрировали первый работающий роторный двигатель.Спустя семь лет его улучшенная версия заняла свое место под капотом немецкого спортивного автомобиля NSU-Spider, первого серийного автомобиля с таким двигателем. На новинку купились многие автомобильные компании — Mercedes-Benz, Citroen, General Motors. Даже ВАЗ много лет выпускал автомобили с двигателями Ванкеля небольшими партиями. Но единственной компанией, которая осмелилась пойти на большое серийное производство роторных двигателей и долго от них не отказывалась, несмотря ни на какие кризисы, стала Mazda. Ее первая модель с роторным двигателем — «Космо Спорт (110S)» — появилась еще в 1967 году.

ЧУЖОЙ СРЕДИ СВОИХ

В поршневом двигателе энергия сгорания топливовоздушной смеси сначала преобразуется в возвратно-поступательное движение поршневой группы, а только потом во вращение коленчатого вала. В роторном двигателе это происходит без промежуточной ступени, а значит с меньшими потерями.

Есть две версии бензинового 1,3-литрового атмосферника 13B-MSP с двумя роторами (секциями) — стандартной мощности (192 л.с.) и форсированной (231 л.с.). Конструктивно это сэндвич из пяти корпусов, которые образуют две герметичные камеры.В них под действием энергии сгорания газов вращаются роторы, закрепленные на эксцентриковом валу (похожем на коленчатый вал). Движение очень сложное. Каждый ротор не просто вращается, а обкатывает свою внутреннюю шестерню вокруг неподвижной шестерни, закрепленной в центре одной из боковых стенок камеры. Эксцентриковый вал проходит через весь сэндвич корпусов и стационарных шестерен. Ротор движется таким образом, что на каждый оборот приходится три оборота эксцентрикового вала.

В роторном двигателе осуществляются те же циклы, что и в четырехтактном поршневом агрегате: впуск, сжатие, рабочий цикл и выпуск. При этом он не имеет сложного газораспределительного механизма – привода ГРМ, распределительных валов и клапанов. Все его функции выполняют впускные и выпускные окна в боковых стенках (корпусах) — и сам ротор, который при вращении открывает и закрывает «форточки».

Принцип работы роторного двигателя показан на схеме.Для простоты приведен пример двигателя с одной секцией — вторая функционирует так же. Каждая сторона ротора образует со стенками корпусов свою рабочую полость. В положении 1 объем полости минимален, и это соответствует началу такта впуска. При вращении ротора открываются впускные окна и топливовоздушная смесь всасывается в камеру (позиции 2–4). В положении 5 рабочая полость имеет максимальный объем. Далее ротор закрывает впускные окна и начинается такт сжатия (позиции 6–9).В положении 10, когда объем полости снова минимален, происходит воспламенение смеси с помощью свечей и начинается рабочий цикл. Энергия сгорания газов приводит во вращение ротор. Расширение газов идет в положение 13, а максимальный объем рабочей полости соответствует положению 15. Далее, в положение 18, ротор открывает выпускные окна и выталкивает выхлопные газы наружу. Затем цикл начинается снова.

Остальные рабочие полости работают аналогично.А так как полостей три, то на один оборот ротора приходится уже три рабочих цикла! А учитывая, что эксцентрик (коленчатый вал) вращается в три раза быстрее ротора, на выходе мы получаем один рабочий цикл (полезную работу) на один оборот вала для односекционного двигателя. Для четырехтактного поршневого двигателя с одним цилиндром это соотношение в два раза ниже.

По количеству тактов на один оборот выходного вала двухсекционный 13В-МСП аналогичен знакомому нам четырехцилиндровому поршневому двигателю.Но при этом при рабочем объеме 1,3 литра он выдает примерно такую ​​же мощность и крутящий момент, как и поршневой с 2,6 литра! Секрет в том, что роторный двигатель имеет в несколько раз меньше подвижных масс — вращаются только роторы и эксцентриковый вал, да и то в одну сторону. В поршне часть полезной работы идет на привод сложного механизма газораспределения и вертикальное движение поршней, которое постоянно меняет свое направление. Еще одной особенностью роторного двигателя является более высокая стойкость к детонации.Поэтому он более перспективен для работы на водороде. В роторном двигателе разрушительная энергия ненормального сгорания рабочей смеси действует только в направлении вращения ротора — это следствие его конструкции. А в поршневом двигателе она направлена ​​против движения поршня, что вызывает катастрофические последствия.

Двигатель Ванкеля: ЭТО НЕ ТАК ПРОСТО

Хотя роторный двигатель имеет меньше элементов, чем поршневой, в нем используются более сложные конструктивные решения и технологии.Но между ними можно провести параллели.

Корпуса роторов (статоров) изготавливаются по технологии вставки из листового металла: в корпус из алюминиевого сплава вставляются вставки из специальной стали. Это делает конструкцию легкой и прочной. Стальная основа покрыта хромом с микроканавками для лучшего удерживания масла. По сути такой статор напоминает привычный цилиндр с сухой гильзой и хонинговкой на ней.

Боковые корпуса — из специального чугуна. Каждый из них имеет впускные и выпускные отверстия. А на крайних (передней и задней) закреплены неподвижные шестерни.Двигатели предыдущих поколений имели такие окна в статоре. То есть в новом дизайне они увеличили свои размеры и количество. Благодаря этому улучшились характеристики входа и выхода рабочей смеси, а на выходе — экономичность двигателя, его мощность и топливная экономичность. Боковые корпуса в паре с роторами по функциональности можно сравнить с механизмом газораспределения поршневого двигателя.

Ротор по сути тот же поршень и шатун одновременно.Изготовлен из специального чугуна, полый, максимально легкий. По бокам кюветообразная камера сгорания и, конечно же, уплотнения. Во внутреннюю часть вставлен вращающийся подшипник — своего рода шатунный подшипник коленчатого вала.

Если обычный поршень обходится всего тремя кольцами (два компрессионных и одно маслосъемное), то у ротора таких элементов в несколько раз больше. Итак, апексы (уплотнения вершин ротора) играют роль первых компрессионных колец. Они изготовлены из чугуна с электронно-лучевой обработкой – для повышения износостойкости при контакте со стенкой статора.

Наконечники состоят из двух элементов — основного уплотнителя и уголка. Они прижимаются к стенке статора пружиной и центробежной силой. Роль вторых компрессионных колец играют боковые и угловые уплотнения. Они обеспечивают газонепроницаемый контакт между ротором и боковыми корпусами. Как и вершинки, они прижимаются своими пружинами к стенкам корпусов. Боковые уплотнения — металлокерамические (на них приходится основная нагрузка), а угловые — из специального чугуна. Также существуют изоляционные уплотнители.Они предотвращают попадание части выхлопных газов во впускные окна через зазор между ротором и боковым корпусом. С обеих сторон ротора также имеется подобие маслосъемных колец — сальников. Они задерживают масло, подаваемое в его внутреннюю полость для охлаждения.

Система смазки также сложна. Имеет как минимум один радиатор для охлаждения масла при работе двигателя на высоких нагрузках и несколько типов масляных форсунок. Некоторые из них встроены в эксцентриковый вал и охлаждают роторы (по сути аналогичны форсункам охлаждения поршней).Другие встроены в статоры — по паре на каждый. Форсунки расположены под углом и направлены к стенкам боковых корпусов — для лучшей смазки корпусов и боковых уплотнений ротора. Масло попадает в рабочую полость и смешивается с топливовоздушной смесью, обеспечивая смазку остальных элементов, и сгорает вместе с ней. Поэтому важно использовать только разрешенные производителем минеральные масла или специальную полусинтетику. Неподходящие смазочные материалы при сгорании производят большое количество нагара, что приводит к детонации, пропускам зажигания и потере компрессии.

Топливная система довольно проста — за исключением количества и расположения форсунок. Два — перед впускными окнами (по одному на ротор), столько же — во впускном коллекторе. В коллекторе форсированного мотора есть еще две форсунки.

Камеры сгорания очень длинные, и чтобы сгорание рабочей смеси было эффективным, приходилось использовать по две свечи на каждый ротор. Они отличаются друг от друга длиной и электродами. Во избежание неправильной установки на провода и свечи нанесены цветные метки.

НА ПРАКТИКЕ

Ресурс мотора 13В-МСП примерно 100 000 км. Как ни странно, он страдает теми же проблемами, что и поршневая.

Первым слабым звеном, видимо, являются уплотнения ротора, которые испытывают сильный нагрев и большие нагрузки. Это так, но до естественного износа их добьет детонация и выработка эксцентриковых подшипников вала и роторов. Причем страдают только торцевые уплотнения (апексы), а боковые изнашиваются крайне редко.

Детонация деформирует вершины и их посадочные места на роторе. В результате, помимо уменьшения компрессии, уголки уплотнений могут выпадать и повреждать поверхность статора, не поддающуюся механической обработке. Скучать бесполезно: во-первых, сложно найти нужное оборудование, во-вторых, запчастей на увеличенный размер просто нет. Роторы не подлежат ремонту, если канавки для вершин повреждены. Как обычно, корень беды в качестве топлива.Честный 98-й бензин найти не так просто.

Быстрее всего изнашиваются коренные подшипники эксцентрикового вала. Видимо, из-за того, что он вращается в три раза быстрее, чем несущие винты. В результате роторы смещены относительно стенок статора. А вершины роторов должны быть равноудалены от них. Рано или поздно углы вершин выпадают и приподнимают поверхность статора. Эту беду никак нельзя предугадать — в отличие от поршневого мотора роторный практически не стучит даже при износе вкладышей.

Форсированные двигатели с наддувом имеют случаи, когда из-за очень бедной смеси происходит перегрев апекса. Пружина под ним прогибает его — в результате компрессия значительно падает.

Вторая слабость — неравномерный нагрев корпуса. Верхняя часть (здесь протекают такты впуска и сжатия) холоднее нижней (такты сгорания и выпуска). Однако кузов деформируется только у форсированных двигателей с наддувом мощностью более 500 л.с.

Как и следовало ожидать, мотор очень чувствителен к типу масла.Практика показала, что синтетические масла, пусть и специальные, при сгорании образуют много нагара. Он скапливается на верхушках и уменьшает компрессию. Вам нужно использовать минеральное масло — оно сгорает почти без следа. Сервисмены рекомендуют менять его каждые 5000 км.

Масляные форсунки в статоре выходят из строя в основном из-за попадания грязи во внутренние клапаны. Через воздушный фильтр в них проникает атмосферный воздух, и несвоевременная замена фильтра приводит к проблемам. Клапаны форсунок не моются.

Проблемы с холодным пуском двигателя, особенно зимой, связаны с потерей компрессии из-за износа апексов и появлением отложений на электродах свечей из-за некачественного бензина.

Свечей хватает в среднем на 15 000–20 000 км.

Вопреки распространенному мнению, производитель рекомендует глушить двигатель как обычно, а не на средних оборотах. «Знатоки» уверены, что при выключении зажигания в рабочем режиме все остатки топлива сгорают и это облегчает последующий холодный пуск.По словам военнослужащих, толку от таких выходок ноль. Но мотору действительно полезно хоть немного прогреться перед началом движения. На теплом масле (не ниже 50º) его износ будет меньше.

При качественной дефектовке роторного двигателя и последующем ремонте отходит еще 100 000 км. Чаще всего требуется замена статоров и всех уплотнений роторов — за это придется заплатить не менее 175 000 рублей.

Несмотря на вышеперечисленные проблемы, любителей роторных машин в России хватает — что уж говорить о других странах! Хотя сама Mazda сняла с производства роторную «восьмерку» и не спешит с ее преемником.

Mazda RX-8: ИСПЫТАНИЕ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ

В 1991 году Mazda 787B с роторным двигателем выиграла гонку «24 часа Ле-Мана». Это была первая и единственная победа автомобиля с таким двигателем. Кстати, сейчас не все поршневые двигатели доживают до финиша в «длинных» гонках на выносливость.

Роторно-поршневой двигатель или двигатель Ванкеля — двигатель, в котором в качестве основного рабочего органа совершаются планетарные круговые движения. Это принципиально другой тип двигателя, отличный от поршневых собратьев семейства ДВС.

В конструкции такого узла используется ротор (поршень) с тремя гранями, внешне образующий треугольник Рело, совершающий круговые движения в цилиндре специального профиля. Чаще всего поверхность цилиндра выполняют по эпитрохоиде (плоской кривой, полученной точкой, жестко связанной с окружностью, движущейся по внешней стороне другой окружности). На практике можно встретить цилиндр и ротор других форм.

Компоненты и принцип работы

Устройство двигателя типа РПД предельно простое и компактное.На оси агрегата установлен ротор, жестко соединенный с шестерней. Последний соединен со статором. Ротор, имеющий три грани, движется по эпитрохоидальной цилиндрической плоскости. В результате изменяющиеся объемы рабочих камер цилиндра отсекаются с помощью трех клапанов. Уплотнительные пластины (торцевые и радиальные) прижимаются к цилиндру под действием газа и за счет действия центростремительных сил и ленточных пружин. Получается 3 изолированные камеры разного объема.Здесь осуществляются процессы сжатия поступающей смеси топлива и воздуха, расширения газов, оказывающих давление на рабочую поверхность ротора и очищающих камеру сгорания от газов. Круговое движение ротора передается на эксцентриковую ось. Сама ось стоит на подшипниках и передает крутящий момент на механизмы трансмиссии. В этих двигателях осуществляется одновременная работа двух механических пар. Один, который состоит из шестерен, регулирует движение самого ротора.Другой преобразует вращательное движение поршня во вращательное движение оси эксцентрика.

Детали роторно-поршневого двигателя

Принцип работы двигателя Ванкеля

На примере двигателей, устанавливаемых на автомобили ВАЗ, можно назвать следующие технические характеристики:
— 1,308 см3 — рабочий объем камеры РПД;
— 103 кВт/6000 мин-1 — номинальная мощность;
— масса двигателя 130 кг;
— 125 000 км — ресурс двигателя до его первого капитального ремонта.

образование смеси

Теоретически в РПД используется несколько видов смесеобразования: внешнее и внутреннее, на основе жидкого, твердого, газообразного топлива.
Относительно твердых топлив стоит отметить, что они изначально газифицируются в газогенераторах, так как приводят к повышенному золообразованию в цилиндрах. Поэтому на практике большее распространение получили газообразные и жидкие топлива.
Сам механизм смесеобразования в двигателях Ванкеля будет зависеть от типа используемого топлива.
При использовании газообразного топлива его смешение с воздухом происходит в специальном отсеке на входе в двигатель. Горючая смесь поступает в цилиндры в готовом виде.

Смесь готовят из жидкого топлива следующим образом:

  1. Воздух смешивается с жидким топливом перед поступлением в цилиндры, куда поступает горючая смесь.
  2. Жидкое топливо и воздух поступают в цилиндры двигателя раздельно, а уже внутри цилиндра смешиваются. Рабочая смесь получается при контакте с остаточными газами.

Соответственно топливно-воздушная смесь может готовиться вне цилиндров или внутри них. Отсюда происходит разделение двигателей с внутренним или внешним смесеобразованием.

Особенности РДП

Преимущества

Преимущества роторно-поршневых двигателей по сравнению со стандартными бензиновыми двигателями:

— Низкий уровень вибрации.
В двигателях типа РПД отсутствует преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, что позволяет агрегату выдерживать высокие обороты с меньшей вибрацией.

— Хорошие динамические характеристики.
Благодаря своей конструкции такой мотор, установленный в автомобиле, позволяет без чрезмерной нагрузки разгоняться выше 100 км/ч на высоких скоростях.

— Хорошая удельная мощность при малом весе.
За счет отсутствия в конструкции двигателя коленчатого вала и шатунов достигается малая масса подвижных частей в РПД.

— В двигателях этого типа практически отсутствует система смазки.
Масло добавляется непосредственно в топливо.Сама топливно-воздушная смесь смазывает пары трения.

— Двигатель роторно-поршневого типа имеет малые габаритные размеры.
Установленный роторно-поршневой двигатель позволяет максимально использовать полезное пространство моторного отсека автомобиля, равномерно распределить нагрузку на оси автомобиля и лучше рассчитать расположение элементов и агрегатов коробки передач. Например, четырехтактный двигатель той же мощности будет в два раза больше роторного двигателя.

Недостатки двигателя Ванкеля

— Качество моторного масла.
При эксплуатации данного типа двигателя необходимо уделять должное внимание качественному составу масла, используемого в двигателях Ванкеля. Ротор и камера двигателя внутри имеют большую площадь контакта, соответственно износ двигателя происходит быстрее, а также такой двигатель постоянно перегревается. Нерегулярная замена масла наносит большой ущерб двигателю. Износ мотора многократно возрастает из-за наличия в отработанном масле абразивных частиц.

— Качество свечей зажигания.
Операторам таких двигателей приходится особенно требовательно относиться к качеству состава свечей зажигания. В камере сгорания из-за ее малого объема, вытянутой формы и высокой температуры процесс воспламенения смеси затруднен. Следствием является повышенная рабочая температура и периодическая детонация камеры сгорания.

— Материалы уплотнительных элементов.
Существенным недостатком двигателя типа РПД можно назвать ненадежную организацию уплотнений между зазорами между камерой сгорания топлива и ротором.Устройство ротора такого двигателя достаточно сложное, поэтому необходимы уплотнения как по краям ротора, так и по боковой поверхности, соприкасающейся с крышками двигателя. Поверхности, подверженные трению, необходимо постоянно смазывать, что приводит к повышенному расходу масла. Практика показывает, что мотор типа РПД может потреблять от 400 г до 1 кг масла на каждую 1000 км. Экологичность двигателя снижается, так как топливо сгорает вместе с маслом, в результате чего в окружающую среду выбрасывается большое количество вредных веществ.

Ввиду своих недостатков такие моторы не нашли широкого применения в автомобилестроении и при производстве мотоциклов. А вот на базе РПД изготавливают компрессоры и насосы. Авиамоделисты часто используют эти двигатели для создания своих моделей. Из-за невысоких требований к экономичности и надежности конструкторы не используют в таких двигателях сложную систему уплотнений, что значительно снижает его стоимость. Простота его конструкции позволяет без проблем интегрировать его в модель самолета.

Эффективность роторно-поршневой конструкции

Несмотря на ряд недостатков, исследования показали, что общий КПД двигателя Ванкеля по современным меркам достаточно высок. Его значение составляет 40 — 45%. Для сравнения, поршневые двигатели внутреннего сгорания имеют КПД 25 %, а современные турбодизели — около 40 %. Наивысший КПД поршневых дизелей составляет 50%. На сегодняшний день ученые продолжают работу по поиску резервов повышения экономичности двигателей.

Конечная эффективность двигателя состоит из трех основных частей:

  1. Топливная экономичность (показатель, характеризующий рациональное использование топлива в двигателе).

Исследования в этой области показывают, что только 75% топлива сгорает полностью. Считается, что эта проблема решается разделением процессов горения и расширения газов. Необходимо предусмотреть устройство специальных камер в оптимальных условиях. Горение должно происходить в замкнутом объеме при условии повышения температуры и давления, процесс расширения должен происходить при низких температурах.

  1. Механический КПД (характеризует работу, в результате которой образовался крутящий момент главной оси, передаваемый потребителю).

Около 10 % работы двигателя расходуется на приведение в движение вспомогательных агрегатов и механизмов. Этот недостаток можно исправить внесением изменений в устройство двигателя: когда основной подвижный рабочий орган не касается неподвижного корпуса. Рычаг постоянного крутящего момента должен присутствовать на всем пути основного рабочего органа.

  1. Тепловой КПД (показатель, отражающий количество тепловой энергии, полученной при сгорании топлива, преобразованной в полезную работу).

На практике 65% полученной тепловой энергии уходит с отработавшими газами во внешнюю среду. Ряд исследований показал, что можно добиться повышения теплового КПД в том случае, когда конструкция двигателя допускала бы сгорание топлива в теплоизолированной камере так, чтобы с самого начала достигалась максимальная температура, и в конце эту температуру снижают до минимальных значений включением паровой фазы.

Текущее состояние роторно-поршневого двигателя

На пути массового применения двигателя возникли значительные технические трудности:
– отработка качественного рабочего процесса в неблагоприятной камере;
— обеспечение герметичности герметизации рабочих объемов;
– проектирование и создание конструкции корпусных деталей, которая будет надежно служить весь жизненный цикл двигателя без коробления при неравномерном нагреве этих деталей.
В результате проделанной огромной научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы этим фирмам удалось решить практически все сложнейшие технические задачи на пути к созданию РПД и выйти на стадию их промышленного производства.

Первый серийный NSU Spider с РПД был произведен компанией NSU Motorenwerke. Из-за частых капитальных ремонтов двигателей из-за вышеуказанных технических проблем на ранней стадии разработки конструкции двигателя Ванкеля гарантии, полученные NSU, привели к финансовому краху и банкротству и последующему слиянию с Audi в 1969 году.
В период с 1964 по 1967 год было выпущено 2375 автомобилей. В 1967 году Spider был снят с производства и заменен на NSU Ro80 с роторным двигателем второго поколения; за десять лет производства Ro80 было выпущено 37 398 автомобилей.

Наиболее успешно с этими проблемами справились инженеры Mazda

. Остается единственным массовым производителем машин с роторно-поршневыми двигателями. Модифицированный двигатель серийно устанавливался на Mazda RX-7 с 1978 года. С 2003 года преемственность перешла к модели Mazda RX-8, которая в настоящее время является массовой и единственной версией автомобиля с двигателем Ванкеля.

Российские РПД

Первые упоминания о роторном двигателе в Советском Союзе относятся к 60-м годам. Научно-исследовательские работы по роторно-поршневым двигателям были начаты в 1961 г. соответствующим постановлением Минавтопрома и Минсельхоза СССР. Промышленная проработка с дальнейшим выводом на производство этой конструкции началась в 1974 году на ВАЗе. специально для этого было создано Специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей (СКБ РПД). Поскольку купить лицензию не удалось, серийный Ванкель от NSU Ro80 был разобран и скопирован.На этой базе был разработан и собран двигатель ВАЗ-311, и произошло это знаменательное событие в 1976 году. На ВАЗе разработали целую линейку РПД от 40 до 200 сильных двигателей. Доработка конструкции затянулась почти на шесть лет. Удалось решить ряд технических проблем, связанных с работоспособностью газовых и сальниковых уплотнений, подшипников, отладить эффективный рабочий процесс в неблагоприятной камере. Свой первый серийный автомобиль с роторным двигателем под капотом ВАЗ представил публике в 1982 году, это был ВАЗ-21018.Автомобиль внешне и конструктивно был похож на все модели этой линейки, за одним исключением, а именно, под капотом находился односекционный роторный двигатель мощностью 70 л.с. Продолжительность разработки не помешала случиться конфузу: на всех 50 опытных машинах в процессе эксплуатации случались поломки двигателей, вынуждавшие завод устанавливать на его место обычный поршневой двигатель.

ВАЗ 21018 с роторно-поршневым двигателем

Установив, что причиной неисправности стали вибрации механизмов и ненадежность уплотнений, конструкторы взялись за спасение проекта.Уже в 83-м появились двухсекционные ВАЗ-411 и ВАЗ-413 (мощностью 120 и 140 л.с. соответственно). Несмотря на низкий КПД и короткий ресурс, применение роторному двигателю все же нашлось – ГАИ, КГБ и МВД нуждались в мощных и малозаметных машинах. Оснащенные роторными двигателями «Жигули» и «Волги» легко обогнали иномарки.

С 80-х годов 20 века СКБ увлеклась новой темой — применением роторных двигателей в родственной отрасли — авиации.Уход от основной отрасли применения РПД привел к тому, что для переднеприводных автомобилей роторный двигатель ВАЗ-414 был создан только к 1992 году, и его доводили еще три года. В 1995 году ВАЗ-415 был представлен на сертификацию. В отличие от своих предшественников он универсален, и может устанавливаться под капот как заднеприводных (классика и ГАЗ), так и переднеприводных автомобилей (ВАЗ, Москвич). Двухсекционный «Ванкель» имеет рабочий объем 1308 см 3 и развивает мощность 135 л.с.при 6000 об/мин. «Девяносто девятый» он разгоняется до сотни за 9 секунд.

Роторно-поршневой двигатель ВАЗ-414

На данный момент проект по разработке и внедрению отечественного РПД заморожен.

Ниже представлено видео устройства и работы двигателя Ванкеля.

«У большинства людей он вызывает ассоциации с цилиндрами и поршнями, системой газораспределения и кривошипно-шатунным механизмом. Это связано с тем, что подавляющее большинство автомобилей оснащены классическим и наиболее популярным типом двигателя — поршневым.

Сегодня речь пойдет о роторно-поршневом двигателе Ванкеля, который обладает целым набором выдающихся технических характеристик, и в свое время должен был открыть новые перспективы в автомобилестроении, но не смог занять достойное место и не стал массовым .

История создания

Самой первой тепловой машиной роторного типа считается эолипил. В первом веке нашей эры он был создан и описан греческим инженером-механиком Героном Александрийским.

Конструкция эолипила достаточно проста: на оси, проходящей через центр симметрии, находится вращающаяся бронзовая сфера. Водяной пар, используемый в качестве рабочего тела, вытекает из двух сопел, установленных в центре шара друг напротив друга и перпендикулярно оси крепления.


Механизмы водяных и ветряных мельниц, использующие в качестве энергии силу стихий, также можно отнести к роторным двигателям древности.

Классификация роторных двигателей

Рабочая камера роторного двигателя внутреннего сгорания может быть герметично закрыта или иметь постоянную связь с атмосферой, когда она отделена от окружающей среды лопатками роторного рабочего колеса.По этому принципу построены газовые турбины.

Среди роторно-поршневых двигателей с закрытыми камерами сгорания специалисты выделяют несколько групп. Разделение может происходить по: наличию или отсутствию уплотнительных элементов, по режиму работы камеры сгорания (прерывисто-пульсирующий или непрерывный), по типу вращения рабочего органа.


Стоит отметить, что у большинства описанных конструкций нет рабочих образцов и они существуют на бумаге.
Они были классифицированы русским инженером И.Ю. Исаев, который сам занят созданием совершенного роторного двигателя. Он проанализировал патенты России, Америки и других стран, всего более 600.

Роторный двигатель внутреннего сгорания с возвратно-поступательным вращательным движением

Ротор в таких двигателях не вращается, а совершает возвратно-поступательные качания дуги. Лопасти на роторе и статоре неподвижны, а между ними происходят циклы расширения и сжатия.

С пульсационно-вращательным движением в одном направлении

Два вращающихся ротора расположены в корпусе двигателя, между их лопатками в моменты сближения происходит сжатие, а в момент удаления — расширение.В связи с тем, что вращение лопастей неравномерно, требуется разработка сложного механизма центровки.

С уплотнительными клапанами и возвратно-поступательными движениями

Схема, успешно применяемая в пневмодвигателях, где вращение осуществляется сжатым воздухом, не прижилась в двигателях внутреннего сгорания из-за высоких давлений и температур.

С уплотнениями и возвратно-поступательными движениями корпуса

Схема аналогична предыдущей, только уплотняющие заслонки расположены не на роторе, а на корпусе двигателя.Недостатки те же: невозможность обеспечить достаточную герметичность лопастей корпуса с несущим винтом при сохранении их подвижности.

Двигатели с равномерным перемещением рабочих и других органов

Наиболее перспективные и совершенные типы роторных двигателей. Теоретически они могут развивать самые высокие скорости и набирать мощность, но пока создать единую рабочую схему двигателей внутреннего сгорания не удалось.

С планетарным, вращательным движением рабочего органа

К последним относится наиболее известная широкой публике схема роторно-поршневого двигателя инженера Феликса Ванкеля.

Хотя существует огромное количество других конструкций планетарного типа:

  • Амплби
  • Грей и Драммонд (Gray & Dremmond)
  • Маршалл (Marshall)
  • Шпанд (Шпанд)
  • Рено
  • Томас (Томас)
  • Веллиндер и Скуг (Wallinder & Skoog)
  • Сенсо (Сенсанд)
  • Майлар (Майлар)
  • Ферро

История Ванкеля

Жизнь Феликса Генриха Ванкеля была непростой, он рано остался сиротой (отец будущего изобретателя погиб в Первую мировую войну), Феликс не мог собрать средства на учебу в университете, а сильная близорукость не позволила ему получить рабочую специальность.

Это побудило Ванкеля к самостоятельному изучению технических дисциплин, благодаря чему в 1924 году у него возникла идея создания роторного двигателя с вращающейся камерой внутреннего сгорания.


В 1929 году он получил патент на изобретение, что стало первым шагом к созданию знаменитого РПД Ванкеля. В 1933 году изобретатель, оказавшись в рядах противников Гитлера, полгода проводит в тюрьме. После выпуска BMW заинтересовалась разработкой роторного двигателя и начала финансировать дальнейшие исследования, выделив для работы мастерскую в Ландау.

После войны он достается французам в качестве репараций, а сам изобретатель попадает в тюрьму как пособник нацистского режима. Лишь в 1951 году Феликс Генрих Ванкель устраивается на работу в мотоциклетную компанию NSU и продолжает свои исследования.


В том же году он начал работать с Вальтером Фройде, главным конструктором NSU, который сам долгое время занимался исследованиями в области создания роторно-поршневого двигателя для гоночных мотоциклов. В 1958 году первый образец двигателя занимает свое место на испытательном стенде.

Как работает роторный двигатель

Силовой агрегат конструкции Фрейде и Ванкеля представляет собой ротор, выполненный в виде треугольника Рело. Ротор планетарно вращается вокруг шестерни, закрепленной в центре статора — неподвижной камеры сгорания. Сама камера выполнена в виде эпитрохоиды, отдаленно напоминающей восьмерку с вытянутым наружу центром, она выполняет роль цилиндра.

При движении внутри камеры сгорания ротор образует полости переменного объема, в которых происходят циклы двигателя: впуск, сжатие, зажигание и выпуск.Камеры герметично отделены друг от друга уплотнениями — апексами, износ которых является слабым местом роторно-поршневых двигателей.

Воспламенение топливно-воздушной смеси осуществляется сразу двумя свечами зажигания, так как камера сгорания имеет вытянутую форму и большой объем, что замедляет скорость горения рабочей смеси.

На роторном двигателе используется угол запаздывания, а не угол опережения, как на поршневом. Это нужно для того, чтобы воспламенение произошло чуть позже, а сила взрыва подтолкнула ротор в нужном направлении.

Конструкция Ванкеля позволила значительно упростить двигатель, отказаться от многих деталей. Отсутствовала необходимость в отдельном газораспределительном механизме, значительно уменьшились вес и габариты мотора.

Преимущества

Как было сказано ранее, роторный двигатель Ванкеля не требует такого количества деталей, как поршневой двигатель, поэтому имеет меньшие габариты, вес и удельную мощность (количество «лошадей» на килограмм веса).

Отсутствует кривошипно-шатунный механизм (в классическом исполнении), что позволило снизить массу и вибрационную нагрузку.Благодаря отсутствию возвратно-поступательных движений поршней и малой массе подвижных частей двигатель может развивать и поддерживать очень высокие обороты, практически мгновенно реагируя на нажатие педали газа.

Роторный ДВС выдает мощность за три четверти каждого оборота выходного вала, а поршневой двигатель выдает только одну четверть.

недостатки

Именно потому, что двигатель Ванкеля, при всех его достоинствах, имеет большое количество недостатков, сегодня только Mazda продолжает его развивать и совершенствовать.Хотя патент на него купили сотни компаний, включая Toyota, Alfa Romeo, General Motors, Daimler-Benz, Nissan и другие.

Малый ресурс

Главный и самый существенный недостаток — малый моторесурс двигателя. В среднем по России он равен 100 тысячам километров. В Европе, США и Японии этот показатель в два раза выше, благодаря качеству топлива и грамотному обслуживанию.


Металлические пластины испытывают наибольшую нагрузку, вершины являются радиальными концевыми уплотнениями между камерами.Они должны выдерживать высокие температуры, давление и радиальные нагрузки. На RX-7 высота апекса 8,1 миллиметра, замена рекомендуется при износе до 6,5, на RX-8 уменьшена до 5,3 заводская, а допустимый износ не более 4,5 миллиметра.

Важно контролировать компрессию, состояние масла и масляных форсунок, подающих смазку в камеру двигателя. Основные признаки износа двигателя и предстоящего капитального ремонта – низкая компрессия, расход масла и затрудненный запуск «на горячую».

Низкая экологичность

Поскольку система смазки роторно-поршневого двигателя предполагает непосредственный впрыск масла в камеру сгорания, а также из-за неполного сгорания топлива, выхлопные газы обладают повышенной токсичностью. Это затрудняло прохождение экологического теста, который необходимо было пройти, чтобы продавать автомобили на американском рынке.

Чтобы решить проблему, инженеры Mazda создали тепловой реактор, который сжигал углеводороды перед выбросом в атмосферу.Впервые он был установлен на Mazda R100.


Вместо того, чтобы сворачивать производство, как другие, Mazda в 1972 году начала продавать автомобили с системой снижения выбросов REAPS (Rotary Engine Anti-Pollution System) для роторных двигателей.

высокое потребление

Все автомобили с роторными двигателями отличаются высоким расходом топлива.

Кроме Мазды были еще Мерседес С-111, Корвет ХР-882 Четырехроторный (четырехсекционный, объем 4 литра), Ситроен М35, но это в основном экспериментальные модели, и из-за нефтяного кризиса, разразившегося в 80-х годов их производство было приостановлено.

Малая длина хода ротора и серповидная форма камеры сгорания не позволяют полностью выгорать рабочей смеси. Выпускное окно открывается еще до момента полного сгорания, газы не успевают передать всю силу давления на ротор. Поэтому температура выхлопных газов этих двигателей так высока.

История отечественного РПД

В начале 80-х техникой заинтересовались в СССР. Правда, патент не купили, и до всего решили дойти своим умом, иными словами, скопировать принцип работы и конструкцию роторного двигателя Mazda.

Для этих целей было создано конструкторское бюро, а в Тольятти цех серийного производства. В 1976 году был изготовлен первый прототип односекционного двигателя ВАЗ-311 мощностью 70 л.с. от. установлено на 50 автомобилях. За очень короткое время они выработали ресурс. Плохая балансировка РЭМ (роторно-эксцентрикового механизма) и быстрый износ апексов дали о себе знать.


Однако разработкой заинтересовались спецслужбы, для которых динамические характеристики мотора были гораздо важнее ресурса.В 1982 году свет увидел двухсекционный роторный двигатель ВАЗ-411, с шириной ротора 70 см и мощностью 120 л.с. с., и ВАЗ-413 с ротором 80 см и мощностью 140 л. от. Позже двигателями ВАЗ-414 оснащают автомобили КГБ, ГАИ и МВД.

С 1997 года на автомобиль общего пользования устанавливается силовой агрегат ВАЗ-415, появляется Волга с трехсекционным РПД ВАЗ-425. Сегодня в России автомобили не комплектуются такими моторами.

Перечень транспортных средств с роторно-поршневым двигателем

марка Модель
НСУ Паук
Ro80
Мазда Космо Спорт (110S)
Поворотное купе Familia
Парквэй Ротари 26
Капелла (RX-2)
Саванна (RX-3)
RX-4
RX-7
RX-8
Юнос Космо
Поворотный подборщик
Люс R-130
Мерседес С-111
XP-882 Четырехроторный
Ситроен М35
Биротор GS (GZ)
ВАЗ 21019 (Аркан)
2105-09
ГАЗ 21
24
3102


Список роторных двигателей Mazda

Тип Описание
40А Первая настольная копия, радиус ротора 90 мм
Л8А Система смазки с сухим картером, радиус ротора 98 мм, 792 см3 см
10А (0810) Двухсекционный, 982 куб.см, мощность 110 л.с. с., смешивание масла с топливом для смазки, вес 102 кг
10А (0813) 100 л. с., прибавка в весе до 122 кг
10А (0866) 105 л. с., технология сокращения выбросов REAPS
13А Для переднеприводного Р-130 объемом 1310 куб.см. см, 126 л. с., радиус ротора 120 мм
12А Объем 1146 куб. см, усилен материал ротора, увеличен ресурс статора, чугунные уплотнения
12А турбо Полупрямой впрыск, 160 л.с. с.
12Б Одинарный распределитель зажигания
13Б Самый массовый двигатель, объем 1308 куб. см, низкая эмиссия
13Б-РЕСИ 135 л. с., RESI (Rotary Engine Super Injection) и впрыск Bosch L-Jetronic
13B-DEI 146 л. с., регулируемый впуск, системы 6PI и DEI, впрыск с 4 форсунками
13B-RE 235 л.с., большие турбины HT-15 и малые HT-10
13B-РЭВ 280 л. с., 2 секвентальные турбины Hitachi HT-12
13B-MSP Ренезис Экологичный и экономичный, может работать на водороде
13G/20B Трехроторные гоночные двигатели, 1962 куб. см, мощность 300 л.с. от.
13ДЖ/Р26Б Четырехроторный, для автогонок, объемом 2622 куб.м. см, мощность 700 л. от.
16X (Ренесис 2) 300 л.с., концепт-кар Taiki

Правила эксплуатации роторного двигателя

  1. менять масло каждые 3-5 тыс км. Нормальный расход 1,5 литра на 1000 км.
  2. следят за состоянием масляных форсунок, их средний ресурс 50тыс.
  3. менять воздушный фильтр каждые 20тыс.
  4. используют только специальные свечи, ресурс 30-40 тысяч километров.
  5. заправить бак бензином не ниже АИ-95, а лучше АИ-98.
  6. проверка компрессии при замене масла. Для этого используется специальное устройство, компрессия должна быть в пределах 6,5-8 атмосфер.

При работе с компрессией ниже этих показателей стандартного ремкомплекта может не хватить — придется менять всю секцию, а возможно и весь двигатель.

сегодня

На сегодняшний день серийно выпускается модель Mazda RX-8, оснащенная двигателем Renesis (аббревиатура Rotary Engine + Genesis).


Конструкторам удалось вдвое снизить расход масла и на 40% расход топлива, довести экологический класс до уровня Евро-4. Двигатель рабочим объемом 1,3 литра выдает мощность 250 л.с. от.

Несмотря на все достижения, японцы не останавливаются на достигнутом. Вопреки утверждениям большинства экспертов о том, что у РПД нет будущего, они не перестают совершенствовать технику, и не так давно представили концепт спортивного купе RX-Vision, с роторным двигателем SkyActive-R.

Двигатель внутреннего сгорания — гениальное изобретение человечества. Благодаря двигателю внутреннего сгорания технический прогресс стал значительно развиваться. Существует несколько типов этих настроек. Но самыми известными являются шатунно-поршневые и поворотно-поршневые. Последний был изобретен немецким инженером Ванкелем в сотрудничестве с Вальтером Фрейде. Этот силовой агрегат имеет другое устройство и принцип работы, если сравнивать с классическим шатунно-поршневым двигателем внутреннего сгорания.Каков принцип работы двигателя Ванкеля и почему этот двигатель внутреннего сгорания не стал столь популярным? Все это мы рассмотрим в нашей сегодняшней статье.

Характеристика

Так что же это за мотор? Это двигатель внутреннего сгорания, который был разработан Феликсом Ванкелем в 1957 году. Функцию поршня в этом агрегате выполнял трехвершинный ротор. Он совершал вращательные движения внутри полости особой формы.

После ряда экспериментальных моделей мотоциклов и автомобилей, произошедших в 70-х годах прошлого века, спрос на двигатель Ванкеля значительно снизился.Хотя на сегодняшний день ряд компаний все еще работают над совершенствованием этого двигателя внутреннего сгорания. Итак, встретить двигатель Ванкеля можно на серии Mazda PX. Также этот агрегат нашел свое применение в модельном бизнесе.

Устройство двигателя Ванкеля

Данный силовой агрегат состоит из нескольких компонентов:

  • Корпуса (статоры).
  • камеры сгорания.
  • впускное и выпускное окна.
  • Фиксированная шестерня.
  • шестерня.
  • Ротор.
  • Вала.
  • Свеча зажигания.

Каков принцип работы двигателя Ванкеля? Мы рассмотрим это ниже.

Принцип работы

Этот ДВС работает следующим образом. Ротор, закрепленный на эксцентриковом валу через подшипники, приводится в движение силой давления газов, образовавшейся в результате сгорания топливовоздушной смеси. Ротор двигателя относительно статора через пару шестерен. Один из них (большой) расположен на внутренней поверхности ротора.Второй (опора) меньше по размеру и плотно крепится к боковой крышке двигателя. За счет взаимодействия шестерен ротор совершает эксцентрические круговые движения. Таким образом, его края соприкасаются с внутренней поверхностью камеры сгорания.

В результате между корпусом двигателя и ротором образуется несколько изолированных камер переменного объема. Их количество всегда равно 3. В этих камерах происходит процесс сжатия смеси, ее сгорания, расширения газов (которые впоследствии оказывают давление на рабочую поверхность ротора) и их удаления.В результате воспламенения топлива ротор приводится во вращение, передавая крутящий момент на эксцентриковый вал. Последний установлен на подшипниках и затем передает мощность на агрегаты трансмиссии. И только потом момент сил двигателя Ванкеля поступает на колеса по классической схеме — через карданную передачу и полуоси на ступицы. Таким образом, в роторном двигателе одновременно работают несколько механических пар. Первая отвечает за движение ротора и состоит из нескольких шестерен.Второй де преобразует движение ротора в обороты эксцентрикового вала.

Передаточное отношение статора (корпуса) и шестерен всегда стабильно и составляет 3:2. Таким образом, ротор успевает повернуться за полный оборот вала на 120 градусов. В свою очередь, за полный оборот ротора внутреннее сгорание производится в каждой из трех камер, образованных гранями.

Преимущества

Каковы преимущества этого ДВС? Ванкеля имеет более простую конструкцию, чем шатун и поршень.Так, количество деталей в нем процентов на 40 меньше, чем в поршневом четырехтактном двигателе внутреннего сгорания. Но все же создать двигатель Ванкеля своими руками без сложного оборудования не представляется возможным. Ведь ротор имеет очень сложную форму. Те, кто пытался сделать Ванкеля своими руками, терпели многочисленные неудачи.

Но давайте перейдем к преимуществам. В конструкции поворотного узла отсутствует коленчатый вал, газораспределительный механизм. Также отсутствуют шатуны и поршни.Горючая смесь поступает в камеру через входное окно, открываемое кромкой ротора. А выхлопные газы в конце рабочего цикла выбрасываются из корпуса через выпускное отверстие. Опять же, роль клапана здесь выполняет ребро самого ротора. Также в конструкции отсутствует распределительный вал (которых сейчас несколько на шатунных узлах). Роторно-поршневой двигатель Ванкеля по принципу работы газораспределительного механизма аналогичен двухтактному.

Отдельно стоит сказать о системе смазки. Фактически он отсутствует в роторном двигателе Ванкеля. Но как же тогда работают пары трения? Все просто: масло добавляется в саму горючую смесь (как в примитивных мотоциклетных двигателях). Таким образом, смазывание трущихся деталей осуществляется самой топливовоздушной смесью. В конструкции отсутствует привычный всем масляный насос, который забирает смазку из поддона и распыляет ее под особым давлением.

Еще одним преимуществом двигателя Ванкеля является его малый вес и размер. Поскольку здесь отсутствует почти половина обязательных в поршневых двигателях деталей, роторный агрегат более компактен и может поместиться в любом подкапотном пространстве. компактные габариты позволяют более рационально использовать пространство моторного отсека, а также обеспечивают более равномерную нагрузку на переднюю и заднюю оси (ведь в автомобилях с обычными двигателями более 70 процентов нагрузки приходится на лицевая часть).А за счет малого веса достигается высокая устойчивость. Так, двигатель имеет минимальный уровень вибрации, что положительно сказывается на комфорте автомобиля.

Следующий плюс данного агрегата – высокая удельная мощность, которая достигается при высоких оборотах вала. Эта особенность позволяет добиться хороших технических характеристик. Вот почему двигатель Ванкеля используется в спортивных автомобилях Mazda. Мотор легко раскручивается до семи и более тысяч оборотов. В то же время он обеспечивает гораздо больший крутящий момент и мощность при небольшом объеме.Все это положительно сказывается на разгонной динамике автомобиля. Например, можно взять автомобиль «Mazda RX-8». При объеме 1,3 литра двигатель выдает 210 лошадиных сил.

Конструктивные недостатки

Рассматривая устройство и принцип работы роторного двигателя Ванкеля, стоит отметить основной конструктивный недостаток. Это низкая эффективность щелевых уплотнений между камерой сгорания и ротором. Последняя имеет достаточно сложную форму, что требует надежной герметизации не только по краям (которых всего четыре), но и по боковой поверхности (которые соприкасаются с крышкой двигателя).При этом они выполнены в виде стальных подпружиненных полос с особо точной обработкой как с торцов, так и с рабочих поверхностей. Все допуски на расширение при нагреве, заложенные в конструкцию, ухудшают эти характеристики. Из-за этого невозможно избежать прорыва газов в торцевых местах уплотнительных пластин. В поршневых двигателях применяется лабиринтный эффект. Так, в конструкции используются три уплотнительных кольца с зазорами в разные стороны.

Но стоит отметить, что за последние годы качество пломб повысилось. Конструкторы усовершенствовали двигатель Ванкеля, применив новые материалы для уплотнений. Но все же самым слабым местом в РДВС считается прорыв газа.

Расход масла

Как мы уже говорили ранее, системы смазки как таковой в этом двигателе нет. Из-за того, что масло поступает вместе с горючей смесью, его расход значительно увеличивается.И если на шатунных двигателях естественная потеря смазки исключена или составляет не более 100 граммов на 1 тысячу километров, то на роторных двигателях этот параметр колеблется от 0,4 до 1 литра на тысячу километров. Это связано с тем, что сложная система уплотнений требует более эффективной смазки поверхностей. Также из-за высокого расхода масла эти моторы не могут соответствовать современным экологическим нормам. Выхлопные газы автомобилей с двигателем Ванкеля содержат много веществ, опасных для организма и окружающей среды.

Кроме того, роторный двигатель мог работать только на качественных и дорогих маслах. Это связано с несколькими факторами:

  • Склонность соприкасающихся частей камеры двигателя и ротора к сильному износу.
  • Склонность пар трения к перегреву.

Прочие проблемы

Нерегулярная замена масла грозила снижением ресурса ДВС, так как частицы старой смазки выступали абразивом, увеличивая зазоры и вероятность прорыва отработавших газов в камеру.Этот агрегат тоже подклинивает при перегреве. А при движении в холодную погоду охлаждение могло быть чрезмерным.

Сам РПД имеет более высокую рабочую температуру, чем любой поршневой двигатель. Камера сгорания считается наиболее нагруженной. у него небольшой объем. А из-за вытянутой формы патронник склонен к детонации. Кроме масла двигатель Ванкеля требователен к качеству свечей. Они устанавливаются попарно и меняются строго по техническому регламенту.Среди прочих моментов стоит отметить недостаточную эластичность роторного двигателя. Так вот, эти двигатели внутреннего сгорания могут выдавать отличные скоростные и мощностные характеристики только при высоких оборотах ротора — от 6 до 10 тысяч и более в минуту. Эта особенность вынуждает конструкторов дорабатывать конструкцию редукторов, делая их многоступенчатыми.

Еще одним недостатком является большой расход топлива. Например, если взять 1,3-литровый роторно-поршневой двигатель Mazda RX-8, то по паспортным данным он потребляет от 14 до 18 литров топлива.При этом к использованию рекомендуется только высокооктановый бензин.

О применении РПД в автомобилестроении

Наибольшую популярность этот двигатель приобрел в конце 60-х начале 70-х годов прошлого века. Патент Wankel RPD был приобретен 11 ведущими автопроизводителями. Так, в 67-м году НГУ разработал первый автомобиль бизнес-класса с роторным двигателем, который получил название НСУ РО 80. Эта модель выпускалась серийно 10 лет. Всего было выпущено более 37 тысяч экземпляров.Автомобиль был популярен, но недостатки роторного двигателя со временем запятнали репутацию этого автомобиля. На фоне других моделей NSU седан NSU RO 80 оказался самым ненадежным. Пробег до капремонта был всего 50 тысяч при заявленных 100.

Также с роторными двигателями экспериментировали концерны Peugeot-Citroen, компания Mazda и завод ВАЗ (об этом случае мы поговорим отдельно ниже). Наибольших успехов японцы добились, выпустив легковой автомобиль с роторным двигателем в 63-м году.На данный момент японцы все еще оснащают РДП свои спорткары серии RX. К настоящему времени они избавлены от многих «детских болезней», которые были присущи РПД того времени.

РПД Ванкель и мотоциклетная промышленность

В 70-х и 80-х годах прошлого века некоторые производители мотоциклов экспериментировали с роторными двигателями. Это Геркулес и Сузуки. Сейчас серийное производство роторных мотоциклов налажено только в Нортоне. Под этой маркой выпускаются спортбайки NRV588, оснащенные двухроторными двигателями общим объемом 588 кубических сантиметров.Мощность велосипеда Norton составляет 170 лошадиных сил. при снаряженной массе 130 килограммов этот мотоцикл обладает отличными динамическими характеристиками. Кроме того, эти РПД оснащены электронной системой впрыска топлива и регулируемым впускным трактом.

Эти силовые установки широко используются авиамоделистами. Так как в модели ДВС отсутствуют требования по экономичности и надежности, производство таких моторов оказалось недорогим. В таких двигателях внутреннего сгорания уплотнений ротора нет вообще, либо они имеют самую примитивную конструкцию.Основное преимущество такого авиамодельного блока в том, что его легко установить в летающий макет. ДВС легкий и компактный.

Еще один факт: Феликс Ванкель, получив в 1936 году патент на РПД, стал изобретателем не только роторных двигателей, но и компрессоров, а также насосов, работавших по той же схеме. Такие агрегаты можно найти в ремонтных мастерских и на производстве. Кстати, переносные электронасосы для подкачки шин автомобилей устроены именно по такому принципу.

РПД и автомобили ВАЗ

В советское время также занимались созданием роторно-поршневого двигателя и установкой его на отечественные автомобили ВАЗ. Итак, первым РПД в СССР стал двигатель ВАЗ-311 мощностью 70 лошадиных сил. Он создан на базе японского агрегата 13V. Но так как создание мотора велось по нереалистичным планам, агрегат после запуска в серийное производство оказался ненадежным. Первым автомобилем с этим двигателем стал ВАЗ-21018.

Но на этом история установки двигателя Ванкеля на ВАЗ не заканчивается. Вторым по счету стал силовой агрегат ВАЗ-415, который небольшими партиями применялся на «восьмерках» в 80-е годы. Этот силовой агрегат имел лучшие технические характеристики. Мощность при объеме 1308 кубических сантиметров увеличилась до 150 лошадиных сил. Благодаря этому советский ВАЗ-2108 с роторным двигателем разгонялся до сотни за 9 секунд. НО максимальная скорость ограничена 190 километрами в час. Но и этот двигатель не был лишен недостатков.В частности, это небольшой ресурс. Он едва доехал до 80 тысяч километров. Также среди минусов стоит отметить дороговизну создания такого автомобиля. Расход масла составил 700 грамм на каждую тысячу километров. Расход топлива около 20 литров на сотню. Поэтому поворотный узел применялся только на автомобилях спецслужб, небольшими партиями.

Заключение

Итак, мы выяснили, что такое двигатель Ванкеля. Этот поворотный узел теперь используется серийно только на автомобилях Mazda, и только на одной модели.Несмотря на многочисленные доработки и попытки японских инженеров усовершенствовать конструкцию РПД, он по-прежнему имеет достаточно небольшой ресурс и отличается высоким расходом масла. Также новые 1,3-литровые Мазды не отличаются топливной экономичностью. Все эти недостатки роторного двигателя делают его непрактичным и мало используемым в автомобилестроении.

Основные типы двигателей внутреннего сгорания и паровых машин имеют один общий недостаток. Он заключается в том, что возвратно-поступательное движение требует преобразования во вращательное движение.Это, в свою очередь, обусловливает низкую производительность, а также достаточно высокий износ деталей механизмов, входящих в состав различных типов двигателей.

Довольно много людей задумывалось над тем, как создать такой мотор, в котором движущиеся части только вращались бы. Однако только одному человеку удалось решить эту проблему. Феликс Ванкель, механик-самоучка, стал изобретателем роторно-поршневого двигателя. При жизни этот человек не получил ни специальности, ни высшего образования. Рассмотрим далее роторно-поршневой двигатель Ванкеля.

Краткая биография изобретателя

Феликс Григорьевич Ванкель родился в 1902 году, 13 августа, в маленьком городке Лар ​​(Германия). В Первую мировую войну отец будущего изобретателя погиб. Из-за этого Ванкелю пришлось бросить учебу в гимназии и устроиться продавцом в книжный магазин при издательстве. В результате у него появилась страсть к чтению. Феликс самостоятельно изучал технические характеристики двигателей, автомобилестроения, механики. Он черпал знания из книг, которые продавались в магазине.Считается, что реализованная позже схема двигателя Ванкеля (точнее, идея его создания) посетила во сне. Неизвестно, правда это или нет, но точно можно сказать, что изобретатель обладал незаурядными способностями, тягой к механике и своеобразным взглядом на многие вещи.

Первые типы двигателей

Изобретатель, поняв, как можно осуществить все 4 такта обычного двигателя при вращении, приступил к конструированию.В 1924 году Ванкель создал небольшую мастерскую. Она также служила лабораторией. Именно здесь Феликс Ванкель начал изучать роторно-поршневые системы. В 1936 году собранная изобретателем модель заинтересовала компанию BMW. Ванкель получил деньги, ему выделили собственную лабораторию в Линдау.

Там он должен был разрабатывать прототипы авиадвигателей. Однако до самого конца Второй мировой войны ни один роторный двигатель Ванкеля не был запущен в серийное производство. Вероятно, это было связано с тем, что доведение конструкции до работоспособного состояния и налаживание серийного производства требовало много времени.

Послевоенные годы

После разгрома фашизма лаборатория была закрыта, а все оборудование, которое там находилось, было перевезено во Францию. В результате Ванкель остался без работы. Этому способствовало его прежнее членство в национал-социалистической партии. Но через небольшой промежуток времени Феликса пригласили в НГУ в качестве инженера-конструктора. Это предприятие на тот момент считалось старейшим производителем автомобилей и мотоциклов.

Прототип

В 1957 году благодаря поддержке Вальтера Фреде (ведущего инженера НГУ) на автомобиль впервые был поставлен роторно-поршневой двигатель.Мотор устанавливался на NSU Prinz. Однако первоначальный дизайн был очень далек от совершенства. Это было настолько сложно, что даже для замены свечей зажигания приходилось разбирать почти весь двигатель. Кроме того, конструкция была очень ненадежной, неэкономичной и имела очень низкий КПД. В связи с этим двигатель Ванкеля в серию не пошел. На конвейер пошли автомобили с традиционным двигателем внутреннего сгорания. Тем не менее, роторно-поршневой двигатель доказал не только право на существование, но и продемонстрировал внушительный для того времени потенциал.Перспективы его использования были настолько заманчивы, что ничто не могло остановить инженеров-конструкторов. Сам изобретатель понимал, что его детище нуждается в доработке, он стремился к тому, чтобы и эксплуатация, и ремонт двигателя вызывали как можно меньше трудностей. С этого момента началась активная работа по доведению мотора до эксплуатационного качества.

Двигатель Ванкеля: конструкция

Что такое двигатель? В центре ротора имеется круглое отверстие. Он изнутри покрыт зубьями, как на шестерне.В отверстие вставляется вал меньшего диаметра. У него тоже есть зубы. Они предотвращают проскальзывание вала. Соотношения диаметров выбираются таким образом, чтобы перемещение вершин треугольников осуществлялось по одной замкнутой кривой. Называется «эпитрохоид». Задача Ванкеля состояла в том, чтобы сначала понять, что работа такого механизма возможна. Потом он должен был все точно и правильно рассчитать. В результате поршень, выполненный в виде треугольника Рело, отсекает три камеры переменного положения и объема.

Особенности

Конструктивные характеристики двигателя значительно превосходят обычные двигатели. В частности, герметизация камер обеспечивается концевыми и радиальными уплотнительными пластинами. Они прижимаются к «цилиндру» с помощью ленточных пружин, давления газов и центробежных сил. Особого внимания заслуживают характеристики двигателя с точки зрения производительности. За весь цикл вал делает 3 полных оборота.В обычном поршневом двигателе такого результата можно добиться с помощью шести цилиндров.

Введение в промышленность

После первой успешной демонстрации в 1957 году двигатель Ванкеля заинтересовал крупнейшие автогиганты того времени. Таким образом, Curtiss-Wright стала первой компанией, купившей лицензию. Через год изобретение стали использовать такие известные предприятия, как Mazda, Friedrich Krupp, MAN и Daimler-Benz. За достаточно короткий срок лицензии приобрели около сотни компаний, в том числе с мировым именем: Ford, BMW, Porsche, Rolls-Royce.

Преимущества

Каковы преимущества двигателя Ванкеля? Принцип работы мотора заключается в том, что реализация любого четырехтактного цикла осуществляется без использования газораспределительного механизма. Это значительно упрощает конструкцию двигателя. В обычном 4-тактном поршневом двигателе элементов примерно на тысячу больше. Огромный интерес крупнейших предприятий автомобилестроения вызвал потенциал конструкции. Несомненными достоинствами являются простота изготовления, простой ремонт двигателя, компактность и небольшой вес.Все это способствует улучшению управляемости машины, облегчает расположение трансмиссии.

Компактность мотора позволяет создать комфортный и достаточно просторный салон. Усовершенствованные модели двигателей способны развивать большую мощность при достаточно экономичном расходе топлива. Например, современный мотор объемом 1300 см 3 имеет мощность 220 л. от. Если оснастить двигатель Ванкеля турбокомпрессором, можно получить мощность до 350 л.с. от. Еще одним преимуществом конструкции является очень низкий уровень вибрации и шума.Двигатель Ванкеля механически сбалансирован. Снижение шума и вибрации достигается малым количеством деталей (их на 40% меньше, чем в традиционных моторах). Также стоит отметить динамические характеристики мотора. На пониженной передаче без особой нагрузки можно разогнать машину до 100 км/ч на высоких скоростях. В конструкции мотора отсутствует механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение во вращательное. Благодаря этому двигатель Ванкеля может выдерживать высокие обороты по сравнению с традиционными двигателями внутреннего сгорания.

Конец эйфории

В 1964 году был выпущен автомобиль NSU Spyder, а вслед за ним и легендарная модель Ro 80. И сейчас клубов для любителей этих автомобилей в мире достаточно много. Затем с конвейера сошли такие модели, как Corvette XP, Mercedes C-111, Citroen M35. Однако единственной компанией, взявшейся за серийное производство, стала Mazda. С 1967 года она выпустила 2-3 новые машины с РПД. Двигатель Ванкеля устанавливался на легкие самолеты, снегоходы и лодки.В 1973 году эйфория закончилась. В то время нефтяной кризис был в самом разгаре. Именно в этот период проявился главный недостаток РПД — малоэффективность. За исключением Mazda, все производители свернули программы по выпуску автомобилей с роторными двигателями. Однако выпускать такие автомобили продолжала только Mazda. Компания значительно сократила продажи в Америке.

Недостатки РПД: недолговечность и ненадежность

Наряду с достоинствами роторные двигатели имели и существенные недостатки.Во-первых, они были очень недолговечны. Так, одна из первых моделей РПД при испытаниях отработала весь ресурс за 2 часа. Более удачный прототип смог выдержать 100 часов. Однако это не обеспечивало нормальной работы машины. Основной проблемой был неравномерный износ внутренней поверхности патронника. В процессе работы на нем образовались поперечные борозды. Они получили весьма красноречивое название: «метки дьявола». После получения лицензии в Mazda сформировали специальный отдел, который занимался усовершенствованием мотора.Вскоре выяснилось, что при вращении ротора пробки, расположенные на его вершинах, начинают вибрировать. Из-за этого появляются эти борозды. Сегодня проблема прочности и надежности решена. Для этого в производстве используются качественные покрытия, в том числе керамические.

Высокая токсичность выхлопа

Это еще один недостаток РПД. По сравнению с традиционными двигателями двигатель Ванкеля выделяет меньше оксидов азота, но во много раз больше углеводородов, за счет неполного сгорания топлива.Инженеры Mazda быстро нашли эффективное решение проблемы. Специалисты создали «тепловой реактор». Это «дожигание» углеводородов. Mazda R 100 была первым автомобилем, в котором использовался этот элемент. В 1968 году была выпущена еще одна модель «теплового реактора» — Familia Presto Rotary. Этот автомобиль, один из немногих, сразу прошел довольно строгий экологический тест, выдвинутый США в 1970 году для импортных автомобилей.

Эконом

Это еще одна проблема с РПД.Отчасти это следует из вышеизложенного. Расход топлива у стандартного РПД намного выше, чем у двигателя внутреннего сгорания. Эту проблему снова решили специалисты Mazda. Реализовав комплекс мер, включающий переделку карбюратора и термореактора, добавление теплообменника в выхлопную систему, создание нового зажигания и разработку каталитического конвектора, инженеры добились снижения расхода топлива на 40%. Это привело к выпуску RX-7 в 1978 году.

отечественного производства

Помимо Mazda, АвтоВАЗ также выпускал автомобили с РПД.В 1974 году на заводе было сформировано специальное конструкторское бюро. В Тольятти началось строительство цехов серийного производства РПД. В связи с тем, что изначально предполагалось, что ВАЗ будет просто копировать западные технологии, было решено воспроизвести двигатель Mazda. При этом совершенно не учитывались многолетние разработки отечественных институтов двигателестроения.

Переговоры между Ванкелем и советскими официальными лицами велись довольно давно.Некоторые встречи проходили непосредственно в Москве. Однако денег не хватало, поэтому некоторые технологии не могли быть использованы. В 1976 году был выпущен первый односекционный двигатель ВАЗ-311. Его мощность составляла 65 л. от. В течение следующих пяти лет конструкция была доработана. После этого завод изготовил 50 прототипов автомобилей с двигателем Ванкеля. Они моментально рассеялись среди сотрудников предприятия. Однако вскоре выяснилось, что мотор в машинах только внешне похож на японский.Его конструкция была крайне ненадежной. В течение полугода были заменены все двигатели, сокращен штат конструкторского бюро.

но мотор отечественного производства спасли спецслужбы. Не слишком беспокоились о ресурсе конструкции и расходе топлива. Их больше привлекали динамические характеристики двигателя. В короткие сроки из двух двигателей ВАЗ-311 была собрана одна двухсекционная. Его мощность увеличилась почти вдвое – до 120 л.с. от. Двигатель поставили на специальный агрегат — ВАЗ-21019.Эта модель получила неофициальное название «Аркан».

Перепрофилирование

Спецзаказ вдохнул в конструкторское бюро вторую жизнь. ВАЗ начал выпускать двигатели для авто и водных видов спорта. Машины стали часто занимать первые места. Спортивные чиновники, в свою очередь, были вынуждены запретить использование РПД. В 1987 году Шнякин сменил Поспелова (руководителя КБ). Он недолюбливал наземный транспорт, тяготея больше к авиации. С начала его руководства СКБ переориентировало свою деятельность на производство двигателей для самолетов.Это была неверная стратегия, так как в стране производится гораздо меньше самолетов, чем автомобилей. Завод также получал прибыль в основном от продажи автомобилей.

Следующей ошибкой стала переориентация на маломощные двигатели. Японцы устанавливают РПД на спортивные автомобили. А ВАЗ выпускал малолитражные модели Оки, несмотря на то, что динамичные двигатели целесообразнее было бы ставить на более быстрые машины. Так или иначе, на отечественных дорогах было несколько микроавтобусов «Ока» с РПД.К 1998 году наконец была завершена гражданская версия двухцилиндрового 1,3-литрового роторного двигателя. Устанавливался на модели ВАЗ 2107-2109 и 2105.

Наконец-то

Почему ведущие мировые производители до сих пор полностью не перешли на выпуск машин с РПД? Дело в том, что для изготовления таких моторов в первую очередь нужна очень точная технология, включающая в себя множество различных нюансов. Не каждая, даже крупная компания, может пойти по пути Mazda.Кроме того, речь идет об аппаратной части. Для производства двигателя Ванкеля необходимы высокоточные станки для токарной обработки поверхностей с эпитрохоидой. Для того оборудования, которое используется сегодня на заводах, такая работа вполне выполнима. Сегодня только Mazda занимается серьезными исследованиями RPD. Инженеры компании постоянно совершенствуют конструкцию, решая множество различных задач. Роторные двигатели японского производства соответствуют мировым стандартам надежности, расхода топлива и экологичности.

Роторный двигатель

против поршневого двигателя в автомобилях: преимущества, сравнение и многое другое

Еще в 1954 году изобретение роторного двигателя действительно было главной новостью. Двигатель отличается по устройству от обычного поршневого двигателя. Конечно, доктору Ванкелю потребовались некоторые усилия, чтобы сделать его более практичным. К 1967 году благодаря Mazda роторные двигатели имели коммерческий успех.

Давайте посмотрим, что отличает роторный двигатель от традиционных двигателей и почему он не смог конкурировать с поршневым двигателем.

Общие сведения о четырехтактном двигателе

Роторные двигатели имеют одну общую черту с поршневым двигателем. Оба основаны на четырехтактном принципе: впуск, сжатие, сгорание и выпуск.

Когда поршень сначала движется вниз в поршневом двигателе, он создает всасывание, которое втягивает смесь воздуха и топлива, известное как такт впуска. При движении вверх температура топливовоздушной смеси повышается с последующим воспламенением от свечи зажигания. Это приводит к сгоранию, движущему поршень вниз.Когда поршень снова поднимается, последний ход заставляет сгоревшую топливно-воздушную смесь выходить через выпускной клапан.

Понимание роторного двигателя В отличие от обычного автомобильного двигателя, в роторном двигателе для выработки мощности не используются поршни, цилиндр или распределительный вал.

В роторном двигателе выполняются те же действия, что и в 4-тактном поршневом двигателе, но отличается конструкция и механизм. Роторный двигатель не имеет поршней, цилиндров или распределительного вала. Вместо этого он зависит от пяти ключевых компонентов: ротора, корпуса ротора, эксцентрикового вала, переднего и заднего обшивки.

Ротор имеет форму круглого треугольника, который вращается вокруг неподвижной шестерни, прикрепленной к корпусу. Шестерня обеспечивает движение ротора по заданной круговой траектории. Ротор вращает эксцентриковый вал, который отвечает за движение колес вашего автомобиля.

Корпус ротора состоит из двух отверстий для впуска и выпуска с одной стороны и свечей зажигания с другой. При вращении треугольника, когда первый пик проходит через зону впуска, создается всасывание, вытягивающее воздушно-топливную смесь.Поскольку ротор продолжает вращаться, он сжимает смесь и вызывает искру.

Поскольку зона горения длинная, одной свечи зажигания недостаточно, так как горение будет распространяться медленно. Следовательно, две свечи зажигания используются для адекватного сгорания. Это заставляет ротор продолжать вращаться и выпускать сгоревшие газы из выпускного отверстия.

Цикл продолжается для каждого треугольного пика. Это приводит к одновременному протеканию впуска, сгорания и выхлопа.

Роторный двигатель против поршневого двигателя

Глядя на механизм обоих двигателей, роторный двигатель имеет некоторые преимущества и недостатки по сравнению с поршневым двигателем.

Преимущества роторного двигателя
  • Меньшее количество компонентов двигателя приводит к более дешевому производству, компактному размеру двигателя и уменьшенному весу
  • Уменьшение рабочих вибраций означает более плавную и плавную работу
  • В отличие от поршней, более медленное движение ротора в одном направлении увеличивает срок службы благодаря меньшей нагрузке
  • Результат повреждения компонентов в потере мощности и с меньшей вероятностью приведет к катастрофическому отказу
  • Предлагает более высокий диапазон оборотов по сравнению с его весом и размером

Недостатки роторного двигателя
  • Более низкая тепловая эффективность приводит к несгоревшему топливу с повышенной тенденцией к обратному пуску двигателя
  • Вращающийся корпус нуждается в постоянной смазке, что приводит к большему сжиганию масла обычный поршневой двигатель

Часто задаваемые вопросы

Почему вышел из строя роторный двигатель?

Повышенные выбросы были основной причиной выхода из строя роторного двигателя.Еще одной причиной была плохая экономия топлива, даже при меньшем двигателе и большей мощности. Однако Mazda подтвердила, что роторный двигатель вернется к 2022 году.

Последние автомобили с роторными двигателями? Mazda RX-8 — последний известный автомобиль с роторным двигателем

Mazda RX — последний автомобиль с роторным двигателем. Из-за высоких требований к выбросам в Европе серийные продажи RX-8 закончились к 2010 году. Производство Mazda RX-8 закончилось в июне 2012 года, поскольку рыночные продажи упали.

Роторный автомобильный двигатель был известен своей мощностью и бесшумной работой. Даже имея некоторые преимущества перед поршневым двигателем, роторный двигатель не смог бы конкурировать на рынке из-за различных норм выбросов и инициатив ОАЭ в области «зеленой» экономики сегодня.

Новость о том, что Mazda возвращает двигатель, может быть просто инновацией, необходимой для решения проблем с выбросами. Фактически, предстоящий двигатель будет использоваться в качестве прототипа для тестирования и расширения диапазона электромобиля Mazda MX-30.

После прекращения использования роторных двигателей в 2012 году поршневые автомобильные двигатели стали намного мощнее благодаря доступу к целому ряду доступных и роскошных автомобилей. Изучите варианты из нашего списка подержанных автомобилей, выставленных на продажу в ОАЭ.

Следите за новостями ведущих автомобильных блогов ОАЭ, чтобы узнать больше об автомобильных запчастях, тенденциях рынка и автомобильных технологиях.

Беспоршневой роторный двигатель

:»Эта статья о двигателях внутреннего сгорания, в которых не используются обычные поршни.См. также роторный двигатель (значения) для других значений этого термина и роторный двигатель для авиационных двигателей времен Второй мировой войны под этим названием. поршневой двигатель делает, но вместо этого использует один или несколько s, иногда называемых роторными поршнями . Примером беспоршневого роторного двигателя является двигатель Ванкеля

Термин «роторный двигатель внутреннего сгорания » был предложен в качестве альтернативного названия для эти двигатели, чтобы отличить их от устаревших авиационных двигателей, также известных как «роторные двигатели».Однако оба по-прежнему называются «роторными двигателями», и только контекст определяет, какой тип имеется в виду. В частности, Mazda, единственный коммерческий производитель (беспоршневых) автомобильных роторных двигателей с 2005 года, постоянно называет свои двигатели Ванкеля «роторными двигателями». ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. Двигатели, которые производят двигатель модели самолета Ванкеля, называют его «роторным двигателем Ванкеля».

Беспоршневые роторные двигатели

Основная концепция (беспоршневых) роторных двигателей позволяет избежать возвратно-поступательного движения поршня с присущими ему вибрациями и механическими нагрузками, связанными со скоростью вращения.По состоянию на 2006 год двигатель Ванкеля является единственным успешным беспоршневым роторным двигателем, но было предложено множество подобных концепций, которые находятся на разных стадиях разработки. Примеры роторных двигателей:

Стадия производства:
* Двигатель Ванкеля; Стадия разработки:
* Орбитальный двигатель Sarich
* Двигатель RKM (RotationsKolbenMaschinen)
* Двигатель Trochilic
* Двигатель Engineair; Концептуальная стадия:
* Квазитурбинный
* Двигатель Liquidpiston
* Двигатель Gerotor

Преимущества

Все такие двигатели могут быть улучшены по сравнению с поршневым двигателем в следующих областях:
* Более высокое отношение мощности к массе.
* Механическая простота.
* Меньше вибрации.
* Уплотнительная система не имеет ограничения по оборотам; поршневые кольца выходят из строя после ограничения оборотов двигателя.

Ротор, как правило, больше, чем поршень двигателя соответствующей мощности, но может совершать много ходов за один оборот. Ванкеля производит двенадцать ходов за один оборот ротора (четыре хода на камеру умножить на три камеры) (хотя шпиндель вращается в три раза быстрее, чем ротор, или в три раза за двенадцать ходов), в отличие от двух ходов на каждый оборот коленчатого вала двигателя. одноцилиндровый поршневой двигатель одностороннего действия или четырехтактный для цилиндра двойного действия, например, в некоторых паровых двигателях.Квазитурбина и двигатель MYT обеспечивают шестнадцать тактов на каждый оборот ротора (и шпинделя).

Недостатки

Хотя в двух измерениях система уплотнений Ванкеля выглядит даже проще, чем у соответствующего многоцилиндрового поршневого двигателя, в трех измерениях все обстоит наоборот. Наряду с верхними уплотнениями ротора, показанными на концептуальной схеме, ротор также должен уплотняться по концам камеры.

Поршневые кольца не являются идеальным уплотнением.На самом деле у каждого есть зазор для расширения. Кроме того, уплотнение на вершинах Ванкеля менее критично, поскольку утечка происходит между соседними камерами на соседних тактах цикла, а не в картер. Однако менее эффективное уплотнение Ванкеля является одним из факторов, снижающих его эффективность и ограничивающих его успех в основном такими приложениями, как гоночные двигатели и спортивные автомобили, где ни эффективность, ни длительный срок службы двигателя не являются основными соображениями. В более ранних моделях двигатели Ванкеля нельзя запускать и эксплуатировать, пока двигатель не прогреется до рабочей температуры; большинство таких случаев заклинивания двигателя происходит, когда автомобиль заводится и перемещается на несколько ярдов, например.грамм. от гаража до подъезда. В таких ситуациях лучше толкнуть машину и не запускать двигатель. Это происходит из-за переполнения двигателя топливом и, по сути, «гидрозапирания» двигателя. Это «затопление» вызвано избыточным количеством топлива, впрыскиваемого в двигатель в его «холодном» рабочем контуре. Проблема затопления была в значительной степени решена за счет изменений в программировании ЭБУ и более быстрого стартера.

Длина хода на 50 % больше, чем у поршневого двигателя (двигатель Ванкеля).

Квазитурбина имеет аналогичные недостатки с вогнутой камерой сгорания, а в конструкции АС острые углы несущих элементов препятствуют распространению фронта пламени, что приводит к неполному сгоранию.Продолжительность хода слишком мала для полного сгорания.

Сравнения

Самая простая конструкция, предложенная или используемая, — это конструкция Ванкеля. Его единственными движущимися частями является трехсторонний ротор, вращающийся на эксцентриковом валу; Нет ни распредвала, ни клапанов. Ротор не закреплен на эксцентриковом валу, а вращает его с помощью внутренней шестерни внутри ротора, зацепляя обычную шестерню меньшего размера на боковой пластине. Ротор положительно расположен эксцентриковым валом и геометрией ротора и камеры двигателя.Двигатель Ванкеля срабатывает один раз за каждый оборот эксцентрикового вала, поэтому один ротор в некотором роде эквивалентен двухцилиндровому четырехтактному поршневому двигателю. Двигатель Ванкеля можно идеально сбалансировать с помощью противовесов.

Существуют различные методы расчета рабочего объема двигателя Ванкеля; Японские правила расчета рабочего объема для двигателей рассчитываются на основе объемного рабочего объема только одной боковой поверхности несущего винта.

В самом популярном семействе двигателей Mazda, 13B, он состоит из двух роторов с рабочим объемом примерно 650 см3 (кубических сантиметров) каждый на боковую сторону ротора, всего около 1300 см3 или 1.3 л (литров). Двигатель Ванкеля не имеет холостого хода, как поршневой четырехтактный двигатель, поэтому двигателю Ванкеля требуется только половина объема поршневого четырехтактного двигателя.

Орбитальный двигатель Сарича имеет большее количество движущихся частей, чем двигатель Ванкеля. Шестикамерная конструкция, использованная для прототипа, концептуально имеет восемь движущихся частей внутри камеры двигателя, а не две у Ванкеля. Однако для этого также требуется шесть свечей зажигания, по одной на камеру сгорания, в отличие от одной на ротор для Ванкеля (хотя на практике обычно используются две из соображений производительности).Sarich был разработан до такой степени, что его ненадолго продемонстрировали в качестве стендового испытания без нагрузки, прежде чем от конструкции отказались.

Конструкция квазитурбинного переменного тока еще сложнее, чем у Sarich. Даже с двумя колесами на каретку в камере двигателя имеется не менее девятнадцати движущихся частей, включая вал и дифференциал, а возможно, и больше, в зависимости от конструкции дифференциала. Как и в случае с Ванкелем, для квазитурбины требуется только одна свеча зажигания.Был построен прототип конструкции квазитурбины переменного тока, который вращался внешним двигателем в течение 40 часов, но воспламенения так и не произошло.

Конструкция квазитурбины SC значительно упрощена по сравнению с моделью AC, но по-прежнему имеет по крайней мере семь движущихся частей внутри камеры, включая вал и, возможно, больше, в зависимости от конструкции дифференциала. Конструкция SC была продемонстрирована как паровой и пневматический двигатель, но с 2005 года не как двигатель внутреннего сгорания. Прототипы паровых двигателей работали до нескольких часов.Недостатком квазитурбины является малая продолжительность хода, что ограничивало максимальные обороты.

Кулачковый двигатель Rand использует скользящие лопатки для реализации четырехтактного цикла. Он в основном разрабатывается компанией Reg Technology.

Роторный двигатель, работающий по циклу Аткинсона, имеет только три движущиеся части внутри камеры и имеет один рабочий ход за один оборот. Однако в отличие от двигателя Ванкеля, использующего цикл Отто, этот двигатель использует более эффективный цикл Аткинсона. Можно использовать несколько видов топлива, включая бензин, дизельное топливо и водород.

Trochilics наука о вращающихся механических устройствах описывает набор [ http://www.TrochilicEngines.com/ TrochilicEngines ] в диапазоне от цикла Стирлинга, внутреннего сгорания до газа или пара под высоким давлением и с адаптивными изменениями до перекачка газа или жидкости. Поршень состоит из двух зеркальных сегментов крыла чайки, сцепленных друг с другом и вращающихся вокруг общей центральной оси. Изменение относительных скоростей сегментов при вращении образует четыре переменных квадранта.Квадранты функционально представляют собой четырехцилиндровый двигатель, не требующий клапанов с механическим приводом. Каждый сегмент неотъемлемо соединен с вращающейся клеткой зубчатого колеса, которая преобразует волнообразное движение поршня во вращающийся выходной вал гильзы. Сегментированный поршень имеет предпочтительное направление вращения, определяемое механическим действием зубчатой ​​передачи. В двигателях Trochilic «не » используются компрессионные кольца, как в обычных двигателях. Такой подход к конструкции повышает эффективность за счет снижения потерь на трение и уменьшения износа двигателя.Топливно-воздушная смесь всасывается, сжимается, воспламеняется и сгорает между передней и задней сторонами каждого ротора, когда каждый ротор продвигается или отступает относительно другого во время работы, непрерывно изменяя объем камеры. В настоящее время разрабатывается командой Trochilic Engine.

В двигателе MYT вращающиеся поршни представляют собой тороидальные секции (изогнутые цилиндры, скользящие внутри тороидального статора) и соединены с одним из двух внутренних дисков. Этот принцип работы восходит к двигателю Чуди 1968 года.Основная проблема этого типа двигателя заключается в обеспечении постоянного вращения на выходном валу от двух противоположно ускоряющих и замедляющих роторов (планетарные передачи используются в некоторых версиях двигателей Trochilic, в то время как MYT использует более сложную систему соединения с использованием распределительных валов). ) и предотвращения вращения роторов в неправильном направлении. С другой стороны, эти конструкции не страдают от проблем с уплотнением двигателя Ванкеля или квазитурбины и используют очень мало движущихся частей (5 в более простой модели трохильного двигателя).

Двигатель Engineair, изобретенный Анджело Ди Петро в Австралии в 1999 году и с тех пор развиваемый компанией Engineair, основан на цилиндрическом вращающемся поршне. Поршень катится вокруг цилиндрической стенки статора, амортизируемой тонкой воздушной пленкой. Шесть камер расширения образованы изогнутыми лопастями в пазах статора, контактирующими с поверхностью поршня (или привода вала). Давление воздуха на его наружную стенку заставляет привод вала двигаться эксцентрично, тем самым вращая вал двигателя посредством двух тел качения, установленных на валу с подшипниками.Скорость и крутящий момент двигателя просто регулируются дросселированием впуска и выпуска воздуха с помощью регулируемого щелевого таймера, установленного на выходном валу. Большой крутящий момент сразу доступен при нулевых оборотах и ​​может точно регулироваться для обеспечения плавного пуска и управления ускорением. Около десятка движущихся частей.

Внешние ссылки


*

Фонд Викимедиа. 2010.

Как работает роторный двигатель Ванкеля

Вот полное руководство по роторному двигателю Ванкеля.Здесь вы можете получить работающий роторный двигатель Ванкеля, основные детали, преимущества и недостатки и т. Д.

Первый двигатель Ванкеля разработал немецкий инженер – Феликс Ванкель . Ванкель получил свой первый патент на двигатель в 1929 году.
Однако конструкция двигателя Ванкеля, используемая сегодня, разработана Ханнсом Дитером Пашке , который он принял для создания современного двигателя.

Роторный двигатель

— это двигатель внутреннего сгорания, такой же, как двигатель вашего автомобиля, но он работает совершенно иначе, чем традиционный поршневой двигатель.В поршневом двигателе один и тот же объем пространства (цилиндр) поочередно выполняет четыре разные работы — впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Роторный двигатель выполняет те же четыре работы, но все происходит в своей части корпуса. Это похоже на наличие отдельного цилиндра для каждого из четырех рабочих мест, при этом поршень постоянно перемещается от одного к другому. Роторный двигатель (первоначально задуманный и разработанный доктором Феликсом Ванкелем) иногда называют двигателем Ванкеля или роторным двигателем Ванкеля.

Двигатель Ванкеля

Двигатель Ванкеля

представляет собой двигатель внутреннего сгорания, в отличие от поршневого цилиндра. В этом двигателе используется конструкция ротора с эксцентриком, которая напрямую преобразует энергию давления газов во вращательное движение. В системе поршень-цилиндр прямолинейное движение поршня используется для преобразования во вращательное движение коленчатого вала.

В основном, по-простому, роторы вращаются в корпусах, имеющих форму жирной восьмерки.

Работа роторного двигателя Ванкеля

Впуск:-
Когда кончик ротора проходит через впускное отверстие, свежая смесь начинает поступать в первую камеру. Камера всасывает свежий воздух до тех пор, пока вторая вершина не достигнет впускного отверстия и не закроет его. В данный момент свежая топливовоздушная смесь запаяна в первую камеру и вывозится на сжигание.

Сжатие :-
Первая камера (между углом 1 и углом 2), содержащая свежий заряд, сжимается из-за формы двигателя к тому моменту, когда он достигает свечи зажигания.
Пока это происходит, во вторую камеру (между углом 2 и углом 3) начинает поступать новая смесь.

Воспламенение:-
При воспламенении свечи зажигания сильно сжатая смесь взрывоопасно расширяется. Давление расширения толкает ротор вперед. Это происходит до тех пор, пока первичный угол не пройдет через выпускное отверстие.

Выхлоп :-
Поскольку пик ИЛИ угол 1 проходит через выпускное отверстие, недавние высокие газы сгорания легко вытекают из отверстия.
По мере того, как ротор продолжает маневрировать, количество камер продолжает уменьшаться, вытесняя оставшиеся газы из порта. К тому времени, когда угол 2 закрывает выпускное отверстие, угол 1 проходит мимо впускного отверстия, повторяя цикл.

Детали двигателя Ванкеля

Ротор

Ротор имеет три выпуклые поверхности, которые действуют как поршень. три угла ротора образуют уплотнение снаружи камеры сгорания. Он также имеет внутренние зубья шестерни в центре с одной стороны.это позволяет ротору вращаться вокруг неподвижного вала.

Корпус

Корпус эпитрохоидальной формы (примерно овальный). Корпус спроектирован продуманно, потому что 3 кончика или угла ротора всегда остаются в контакте с корпусом. Впускной и выпускной патрубки расположены внутри корпуса.

Впускные и выпускные каналы

Впускное отверстие позволяет свежей смеси поступать в камеру сгорания, а выхлопные газы выбрасываются через выпускное/выпускное отверстие.

Свеча зажигания

Свеча зажигания подает электрический ток в камеру сгорания, который воспламеняет топливно-воздушную смесь, что приводит к резкому расширению газа.

Выходной вал

На вторичном валу установлены эксцентриковые кулачки, что означает, что они смещены относительно центральной линии
вала. Ротор не находится в чистом вращении, но нам бы хотелось, чтобы эти эксцентриковые лепестки обеспечивали чистое вращение вала.

Преимущества

  • Двигатель Ванкеля имеет очень мало движущихся частей; намного меньше, чем у четырехтактного поршневого двигателя.Это делает конструкцию двигателя более простой и надежной.
  • это примерно 1/3 размера поршневых двигателей с такой же выходной мощностью.
  • готов развивать более высокие обороты в минуту, чем поршневой двигатель. Двигатель Ванкеля
  • весит почти 1/3 нагрузки поршневых двигателей, обеспечивая такую ​​же выходную мощность. Это приводит к лучшему соотношению мощности и веса.

Недостатки

  • Поскольку каждая секция имеет разную температуру, расширение материала корпуса отличается в разных регионах.Поэтому ротор иногда не может полностью герметизировать камеру в области высоких температур.
  • Сгорание медленное, потому что камера сгорания длинная, тонкая и подвижная. Следовательно, может существовать вероятность того, что свежий заряд разрядится, даже не сгорая.
  • Поскольку несгоревшее топливо находится в потоке выхлопных газов, трудно выполнить требования по выбросам.
Часто задаваемые вопросы о роторном двигателе

Как работает роторный двигатель?

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, который разделяет четыре работы двигателя — впуск, сжатие, сгорание и выпуск — на четыре отдельные части в общем корпусе двигателя.Ротор перемещается из камеры в камеру, расширяя и сжимая газ.