Часть 1. Роторные двигатели фирмы Mazda на примере RX-8

Часть 2

Общие сведения о роторном двигателе RENESIS

Концепция современного роторного двигателя была разработана немецким ученым Феликсом Ванкелем (Felix Wankel,) который придумал идею преобразовывать энергию сгорающих газов в механическую с помощью ротора, совершающего вращательное или вращательно-возвратное движение относительно корпуса. Первый роторный двигатель, созданный им, заработал в 1957 году, а в 1959 году была спроектирована конструкция двигателя с надежной системой уплотнений и достигнута надежность работы. Далее разработкой конструкций роторных двигателей занимались несколько фирм, наиболее известными из них являются «NSU corporation» (в которой и работал Феликс Ванкель), Кертис-Райт и Тойо — Когио.

Фирма Mazda приобрела лицензию на РПД (роторно-поршневой двигатель) у фирмы NSU и в 1960 году начала свои разработки в этой области, а в 1967 году вышел первый серийный автомобиль «Cosmopolitan Sport» с роторным двигателем, разработанным фирмой Mazda.

Фирмой Mazda было внесено изменение в первоначальную конструкцию двигателя, а именно: впускные окна были сделаны на боковых корпусах (в оригинале впускные и выпускные окна находились на статоре). Это было первое поколение роторных двигателей, которые в 1980 году стали устанавливаться на автомобиль Mazda RX7. Первое поколение роторных двигателей имело по два впускных и одному выпускному окну на каждый ротор, причем впускные окна располагались на боковых корпусах, а выпускное — на статоре. Вторым поколением роторных двигателей, устанавливаемых на автомобиль Mazda RX7, стали двигатели с тремя впускными окнами, располагающимися на боковых корпусах и одним выпускным окном на статоре, эти автомобили производились преимущественно для экспорта. Позднее были применены системы изменения геометрии впускных трактов, позволяющие открывать или закрывать впускные окна в зависимости от потребностей двигателя.

Три поколения роторных двигателей фирмы Mazda.

Данные конструкции двигателей просуществовали вплоть до 2002 года (до начала выпуска Mazda RX8). В 2003 году был начат выпуск автомобиля Mazda RX8, на который устанавливается третье поколение роторных двигателей, отличительной чертой которого стало расположение впускных и выпускных окон на боковых корпусах двигателя. Толчком к этому послужила необходимость поиска компромисса между топливной экономичность и высоким показателем мощности автомобиля, чего на двигателях предыдущих поколений достигнуть не представлялось невозможным.

Надо отметить, что расположение, геометрия и размер впускных и выпускных окон являются определяющими факторами, влияющими на характеристики роторного двигателя. Фирма Mazda за более чем сорокалетний опыт разработки роторных двигателей добилась достаточно большого прогресса в этой области (на рисунках «Сравнение боковых корпусов двигателей» и «Углы открытия и закрытия впускных и выпускных окон роторных двигателей фирмы Mazda» приведено сравнение впускных и выпускных окон двигателей третьего поколения с окнами двигателей предыдущих поколений).

Сравнение боковых корпусов двигателей.

	Годы выпуска		67-72	80-84	80-84	85-88	85-88	82-84	83-85	90-95	91-02	03 -	03 -
	Модель		CS*5	RX7	RX7 Cosmo	RX7 Richie	RX7	RX7 Cosmo	RX7 Cosmo	RX7	RX8	RX8
	Двигатель		10A-NA	12A-NA	12A-NA	13B-T/C	13B-NA	12A-T/C	13B-NA	13B-T/C	13B-T/C	13B-NA High	13B-NA Std.
	Впуск. окна		4	4	6	4	6	4	6	4	4	6	4
Впуск	Первичное окно	Открытие*1	25	32	58	45	32	58	45	58	45	3	3
		Закрытие *2	45	50	25	50	40	40	30	50	50	65	60
	Вторичное окно	Открытие*1	25	32	45	32	32	32	32	32	32	12	12
		Закрытие*2	45	50	25	50	30	40	30	50	50	36	45
	Дополни- тельное окно	Открытие*1	-	-	58	-	45	-	45	-	-	38	-
		Закрытие*2	-	-	70	-	80	-	70	-	-	80	-
Выпуск		Открытие*3	75	75	75	75	75	75	71	75	75	50	40
		Закрытие*1	48	48,5	38	48,5	48,5	48,5	48,5	48	48	3*4	3*4

Углы открытия и закрытия впускных и выпускных окон роторных двигателей фирмы Mazda.

Примечание: ^*1 — после ВМТ, ^*2 — после НМТ, ^*3 — до НМТ, ^*4 — до ВМТ, ^*5 — Cosmopolitan Sport.

Для автомобиля Mazda RX8 фирмой Mazda был разработан новый двухроторный двигатель, получивший название 13B- MSP. Данный двигатель был выпущен в двух модификациях: STANDARD POWER — двухроторный двигатель, развивающий мощность 141 кВт/192 л.с. при частоте вращения 7000 об/мин и HIGH POWER — двухроторный двигатель, развивающий мощность 170 кВт/231 л.с. при частоте вращения 8200 об/мин. Двигатели получили название «RENESIS», что подразумевает возрождение роторного двигателя вообще, а так же зарождение нового поколения роторных двигателей в частности. Данный двигатель кардинально отличается от всех разработанных ранее большим количеством технических решений, касающихся как конструкции самого двигателя, так и установленных на него систем.

Двигатель вобрал в себя все лучшие разработки, сделанные ранее в этой области, что в совокупности с современными разработками и использованием современных, более прочных и износостойких материалов, позволило придать двигателю хорошие характеристики, такие как соответствие экологическому стандарту EURO 4, большой ресурс, экономичность и высокий крутящий момент в большом диапазоне частот вращения эксцентрикового вала. Роторный двигатель также отличают относительная простота конструкции: в нем имеются только две вращающиеся детали (эксцентриковый вал и ротор), отсутствуют неуравновешенные массы (это позволяет сделать двигатель очень быстроходным без опасности возникновения резонанса) и малые габариты по сравнению с аналогичными по мощности поршневыми двигателями.

По показателю уравновешенности, данный двигатель можно сравнить только с рядным шестицилиндровым двигателем или V-образным восьмицилиндровым, на поршневых двигателях других типов достижение таких показателей плавности хода не возможно. В данном двигателе неуравновешена центробежная сила от вращающихся масс. Для уравновешивания центробежной силы на оба конца эксцентрикового вала установлены противовесы. На автомобилях с МКПП масса заднего противовеса равномерно распределена по периметру маховика.

Основными элементами данного двигателя являются боковые и промежуточный корпуса, два ротора, два статора, эксцентриковый вал, две неподвижные шестерни и система уплотнений рабочих камер.

Неподвижные шестерни изготовлены из специальной стали и подвергаются ионному азотированию для предотвращения разрушения зубьев от сил инерции ротора (от его разгона и торможения) и газовых импульсов, в месте соприкосновения неподвижной шестерни и шестерни внутреннего зацепления ротора. Неподвижные шестерни запрессовываются в боковые корпуса двигателя.

Неподвижные шестерни. 1 — неподвижные шестерни (модели STANDARD POWER), 2 — коренной подшипник, 3 — передняя неподвижная шестерня, 4 — задняя неподвижная шестерня, 5 — фиксирующий выступ, 6 – крышка упорного подшипника, 7 — упорный подшипник, 8 — упорная пластина, 9 — фиксирующий винт (модели HIGH POWER).

В неподвижную шестерню запрессованы коренные подшипники. Коренные подшипники фиксируются от поворота выступом (модели STANDARD POWER) или фиксирующим винтом (модели HIGH POWER).

Эксцентриковый вал изготовлен из высокопрочной углеродистой стали с применением индукционного упрочнения для повышения износостойкости. Эксцентриковый вал неразъемный, с двумя коренными и двумя роторными шейками. Крепление эксцентрикового вала осуществляется с помощью подшипников скольжения в неподвижных шестернях, которые установлены в боковых корпусах. Подшипники скольжения являются неразъемными.

Эксцентриковый вал. 1 — температура моторного масла 60°С или выше, 2 — редукционный клапан эксцентрикового вала, 3 — эксцентриковый вал, 4 — ротор, 5 — масляная форсунка, 6 — моторное масло, 7 — температура моторного масла ниже 60°, 8 — слив масла (снижение давления).

В эксцентриковом валу выполнены каналы для смазки коренных и роторных шеек, а также подачи масла внутрь роторов для их охлаждения, для чего в эксцентриковый вал встроены масляные форсунки. Для облегчения прогрева двигателя при холодном запуске, в эксцентриковый вал встроен редукционный масляный клапан. Когда двигатель не прогрет, редукционный клапан открывается и давление моторного масла снижается, так как часть масла сливается из вала, в результате чего давление становится недостаточным для впрыскивания масла во внутреннюю полость ротора. Когда двигатель прогревается, редукционный клапан закрывается и масло начинает поступать во внутреннюю полость ротора для его охлаждения. От осевого перемещения эксцентриковый вал фиксируется упорным подшипником и упорной шайбой, находящимися в передней неподвижной шестерне.

Боковые и промежуточный корпуса двигателя отлиты из специального чугуна с применением азотирования, это позволило повысить износостойкость рабочих поверхностей.

Основной конструктивной особенностью, отличающей двигатели «RENESIS» от предыдущих поколений роторных двигателей, устанавливаемых на автомобили Mazda, стало так называемое боковое расположение впускных и выпускных окон.

Здесь надо отметить, что ранее все роторные двигатели фирмы Mazda устанавливаемые на серийные автомобили (около десяти моделей двигателей) имели боковое расположение впускных окон, а выпускные окна располагались на статорах. Данная конструкция оптимальна для быстроходных роторных двигателей и обеспечивает достаточно большой крутящий момент на низких частотах вращения эксцентрикового вала и высокую мощность, но не обеспечивает плавность протекания процесса сгорания из-за большого времени перекрытия окон, что ведет к снижению мощности. Расположение впускных и выпускных окон в боковых корпусах позволило сделать по нескольку не только впускных, но и выпускных окон на каждый ротор. Такое расположение окон способствует улучшению пусковых качеств двигателя, уменьшению перекрытия окон, что способствует возникновению эффекта резонансного наддува и предотвращается попадание отработавших газов во впускные окна, также была достигнута стабилизация процесса сгорания. Каждое впускное и выпускное окно имеет индивидуальный размер. Благодаря применению нескольких впускных и выпускных окон специально подобранного размера удалось достигнуть лучшего наполнения рабочей камеры свежим зарядом, улучшить очистку от отработавших газов, снизить время перекрытия окон, что позволило увеличить КПД двигателя, мощность и снизить расход топлива. Количество впускных окон на корпусах зависит от модификации двигателя.

На двигателях «RENESIS» впускные окна расположены в наиболее выгодных местах и их размер увеличен на 30% по сравнению с предыдущими двигателями. Увеличение впускных окон позволило достигнуть более раннего открытия окон и более позднего закрытия без увеличения перекрытия окон (когда впускное и выпускное окно остаются открытыми одновременно), как следствие, в камеру сгорания стало поступать больше рабочей смеси (см. рисунок «Сравнение роторных двигателей с разным расположением выпускных окон»).

Боковые и промежуточный корпуса центрируются с помощью полых штифтов. Вес боковых корпусов уменьшен за счет специальных проточек. В боковых корпусах имеются отверстия для установки неподвижных шестерен, через которые роторы приводятся в движение. На переднем корпусе установлен масляный насос и маслоприемник, на промежуточном корпусе имеются проточки для установки основных форсунок, а на задний корпус устанавливаются масляный фильтр и регулятор давления моторного масла.

Статоры изготовлены из алюминия, во внутреннюю поверхность статоров вставлены стальные пластины по технологии SIP (Sheet metal insert process — технология вставки листового металла). Внутренняя поверхность стальных вставок (эпитрохоидная поверхность) хромирована по технологии Micro Channel Porous — покрытие поверхности металлом с образованием микро пор для лучшей приработки и смазки поверхности. Для улучшения приработки эпитрохоидная поверхность покрыта фтороуглеродистым полимером.

Корпуса и статоры двигателя. 1 — установочная поверхность не- подвижной шестерни, 2 — установочная поверхность масляного насоса, 3 — установочная поверхность маслоприемника, 4 — передний корпус двигателя, 5 — уплотнение, 6 — статор переднего ротора, 7 — полый штифт, 8 — выпускное окно, 9 — впускное окно, 10 — промежуточный корпус, 11 — направляющая масляного щупа, 12 — маслозаливная горловина, 13 — статор заднего ротора, 14 — впускное окно системы APV (модели HIGH POWER), 15 — установочная поверхность масляного фильтра, 16 — задний корпус двигателя, 17 — установочная поверхность регулятора давления масла, 18 — установочная поверхность основных форсунок, 19 — порт системы подачи воздуха на выпуск, 20 — вставка, 21 — поперечный разрез заднего корпуса.

Роторы (и шестерни внутреннего зацепления на роторах) изготавливают из чугуна, для предотвращения поломки зубьев неподвижной шестерни. Роторы изготавливаются пустотелыми с проточками под своеобразные камеры сгорания, также для уменьшения веса роторов была уменьшена толщина внутренних ребер. На торцах ротора имеются выточки под уплотнительные штифты и торцевые уплотнительные пластины. Во внутреннюю поверхность ротора запрессовывается роторный подшипник.

Ротор и система уплотнений рабочих камер. 1 — расширитель торцевой уплотнительной пластины, 2 – торцевая уплотнительная пластина, 3, 16 — ротор, 4 — цветная метка, 5 — уплотнительный штифт, 6 — пробка, 7 – пружинная шайба, 8 — боковой элемент радиального уплотнения, 9 — радиальная уплотнительная пластина, 10 — расширители радиальной уплотнительной пластины, 11 — компрессионное кольцо, 12 — расширитель компрессионного кольца, 13 — уплотнительные кольца, 14 — пружина маслосъемного кольца, 15 — маслосъемное кольцо, 17 — пружинная вставка, 18 — роторный подшипник, 19 — выточки, 20 — выточка для камеры сгорания, 21 – направление вращения ротора, 22 — роторная шестерня внутреннего зацепления.

Ротор имеет форму треугольника с дугообразными сторонами. При вращении ротор совершает сложное планетарное движение. Ротор вращается вместе с эксцентриковым валом и одновременно, из-за обтекания неподвижной шестерни, закрепленной на боковом корпусе двигателя, посредством шестерни внутреннего зацепления, вращается вокруг своей оси. Отношение числа зубьев шестерни внутреннего зацепления ротора и неподвижной шестерни — 3:2 (51:34) При вращении ротора три его вершины постоянно касаются поверхности статора, образуя рабочие камеры, объем которых постоянно изменяется. За один оборот объем каждой рабочей камеры ротора меняется 4 раза от минимального до максимального, что обеспечивает возможность протекания четырехтактного цикла в каждой из трех рабочих камер за один оборот ротора или за три оборота эксцентрикового вала (так как ротор вращается в три раза медленнее эксцентрикового вала). В соседних камерах совершаются аналогичные циклы со сдвигом на 120°.

Таким образом, за один оборот ротора совершается три рабочих хода или один рабочий ход на каждый оборот эксцентрикового вала. Здесь нужно заметить, что в роторном, как и в поршневом двигателе, на тактах впуска и рабочего хода объем между вершинами ротора увеличивается, а на тактах сжатия и выпуска объем уменьшается. Открытие и закрытие впускных и выпускных окон осуществляется боковой поверхностью ротора.

Четыре цикла работы роторного и поршневого двигателя

Протекание рабочего хода в роторном и поршневом двигателе. Давление газов действует на боковую поверхность ротора/головку поршня с силой Pg. Эта сила раскладывается на нормальную составляющую Pb и тангенцианальную Pt. Тангенцианальная сила Pt и обеспечивает вращение ротора или шатуна.

Такая конструкция позволила достигнуть существенного уменьшения времени перекрытия окон.

Сравнение роторных двигателей с разным расположением выпускных окон. 1 — открытие впускного окна роторных двигателей предыдущих поколений, 2 — открытие выпускного окна роторных двигателей предыдущего поколения , 3 — открытие выпускного окна, 4 — выпускное окно.

Можно провести сравнение между роторным и поршневым двигателями по объему и производимой мощности. Возьмем для примера рядный четырехцилиндровый двигатель объемом 2 литра (2000 см³). В данном поршневом двигателе рабочий объем 2000 см³ достигается за два оборота коленчатого вала, значит, за один оборот достигается рабочий объем 1000 см³. В роторном же двигателе за один оборот эксцентрикового вала достигается рабочий объем 1308 см³ (654 см³x2, объем двух камер сгорания двух роторов). Следовательно, можно сказать, что роторный двигатель «RENESIS» сопоставим по мощности и уравновешенности с шестицилинровым рядным двигателем объемом 2,6 литра. Охлаждение ротора осуществляется с помощью моторного масла, циркулирующего в эксцентриковом валу и впрыскиваемого во внутреннюю полость ротора через форсунки. На внутренней поверхности ротора сделано оребрение для лучшего отвода тепла. Во внутренней поверхности ротора масло совершает вихревое движение между ребрами ротора, охлаждая его.

Система уплотнений рабочих камер представляет собой совокупность прокладок, уплотнительных пластин и уплотнительных штифтов и создана для обеспечения герметичности рабочих камер, находящихся между торцами ротора. В данном роторном двигателе система уплотнений состоит из радиальных уплотнительных пластин, торцевых уплотнительных пластин, уплотнительных штифтов и расширителей. Для предотвращения попадания масла, охлаждающего и смазывающего ротор, из внутренней полости ротора в камеры сгорания и образования нагара, установлены маслосъемные кольца. Маслосъемные кольца имеют разные диаметры, маслосъемное кольцо состоит из трех деталей: уплотнительного кольца, стального кольца (с хромированной поверхностью) и пружины. Также для предотвращения попадания отработавших газов на впуск, когда ротор находится в верхней мертвой точке, установлено одно компрессионное кольцо с расширителем.

Радиальные уплотнительные пластины изготавливаются из специального чугуна с применением электронно-лучевой обработки для повышения износостойкости. Элементами радиального уплотнения являются радиальная уплотнительная пластина, два расширителя и боковые элементы радиального уплотнения. Под действием расширителей и центробежных сил инерции радиальная уплотнительная пластина прижимается к эпитрохоидной поверхности статора, тем самым, способствуя герметизации рабочих камер.

Торцевые уплотнительные пластины изготовлены из металлокерамики и прижимаются к поверхности бокового корпуса расширителями и под давлением газов, попадающих под пластины. Торцевое уплотнение состоит из дугообразных пластин и расширителей, располагающихся на каждой из боковых поверхностей роторов. Элементы торцевого уплотнения используются для уплотнения торцевого зазора между ротором и боковым корпусом. Форма торцевой уплотнительной пластины так же оптимизирована для удаления углеродистых отложений из канавки торцевого уплотнения на роторе.

Уплотнительные штифты изготовлены из специального чугуна, внешняя сторона уплотнительного штифта хромирована для уменьшения износа. К боковому корпусу уплотнительные штифты прижимаются пружинными шайбами. Уплотнительные штифты различаются по диаметрам, в зависимости от диаметра отверстия под штифт (на ротор нанесена идентификационная метка). В штифтах имеются прорези, в которые вставляются радиальные уплотнительные пластины, а торцевые уплотнительные пластины плотно прилегают к уплотнительным штифтам, тем самым достигается замкнутость системы уплотнений.

Все детали системы уплотнения неподвижны относительно ротора, что дает конструкции следующие преимущества: отсутствие износа деталей от перемещения, износ верхней части уплотнений не вызывает нарушения герметичности системы, расширители и пружины системы работают в статических условиях, что препятствует их усталостному разрушению.

Система охлаждения

В данных двигателях используется жидкостная система охлаждения закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Привод насоса охлаждающей жидкости осуществляется ремнём привода навесных агрегатов. Термостат с перепускным клапаном расположен во впускном патрубке охлаждающей жидкости и призван поддерживать оптимальную температуру в системе охлаждения, пуская охлаждающую жидкость по малому или большому (через радиатор) кругу охлаждения.

Система смазки

В двигателе используется система смазки с полнопоточной очисткой масла и с подачей масла под давлением к основным движущимся деталям (подшипникам скольжения, деталям системы уплотнений, роторам и т.д.).

Масляный насос трохоидного типа. Внутри него расположены два ведущих и два ведомых ротора с внутренним зацеплением, которые вращаются в одном направлении. Привод осуществляется цепью от эксцентрикового вала.

1 — уплотнительная канавка,
2 — маслоуспокоитель,
3 — датчик низкого уровня
моторного масла.

Масляный фильтр расположен на заднем корпусе. Для уменьшения температуры масла в систему смазки могут быть установлены один или два маслоохладителя.

Для уменьшения высоты двигателя, разработан специальный плоский стальной масляный поддон (высота масляного поддона 40 мм). В масляном поддоне установлен маслоуспокоитель и датчик низкого уровня моторного масла. Для уменьшения веса маслоприемник сделан из пластика.

Двигатель работает на смеси бензина с моторным маслом, так как необходима смазка деталей системы уплотнений рабочих камер. Доля подаваемого в рабочие камеры и участвующего в образовании рабочей смеси масла (по сравнению с количеством подаваемого топлива) невелика. Для регулирования количества подаваемого в рабочие камеры масла разработан дозирующий масляный насос.

Дозирующий масляный насос. 1 — дозирующий масляный насос, 2 — слив масла, 3 — шаговый двигатель, 4 — подача масла, 5 — поверхность прилегающая к двигателю, 6 — разрез насоса, 7 — датчик-выключатель, 8 — плунжер, 9 — дифференциальный плунжер, 10 — вспомогательный плунжер, 11 — регулятор, 12 — червячный механизм, 13 — блок управления двигателем, 14 — обмотка №1, 15 — обмотка №2, 16 — обмотка №3, 17 — обмотка №4, 18 — неиспользуемый вывод.

Масляный насос. 1 — поперечный разрез, 2 — подача масла, 3 — слив масла, 4 — разделитель, 5 — корпус масляного насоса, 6 — вал масляного насоса, 7 — передний ведомый ротор, 8 — передний ведущий ротор, 9 — разделитель, 10 — задний ведущий ротор, 11 — задний ведомый ротор.

Дозирующий масляный насос управляется блоком управления двигателем с помощью сигналов. Блок управления регулирует количество подаваемого дозирующим масляным насосом масла в зависимости от частоты вращения эксцентрикового вала, показаний датчика температуры ОЖ и датчика массового расхода воздуха. Подача масла в рабочие камеры осуществляется масляными форсунками.

Масляные форсунки. 1 — масляные форсунки, 2 — боковой и промежуточный корпус, 3 — статор,
4 — распылитель форсунки, 5 — подача масла, 6 — обратный клапан, 7 — к воздушному шлангу.

На каждом статоре установлено по две масляные форсунки. Для улучшения смазки корпусов и уплотнений, масляные форсунки установлены под наклоном и впрыскивают масло на боковые корпуса ротора. Чтобы разрежение в двигателе не препятствовало подаче масла к масляным форсункам, на каждую форсунку установлен шланг, связанный с атмосферой. Для предотвращения попадания масла в воздушный шланг, когда во внутренней полости двигателя создается давление, в форсунку установлен обратный клапан.

1 — шаговый двигатель, 2 — датчик- выключатель,
3 — шаг 52, 4 — выключено, 5 — включено.

Механизм, регулирующий количество подаваемого масла, состоит из плунжера и дифференциального плунжера, приводимого червячным механизмом. Червячный механизм приводится от эксцентрикового вала через ведущую шестерню привода дозирующего масляного насоса, находящуюся на передней крышке двигателя. Количество подаваемого масла регулируется по сигналу от блока управления двигателем, изменением хода плунжера и поворотом регулятора, связанного с шаговым двигателем. Положение шагового двигателя отслеживается с помощью датчика-выключателя, показания которого, наравне с параметрами, описанными выше, используются блоком управления двигателем для расчета необходимого количества подаваемого масла. Когда шаговый двигатель находится на шаге 52 или большем, по сигналу от датчика-выключателя в блоке управления двигателем включается алгоритм регулирования подачи масла, проходящего через дозирующий масляный насос. Когда шаговый двигатель находится ниже шага 52, устанавливается максимальная подача масла.

Алгоритм управления дозирующим масляным насосом включает несколько функций (см. таблицу «Функции управления дозирующим масляным насосом»).

Таблица. Функции управления дозирующим масляным насосом.

Состояние	Описание
Замок зажигания в положении «ON», двигатель выключен (сберегающий режим)	При выключенном двигателе управление дозирующим масляным насосом прекращается для сохранения заряда аккумуляторной батареи
Функция возврата к начальным параметрам	При начале управления дозирующим масляным насосом блок управления распознает, на каком шаге находится шаговый двигатель, и происходит возврат к начальному параметру (нулевому шагу)
Функция расчета количества подаваемого масла при работе двигателя	Управление шаговым двигателем в зависимости от режима работы двигателя
Функция установки начального шага (при повороте замка зажигания в положение «OFF»)	При установке замка зажигания в положение «OFF» управление дозирующим масляным насосом прекращается и блок управления принимает шаг, на котором находится шаговый двигатель, как начальный (нулевой)
Функция контроля положения шагового двигателя	Блок управления двигателем контролирует соответствие шага, на котором находится шаговый двигатель, с необходимым шагом
Работа в режиме Fail-safe (при какой-либо неисправности)	Если в системе управления дозирующим масляным насосом или в самом насосе выявлена неисправность, блок управления двигателем регулирует подачу топлива, угол опережения зажигания, управляет шаговым двигателем, тем самым регулируя мощность двигателя, для предотвращения его повреждения

Пример работы системы управления дозирующим масляным насосом. 1 — частота вращения эксцентрикового вала, 2 — шаговый двигатель, 3 — датчик-выключатель, 4 — около 500 об/мин, 5 — выше шага 52, 6 — шаг 0 (начальный), 7 — функция возврата к начальным параметрам, 8 — функция контроля положения шагового двигателя, 9 — функция расчета количества подаваемого масла при работе двигателя.

Часть 2

Бушин Сергей
© Легион-Автодата

Давайте разберёмся, почему роторные двигатели канули в лету

Первым в мире серийным автомобилем, оснащенным роторным Ванкелем стал NSU Spider 1964 года выпуска. С тех пор двигатель просуществовал до 2011…

Первым в мире серийным автомобилем, оснащенным роторным Ванкелем стал NSU Spider 1964 года выпуска. С тех пор двигатель просуществовал до 2011 года, и закончил свою жизнь под капотом Mazda RX-8. Возникает несколько вопросов:

— Как работает роторный двигатель?

— Каковы его преимущества? (Зачем его изобрели)

— Каковы его недостатки? (Почему его перестали производить)

Как работает роторный двигатель

Процесс, происходящий при работе роторного двигателя, весьма схож с обычным. Разница в том, что вместо поршней тут имеется ротор треугольной формы, а вместо цилиндра – овальная полость.

Впуск

Вращаясь внутри полости, ротор создает воздушный карман, тем самым создавая вакуум. Вакуум распространяется на впускные каналы, из которых в камеру внутреннего сгорания и поступают топливо и воздух.

Сжатие

Ротор продолжает вращаться, сжимая смесь воздуха и топлива о прямую сторону овальной полости.

Мощность

Две свечи зажигания используются для розжига смеси топлива и воздуха, помогая ускорить процесс внутреннего сгорания и убедиться в том, что большая часть смеси выгорит. Выделяемая энергия позволяет ротору вращаться далее.

Выхлоп

Похож на цикл впуска, только теперь, вращаясь, ротор выталкивает под давлением выхлопные газы через выхлопные каналы. Важный момент состоит в том, что поскольку в двигателе имеется всего один ротор и одна полость, все эти процессы идут практически одновременно. Таким образом, с одной стороны происходит впуск с другой выделяется энергия, а с третьей выходят выхлопы.

Преимущества Ванкеля

Соотношение массы и мощности

Одним из самых крупных достоинств является небольшой размер Ванкеля. Несмотря на свои маленькие размеры, роторные движки выжимают неплохую мощность.

Меньше подвижных деталей

Частенько в инженерии самое легкое решение является самым лучшим. Роторный двигатель не требует большого количества подвижных деталей. Если быть точнее, то в двухроторном моторе подвижных деталей всего три.

Плавный набор высоких оборотов

Роторный двигатель не имеет возвратно-движущей массы, как клапаны и поршни в традиционном двигателе, что ведет к отличному балансу и плавному набору оборотов.

Почему Ванкель сняли с производства

Mazda RX-8 2011 была последним серийным автомобилем, который оснащался роторным двигателем Renesis 1.3 л. Как бы то ни было, весь мир автолюбителей пустил горькую слезу, закрывая важную страницу в истории двигателей внутреннего сгорания. Так что же произошло? RX-8 не удалось пройти по соответствию стандарту Euro-5, поэтому после 2010 года он не мог продаваться в странах Европы. Хоть он все еще и разрешен в США, производитель был вынужден отречься от Ванкеля.

Недостатки роторного двигателя

Низкий тепловой КПД

В связи с наличием уникальной длинной камеры внутреннего сгорания, тепловой КПД Ванкеля значительно ниже, в сравнении с обычным двигателем. Это часто ведет к тому, что в выхлоп попадает масса несгоревшего топлива (поэтому они и считаются самыми огнедышащими)

Пей, малыш, пей

Ванкели априори жрут масло вёдрами. Во впускном коллекторе установлены разбрызгиватели масла, а также имеются инжекторы, подающие масло непосредственно в камеру внутреннего сгорания. Это значит не только то, что водитель должен постоянно следить за уровнем масла, но еще и то, что из вашей выхлопной трубы будет выходить масса дряни. Окружающая среда не одобряет.

Изоляция ротора

Изолировать роторный движок нелегко, поскольку, если вы помните, в нем одновременно происходит несколько процессов, которые оставляют после себя разные температуры. Например, верхняя часть движка сравнительно холодная, в то время как его днище горячо как ад. С точки зрения изоляции, это проблема, поскольку такая разница температур не дает выбрать один вариант изоляции. Можно, конечно, использовать охлаждающую рубашку, но это многого не изменит.

Выбросы в атмосферу

Именно этот пункт убил роторные движки. Совокупность неэффективного сгорания, прожорливости по маслу и сложностей с изоляцией привела в итоге к тому, что двигатель не проходит по современным стандартам.

Что касается показателей RX-8 в сравнении с другими автомобилями, то из плюсов можно сразу выделить низкий вес и высокую мощность, а из минусов, конечно, огромный расход. Впрочем RX-8, покупателю вряд ли есть дело до экономии топлива, поэтому он может насладиться автомобилем в полной мере.

Подпишись на наш Telegram-канал

Роторные двигатели: особенности, плюсы и минусы

У каждого великого изобретения своя история рождения. Многие технологии и устройства появились на свет благодаря неуемному труду талантливых мастеров своего дела. Не так давно мир узнал о роторном двигателе. Однако не все владельцы автомобилей знакомы с историей его появления и принципами функционирования.

История зарождения и принцип работы двигателя

Роторно-поршневый двигатель появился вследствие взаимовыгодного сотрудничества двух инженеров – Вальтера Фройде и Феликса Ванкеля. Конструкция двигателя была разработана в 1957 году. Каждый из специалистов внес свой вклад в создание этого прибора. Инженерная концепция и базовая схема, на основании которой разрабатывался роторный агрегат принадлежала Вальтеру Фройде, тогда как вопросом уплотнения вращающихся клапанов занимался его коллега Феликс Ванкель.

На практике роторные изделия стали использоваться уже в середине 1958 года. Изобретение обладало вращающейся камерой. Конструкция оказалось неудобной в использовании, поэтому в базовые схемы были внесены некоторые корректировки. На просторах советского союза поначалу не охотно принимали новое изобретение. Только в 80-х годах на автомобиле ВАЗ – 2108 был установлен роторный агрегат. На территории западных стран ситуация складывалась не лучше. Новинка не привлекла местное население. После топливного кризиса, произошедшего в 1973 году, автолюбители стали больше присматриваться к машинам с экономными видами двигателя.

Принцип работы такого агрегата имеет свои нюансы. Во-первых, агрегат находится в овальном цилиндре и имеет треугольную форму. У этой конструкции напрочь отсутствует шатуны, коленвал, головки блока и противовесы. Подобные элементы наблюдаются на обычных поршневых автомобильных устройствах. Сам двигатель насажен на вал и соединен с зубчатым колесом. Последняя деталь системы сцеплена со статором.

Принцип функционирования ротора заключен в его вращении вокруг статора по специальной эпитрохоидальной кривой. Лопасти устройства поочередно перекрывают камеры цилиндра. Именно в этих камерах происходит сгорание топлива. Ротор не совершает поступательные движения в обратную сторону. Задача прибора с помощью своих лопастей правильно распределить поступившую горючею смесь, а затем выпустить отработанные газы.

Настало время взглянуть на сильные и слабые стороны роторного изобретения.

Преимущества роторного устройства

У широко используемого прибора наблюдается немало положительных качеств. Так достоинствами двигателя считают:

• Габариты конструкции. Роторные двигатели в два раза меньше по размерам, нежели обычные поршневые агрегаты. Поразительная компактность устройства позволила опытным конструкторам добиться идеальной развесовки по осям. Это, в свою очередь, положительно сказывается на устойчивости авто во время движения.
• Высокий уровень сбалансированности РПД. Мотор такого двигателя обладает качественной силовой установкой. Роторные конструкции меньше остальных подвержены вибрации.
• У представленного двигателя высокая удельная мощность. Это возможно благодаря простоте конструкции. В роторно-поршневом моторе не наблюдается коленчатый вал и шатуны. К тому же движущиеся части небольшие по весу.
• Высокие обороты агрегата позволяют на низкой передаче развить скорость до 100 к/м в час.
• Автомобильная техника известна своим небольшим рабочим объемом. Двигатель функционирует абсолютно бесшумно. Возможно использование топлива с невысоким октановым числом.

И все же у простой конструкции с незамысловатым принципом работы имеется парочка недостатков.

Недостатки изобретения

Так называемые минусы касаются самой конструкции и процесса ее функционирования. Недостатками изобретения Ванкеля считают:

• Перепады давления в камерах сгорания. Постоянные скачки давления быстро изнашивают уплотнения между форсунками устройства. В итоге силовой агрегат может нуждаться в капитальном ремонте.
• Маленький объем линзовидной камеры сгорания с большой площадью вызывает перегрев двигателя.
• Большой расход топлива на низких оборотах. На 100 км пробега понадобится 20 литров бензина. Такие условия бьют по карману владельца транспортного средства. Поэтому многие из них считают невыгодным использование подобного двигателя.
• Роторный двигатель строго нуждается в регулярной замене моторного масла. Несоблюдение этого требования может серьезно навредить роторному агрегату. В некоторых случаях понадобится его менять на новый. К эксплуатации и обслуживанию такого устройства следует подходить серьезно.
• Использование роторного двигателя вредит окружающей среде. Малая длина хода и скорость вращения ротора способствует выталкиванию вредных, горячих газов. Вместе с маслом продукты сгорания пагубно сказываются на экологии.
• Высокая стоимость. Изготовление деталей такого двигателя сложный и кропотливый процесс. Требуется задействовать дорогостоящее и высокоточное оборудование. Привлечение качественного и современного материала увеличивает стоимость автомобильной конструкции.

Когда автовладелец решает приобрести двигатель для машины, очень важно понять, как правильно его выбрать, к чему присмотреться. Помимо стоимости рекомендуют учитывать мощность агрегата, а также вид привода мотора. Не стоит упускать из виду вопрос расхода горючего. Двигатель должен быть полностью исправным и подлежать ремонту в случае возникновения неполадок в его работе.

Вывод

Надежный и качественный двигатель – залог беззаботной и долгой езды на автомобиле. Роторные конструкции, как показывает статья, имеют незамысловатый принцип работы. При этом не могут обойтись без должно и своевременного ухода. Покупая представленный двигатель, автовладелец должен помнить о всех нюансах такой конструкции.

MAZDA: передача наследия роторных двигателей ручной сборки: наши инженеры Takumi

Mazda рядом с вами

Мы думаем, что вы находитесь в

• Европа
• Азиатско-Тихоокеанский регион
• Северная и Южная Америка
• Ближний Восток и Африка

МЫ — MAZDA

Мастера, передающие ДНК Mazda следующему поколению

Резюме предыдущей статьи:
Возможно, вы были удивлены, обнаружив, что Mazda никогда не прекращала производство роторных двигателей, хотя они больше не используются в новых моделях. Более того, наши инженеры практически вручную изготавливают каждый компонент этих двигателей.

На заключительном этапе тура по заводу роторных двигателей Mazda я покажу вам кое-что еще более удивительное. Знаете ли вы, что у Mazda есть мастерская, где новое поколение инженеров Mazda создает совершенно новые роторные двигатели 13B, используя опыт, полученный от первых роторных инженеров?

В самом конце огромной фабрики я мельком вижу маленькую мастерскую, битком набитую ручными инструментами с компьютерным управлением.

Навыки, которые передаются из поколения в поколение, и кое-что еще более важное.

На фабрике звонит курант — сигнал к началу дневной работы. Меня пригласили посмотреть то, что было описано как «место, подходящее для грандиозного финала тура». Заинтригованный, я следую за Сато по дорожке, пока не замечаю маленькую обшарпанную комнату с любопытной табличкой на двери:

«Роторный двигатель Humancrafts Takumi Juku — Семинар по развитию навыков сборки двигателя»

«Здесь мы передаем наследие роторного двигателя. Думаю, вы хотите знать, о каком наследии я говорю. С практической точки зрения, мы передаем навыки и мышление, необходимые для создания движка. Однако на самом деле мы считаем, что это гораздо больше».

Все еще недоумевая, что он имел в виду, мы прибыли в конечный пункт назначения.

В отличие от цеха по производству компонентов, заполненного ретро-обрабатывающими станками, которые жужжали и жужжали во время работы, это пространство было усеяно ЖК-мониторами и ручными инструментами, подключенными к компьютерам. В центре переполненного рабочего места стояла единственная машинная стойка.

«Здесь мы продолжаем производить роторные двигатели 13В. Это не сборочная линия с несколькими рабочими, вовлеченными в разные процессы — один инженер вручную собирает весь двигатель до завершения. Разумеется, все компоненты новые. Мы производим десять различных вариантов двигателя в зависимости от модели, в которой он будет использоваться, и характеристик двигателя.

Возобновила ли Mazda производство роторных двигателей, чтобы соответствовать тенденции выпуска старинных автомобилей?

«Определенно нет! Мы никогда не прекращали производство роторных двигателей, даже после прекращения производства RX-8 в 2012 году.

Мы знаем, что многие из наших клиентов по всему миру любят и наслаждаются своими автомобилями Mazda с роторным двигателем. Мы считаем, что наша миссия состоит в том, чтобы эти клиенты всегда могли наслаждаться уникальными ощущениями от вождения роторного двигателя, не только продолжая поставлять детали роторного двигателя, но и предлагая новые двигатели в случае, если у клиентов нет другого выбора, кроме как заменить весь двигатель».

Наши клиенты любят роторные двигатели Mazda. Единственный способ, которым мы можем по-настоящему ответить взаимностью на эту лояльность, — это выразить нашу любовь к этим клиентам через то, что мы делаем».

Для Mazda роторный двигатель — это больше, чем просто продукт — он представляет собой концепцию, которая формирует наш подход к созданию автомобилей. Это видение было основано на твердой убежденности и объединяет мечты об автомобилях, которые передавались из поколения в поколение, а также возможности на будущее. Это все вещи, на которые не влияют веяния времени. Точно так же, как Mazda MX-5 олицетворяет нашу преданность Jinba-Ittai (ощущение единства между автомобилем и водителем) на протяжении более тридцати лет, роторный двигатель представляет собой более чем полувековое наследие Mazda — наши мечты, надежды. и видение автомобилестроения.

На моих глазах собирается новый роторный двигатель 13В! Это ощутимое доказательство того, что это видение живет.

Роторные двигатели 13B, собранные инженерами Takumi вручную

«Вы удивлены? На самом деле в этом нет ничего необычного для Mazda».

Чтобы создавать отличные автомобили, вам нужно отличное видение, в которое вы действительно верите. Наши продукты воплощают это видение, но не являются им сами по себе. Я пытаюсь сказать, что такое видение и продукты, которые оно порождает, не приходят и не уходят или на них влияют меняющиеся тенденции.

Если вы определяете видение как непоколебимую приверженность или страсть, которую вы отказываетесь отпустить, то вещи, которые выражают и воплощают это видение, — это вещи, которые вы никогда не забудете и не оставите. Итак, для Mazda это такие продукты, как Mazda MX-5 и роторный двигатель. Они как факел, переданный нам предыдущим поколением, и мы обязаны передать его следующему. Конечно, мы также делаем это для наших клиентов, которые разделяют наше видение».

Рассмотрим процесс сборки роторного двигателя.

Одну за другой инженер берет детали и осматривает их глазами и кончиками пальцев, иногда что-то бормоча и указывая пальцем на определенные точки в качестве процедуры контроля качества, повторяя этот процесс снова и снова, тщательно собирая двигатель. Вы можете приобрести один из этих совершенно новых роторных двигателей ручной работы в любом представительстве Mazda по всему миру.

Ёситеру Иноуэ, один из инженеров этой команды, показал мне свою работу над двигателем.

«Я присоединился к Mazda 15 лет назад, незадолго до прекращения использования роторных двигателей в новых моделях. Для меня роторный двигатель был двигателем, снятым с передовой. Мое первое прямое участие в роторном двигателе было, когда мне поручили поддерживать производственную линию в период напряженной работы, когда продажи RX-8 подходили к концу. Эта производственная линия была в конечном итоге прекращена, но Mazda одновременно решила продолжить поддержку моделей с роторными двигателями, купленных клиентами. Я сказал своему руководителю, что хочу продолжать работать в производстве роторных двигателей, и вот я здесь!

В настоящее время только трое из нас имеют право собирать роторные двигатели: Хаппо (Тасуя Хаппо, группа двигателей № 3), который научил меня всему, что я знаю о роторных двигателях; Ивата (Koichi Iwata, Engine Group №3), присоединившийся к нашей команде год назад; и я. Мы производим в среднем два роторных двигателя 13B в день».

«Я чувствую большую ответственность на этой работе. Каждый роторный двигатель, отправленный по всему миру, был сделан одним из нас. Точно так же не будет преувеличением сказать, что каждая из многих деталей двигателя, изготовленных вручную здесь, на этом заводе, является произведением искусства, в которое инженер, создавший ее, вложил свое сердце и душу. Мы берем эти детали и объединяем их в двигатели, которые в конечном итоге приводят в действие любимые автомобили, принадлежащие клиентам по всему миру. Когда я думаю об улыбке, которая появится на их лицах, когда они будут использовать движок, который я сделал, я испытываю глубокое чувство достижения и ответственности.

Более ста лет страсти к автомобилям — мастерство и видение лежат в основе ДНК Mazda.

Обернувшись, я вижу, как кто-то внимательно наблюдает за тем, как Иноуэ собирает двигатель. На его значке написано «Ивата» — это Коити Ивата, которого только что упомянул Иноуэ.

«Я вижу Хаппо мастером и учителем, а Иноуэ наставником. Вот такая атмосфера у нас на рабочем месте».

Несмотря на то, что двигатели собираются вручную, многие процессы контролируются компьютерами. В зависимости от характеристик двигателя некоторые детали могут выглядеть почти одинаково, но при этом немного отличаться. Чтобы инженеры не использовали неправильные детали, детали хранятся в хранилище, управляемом компьютером. Доступ к деталям можно получить, введя вариант двигателя в компьютер, который затем загорается индикаторами на ящиках, содержащих правильные детали.

Еще одним примером использования нами устройств с компьютерным управлением являются динамометрические ключи. Они используются для ввинчивания винтов с нужной силой, и для каждого типа винтов есть разные динамометрические ключи, каждый из которых запрограммирован на приложение нужного усилия, и все они контролируются компьютерами. Инженеры используют ножную педаль, чтобы выбрать процесс, который они хотят выполнить, и после его запуска они не смогут перейти к следующему процессу, не завершив полностью все задачи, для которых требуется этот конкретный динамометрический ключ.

«Я думаю, нам нужен компьютерный контроль, потому что люди совершают ошибки, но я многому научился у своего начальника и наставника, и это нельзя оставлять машинам. Например, как ощущаются детали, когда ротор правильно вставляется в корпус, или как чувствует себя правильно собранный двигатель, когда вы поворачиваете его вручную, — это тактильное знание можно усвоить только с течением времени на практическом опыте и когда вам говорят, что делать. вы делаете правильно или неправильно. Нам не разрешается собирать двигатели для розничной продажи, пока наше начальство не будет удовлетворено тем, что они могут доверить нам процессы, которые требуют способности ощущать разницу в тысячную долю миллиметра кончиками пальцев и определять, готов ли двигатель к работе или ему нужно быть снова собраны».

Судя по всему, Ивата был назначен в эту команду около года назад и с тех пор ежедневно проходит обучение. Несмотря на это, он совсем недавно начал сборку розничных двигателей.

«Я уверен в качестве своих двигателей и почти хочу написать записку «Я вложил в этот двигатель душу» и прикрепить ее к своим двигателям с фотографией перед отправкой заказчику. Тем не менее, я определенно думаю, что это был не просто технический опыт, который я получил во время обучения.

Каждый производимый нами роторный двигатель проходит испытание на зажигание. Прикрепив его к моторному стенду, заливаем в него топливо и запускаем двигатель. Меня переполняли эмоции, когда я впервые увидел собранный мной роторный двигатель, плавно работающий с характерным ревом.

Именно тогда я наконец понял истинное видение роторного двигателя нашими предшественниками и потенциал, который они видели в нем. Я чувствую, что в тот момент я понял, почему Mazda неустанно работала над роторным двигателем по сей день и почему было важно передать это наследие следующему поколению.

Иноуэ, который тихо слушал то, что должен был сказать Ивата, внезапно заговорил. «Мечта о роторных двигателях еще не закончилась — ни для Mazda, ни для наших клиентов. Я уверен, что вы почувствовали это из того, что вы видели здесь сегодня.

«Если я могу добавить еще одну вещь — после долгого знакомства с роторным двигателем вы начинаете понимать, что роторный двигатель на самом деле не более чем деталь, разработанная для того, чтобы воплотить в жизнь концепцию Mazda в отношении автомобилей. Вот почему я считаю важным, чтобы, передавая наши навыки и знания, мы также передавали мечты и видение, которые формируют подход Mazda к производству автомобилей. Я думаю, что это бесценно».

Это была вдохновляющая экскурсия по фабрике. Это научило меня тому, что для Mazda продолжение производства роторных двигателей также является символом нашей приверженности нашему видению производителя автомобилей. Вот почему никто из тех, кого я встречал на этом заводе, не придавал большого значения тому, что они делали — все просто говорили, что это нормальная часть работы в Mazda. Я чувствовал, что ДНК Mazda течет в крови каждого человека, которого я встречал на этом всеми любимом заводе.

И я подумал про себя — это истинное значение красной души Хиросимы.

В ознаменование окончания памятного тура по заводу сотрудники со всего мира, в том числе те, кто занимался не только производством, но и те, кто слышал о происходящем, собрались вместе для группового фото, прежде чем мы отправились обратно в штаб-квартиру с завода по производству роторных двигателей. Автобусная остановка.

Мы надеемся, что вам понравился этот обзор производства роторных двигателей Mazda. Те из нас, кто работает в Classic Mazda, хотят, чтобы как можно больше людей знали, что мы по-прежнему поставляем детали для роторных двигателей и что их можно приобрести в любом дилерском центре Mazda по всему миру.
Кроме того, в 2021 году исполняется 30 лет модели Mazda FD RX-7, выпущенной в 1991 году, а также 30 лет со дня победы модели 787B в гонке «24 часа Ле-Мана». расскажите больше о наших роторных двигателях нашим глобальным клиентам и автолюбителям по всему миру.

Проверить список деталей для роторного двигателя и запасных частей (PDF)

Новый четырехкамерный роторный двигатель может заменить двигатели Ванкеля и поршневые двигатели для БПЛА

Агентство по разработке роторных двигателей (REDA) из Мельбурна разработало новый тип противовесов, четырехтактный роторный двигатель, который может работать на различных видах топлива. (Источник изображения: REDA)
 

Новый четырехкамерный роторный двигатель может заменить двигатели Ванкеля и поршневые двигатели для БПЛА

2018-09-24 Уильям Кучински

В прототипе роторного двигателя Сореньи используется шарнирный ромбовидный ротор вместо трехстороннего ротора, используемого в традиционных роторных двигателях Ванкеля.

Роторный двигатель Ванкеля стал идеальным выбором для многих владельцев и операторов небольших винтовых самолетов. По сравнению с обычными поршневыми двигателями роторные двигатели Ванкеля малы, легки и имеют высокое отношение мощности к весу. Они почти не вибрируют, не могут заедать или стучать, и в них меньше движущихся частей (которые могут сломаться). На данный момент сложно улучшить конструкцию Ванкеля; то есть, если вы не рассматриваете возможность изменения формы ротора… на изменяющуюся форму.

Агентство по развитию роторных двигателей (REDA) из Мельбурна разработало новую конфигурацию роторного двигателя — роторный двигатель Сореньи. В то время как статор или неподвижная часть двигателя Сореньи аналогичны двигателю Ванкеля, геометрическая форма ротора двигателя представляет собой ромб, который деформируется при вращении внутри контура статора.

Роторный цикл Сореньи

Эта геометрия соответствует роторному двигателю с четырьмя камерами сгорания, а не с тремя в традиционном роторном двигателе Ванкеля. Каждый оборот коленчатого вала производит один оборот ротора и полный цикл двигателя в каждой из четырех камер: или четыре рабочих такта. Напротив, двигатель Ванкеля производит один рабочий ход за один оборот коленчатого вала.

Цикл роторного двигателя Ванкеля

Типичный роторный двигатель Ванкеля использует трехсторонний ротор для создания полостей в статоре для бесшовного цикла впуска, сжатия, воспламенения и выпуска. Точка A отмечает одну из трех вершин ротора, точка B отмечает эксцентриковый вал, а белая часть — выступ эксцентрикового вала. (Источник изображения: Y tambe)
 

Согласно REDA, каждый четырехтактный роторный модуль Сореньи эквивалентен восьмицилиндровому поршневому или оппозитному двигателю.

Двигатель Сореньи также более оптимизирован для многороторной конфигурации, чем роторный двигатель Ванкеля, благодаря использованию периферийных портов по сравнению с двигателем Ванкеля, использующим сложные боковые порты. Возможность простой настройки многороторных четырехтактных двигателей может привести к созданию роторных силовых установок, генерирующих мощность, эквивалентную 8-, 16- или 24-цилиндровым поршневым двигателям. Кроме того, разработка стандартизированных модулей может снизить затраты на производство и техническое обслуживание в течение всего жизненного цикла.

Бесплатная скорость

Как правило, двигатели Ванкеля ограничены скоростью ротора 3000 оборотов в минуту (об/мин) из-за чрезмерного изгиба коленчатого вала, вызванного центробежными силами эксцентрикового ротора. В этом отношении двигатель Сореньи не ограничен по частоте вращения, поскольку в нем используется сбалансированный ротор.

Более высокие предельные значения оборотов означают, что двигатель Сореньи имеет более высокую удельную мощность, чем двигатель Ванкеля, что может привести к увеличению дальности полета, выносливости и грузоподъемности самолета. Кроме того, двигатель Сореньи имеет больше места для внутреннего охлаждения ротора и не требует редуктора в самолетах и ​​беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) с большими винтами.

Согласно документу, двигатель Сореньи может работать на бензине, авиационном бензине (авиационный газ), бутане или водороде (поскольку впускные и выпускные отверстия хорошо разделены).

REDA также отметила, что, если будет введена фаза предварительного сжатия, двигатель сможет использовать дизельное топливо, что соответствует военной концепции США «одно топливо» и делает двигатель потенциальным объектом военного применения.
 

Полная информация о конструкции и испытаниях нового двигателя REDA доступна в
Международный технический документ SAE, Разработка четырехкамерного роторного двигателя Сореньи.

Сокращенная версия книги «Разработка четырехкамерного роторного двигателя Сореньи» и других технических документов SAE, касающихся двигателей для малых самолетов и БПЛА, доступна в последней книге SAE International So You Want to Design , So You Want to Дизайн Двигатели: Двигательные установки БПЛА .

Книга охватывает несколько технологий движения БПЛА, таких как традиционные двигатели на тяжелом топливе, гибридно-электрические архитектуры, распределенные вентиляторы на водородном топливе, вышеупомянутый роторный двигатель Сореньи и экспериментальный плазменный двигатель или разряд диэлектрического барьера.

• Pratt & Whitney получает 437 миллионов долларов на продолжение разработки адаптивного двигателя

• Трехпоточная архитектура двигателя предназначена для военных самолетов следующего поколения

• Lockheed Martin и Arconic сотрудничают в области 3D-печати и передовых аэрокосмических материалов

Уильям Кучински — редактор контента в SAE International, Aerospace Products Group в Уоррендейле, штат Пенсильвания. Ранее он работал писателем в Центре безопасности НАСА в Кливленде, штат Огайо, и отвечал за написание тематических исследований системных сбоев. Его интересы включают буквально все, что связано с космосом, прошлыми и настоящими военными самолетами и двигательными технологиями.

Свяжитесь с ним по электронной почте [email protected] по поводу любой статьи или идеи сотрудничества.
Продолжить чтение »

Автомобили с роторными двигателями: прошлое, настоящее и будущее

Особенности

• Главная
• Особенности

Как работает (или не работает) двигатель Ванкеля и некоторые автомобили, в которых он использовался с максимальной эффективностью

by : Боб Харпер

2 мая 2020 г.

2 мая 2020 г.

Мы все знаем о мнениях — у всех они есть и так далее — но, возможно, в автомобильном мире нет ничего более разногласия, чем роторный двигатель. Поклонники будут лирически хвалить присущую им плавность хода и великолепную оборотистость, в то время как все остальные будут бормотать что-то о наконечниках роторов, NSU Ro80 и сменных двигателях. Но где правда? Был ли роторный двигатель автомобильным тупиком или ему нужно было дать еще один шанс?

История

Роторный двигатель был детищем немецкого инженера Феликса Ванкеля (поэтому его также часто называют роторным двигателем Ванкеля), которому в 1929 году был выдан патент на новый тип двигателя внутреннего сгорания. До тех пор, пока после Второй мировой войны в NSU не начались серьезные дальнейшие разработки, когда Ванкель разработал один двигатель, а второй, построенный под руководством Ханнса Дитера Пашке, в конечном итоге был принят в качестве чертежа современного роторного двигателя.

В начале 1960-х Mazda и NSU объединили усилия для дальнейшей разработки роторного двигателя и провели полуофициальную гонку, чтобы выяснить, кто первым сможет запустить в производство автомобиль с роторным двигателем. NSU выиграл с дебютом NSU Spider, за которым последовал (печально) известный Ro80. Между тем Mazda, возможно, была черепахой для зайца NSU, но ее двигатель в некоторых отношениях был лучше, и именно Mazda продолжала производить несколько серийных автомобилей с роторным двигателем, в частности, поколения моделей RX.

> Роторный двигатель Mazda — 50 лет эксплуатации автомобилей с роторным двигателем

Как это работает?

Почти единственный элемент, общий для роторного двигателя с традиционным бензиновым агрегатом, заключается в том, что он использует те же четыре ступени — впуск, сжатие, зажигание и выпуск — но этот процесс не обеспечивается цилиндрами и поршнями в традиционном понимании. В роторном двигателе типичный цикл Отто происходит в камере овальной формы, в которой вращается треугольный ротор, эффективно заменяющий поршни в традиционном двигателе.

Для тех из вас, кто достаточно взрослый, чтобы помнить, как выглядел набор для рисования спирографа, это очень похоже на движение ротора внутри его корпуса. Когда ротор движется по камере, он расширяет и сжимает газы, содержащиеся внутри, втягивая воздух в камеру и вытесняя выхлопные газы. Через центр ротора проходит выходной вал, который связан через набор планетарных шестерен, чтобы удерживать концы ротора в контакте со стенками «цилиндра», в то время как эксцентриковый вал передает мощность на маховик.

Фаза впуска начинается, когда кончик ротора проходит мимо впускного отверстия — здесь нет необходимости в клапанах, впускное и выпускное отверстия всегда открыты — и по мере увеличения размера камеры происходит всасывание топливно-воздушной смеси. , и когда следующий конец ротора проходит через впускное отверстие, камера закрывается, что позволяет перейти к следующему этапу. По мере вращения ротора камера, содержащая топливно-воздушную смесь, становится меньше, смесь сжимается, что затем позволяет начать сгорание при подаче искры от традиционных свечей зажигания.

Роторный двигатель обычно оснащается двумя заглушками, так как из-за формы камеры сгорания образующееся пламя перемещается внутри камеры слишком долго, что приводит к слишком большому количеству несгоревших газов. Как только наконечник ротора проходит через выпускное отверстие, отработавшие газы выбрасываются, завершая цикл.

Какие преимущества?

Итак, это краткий обзор теории, но в чем же преимущество перед традиционным двигателем внутреннего сгорания? Во-первых, в нем гораздо меньше движущихся частей, не нужно беспокоиться о распределительных валах и клапанах. Во-вторых, поскольку ротор и связанные с ним валы совершают одно и то же круговое движение, роторный двигатель имеет тенденцию быть намного более плавным, чем традиционный двигатель с его возвратно-поступательным движением.

И хотя ротор проходит через тот же четырехтактный цикл, что и традиционный двигатель, каждая из трех лопастей ротора постоянно проходит этот процесс, поэтому фактически на каждый оборот двигателя приходится три рабочих такта. Таким образом, роторные двигатели, как правило, имеют высокую удельную мощность — 1-литровый двигатель в NSU Ro80 производил 114 л.с.; чрезвычайно впечатляющим в конце 1960-х годов.

Поскольку роторные двигатели имеют очень компактную конструкцию, физический размер двигателя значительно меньше, чем у традиционного двигателя внутреннего сгорания, что также дает очевидные преимущества в плане снижения веса и упаковки.

Есть недостатки?

К сожалению, много. Первоначально у NSU была проблема с конструкцией наконечников ротора, которая либо позволяла наконечникам терять контакт со стенками камеры, либо повреждала стенки камеры, что приводило к большому количеству претензий по гарантии и замене двигателей. Это было настолько тяжело с финансовой точки зрения, что NSU в конце концов перешла к Audi. В то время как Mazda лучше справилась с решением проблемы наконечников ротора, в целом роторный двигатель не так долговечен, как обычный агрегат, что приводит к тому, что ремонт автомобиля требуется раньше, чем с обычным двигателем.

Роторный двигатель также не очень экономичен и имеет плохие результаты в тестах на выбросы. Даже с двумя свечами, обеспечивающими искру для сгорания, форма и размер камеры сгорания означают, что значительное количество несгоревшего топлива выходит через выхлопное отверстие, что делает автомобиль с роторным двигателем более жаждущим, чем автомобиль с обычным двигателем. Гораздо лучшим предложением был бы роторный двигатель, работающий на водороде, поскольку его значительно более летучая природа приведет к тому, что несгоревшее топливо не улетучится.

Что еще хуже, роторные двигатели нуждаются в смазке камеры ротора маслом, и даже при точном впрыске очень небольшого количества, чтобы роторы не повредили стенки камеры, неизбежно, что часть этой смазки будет выброшена с выхлопом. газы, что усугубляет их проблемы с выбросами.

Наша пятерка лучших автомобилей с роторными двигателями

Несмотря на свои проблемы, роторные двигатели часто возвращаются, особенно Mazda, основной сторонник их достоинств. Еще в 2015 году в Токио был представлен концепт RX-Vision, но серийная версия так и не была реализована, и хотя ходили разговоры о том, что роторный двигатель используется в качестве расширителя запаса хода для электромобилей несколькими производителями (включая, что неудивительно, Mazda), как и пока не было серийных моделей.

А пока нам придется наслаждаться этими роторными двигателями из прошлого. Вот наша пятерка лидеров.

NSU Ro80

В то время как те, кто помоложе, почти наверняка подумают о Mazda, когда их спросят о машине с роторным двигателем, для людей определенного возраста NSU Ro80 будет первым автомобилем, который придет на ум. И по всем неправильным причинам. Большинство не вспомнят его усовершенствованный дизайн, использование дисков по кругу или его мощность в 114 л.с. всего с одного литра.

Нет, большинство помнят сгоревшие наконечники роторов, капитальный ремонт двигателя после 30 тысяч миль пробега и репутацию хронически ненадежного. Это будет несправедливая сноска в книгах по истории роторных двигателей — это была отличная машина для вождения и во многих отношениях на десятилетие раньше своего времени. Да, изначально у него были проблемы с двигателем, но они были решены за время его эксплуатации. Однако для NSU было уже слишком поздно, и, несмотря на десятилетний производственный цикл, было выпущено всего 37 398 экземпляров, а финансовое бремя автомобиля ускорило безвременную кончину NSU.

Mazda RX-7 (третье поколение)

Несмотря на объем всего 1,3 литра, Mazda RX-7 Mk3 была хороша для 252 л. был наделен мощностью 210 л.с. на тонну. Небольшой двигатель был установлен прямо рядом с переборкой для конфигурации с передним расположением двигателя — он был исключительно маневренным и делал его полезным автомобилем для водителя.

Главные роли во многих гоночных играх, таких как Need for Speed ​​ и Сетка , автомобиль оставался знаменитым еще долгое время после прекращения производства в 2002 году. Сегодня автомобиль помнят как культового героя. И хотя это правда, что роторный двигатель RX-7 может нуждаться в ремонте всего через 60 000 миль (основной причиной являются изношенные наконечники ротора), ухоженный RX-7, безусловно, создает заманчивую перспективу.

Citroën GS Birotor

Классический случай правильной машины в неподходящее время? Мы никогда не узнаем, но Citroën GS Birotor был основан на популярном GS с его 995-кубовый двигатель мощностью 106 л.с. должен был стать подходящей топовой моделью. Помимо того, что он был быстрее обычного GS, он был продуктом более высокого качества, с дисковыми тормозами по кругу и более роскошным интерьером.

Но, как и у всех автомобилей с роторными двигателями, у него была трагическая жажда топлива, и его запуск в октябре 1973 года, к сожалению, совпал с нефтяным кризисом 1973 года. Цены на топливо взлетели до небес, и покупатели держались подальше, предпочитая вместо этого более экономичную технику. Всего было продано 847 экземпляров до того, как Citroën отключился, даже попытавшись выкупить все экземпляры, которые он уже поставил. В результате сегодня сохранилось очень мало GS Birotors.

Mercedes C111

Несмотря на то, что Mercedes C111 задумывался как исследовательский проект, он должен быть в самом верху списка концептов, которые мы хотели бы построить. Футуристический стиль Бруно Сакко был великолепен, чему, несомненно, способствовал его чудесный оранжевый оттенок, но, возможно, часто забывают, что два экземпляра были изготовлены с роторными двигателями.

C111-I 1969 г. имел трехроторный двигатель Ванкеля мощностью 276 л.с., тогда как C111-II 1970 г. имел четырехроторный двигатель мощностью 345 л.с. время 0-62 миль в час всего 4,9сек. Однако даже инженеры Mercedes не смогли заставить его работать должным образом, сославшись на проблемы с надежностью и долговечностью, а также на потенциальные проблемы с соблюдением норм выбросов США.

Mazda 787B

Эпоха группы C породила замечательную технику, пожалуй, не лучше, чем единственный автомобиль без поршневого двигателя, победивший в Ле-Мане – Mazda 787B. 2,6-литровый четырехроторный агрегат автомобиля производил 697 л. его более мощные конкуренты.

Несмотря на это, такие соперники, как твин-турбо V8 C11 Mercedes, были быстрее на одном круге. Но что интересно, безнаддувный роторный блок 787B нарушил тенденцию, установленную в других частях этого списка, будучи удивительно надежным.